Планетарная катастрофа, которая уничтожила динозавров и направила эволюцию животного мира по новому пути, до сих пор вызывает много вопросов. Вероятной причиной мел-палеогенового вымирания могло быть падение метеорита, и даже найден подходящий на эту роль кратер. Как бы то ни было, мы с вами, высокоразвитые млекопитающие, существуем именно благодаря тому, что исчезли динозавры. Ну а динозавры, в свою очередь, тоже появились по причине того, что вымерли более древние виды-конкуренты. И таких «эпизодов вымирания» в истории Земли было довольно много. Давайте разберемся, сколько раз наша планета переживала подобные катастрофы, что было причиной этого и возможно ли повторение подобного сценария в будущем?
Мезозой, кайнозой… какая между ними разница?
Все события в геологической летописи нашей планеты не только имеют определенную дату, но и относятся к какому-то периоду, а те, в свою очередь, объединены в эры: это и есть геохронологическая, или стратиграфическая, шкала. По ней можно узнать, когда начался девон – эпоха изобилия рыб, или сколько длились юра и мел – время господства динозавров. Ученые до сих пор уточняют эти даты, и последнюю актуальную версию общей стратиграфической шкалы можно посмотреть на сайте Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А.П. Карпинского. Эры и периоды разделяют глобальные геологические события, связанные с развитием планеты, формированием суши и океанов, а также с этапами эволюции биосферы. Например, кайнозойская эра, в которой мы все сейчас живем, или, как часто говорят ученые, кайнозой, началась 66 миллионов лет назад. Эра была выделена потому, что именно с этого времени в отложениях фиксируется новая форма морских водорослей. С началом кайнозоя также связано бурное развитие птиц и млекопитающих – теплокровных животных, более приспособленных к различным колебаниям параметров окружающей среды. Однако в то же время эта трансформация биологической жизни стала возможна только после массового вымирания динозавров, которое как раз случилось на границе мезозоя и кайнозоя.
Как ученые определяют, что случилось вымирание
Периодическое вымирание флоры и фауны – непрерывный процесс, связанный с эволюцией биосферы: палеонтологи в таких случаях говорят о фоновом вымирании. Но когда в геологических отложениях исчезает очень много видов, речь идет о массовом вымирании, или о пиковом вымирании. И вот основные критерии такого события:
- более 50 % вымерших видов;
- полное вымирание таксонов более высокого ранга – исчезают целые роды и семейства животных (прим. ред.: таксон – от древнегреческого «порядок, организация» – группа в классификации, состоящая из объектов, объединенных общими свойствами и признаками; в биологической систематике – это роды, семейства, отряды и т.д.);
- вымирание охватывает большую территорию и фиксируется во всех частях планеты, как на суше, так и в океане.
Каждое массовое вымирание – это отправная точка для нового эволюционного витка: одни виды исчезают, на их место в экологических нишах приходят другие, зачастую более высокоразвитые, и в результате этого процесса растет общее биоразнообразие и устойчивость экосистем.
Сколько глобальных вымираний фауны случилось за последние 540 миллионов лет
В нашей сегодняшней статье мы рассмотрим лишь эпизоды глобального вымирания фауны, поскольку эти события не совпадают с периодами исчезновения видов флоры и зачастую имеют разные причины. И в первую очередь нас будут интересовать относительно недавние события последних 540 миллионов лет, то есть фанерозоя. Таких событий было 5. Вот как они располагаются на временной шкале, по мере удаления от сегодняшнего дня.
- Мел-палеогеновое вымирание: около 66 миллионов лет назад.
- Триасовое, или триасово-юрское, вымирание: конец триаса – около 201,3 миллионов лет назад.
- Пермское вымирание: рубеж пермского и триасового периода – 251-252 миллионов лет назад.
- Девонское вымирание: 372-360 миллионов лет назад.
- Ордовикско-силурийское вымирание: около 445 миллионов лет назад.
Впервые эти пики массовых вымираний были выявлены в 1980-х годах американским ученым Джеком Сепкоски, который проанализировал динамику встречающихся видов в морских отложениях. За основу исследования были взяты именно морские отложения, потому что они содержат более точную летопись живых организмов, чем отложения на суше. Результаты работы Джека Сепкоски и пики массовых вымираний родов морской фауны представлены на графике ниже.
Стоит отметить, что относительно недавнее четвертичное вымирание, пик которого зафиксирован 15-12 тысяч лет назад и во время которого с лица земли исчезли мамонты, шерстистые носороги, гигантские ленивцы и другие их современники, не относят к массовым вымираниям. Исчезновение затронуло в основном мегафауну – крупных животных весом более 40-45 кг, и большую роль в этом вымирании сыграли не только природные факторы, но и деятельность людей-охотников. А вот перечисленные выше пять массовых вымираний – это уже следствие общепланетарных катастрофических процессов, в которых люди не принимали участия. Почему нам так важно знать причины этих вымираний? Ответ напрашивается сам собой: потому что мы не застрахованы от подобного сценария в будущем.
Ордовикско-силурийское вымирание: около 445 миллионов лет назад
Вымирание видов. На тот момент жизнь еще не вышла на сушу, и все вымершие виды – около 85% – это обитатели морей. А если говорить о более высоких таксонах, на уровне семейств, то их исчезло более 49%. Полностью вымерли головоногие моллюски ортоконы, сильно пострадали двустворчатые моллюски, трилобиты, иглокожие, кораллы, мшанки и брахиоподы – разнообразные обитатели мелководных прибрежных экосистем.
Вероятные причины вымирания: вымирание имело два пика гибели живых организмов, и наблюдалось в период с 445 по 443 миллионов лет назад.
- Оледенение. Первый этап обычно связывают с Гондванским оледенением. Есть версия, что Земля оказалась в облаке космической пыли, возникшей после разрушения космического тела в поясе астероидов, расположенном между Марсом и Юпитером, поэтому и случилось похолодание. Гондвана покрылась ледяным щитом, уровень моря в это время понизился, и мелководные участки – основные места обитания живых организмов – оказались без воды. Да и в целом температура на поверхности океана в районе тропиков была на 5 °C ниже, чем сейчас.
- Вулканизм и потепление. Второй этап вымирания, наоборот, связан с извержением вулканов и глобальным потеплением: температура воды в океане повысилась, уровень кислорода снизился, и выросла кислотность. На активный вулканизм указывает, в том числе, повышенное содержание ртути в морских отложениях, которое было обнаружено учеными.
Девонское вымирание: 372-360 миллионов лет назад
Вымирание видов. Исчезли многие виды аммонитов, брахиопод, губок, бесчелюстных, рыб и строматопороидов, которые формировали рифы. Вообще, девонский период называют эпохой рыб из-за огромного разнообразия этой процветавшей группы животных: например, в то время в морях обитала хищная рыба дунклеостей, длина которой достигала 11 метров! Этот гигант тоже не пережил девонское вымирание. В общей сложности исчезло 50-75% всех биологических видов, а на уровне семейств вымерло 20-30%. В последующем после вымирания карбоне произошел расцвет амфибий, которые начали осваивать сушу.
Вероятные причины вымирания: Как и большинство других вымираний, девонское связано сразу с несколькими событиями.
- Взрыв сверхновой. Одна из гипотез – разрушение озонового слоя из-за мощного ионизирующего излучения, которое возникло после взрыва сверхновой звезды. В отложениях позднего девона как раз фигурируют изотоп железа-60, который образуется при взрывах звезд.
- Экспансия растений. Неожиданно, но расцвет наземных растений повлиял на глобальные биохимические процессы. Группа ученых из США пришла к выводу, что экспансия растений на континентах привела к разрушению горных пород и высвобождению большого количества фосфора. Этот элемент после попадания в океан вызвал бурное цветение водорослей, а на окисление всей этой отмирающей органики стало тратиться слишком много кислорода. В итоге падение уровня кислорода стало критическим для морской биоты.
- Вулканизм. В позднем девоне также зафиксировано повышенное содержание ртути в горных породах, что свидетельствует в пользу активного вулканизма.
Пермское вымирание: рубеж пермского и триасового периодов – 251-252 миллиона лет назад
Вымирание видов. Масштабы катастрофы были таковы, что событие получило название Великое пермское вымирание. Из морских обитателей исчезло 95-96 % видов, а на суше зафиксировано вымирание 73 % всех обитавших видов, в том числе 83% видов насекомых. В ходе этого вымирания навсегда исчезли крупные формы насекомых, в том числе знаменитые гигантские стрекозы меганевры, размах крыльев которых достигал 45-70 сантиметров. На уровне высших таксонов речь идет об исчезновении 60 % всех семейств животных. После восстановления фауны развитие получили архозавры, ставшие предками динозавров и птиц.
Вероятные причины вымирания. К этому вымиранию привело сразу несколько событий.
- Трапповый вулканизм. Анализ минерала кальцита из геологических отложений того периода говорит о том, что концентрация углекислого газа была почти в 5 раз выше, чем сейчас. Наиболее вероятная причина этого – активный вулканизм. На эту роль претендует Сибирская трапповая провинция, где на протяжении достаточно долгого периода – от 10 до 800 тысяч лет, изливалась жидкая лава (прим. ред.: трапповый магматизм – длительное и значительное по площади излияние базальтовой лавы, которая после застывания формирует характерный плоский рельеф с уступами, напоминающими ступени – от шведского trappa, что означает «лестница»). За это время в атмосферу попало огромное количество вулканического пепла, токсичного диоксида серы и углекислого газа, что повысило температуру на планете примерно на 10 градусов. В итоге Мировой океан перегрелся, уровень кислорода в воде упал, а концентрация углекислого газа, наоборот, возросла. Это и стало причиной вымирания почти всего живого в океане, а также негативно сказалось и на сухопутной биоте.
- Метеорит. Но, возможно, сибирские траппы – это лишь следствие, а главным толчком для глобальных перемен стала встреча планеты с астероидом. Кратер Земли Уилкса в Антарктиде указывает на то, что на планету упал метеорит диаметром около 20 км. Мощный удар на противоположной конце Земли мог привести к активизации Сибирской магматической провинции.
Вспышки на Солнце. Еще один возможный виновник вымирания находится за пределами Земли: это наша звезда. Геологи обнаружили во льдах Гренландии следы, указывающие на мощную вспышку на Солнце, совпадающую по времени с великим пермским вымиранием.
Триасовое, или триасово-юрское вымирание: конец триаса – около 201,3 миллионов лет назад
Вымирание видов. В большей степени пострадали морские обитатели: двустворчатые и головоногие моллюски, брахиоподы, губки, кораллы, полностью вымерли конодонты. В целом исчезло 76% видов животных, а на уровне высших таксонов палеонтологи отмечают вымирание 35% всех семейств. Важное событие этого вымирания с далеко идущими последствиями – это уход с мировой арены крупных земноводных: освободившуюся экологическую нишу после восстановления фауны в морях заняли динозавры.
Вероятные причины вымирания. Вулканизм. Наиболее вероятная причина – активный вулканизм в регионе Центрально-Атлантической магматической провинции, который сопровождал формирование Атлантического океана. В отложениях периода триасового вымирания ученые выявили высокие концентрации химических элементов-маркеров, которые указывают на масштабные вулканические извержения. Извержения привели к излиянию базальтовых лавовых потоков в мелководные участки моря, что вызвало рост концентрации очень токсичного сероводорода, а также углекислого газа, метана и диоксида серы. Как следствие – рост температуры в морях, снижение уровня кислорода и закисление океана, которое препятствует нормальному усвоению и фиксации кальция, столь важного для большинства морских организмов.
Мел-палеогеновое вымирание: около 66 миллионов лет назад
Вымирание видов. В общей сложности исчезло 70-75% всех обитавших на тот момент видов живых существ. Ключевое событие, имевшее далекоидущие последствия, – это вымирание динозавров, благодаря которому стала возможна стремительная эволюция млекопитающих и птиц. Кроме динозавров полностью исчезли головоногие моллюски – аммониты и белемниты, а также рудисты – отряд крупных двустворчатых моллюсков. И млекопитающие, кстати, тоже сильно пострадали: исчезло 93 % видов из этого класса животных. На уровне высших таксонов можно говорить о вымирании около 50 % всех семейств.
Вероятные причины вымирания. Вероятнее всего, мел-палеогеновое вымирание стало следствием цепочки событий.
- Падение метеорита. Ученые полагают, что кратер Чиксулуб диаметром более 170 километров, расположенный на границе полуострова Юкатан и Карибского моря – это след от падения метеорита диаметром 10-11 километров. На встречу Земли с астероидом указывает высокая концентрация иридия в осадочных породах на границе мела и палеогена. В результате удара образовалось облако пыли, в составе которой было много углекислого газа и серы из осадочных отложений того региона, куда упал злополучный метеорит. Ученые говорят о том, что в атмосферу было выброшено более 300 гигатонн серы и более 400 гигатонн углекислого газа. Сера и другие взвеси вызвали обилие кислотных осадков, что привело к повышению уровня кислотности Мирового океана.
- Темнота. Взвешенные частицы от удара окутали плотной пеленой Землю. Моделирование показывает, что в атмосферу попало значительное количество мелкодисперской пыли, которая способна держаться в атмосфере очень долго, до 15 лет, блокируя солнечный свет. На 6-9 месяцев наступила кромешная тьма и на протяжении следующих 10 лет освещенность была ниже нормы. Отсутствие солнечного света мгновенно сказалось на вымирании продуцентов: сразу после удара зафиксировано исчезновение более 90 % планктонных фораминифер и 93 % видов нанопланктона.
- Глобальное похолодание. Метеорит вызвал эффект ядерной зимы. Модели показывают, что произошло падение общепланетарной температуры на 15° С: это тяжелейший удар для всего живого, и в первую очередь для крупных растительноядных организмов, массово вымиравших от холода и голода. А вот у плотоядных было больше шансов. Например, из всех крупных рептилий удалось выжить некоторым морским черепахам и крокодиломорфам. Современные крокодилы, кстати, отлично переносят не только голодовку на протяжении нескольких месяцев, но даже и отрицательные температуры воздуха: аллигаторы в Северной Америке вмерзают в лед при похолодании и погружаются в спячку. Возможно, такие же механизмы адаптации спасли и их далеких предков.
- Излияние траппов на плато Декан. В тот же период идет извержение Деканских траппов, которые расположены на территории Индии. Масштабное излияние базальтовой лавы выбросило в атмосферу дополнительную массу взвешенных частиц, оксидов серы и углекислого газа, что усугубило затемнение и похолодание. Но, вот что интересно: активизация деканских траппов, вероятно, была вызвана падением все того же рокового метеорита. Существует теория, что падение крупного метеорита способно вызвать схождение ударных волн в регионе, лежащем на противоположной стороне планеты: кратер Чиксулуб на Юкатане и деканские траппы в Индии – это как раз такие точки.
Возможно ли повторение сценария-катастрофы в ближайшем будущем?
Итак, наше маленькое расследование показало, что наиболее вероятных первопричин массового вымирания не так уж и много: активный вулканизм, вспышки на Солнце, падение крупного астероида. И все эти факторы в той или иной мере по-прежнему присутствуют в сегодняшней парадигме существования Земли. Так значит, не исключены и новые глобальные катастрофы? Какие же прогнозы на сей счет дают ученые?
Вулканизм. Ученые полагают, что таяние континентальных льдов на фоне глобального потепления приведет к перераспределению давления и может спровоцировать активизацию магмы и вулканизм. Климатолог Маркус Штоффель из Женевского университета полагает, что в XXI веке вероятность извержения вулкана, подобного активности Тамборо в 1815 году, вызвавшего похолодание, неурожаи и голод, составляет 1 к 6. Кандидатов на роль вулкана-монстра немало: это и всем известный супервулкан Йеллоустон, и супервулкан Флегрейские поля возле Неаполя, который винят в вымирании неандертальцев, и многочисленные вулканы в Индонезии. Массового вымирания фауны с исчезновением более 50 % видов эти события, возможно, и не вызовут, но похолодание, неурожаи сельскохозяйственных культур и недостаток продовольствия вполне вероятны.
Вспышки на Солнце. Идет активное исследование связи между катастрофами в биосфере и солнечной активностью: например, австралийские ученые в своей работе обнаружили связь массовых вымираний биоты с интенсивностью солнечного излучения. А прогнозы НАСА говорят о том, что повторение мощной вспышки, аналогичной «событию Каррингтона» 1859 года (прим. ред.: это была самая мощная геомагнитная буря в истории наблюдений, вызванная вспышкой на Солнце, которую наблюдал английский астроном Ричард Кэррингтон) в наши дни возможно с вероятностью до 12 %. Однако на сегодняшний день природа солнечных вспышек до конца не изучена, и пока у ученых нет инструментов, точно предсказывающих наступление этих событий.
Падение астероида. Ближайшее возможное событие – приближение к Земле астроида Апофис диаметром коло 370 метров, которое ожидают в апреле 2029 года. Но, как успокаивают ученые, для глобального вымирания Апофис маловат: для катастрофы планетарного масштаба нужен астероид диаметром не менее 1,5 километров, да и предварительная траектория показывает прохождение астероида между Землей и Луной, а не его падение. Встреча с другими крупными космическими объектами не исключена, но маловероятна: все-таки наша Земля уже пережила период массированной бомбардировки астероидами.
Не стоит забывать и о том, что большинство из рассмотренных пиковых вымираний фауны случились не по причине какого-то одного явления: в основном речь идет о комплексе негативных событий, которые усилили эффект друг друга. Поэтому для повторения сценария массового вымирания на Земле необходимо совпадение сразу нескольких катастрофических событий, а вероятность этого тем более невелика.
Автор текста Ольга Фролова
Изображение на обложке: разработано Magnific
