Причины массового вымирания, которое случилось в конце девонского периода, долгое время вызывали споры. Авторы нового исследования, наконец, поставили точку в этом вопросе.
Девонский период — один из «райских» геологических периодов в истории Земли. По крайней мере, его начало и середина. В то время, приблизительно 400-410 миллионов лет назад, наша планета переживала расцвет биологического разнообразия. В морях плавало огромное количество рыб (этот период еще называют периодом эпохи рыб), климат на всей суше был тропическим, появились первые семенные растения и папоротниковидные. Эволюция и распространение наземных растений привели к возникновению почвенных покровов.
Однако эта эпоха длилась относительно недолго. Она завершилась около 350-370 миллионов лет назад массовым вымиранием — одним из самых крупнейших в истории планеты. В результате с лица земли исчезло почти 20 процентов семейств и 50 процентов видов.
Девонское вымирание долгое время оставалось предметом споров, так как в научном сообществе не было единого мнения о его причинах. Одни ученые полагали, что оно случилось из-за извержений вулканов, которые привели к глобальному похолоданию, другие — что всему виной деоксигенация, то есть снижение уровня кислорода в глобальном океане из-за увеличения количества наземных растений.
Группа ученых из Университета Индианы-Пердью Индианаполиса (США) разобралась в этом вопросе и, похоже, окончательно поставила в нем точку. Авторы исследования проанализировали сотни образцов древнейших горных пород на Земле, а также применили метод моделирования, в основу которого легли последние данные о девонском океане. В итоге они пришли к выводу, что причиной вымирания стали сразу два фактора, которые протекали одновременно: и извержения вулканов, и расцвет наземных растений. Результаты работы опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.
Ученые использовали специальную модель системы Земли для оценки биогеохимических циклов углерод — азот — фосфор — кислород — сера. Эта модель показала, что из-за резкого увеличения количества растений молодые ландшафты суши быстро подверглись эрозии, в результате чего из недр выделилось много фосфора, который затем осел в девонских океанах. То есть расцвет растений способствовал высвобождению огромных запасов фосфора.
Фосфор — один из ключевых элементов жизни, определяющий скорость, с которой крошечные водные организмы, такие как водоросли, могут использовать фотосинтез для преобразования углекислого газа (CO2) в органическое вещество.
Приток фосфора стимулировал цветение первичных продуцентов в океане, что привело к накоплению органического вещества и последующему снижению содержания растворенного кислорода (он уходил на окисление отмирающей органики) в воде. Иными словами, увеличение количества фосфора вызвало морское кислородное голодание, которого было достаточно, чтобы запустить (или поддержать) процесс массового вымирания.
Кроме того, ученые исследовали «летописи горных пород» позднего девона, чтобы понять, могли ли и вулканы «внести свою лепту» в это событие.
При росте вулканической активности в атмосферу выбрасываются многие тяжелые элементы, включая ртуть, которая затем оседает на земле. Исследователи проанализировали образцы осадочных пород из крупных магматических провинций позднего девона на предмет этого элемента — Вилюйской в Сибири, Кольской на Кольском полуострове и Припятско–Днепровско–Донецкой в Восточной Европе.
После оценки концентрации ртути показатель сравнили с общим уровнем органического углерода. Результаты показали пики повышения ртути в позднем девоне. В то время происходили мощные извержения — вероятно, они были частыми и кратковременными, что тоже могло способствовать массовому вымиранию.
Исследователи впервые объединили две главные гипотезы причины девонского вымирания, чтобы создать единый причинно-следственный сценарий этого события. Из него следует, что и мощные извержения вулканов, вызвавшие похолодание на планете, и параллельное с ними снижение уровня кислорода в океане из-за фосфора, который высвободили растения, стали единым двигателем вымирания, произошедшего примерно 370 миллионов лет назад.