Что убило динозавров и другую жизнь на Земле?

Определение того, что убило динозавров 66 миллионов лет назад в конце мелового периода, долгое время было предметом споров, поскольку ученые намеревались определить, что вызвало пять массовых вымираний, которые изменили жизнь на планете Земля в геологическое мгновение. Некоторые ученые утверждают, что кометы или астероиды, врезавшиеся в Землю, были наиболее вероятными агентами массового уничтожения, в то время как другие утверждают, что причиной были крупные извержения вулканов. Новое исследование под руководством Дартмута, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), сообщает, что вулканическая активность, по-видимому, была ключевой причиной массовых вымираний.

Полученные данные представляют собой наиболее убедительные количественные доказательства того, что связь между крупными извержениями вулканов и массовым оборотом видов не является просто случайностью.

Исследователи говорят, что четыре из пяти массовых вымираний произошли одновременно с типом вулканического излияния, называемого базальтовым наводнением. Эти извержения затопляют лавой обширные территории — даже целый континент — в мгновение ока геологического ока, всего за миллион лет. В качестве доказательства они оставляют после себя гигантские отпечатки пальцев — обширные области ступенчатой ​​изверженной породы (затвердевшей в результате извержения лавы), которые геологи называют «крупными изверженными провинциями».

Чтобы считаться «большой», большая магматическая провинция должна содержать не менее 100 000 кубических километров магмы. Для контекста: извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году привело к выбросу менее одного кубического километра магмы. Исследователи говорят, что большинство вулканов, представленных в исследовании, извергли примерно в миллион раз больше лавы, чем это.

Команда использовала три хорошо зарекомендовавших себя набора данных по геологической шкале времени, палеобиологии и крупным изверженным провинциям, чтобы изучить временную связь между массовым вымиранием и крупными изверженными провинциями.

«Большие ступенчатые области магматических пород от этих крупных вулканических извержений, кажется, совпадают по времени с массовыми вымираниями и другими значительными климатическими и экологическими событиями», — говорит ведущий автор Теодор Грин ’21, который провел это исследование в рамках Senior. Участвовал в программе стипендий в Дартмуте, сейчас учится в аспирантуре Принстона.

На самом деле серия извержений в современной Сибири вызвала самое разрушительное из массовых вымираний около 252 миллионов лет назад, выпустив в атмосферу гигантский выброс углекислого газа и почти задушив всю жизнь. Свидетельство тому — Сибирские траппы, большая область вулканических пород размером примерно с Австралию.

Извержения вулканов также потрясли Индийский субконтинент во время великого вымирания динозавров, создав то, что сегодня известно как плато Декан. Это, как и удар астероида, имело бы далеко идущие глобальные последствия, покрывая атмосферу пылью и ядовитыми парами, удушая динозавров и других живых существ в дополнение к изменению климата в долгосрочных масштабах.

С другой стороны, говорят исследователи, теории в пользу аннигиляции при столкновении с астероидом основаны на ударнике Чиксулуб, космическом камне, который потерпел крушение на мексиканском полуострове Юкатан примерно в то же время, когда вымерли динозавры.

«Все другие теории, которые пытались объяснить, что убило динозавров, включая вулканизм, потерпели крах, когда был обнаружен ударный кратер Чиксулуб», — говорит соавтор Бренхин Келлер, доцент кафедры наук о Земле в Дартмуте. Но, отмечает он, очень мало свидетельств подобных столкновений, совпадающих с другими массовыми вымираниями, несмотря на десятилетия исследований.

В Дартмуте Грин намеревался найти способ количественной оценки очевидной связи между извержениями и вымираниями и проверить, было ли это совпадение просто случайностью или существовали доказательства причинно-следственной связи между ними. Работая с Келлером и соавтором Полом Ренне, профессором наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли и директором Центра геохронологии Беркли, Грин наняла суперкомпьютеры Дартмутского кластера открытий для обработки чисел.

Исследователи сравнили наилучшие доступные оценки извержений паводкового базальта с периодами резкого исчезновения видов в геологической шкале времени, включая, помимо прочего, пять массовых вымираний. Чтобы доказать, что выбор времени был более чем случайным, они проверили, будут ли извержения точно так же соответствовать случайно сгенерированному шаблону, и повторили упражнение со 100 миллионами таких шаблонов. Они обнаружили, что совпадение с периодами вымирания гораздо больше, чем случайность.

«Хотя трудно определить, вызвал ли конкретный извержение вулкана одно конкретное массовое вымирание, наши результаты не позволяют игнорировать роль вулканизма в вымирании», — говорит Келлер. Ученые ожидают, что если бы была обнаружена причинно-следственная связь между извержениями вулканических базальтов и массовыми вымираниями, более крупные извержения повлекли бы за собой более серьезные вымирания, но такой корреляции не наблюдалось.

Вместо того, чтобы рассматривать абсолютную величину извержений, исследовательская группа упорядочила вулканические события по скорости, с которой они извергали лаву. Они обнаружили, что вулканические события с самой высокой скоростью извержения действительно вызвали наибольшие разрушения, вызывая более серьезные вымирания, вплоть до массовых.

«Наши результаты показывают, что, по всей вероятности, на границе мелового периода третичного периода должно было произойти массовое вымирание значительной величины, независимо от того, было ли воздействие или нет, что теперь можно показать более количественно», — говорит Ренне. «Тот факт, что произошло воздействие, несомненно, усугубил ситуацию».

Исследователи прогнали цифры и для астероидов. Совпадение ударов с периодами оборота видов было значительно слабее и резко ухудшилось, когда не учитывался ударник Чиксулуб, что позволяет предположить, что другие известные ударники меньшего размера не вызывали значительных вымираний.

По словам Грина, скорость извержения Деканских ловушек в Индии свидетельствует о том, что условия для повсеместного вымирания были готовы даже без астероида. Удар был двойным ударом, который громко прозвучал похоронным звоном для динозавров, добавляет он.

По словам Грина, извержения паводковых базальтов в геологической летописи нечасты. Последний подобный, но значительно меньший масштаб произошел около 16 миллионов лет назад на северо-западе Тихого океана.

«Хотя общее количество углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу при современном изменении климата, все еще намного меньше, чем количество, выбрасываемое большой изверженной провинцией, к счастью, — говорит Келлер, — мы выбрасываем его очень быстро, что является причиной Быть обеспокоенным.» Грин говорит, что выбросы двуокиси углерода до неприятного сходны со скоростью экологически вредных паводковых базальтов, которые они изучали. Это ставит изменение климата в рамки исторических периодов экологических катастроф, говорит он.