Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
В каком-то смысле изотопы похожи на отпечатки пальцев. Геохимики используют их почти так же, как детективы используют отпечатки пальцев на месте преступления: чтобы установить преступника. Рассуждения могут оказаться сложными, однако во многих случаях для однозначной идентификации какого-нибудь события или процесса можно использовать отношение между двумя конкретными изотопами. В предыдущей главе мы видели, как соотношение изотопов углерода использовалось для идентификации метана биологического происхождения в качестве источника углерода во время Великого потепления при ПЭТМ. Некоторые изотопы подходят для этого лучше других, и осмий тут особенно хорош, поскольку породы, образованные разным способом (например, породы континентальной коры и породы, образованные вулканизмом океанического дна), обеспечивают большую разницу в соотношении его изотопов. Оба эти источника добавляют осмий в океаны, а отношение изотопов осмия в морской воде будет зависеть от того, сколько осмия поступило в океан в результате выветривания континентальных пород, а сколько — в результате вулканической активности на дне океана. Резкий сдвиг, обнаруженный Тарджоном, показал, что в начале ОАЕ в океане резко возросло количество вулканического осмия.
Согласно данным Тарджона, на интервале образования черных сланцев вулканический осмий составлял 97 % всего содержащегося в океане осмия, в 30–50 раз больше, чем до этого события. Сегодня подводная вулканическая активность дает менее трети осмия в морской воде: большая его часть приходится на эрозию континентов. Тарджон не мог доказать, что вулканический осмий поступил из Карибской КМП, однако не существует никаких других явных кандидатов, которые могли бы объяснить эти данные.
Таким образом, работа Тарджона и Кризера устанавливает прямую связь между интенсивной вулканической деятельностью Карибской КМП и глобальным бескислородным состоянием океана, повсеместными вымираниями морских организмов и накоплением богатых органикой отложений на морском дне. Это создает прочный фундамент для идеи (до недавнего времени базировавшейся в основном на косвенных подтверждениях), что периодические вулканические излияния в крупных магматических провинциях сыграли значительную роль в истории Земли, включая инициацию мировых изменений климата и исчезновений организмов. Судя по имеющимся данным, самым важным аспектом КМП в этом отношении является большое количество углекислого газа, выделяющегося во время извержений. Это заключение важно, поскольку означает, что пласты осадочных пород, появившиеся во время этих периодов масштабного вулканизма, точно так же, как породы из интервала ПЭТМ, описанные в предыдущей главе, могут сохранить информацию о том, как реагировала наша планета в прошлом на быстрые изменения уровня парниковых газов в атмосфере.
Период океанской аноксии (то есть нехватки кислорода в воде), связанный с Карибской КМП, был одним из самых интенсивных в геологической летописи за последние несколько сотен миллионов лет, и поэтому привлек немалое внимание. Геохимикам удалось установить многие детали происходившего в это время, измеряя показатели осадочных пород, которые отражают различные характеристики среды того периода (например, изотопы кислорода в раковинах планктона отражают температуру воды). Они говорят, что в начале ОАЕ, как мы видели ранее, температура воды повысилась на несколько градусов практически сразу после первоначального выброса вулканического углекислого газа. Интересно, что это продолжалось недолго: после этого промежутка времени морская вода снова остыла, причем температура упала практически до исходных значений. Почти наверняка это было связано с извлечением углекислого газа из атмосферы в ходе геохимического цикла углерода: фотосинтезирующие организмы размножались в теплых поверхностных водах, используя углекислый газ для создания органического материала; после смерти этих организмов он оказывался захороненным в отложениях. Эффективность парникового потепления уменьшилась, и температура понизилась. Но даже такая колоссальная конфискация углерода вызвала лишь кратковременный (менее 150 000 лет) спад: поступление диоксида углерода от вулканической деятельности в Карибской КМП вскоре изменило баланс, и температуры снова стали расти.
Недавно дополнительный свет на состояние океана во время ОАЕ пролил один показатель — биомаркер, характерный для определенных типов бактерий. Хотя организмы-хозяева не сохраняются в виде окаменелостей, в черных сланцах на сеномано-туронской границе встречаются устойчивые молекулы, свойственные так называемым зеленым серобактериям. Эти бактерии — крохотные существа, которым для жизни не нужен кислород: энергию они получают, потребляя ядовитый сероводород. Но они тоже являются фотосинтезирующими и живут на мелководье, где на них воздействует солнечный свет. Их важность с точки зрения выяснения условий во время С-Т границы состоит в том, что они существуют в крайне специфичной среде — в области между глубокими водами, насыщенными сероводородом, и освещенным солнцем мелководьем, где есть растворенный кислород. Каждый раз, когда в осадочных породах обнаруживаются биомаркеры зеленых серобактерий, это означает, что в прошлом в глубоких районах океана имелись значительные количества сероводорода, которые просачивались вверх и попадали в поверхностные воды.
Основная часть зеленых серобактерий сегодня обитает в застойных бедных кислородом водоемах — таких, как Черное море. Они живут за счет сероводорода, который вырабатывает другая разновидность бактерий, живущая в более глубоких бескислородных водах, характерных для таких сред. Эти глубоководные бактерии расщепляют молекулы сульфатов (распространенный компонент морской воды и в частности воды Черного моря), получая при этом энергию и выделяя сероводород. В своей приповерхностной нише зеленые серобактерии потребляют этот сероводород, когда он проникает вверх. В глубоких зонах океана наблюдаются отложения времен ОАЕ, содержащие биомаркеры зеленых серобактерий, а это означает, что в то время большую часть морских глубин населяли бактерии, производящие сероводород. Океанские глубины были пропитаны этим ядовитым веществом, и некоторые исчезновения морских организмов на С-Т границе, возможно, вызваны его воздействием.
В списке известных крупных магматических провинций излияния Карибской КМП были относительно невелики. Я подробно остановился на этом эпизоде, потому что сигнатура изотопов осмия в черных сланцах ОАЕ надежно связывает этот вулканизм с глобальными экологическими последствиями. Какими же оказывались последствия гораздо более масштабных излияний в КМП? В большинстве случаев приходится опираться на совпадение по времени. По мере того как радиометрическое датирование вулканизма и фиксация изменений в окружающей среде становятся все более точными, между ними прослеживаются все более четкие связи. В частности, три из крупнейших массовых вымираний за последние 500 миллионов лет хорошо совпадают с формированием трех крупных КМП: деканских траппов в центральной и западной Индии, Центрально-Атлантической магматической провинции (CAMP) и сибирских траппов. Все эти три провинции аномальны: во всех имеются громадные объемы лавы, излившиеся за относительно короткие сроки. Каждая из них совпадает
