ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2012, том 445, № 4, с. 424-427
= ГЕОЛОГИЯ =
УДК 551.461.8
ПРИЧИНЫ И ПЕРВОПРИЧИНЫ МАССОВЫХ ВЫМИРАНИЙ БИОТЫ В ФАНЕРОЗОЕ
© 2012 г. М. С. Бараш
Представлено академиком А.П. Лисицыным 01.02.2012 г. Поступило 28.02.2012 г.
На основании большей или меньшей смены биологических сообществ, обусловленных изменениями условий среды, выделены геологические периоды. У границ геологических периодов имело место частичное вымирание организмов и появление новых. Значительные катастрофические вымирания, когда на Земле исчезало более 75% видов в течение геологически коротких интервалов, относят к "великим массовым исчезновениям". Причины массовых вымираний биоты особенно четко выявляются при изучении именно этих событий. В течение фанерозоя выделено пять великих вымираний.
Великое ордовикское вымирание завершилось около 443 млн лет назад. Оно длилось 3.3—1.9 млн лет. Вымерло 57% родов, 86% видов организмов. В качестве причин рассматриваются чередование ледниковых и межледниковых эпизодов в южной Гондване, проникновение холодных вод в глубоководные бассейны, смена морских регрессий и трансгрессий, развитие аноксии. Заметная экскурсия 813С отражает колебание биопродуктивности. Это событие вымирания связывают также со вспышкой гамма-излучения [1].
Великое девонское вымирание завершилось около 359 млн лет назад. Его продолжительность оценивается от первых десятков до 2.0 млн лет. Вымерло 35% родов, 75% видов организмов. В качестве причин рассматриваются чередование парниковых и ледниковых условий (ледниковый щит на Гондване), колебания уровня моря и концентрации СО2, развитие глубоководной аноксии и ее распространение на малые глубины при трансгрессиях. Около 365 млн лет имел место крупномасштабный магматизм, который, возможно, сыграл роль в ухудшении экологических условий [2]. Имеются свидетельства импакт-события (иридий, микротектиты, шоковый кварц, ударные кратеры в Северной Америке). Глубокие
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва
изменения условий среды около 359 млн лет назад подтверждены геохимическими данными [3].
Великое пермское вымирание по новейшим данным [4] завершилось 252.28 млн лет назад, продолжалось не более нескольких десятков тысяч лет во время гигантского извержения Сибирских траппов. Погибло 56% родов, 96% видов организмов. В качестве причин рассматриваются исчезновение экологических ниш в процессе соединения материковых плит в Пангею, гиперсоленость, вулканизм, потепление и кислые дожди в результате вулканизма и выделения метана из газогидратов, кратковременные эпизоды похолодания, развитие глубоководной аноксии, увеличение концентраций И28 и С02 в водной и наземной обстановках, падение уровня моря до минимального значения в фанерозое, трансгрессии, падение крупных астероидов (Бедоут, Арагу-анья, Уилкс и др.) [5].
Великое триасовое вымирание состояло из нескольких этапов, продолжалось около 16 млн лет и завершилось этапом максимального вымирания в конце периода около 200 млн лет назад. Вымерло 47% родов, 80% видов организмов. В качестве причин рассматриваются вулканизм в Центрально-Атлантической магматической провинции, который увеличил концентрацию С02 в атмосфере, соответственно поднял глобальную температуру и привел к кризису биопродуктивности в Мировом океане. Выявлена заметная экскурсия 513С, отражающая падение биопродуктивности [6]. Вымирания конца триаса коррелируются с импакт-событиями: в отложениях найдены повышенные концентрации иридия и шокового кварца, обнаружен ряд кратеров [7].
Великое меловое вымирание завершилось около 65 млн лет назад, продолжительность оценивается от менее одного года до 2.5 млн лет. Вымерло 40% родов, 76% видов организмов. Полагают, что к глобальной катастрофе привели удар крупного болида на Юкатане, крупнейшее вулканическое извержение с образованием трапповой формации Декана, начавшееся, возможно, еще до импакт-события, колебания С02, глобальное потепление, тектонические под-
нятия и повышенная эрозия, интервалы эвтро-фикации и аноксии в океане, падение биопродуктивности. Кроме астероида Чиксулуб на Юкатане, у границы мела и палеогена произошли крупные импакт-события, подтвержденные наличием кратеров Шива, Болтыш, Силверпит и др. [8].
Исследования массовых исчезновений выявили их периодичность, а также временную корреляцию и причинную связь с геологическими событиями [9]. Установлена периодичность 25—35 млн лет (мантийные плюмы/излияния базальтов в крупных вулканогенных провинциях и гибель родов морских организмов); 60—62 млн лет (гибель родов морских организмов, изменения уровня моря, излияния базальтов в крупных вулканогенных провинциях); 135—145 млн лет (гибель родов морских организмов, изменение палеоклиматов по изотопно-кислородным данным, ледниковые эпохи). Намечаются и более долгопериодные корреляции с мантийными плюмами и крупными магматическими провинциями (160—170, 330, 550— 730 и 820 млн лет).
Итак, рассмотрение имеющейся информации показывает, что в некоторых интервалах времени (сотни тысяч—первые миллионы лет) вредное влияние на организмы оказывал целый ряд факторов, в том числе взаимно независимых: тектонические движения, изменения уровня моря и климата, вулканизм, удары астероидов, изменения состава атмосферы и гидросферы, затемнение атмосферы аэрозолями при вулканизме и им-пакт-событиях, а также, возможно, и другие — космическая радиация, взрыв сверхновых звезд, магнитные инверсии и пр. Резко сокращалось проникновение ультрафиолетовых (УФ) лучей к поверхности Земли, падали фотосинтез и первичная продукция, развивалась аноксия в океане и атмосфере, происходило массовое вымирание.
Все эти факторы, сократившие биоразнообразие, обосновываются палеонтологическими, геологическими, геохимическими, изотопными и другими данными. Некоторые из этих факторов находятся в отношениях соподчиненности, но видимые связи между другими отсутствуют или не известны. Кроме того, ряд перечисленных явлений происходил постепенно, в течение длительного времени и не мог вызвать внезапную катастрофическую гибель организмов в глобальном масштабе. Рассмотрение соподчиненности основных явлений позволяет свести их к первичным причинам массовых вымираний: земным (вулканизм) и космическим (импакт-события).
На примере позднепермского вымирания выдвинута гипотеза о последовательности процессов в геосферах, которые приводят к таким катастрофам [10]. Изменения систем Земли начались около 265 млн лет назад, когда после 50 млн лет стабильности геомагнитного поля (суперхрон об-
ратной полярности, 312—264 млн лет назад) имело место Иллаварское событие изменения полярности, отражающее возмущения стабильного состояния ядра и мантии Земли. После него начался длительный период частых инверсий геомагнитного поля. Эти возмущения активизировали движение мантийных потоков, тектонику литосферных плит, плюмовый вулканизм, затемнение атмосферы пепловыми аэрозолями, что препятствовало проникновению к поверхности Земли солнечных лучей и процессам фотосинтеза, вызывало выпадение кислых осадков и похолодание. Таким образом, пертурбации в ядре и мантии через несколько миллионов лет проявились на поверхности Земли серией геологических, палеогеографических и биологических событий, приведших 252—251 млн лет назад к великому массовому вымиранию у пермо-триасовой границы.
Но в это же время (~252—251 млн лет назад), как и во время других массовых вымираний, произошла серия крупных импакт-событий, вызванных внеземными причинами. Сопоставление временных серий импакт-событий на Земле и Луне с данными о вулканической активности мантийных плюмов показало их корреляцию на 90-процентном доверительном уровне.
Одновременное проявление взаимно независимых явлений свидетельствует об общих внешних причинах более высокого порядка, находящихся вне пределов Солнечной системы. Предполагаемые причины влияют на процессы, происходящие на Земле, вызывают столкновения астероидов и комет с Землей и другими телами Солнечной системы, возможно, оказывают влияние при помощи потоков лучей, энергии, изменений гравитационных и других полей.
Предложено несколько гипотез. Вспышки гамма-радиации в нашей галактике могли многократно наносить значительный ущерб земной биосфере. Предполагается [1], что позднеордо-викское массовое вымирание, по крайней мере частично, было следствием этого явления. Такая вспышка проявляется на Земле как мощный импульс энергии продолжительностью около 10 с. При резком разрушении озонового слоя сильно увеличивается ультрафиолетовое облучение, которым объясняются некоторые особенности вымирания и восстановления биоты. Кроме того, вспышка гамма-радиации могла быть причиной глобального похолодания и оледенения конца ордовика.
Однако среди гипотез, связывающих космические процессы с развитием биоты на Земле, наиболее правдоподобной представляется гипотеза Гиллмана и Эренлер ^Шшап, Егеп1ег) [11], в которой учтены временные интервалы и периодичность космических и земных событий. В этой работе рассматриваются интервалы крупнейших
426
БАРАШ
Рис. 1. Взаимосвязи процессов, приводящих к массовым вымираниям.
импактов, изотопно-углеродных экскурсий и образования магматических провинций, которые сравниваются с интервалами крупнейших массовых исчезновений и сменой геологических периодов. Используя некоторые усреднения возрастных оценок, авторы установили определенную связь этих событий с орбитальным движением Солнечной системы вокруг центра Млечного Пути и пересечением ветвей галактики, а также с ос-цилляциями позиции Солнечной системы относительно галактической плоскости. По данным авторов, повторение событий вымирания в тех же точках в разных спиральных ветвях подтверждает основную — галактическую первопричину вымираний, проявляющуюся как влияние на геологические, солнечные и внесолнечные процессы.
Три геомагнитных суперхрона фанерозоя рассматриваются как периоды стабильности при прохождении Солнечной системой ветвей галактики [12]. Они имели место 120—84 (положительный меловой суперхрон), 312—264 (суперхрон обратной полярности) и ~485—463 млн лет назад (ордо
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.