Геология

Примерно 252 миллиона лет назад, в конце пермского периода, на Земле практически не осталось ничего живого. О причинах этой катастрофы нет единого мнения. В новой работе ученые использовали многочисленные массивы данных и модели, чтобы выявить ключевые драйверы изменения климата. По их мнению, удвоение парциального давления углекислого газа в атмосфере привело к продолжительному Эль-Ниньо, спровоцировавшему, в свою очередь, каскад губительных для биосферы процессов.

В конце пермского периода биосфера потеряла почти 90 процентов видов. Ученые пришли к выводу, что виной тому — резкое усиление парникового эффекта, вызванное масштабным извержением сибирских траппов. Главный нераскрытый вопрос: почему тот древний мир оказался столь чувствительным к росту CO2 в атмосфере?

Исследователи из нескольких европейских институтов во главе с Китайским университетом наук о Земле в Ухане решили внести ясность. Результаты их изысканий опубликованы в журнале Science.

Между гибелью морской и сухопутной фауны существовал заметный временной лаг. Более того, вымирание морской биоты началось на 17 тысяч лет раньше, чем резкое потепление экваториальных вод с 26 до 34 градусов Цельсия, что явно превысило возможности многих живых существ. Значит, действовал еще какой-то невидимый «убийца» — возможно, нехватка кислорода в океане (аноксия).

Однако эту версию авторы исследования отвергли, поскольку в эпоху высокого насыщения атмосферы кислородом океанская аноксия вряд ли могла вызвать гибель сухопутной биоты, начавшуюся раньше морского кризиса и задолго до пика потепления. Свидетельство тому — исчезновение торфяников и смена голосеменных лесов на кустарниковые экосистемы за десятки или даже сотни тысяч лет до гибели океанской биоты.

Ученые выдвинули несколько гипотез сухопутного вымирания — от отравления металлами, истощения озонового слоя до кислотных дождей. Но ни одна не смогла объяснить всю глубину позднепермского кризиса.

«Большинство видов не смогло приспособиться, но, к счастью, кто-то выжил, иначе мы бы сейчас не существовали. Это был почти конец жизни на Земле», — отметил профессор Сун Ядун из Университета наук о Земле (КНР), первый автор статьи.

Специалисты обратились к краткосрочным климатическим явлениям, которые действуют в масштабе одного года и десятилетий, могут вызывать серьезные колебания температуры и гидрологических циклов. Они применили модель HadCM3BL для прогноза глобального климата на фоне резкого повышения выбросов парниковых газов, палеотемпературные данные, анализ осадочных пород, чтобы определить градиент температуры поверхности моря на экваторе — SST (Equatorial Sea Surface Temperature) — и построить модель взаимодействия атмосферы и океана.

Согласно получившейся модели, в конце пермского периода зональный градиент SST в океане Тетис уменьшился с семи до 10 градусов Цельсия, сократившись до одного-четырех градусов на границе геологических периодов. Эти и другие серьезные изменения параметров океана привели к ослаблению циркуляции Уокера — метеорологического явления перемешивания нижних слоев атмосферы над океаном в тропиках. Все это вызвало Эль-Ниньо — колебание температуры верхнего слоя тропического океана.

Современное Эль-Ниньо длится 9-12 месяцев, в плиоцене они продолжались три миллиона лет. О том, насколько потепление климата усиливает это явление, идут споры. Однако модель, построенная авторами новой научной работы, показала, что в конце пермского периода сила и длительность Эль-Ниньо нарастали. В результате на планете установился очень теплый и крайне нестабильный климат.

«Одно потепление не могло вызвать такое опустошительное вымирание. Как мы видим сегодня, когда в тропиках становится жарче, виды мигрируют к северу, в высокие широты. Мы показали, что мощные выбросы парниковых газов не просто нагрели планету, но сделали климат жарче и нестабильнее, непригоднее для выживания», — пояснил соавтор работы Александр Фарнсворт из Университета Бристоля (Великобритания).

Во время мощных Эль-Ниньо тепловая энергия, накопленная в океане, выплескивалась на сушу, вызывая сильные засухи и экстремальные волны тепла. В наше время такое наблюдается в экваториальной зоне, ударяя по лесам Амазонки и центральной части Африки.

Что касается морской биоты, то сильные волны тепла во время Эль-Ниньо и сегодня вызывают обесцвечивание коралловых рифов и гибель планктона. В конце пермского периода это чуть не привело к катастрофе.