ОКЕАНОЛОГИЯ, 2013, том 53, № 6, с. 825-837
^ МОРСКАЯ
ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.461.8
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПРИЧИН МАССОВЫХ ВЫМИРАНИЙ БИОТЫ В ФАНЕРОЗОЕ
© 2013 г. М. С. Бараш
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва e-mail: barashms@yandex.ru Поступила в редакцию 10.10.2012 г.
Рассмотрение условий среды во время массовых вымираний показывает, что в некоторые интервалы времени (сотни тысяч — первые млн лет) вредное влияние 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 импакт-событиях и др. 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 выявить первичные причины массовых вымираний: земные (вулканизм) и космические (импакт-события). Одновременное проявление взаимно независимых явлений свидетельствует об общих внешних причинах более высокого порядка, находящихся вне пределов Солнечной системы. Предполагается связь этих событий с орбитальным движением Солнечной системы вокруг центра Млечного пути и пересечением ветвей галактики, а также с осцилляциями позиции Солнечной системы относительно галактической плоскости. Предполагаемые причины влияют на процессы, происходящие на Земле, включая внутренние и внешние геосферы, активизируют падения астероидов и комет. Под их воздействием развиваются две основные последовательности событий: земные, приводящие к мощному вулканизму, и космические — импакт-события. В обоих случаях в атмосферу выбрасываются вредные химические элементы и аэрозоли. Возникают парниковый эффект, потепление, затемнение атмосферы, препятствующее фотосинтезу, стагнация океана, аноксия. Сокращается биопродуктивность, разрушаются пищевые цепи, происходит вымирание значительной части биоты.
DOI: 10.7868/S003015741305002X
ВВЕДЕНИЕ
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. Особенно 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: 1) ордовикское — на рубеже ордовика и силура; 2) девонское — на рубеже девона и карбона; 3) пермское — на рубеже перми и триаса; 4) триасовое — на рубеже триаса и юры; 5) меловое — на рубеже мела и третичного периода.
ПРИЧИНЫ МАССОВЫХ ВЫМИРАНИЙ
Тектонические движения. Одним из ведущих абиотических факторов, определяющих крупномасштабную палеоокеанологическую эволюцию океана и населяющих его организмов, является,
несомненно, тектонический. Ясно ведущее влияние тектоники (движения литосферных плит и вертикальных движений) на изменения контуров материков и океанов, горообразование и вулканизм, рельеф, емкость котловин, колебания уровня моря, связи между бассейнами, циркуляцию океана и атмосферы, климат, возникновение и деградацию материковых оледенений, а через эти факторы и на развитие биоты. Однако влияние тектоники длится десятки — сотни миллионов лет и не может вызвать геологически краткие изменения палео-среды, приводящие к массовым вымираниям.
Климатические колебания. В течение фанеро-зоя происходили значительные климатические колебания. Глобальные похолодания могут быть губительными для морских организмов. Исчезают, сокращаются, перемещаются к экватору ареалы тепловодных организмов. Похолодание усиливает океанскую циркуляцию и перемешивание, обогащает воду кислородом. Но это приводит к исчезновению фауны, приспособившейся к жизни в низкокислородной среде. Возрастает продуктивность, что может отрицательно повлиять на бен-тические комплексы, сформировавшиеся в оли-готрофных условиях. Изменения всей гидродина-
мики океана нарушает экологические условия во всей его толще.
Потепления определяются по геохимическим и изотопным данным, по данным о повышении концентраций тепличных газов, таких как СО2 и МН4, по распространению тепловодных организмов в высокие широты. Многие исследователи считают, что быстрые потепления вызываются выбросами в атмосферу парниковых газов при крупных излияниях базальтов. Потепление может привести к диссоциации газогидратов и выделению в атмосферу метана из донных осадков и/или вечной мерзлоты в высокоширотных районах, что должно вызвать дальнейшее повышение температуры и развитие парникового эффекта. Все организмы толерантны к температуре в определенном интервале, но вне этого интервала нарушаются биохимические процессы, физиологическая активность вплоть до их гибели. Глобальное потепление вызывает таяние материковых льдов и соответствующий подъем уровня моря. Это оказывается вредным для морских экосистем. При потеплении океанская циркуляция становится вялой и развивается аноксия. Исчезают апвеллинги, и сокращается продуктивность. Развитие малокислородных или бескислородных условий обычно рассматриваются как непосредственная причина большинства событий вымирания организмов в геологическом прошлом.
В течение последних 500 млн лет все основные интервалы исчезновения происходили, когда уровень СО2 превышал 1000 ррт. Эти эпизоды соответствуют интервалам глобальных потеплений [68].
Эвстатические колебания уровня моря. Понижения уровня, которые обычно сочетаются с периодами похолодания и увеличения объемов материковых оледенений, считаются важным фактором вымирания, особенно шельфовых сообществ. При понижении уровня сокращаются ареалы обитания, нарушаются экологические системы. Особенно губительны понижения уровня для организмов, населяющих эпиконтинентальные моря, в которых может нарушаться связь с открытым океаном, изменяться солевой состав, может, наконец, произойти полное их высыхание. В некоторых случаях отрицательное влияние на биоразнообразие оказывают и трансгрессии, также происходит нарушение экологических систем.
Вулканизм. Извержения базальтов также рассматриваются как потенциальная причина массовых вымираний в течение фанерозоя. При извержениях вероятна дегазация базальтов, выделение значительных количеств СО2 и 802, которые влияют на состав атмосферы и океана. Для выявления связи между вымираниями в интервале от конца перми до настоящего времени и такими возможными причинами вымираний как вулка-
низм, крупные понижения уровня моря и им-пакт-события, был применен статистический анализ, причем рассматривались сценарии влияния отдельных причин [48]. Единственную статистически значимую связь цитируемый автор обнаружил между пиками вымираний и вулканизмом. По его мнению, импакт-события играют роль в том случае, если они инициируют вулканизм. Однако эти выводы вряд ли можно отнести к вулканизму Центрально-Атлантической магматической провинции, обусловленному главной фазой рифтообразования в процессе распада Гондваны у границы триаса и юры. В этом случае первичной причиной кризиса является тектоническое развитие литосферы.
Импакт-события. Падения на Землю крупных космических тел (астероидов, комет) рассматриваются как одни из главных причин массовой гибели организмов. Внимание к этой идее привлек Альварес с соавторами [5]. Предполагается, что крупное импакт-событие могло вызвать многомесячное глобальное затемнение из-за выброса в атмосферу массы пыли и мелкого детрита. Затемнение препятствовало фотосинтезу, приводило к прекращению образования первичной продукции. Соответственно, нарушались пищевые цепи и гибли связанные пищевыми цепями сообщества организмов. Кроме того, пылевые облака отражали солнечные лучи и вызывали сильные понижения температуры. Еще одним следствием им-пакт-событий могли быть обширные пожары, оказывавшие губительное воздействие на наземную биоту. Свидетельства таких пожаров — фрагменты древесного угля — обнаружены в пограничных осадках у границы мелового и третичного периодов, хотя они могут быть обусловлены и другими причинами. С импакт-событиями связывают также возникновение гигантских цунами, которые могли оказать вредное влияние на мелководные экосистемы, образование кислотных дождей, вредных для наземной и приповерхностной морской биоты, повышение уровня космической радиации, отравляющее влияние увеличения концентраций редких элементов. Расчеты показывают, что гигантский астероид может пробить литосферу и вызвать вулканическое извержение [19].
Идея о сильном влиянии космических факторов и, в частности, импакт-событий на развитие биосферы Земли привлекает все больший интерес по мере исследований и получения новой информации. Обнаруживаются новые свидетельства катастрофических столкновений Земли с крупными астероидами или кометами. Это частично возвращает нас к идеям катастрофизма Ж. Кювье, уступившим в середине 19 века идеям градуализма, или эволюционизма Ч. Лайелля и Ч. Дарвина.
ВЕЛИКИЕ МАССОВЫЕ ВЫМИРАНИЯ
Ордовикское вымирание (Ordovician-Silurian Boundary— OSB) завершилось около 443 млн л. н. Оно длилось 3.3—1.9 млн л. Вымерло 49—57% родов, 86% видов организмов [6, 60]. Общие палеогеографические условия вымирания возникли в результате движения Гондваны в область Южного полюса, что вызвало глобальное похолодание и материковое оледенение в Южном полушарии. После интервала парникового климата, который был характерен для ордовика, наступило похолодание, которое, как полагают многие исследователи, наряду с понижением уровня океана, привело к массовой гибели биоты. По изотопной палеотер-мометрии температуры в тропическом океане в конце ордовика оцениваются в 32—37°C, за исключением кратковременного похолодания на ~5°C. В это же время объем материкового оледенения достиг или превысил позднеплейстоцено-вый ледниковый максимум, произошла крупная пертурбация углеродного цикла, и имело место массовое вымирание [20].
Понижение уровня
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.