Самая страшная экологическая катастрофа в естественной истории Земли — пермское вымирание — была вызвана массивными извержениями вулканов в Сибири. Это окончательно доказали китайские ученые из Университета науки и технологий совместно с коллегами из Канады, США и Швейцарии. Исследователи впервые объяснили, как атмосферное загрязнение вулканическими аэрозолями могло привести к исчезновению большинства видов живых организмов на суше и океанах. Статья ученых опубликована в журнале Nature Communications.
Узнайте больше в полной версии ➞Пермское вымирание произошло 251 миллион лет назад на границе пермского и триасового периодов. С лица Земли исчезли около 90 процентов морских видов и 75 процентов наземных видов. Считается, что вина лежит на трапповом магматизме в Сибири, когда на поверхность изливается огромный объем магмы и выбрасывается большое количество аэрозолей. Чтобы определить природу аэрозольных частиц, ученые проанализировали изотопный состав пермско-триасовых осадочных пород в арктической части Канады.
Исследователи выявили, что отклонение изотопной сигнатуры Ni60/Ni58 в тестируемых образцах от сигнатуры стандартного образца составляет диапазон значений от минус 1,09 до 0,25 промилле (или десятой доли процента). Отклонение изотопной сигнатуры никеля, обозначаемая как δ60Ni, определяется как соотношение Ni60/Ni58, обнаруженное в пермских осадочных породах, к обычно встречающемуся отношению никеля-60 к никелю-58 (в формуле от соотношения еще отнимается единица, что объясняет знак «минус» при избытке легких изотопов).
Причиной специфической изотопной сигнатуры могут быть различные источники, характеризующиеся собственным соотношением изотопов. Например, это могут быть продукты выветривания континентальной коры, переносимые реками в океаны; вулканогенные аэрозоли, оседающие в океаны из атмосферы, или же гидротермальная активность. Например, среднее отклонение изотопной сигнатуры для рек равно 0,84 промилле, то есть в речной воде присутствует избыточное количество изотопов никеля-60 по отношению к никелю-58 (это связано с сорбцией легких изотопов никеля на оксидах железа). В морской воде избыток никеля-60 вырастает еще больше (1,44 промилле). Физико-химические условия различных сред меняют изотопную сигнатуры, что позволяет определить, как именно сформировали породы.
δ60Ni пермско-триасовых пород характеризуются наличием избыточного количества легких изотопов. Подобное отклонение наблюдается при формировании или плавлении магматических сульфидов при высокой температуре. Как пишут ученые, трапповый магматизм в Сибири расплавил сульфидные никелевые руды, а возникшие аэрозоли выпали на поверхность, в том числе над арктической частью Канады. Это происходило за 500 тысяч лет до начала массового вымирания, однако масштабные выбросы никеля уже должны были привести к экологическим нарушениям.
Рост концентрации никеля на протяжении тысячелетий должен был сопровождаться бурной деятельностью микроорганизмов в океане, что, в конечном итоге, привело к истощению кислорода в морях и формированию гигантских мертвых зон. Вымирание было ускорено пиком вулканического магматизма, что привело к выбросу углекислого газа и метана и, как следствие, к резкому изменению климата и почти полному кислородному истощению океана. Это и вызвало массовое вымирание морских видов животных.