Причины массового вымирания, произошедшего в конце девонского периода, долгое время оставались предметом дискуссий. Новое исследование, проведенное авторами, позволяет, наконец, разрешить этот вопрос.
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.
Этот период продолжался сравнительно короткое время и закончился примерно 350-370 миллионов лет назад массовым вымиранием — одним из самых значительных в истории Земли. В результате с лица земли исчезло почти 20 процентов семейств и 50 процентов видов.
Девонское вымирание на протяжении длительного времени вызывало дискуссии в научном сообществе, поскольку не существовало единой точки зрения на его причины. Некоторые ученые считали, что причиной послужили извержения вулканов, спровоцировавшие глобальное похолодание, в то время как другие возлагали вину на деоксигенацию – снижение концентрации кислорода в мировом океане, вызванное увеличением биомассы наземной растительности.
Исследователи из Университета Индианы-Пердью Индианаполиса (США) провели детальное изучение данного вопроса и, вероятно, пришли к окончательным ответам. В ходе работы авторы проанализировали множество образцов древнейших горных пород Земли и использовали метод моделирования, основанный на современных данных о девонском океане. В результате анализа было установлено, что причиной вымирания послужили два одновременных фактора: вулканическая активность и распространение наземных растений. Результаты работы опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.
Для оценки биогеохимических циклов углерода, азота, фосфора, кислорода и серы исследователи применили специализированную модель системы Земли. Согласно результатам моделирования, стремительный рост растительности привел к ускоренной эрозии молодых сушистых территорий, что вызвало высвобождение значительного количества фосфора из горных пород. Этот фосфор впоследствии осаждался в девонских океанах, демонстрируя, что буйный рост растений способствовал высвобождению крупных фосфорных резервов.
Фосфор играет важную роль в поддержании жизни, влияя на скорость фотосинтеза, который используют водные организмы, например водоросли, для преобразования углекислого газа ( CO2) в органическое вещество.
Повышенное содержание фосфора способствовало развитию водорослей в океане, что привело к увеличению количества органического вещества и, как следствие, к уменьшению концентрации растворенного кислорода в воде, поскольку он расходовался на разложение отмерших органических остатков. Таким образом, рост количества фосфора спровоцировал морское кислородное голодание, которое оказалось достаточным для инициирования (или поддержания) массового вымирания.
Для выяснения возможной роли вулканической активности в этом событии исследователи также изучили геологические данные, отражающие состояние горных пород позднего девона.
Повышенная вулканическая активность приводит к выбросу в атмосферу значительного количества тяжелых элементов, в том числе ртути, которая впоследствии оседает на земной поверхности. Ученые провели анализ образцов осадочных пород, взятых из крупных магматических провинций позднего девона на предмет этого элемента — Вилюйской в Сибири, Кольской на Кольском полуострове и Припятско–Днепровско–Донецкой в Восточной Европе.
Концентрация ртути была оценена и сопоставлена с общим уровнем органического углерода. Полученные данные выявили пиковые значения ртути в позднем девоне. В этот период наблюдались интенсивные вулканические извержения — вероятно, они характеризовались высокой частотой и кратковременностью, что также могло сыграть роль в массовом вымирании.
Ученые впервые объединили две ведущие гипотезы, объясняющие причину девонского вымирания, чтобы предложить согласованный сценарий развития событий. Согласно новому сценарию, как крупные вулканические извержения, спровоцировавшие похолодание климата, так и одновременное снижение концентрации кислорода в океане из-за высвобождения фосфора растениями, стали ключевыми факторами массового вымирания, произошедшего около 370 миллионов лет назад.