ОКЕАНОЛОГИЯ, 2012, том 52, № 2, с. 258-269
МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.461.8
МАССОВАЯ ГИБЕЛЬ ОРГАНИЗМОВ ОКЕАНА НА РУБЕЖЕ ПАЛЕОЗОЯ И МЕЗОЗОЯ: СЛЕДСТВИЯ И ПРИЧИНЫ
© 2012 г. М. С. Бараш
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, e-mail: barashms@yandex.ru Поступила в редакцию 08.06.2011 г.
В конце перми, на рубеже палеозоя и мезозоя (251.0 ± 0.4 млн. л. н.) произошла крупнейшая в истории Земли массовая гибель организмов. Вымерло до 96% видов морских беспозвоночных и около 70% наземных позвоночных. Для объяснения массовой гибели предложено и обосновано много факторов: исчезновение экологических ниш в процессе соединения материковых плит в Пангею; колебания уровня моря; аноксия; повышенное содержание СО2; отравление H2S; вулканизм; выделение метана из газогидратов; климатические изменения; импакт-события — столкновения с крупными астероидами или комбинация многих из этих механизмов. Некоторые из этих факторов находятся в отношениях соподчиненности, другие действовали независимо. Почти все они развивались относительно медленно и не могли вызвать внезапной массовой гибели организмов в глобальном масштабе. Она могла произойти при падения на Землю крупных астероидов, кратеры которых обнаружены в последние годы. Предполагается, что импакт-события "добили" уже ослабленную био-ту. Одновременное изменение многих определяющих биоразнообразие факторов, в том числе не связанных причинно-следственными отношениями, доказывает существование общей космической первопричины, повлиявшей как на изменения во внутренних и внешних геосферах, так и на активизацию астероидных атак (пересечение Солнцем спиральных ветвей Галактики, его колебания перпендикулярно галактической плоскости или др.).
В конце перми, на рубеже палеозоя и мезозоя (около 251 млн. л. н.) произошла крупнейшая в истории Земли массовая гибель организмов. Вымерло до 96% морских беспозвоночных. Биоразнообразие с ~250 тыс. видов сократилось до менее 10 тыс. Погибло также около 70% видов наземных позвоночных. О масштабе, особенностях, временной структуре и причинах этой катастрофы можно судить по разнообразным палеонтологическим, литологическим, петрографическим, химическим, изотопным и другим данным, полученным при исследовании отложений интервала пермо-триасовой границы (PTB-Permian-Triassic Boundary).
Особенностью палеогеографии перми было расположение суперконтинента Пангеи от полюса до полюса, существование двух океанов — Пан-талассы и Тетиса. Дно пермо-триасового суперокеана Панталасса, которое занимало две трети земной поверхности, было почти полностью поглощено в результате субдукции. Фрагменты срединно-океанических пород сохранились в виде аккреционных блоков у активных континентальных окраин. Отложения интервала пермо-триасовой границы срединных областей океана представлены мелководными карбонатами па-лео-атоллов, а осадки глубоководных областей — кремнистыми отложениями. Отложения окраин-
ных и шельфовых морей встречены во многих районах современных материков.
Во время катастрофических событий РТВ полностью вымерли архаичные палеозойские рыбы (Acanthodians, Placoderms), а также трилобиты, "морские скорпионы" (Eurypterida), граптолиты, из донных фораминифер — фузулиниды. Другие пережили катастрофу с резким уменьшением биоразнообразия. Вымерло 97% фораминифер (For-aminifera), 99% радиолярий (Radiolaria), 79% мшанок (Bryozoa), 96% плеченогих моллюсков (Brachiopodа), в том числе полностью исчезли характерные для палеозоя продуктиды (Productids). Вымерло также 59% двустворчатых моллюсков (Bivalvia), 98% брюхоногих моллюсков — гастро-под (Gastropoda), 97% аммонитов (Ammonites), 98% иглокожих (Echinodermata), 59% остракод (Ostracoda) [12, 16, 33, 34, 35].
Вымирание организмов, занимавших разные экологические ниши, было не одновременным. Как вымирание биоты, так и глобальные изменения условий среды происходили в течение двух фаз: первая — на границе средней и поздней перми (Р2/Р3, 260 млн. л. н.) и вторая — на пермо-три-асовой границе (Permian-Triassic boundary, PTB, 251—252 млн. л. н.) (рис. 1).
Характерной чертой первой фазы являются преимущественная гибель бентосных организмов (ругозных кораллов, фузулинид, брахиопод,
Радиолярии
Рыбы/ конодонты
Аммоноиды
Ругозы
Известковые губки
Мшанки
Крупные фораминиферы
Мелкие фораминиферы Замковые брахиоподы
Иглокожие
Гастроподы Двустворки Ярусы
........ "" 1
• • •' ^ ..........
W |
Пермь
Триас
260 млн. л.
250 млн. л.
MAOKOUAN
WUJIAPINGIAN
CHANGXINGIAN
SCYTHIAN
ANISIAN
LAD^N
Рис. 1. Развитие некоторых представителей планктона, нектона и бентоса в конце перми — начале триаса (по [16], с изменениями). Штриховыми линиями показаны "временно исчезнувшие" таксоны.
мшанок и др.), что объясняется началом аноксии океана. Во время второй фазы (РТВ) биоразнообразие сократилось в основном за счет нектона и планктона. На обоих уровнях пермо-триасового вымирания соотношения биомаркеров показывают значения, обычно ассоциирующиеся с условиями аноксии [50]. Условия аноксии сначала (Р2/Р3) развились в глубоких водах, а затем (РТВ) распространились на шельфы, увлекая хемоклин к поверхности океана. Мало- или бескислородные условия охватили почти всю толщу вод океана (супераноксия).
В поздней перми развивались крупные рифовые постройки, конец перми был финалом продолжительного развития ругозных и табулятных кораллов. Развитие рифов прекратилось на 7—8 млн. лет. Экологические особенности рифов в интервале РТВ соответствуют модели сокращения атмосферного кислорода в течение перми [20]. После почти полного вымирания на РТВ радиолярии в отложени-
ях практически отсутствуют в течение около 1 млн. л. Массовая гибель радиолярий объясняется глобальным коллапсом биопродуктивности. Деградация фузулинид, как и одновременное сходное развитие двустворок и ругозных кораллов, могли быть вызваны также вымиранием симбио-тических водорослей, которое, в свою очередь, вероятно, определялось сокращением инсоляции [42]. Количественное исследование морфологии брахиопод показало значительное уменьшение размеров раковин перед РТВ, в интервале границы и после нее [19]. Авторы объясняют это сокращением и коллапсом первичной продукции, подтверждая данные по другим организмам.
Детальный стратиграфический анализ разреза от границы средней—поздней перми до нижнего триаса выполнен в Чаотяне (СИаоНап), Китай [22]. Выделено два значительных горизонта массового исчезновения, один на границе Р2/Р3 и другой на РТВ. На каждой из границ резко умень-
Виды
Рис. 2. Стратиграфическое распределение видов в разрезах Мейшана и колебания 813С (по [24], упрощено)
шается биоразнообразие, а затем появляется новая фауна. В этих горизонтах исчезновения присутствуют слои кислых туфов. Таким образом, позднепермская биосфера дважды подверглась воздействию мощного эксплозивного вулканизма. Оба слоя туфов прослежены на этих же стратиграфических уровнях в Южном Китае и Японии, подтверждая крупномасштабную связь эксплозивного вулканизма и массовых вымираний.
Наиболее детально изучены разрезы пермо-триасовой границы в провинции Мейшан (Meishan), в Южном Китае [24] (рис. 2). Здесь проведен статистический анализ распределения 162 родов и 333 видов из 15 разных групп морских организмов. Вымирание у PTB происходило в течение 3-х млн. л., как раньше, так и позже границы. Однако наиболее интенсивным и внезапным (в интервале менее 500 лет) оно было 251.4 млн. л. н. Событие совпадает с резким падением 813Скарб и возрастанием количества предположительно вулканических микросферул в ~ 100 раз по сравнению с выше- и нижележащими осадками. В области PTB наблюдаются прослойки пирита (свидетельство аноксии) и вулканического пепла. Наконец, у PTB произошла быстрая трансгрессия (появился космополитный вид конодонтов H.parvus). Обнаружено повышенное содержание Ir, на порядок превышающее фоновую концентра-
цию в верхнепермских и нижнетриасовых осадках [51]. В этом разрезе, как в ряде других, отмечается обилие спор грибов, что является индикатором мощного нарушения в наземных экосистемах.
Исследование распределения ряда химических компонентов и соотношения изотопов дает возможность охарактеризовать условия среды и процессы их изменений в перми. Кремнистые срединно-океанические отложения в Японии и Британской Колумбии (Канада) отражают условия супераноксии (пиритизация, соотношение изотопов серы, геохимия органического вещества, редкие элементы, доломитовые конкреции). Аноксия длилась около 20 млн.л. с поздней перми до среднего триаса [20]. До этого интервала и после него в течение 50 млн.л. у глубоководного дна океана господствовали насыщенные кислородом воды. Концентрация кислорода в атмосфере в конце перми также резко сократилось. Если на рубеже карбона и перми оно достигло максимального уровня 35%, то в конце этого периода упало до 15% [45].
Основной эпизод глобального потепления в конце перми, как полагают Хэллем и Виньолл [16], был вызван сильным увеличением содержания С02 в атмосфере вследствие мощного вулканизма. Уровень атмосферной С02, выраженный в миллионных долях по объему (^ L-1), в интерва-
ле 260—250 млн. л. н. вырос от 1500 до 3000 pCO2 (^L L-1) [41]. В сочетании с сокращением концентрации в воде кислорода, это создало условия для образования аноксии. Большинство ученых рассматривает аноксию как прямую причину гибели организмов, однако другие считают, что более опасной была гиперкапния — отравление CO2 [30]. В условиях аноксии конца перми сульфатре-дуцирующие бактерии Chlorobiaceae могли стать доминантами в океанических экосистемах, выделяя сероводород, который был губителен для наземных и морских животных и ослаблял озоновый слой атмосферы. В результате организмы подвергались возросшему вредному ультрафиолетовому облучению [31]. Кроме того, сульфидное отравление само по себе могло быть одной из причин вымирания [14].
В фанерозое соотношение Mg/Ca в морской воде колебалось в интервале 1.0—5.2, что было обусловлено либо преимущественным накоплением арагонита и высокомагнезиального кальцита (mMg/Ca > 2; "арагонитовые моря"), либо низко
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.