Потепление климата, достигшее рекордной интенсивности и продолжительности, было характерно для пермского вымирания. Анализ с помощью моделей выявил, какие именно механизмы саморегуляции климата, необходимые для восстановления после крупных катастроф, были нарушены в результате этого вымирания.
Пермское вымирание, это событие, произошедшее приблизительно 252 миллиона лет назад, считается крупнейшим из всех, зарегистрированных за всю фанерозойскую эру — периода, когда на Земле появилась и развивалась «современная» многоклеточная жизнь. Его масштабы превысили даже «массовое вымирание динозавров», и, в отличие от последнего, оно было вызвано не столкновением с астероидом, а факторами, связанными с внутренними процессами планеты.
Несмотря на то, что детали истории и причины пермского вымирания остаются не до конца выяснены, общая картина представляется достаточно ясной. По всей видимости, катализатором процесса послужило извержение вулкана, которое вызвало Сибирские траппы — обширную провинцию, образованную вулканическими базальтами. Причиной извержения послужил восходящий поток мантии, аналогично современным вулканическим процессам в Исландии и на Гавайских островах, и это событие стало уникальным в своём роде.
Извержения, составляющие Сибирские траппы, длились около 400 тысяч лет и привели к затоплению территории, которая впоследствии стала Западной, Северной и Центральной Сибирью, огромными объемами базальтовой лавы – миллионами кубических километров. В атмосферу попали значительные объемы парниковых и токсичных газов.
К вулканической активности добавилось горение угольных пластов, подожженных лавой, и выброс углекислоты из разложившихся от высокой температуры известняков. Содержание углекислоты в воздухе могло достигнуть современный уровень составляет 0,04%, при этом до извержения показатель достигал 0,4%, а сейчас равен 0,8%).
Это послужило причиной беспрецедентного потепления за всю фанерозойскую эру. Средняя температура на планете возросла до 32 градуса Цельсия, что на 17 градусов превышает показатели современной ледниковой эпохи и на пять-семь градусов выше, чем во время эоценового климатического оптимума около 50 миллионов лет назад.
В результате перегрева и цветения водорослей, температура воды в океане в экваториальных и тропических регионах достигла 40 градусов Цельсия. Это привело к дефициту кислорода и повышению концентрации сероводорода сульфат-восстанавливающих бактерий, а озоновый слой был разрушен вулканическими выбросами галогенов. Растительная и животная жизнь, которая могла бы укрыться в полярных широтах, подвергалась действию мутагенного ультрафиолетового излучения.
Жизнь на Земле в период пермско-триасового вымирания была бы возможна для человека, однако окружающая среда представляла бы собой крайне некомфортные условия.
Обычно планета быстро реагирует на выбросы углекислого газа в атмосферу. Повышение его концентрации ускоряет рост биомассы, и избыток связывается живыми организмами. Часть углекислого газа идет на строительство известковых раковин водных организмов и оказывается захороненной в карбонатных осадочных породах. Период восстановления после выброса углекислого газа в атмосферу обычно не превосходит нескольких тысяч или десятков тысяч лет.
Потепление, которое сопровождало пермское вымирание, продолжалось в течение пяти миллионов лет. Исследователи из Университета Вайкато (Новая Зеландия) под руководством Терри Иссона и Софии Раузи нашли вероятную причину продолжительности потепления и связанного с ним вымирания. Они провели компьютерное моделирование земной экосистемы во время вымирания и выявили процесс, который поддерживал высокую концентрацию углекислого газа, — обратное выветривание.
Ранее этот процесс уже был известен. Углекислый газ, растворяясь в океанической воде, образует гидрокарбонаты. При формировании некоторые глинистые осадочные породы удерживают катионы гидрокарбонатных солей, а углекислота высвобождается в виде свободного газа.
Для формирования этих глин требуется кремнезем, растворенный в воде. Однако в «здоровом» океане этому процессу препятствуют диатомовые водоросли и другие микроскопические организмы, которые строят из него кремнистые скелеты. Поэтому обычно обратное выветривание не противодействует захвату углекислоты.
Организмы, обладающие кремнистыми скелетами, пережили пермское вымирание, сохранившись только в небольшом количестве подходящих для жизни участков Мирового океана. Интенсивное выветривание на суше привело к поступлению большого количества кремнезема в океаны, что вызвало значительное увеличение скорости отложения глин. Кроме того, биологический процесс связывания углекислого газа практически остановился, поскольку на выжженной суше почти не осталось растений, способных выполнять эту функцию.
Угольный разрыв» красноречиво демонстрирует степень истощения» ( coal gap) — характеризуется полным отсутствием каменного угля в отложениях, соответствующих границе пермского и триасового периодов. Этот горизонт представляет собой палеонтологический индикатор Великого вымирания, аналогично слою иридийсодержащего пепла, отмечающему границу мелового и палеогенового периодов и образовавшемуся вследствие падения астероида.
Пермское вымирание представляло собой самоподдерживающийся кризис. Его интенсивность была достаточной для нарушения основных процессов, регулирующих уровень углекислого газа, который, как следствие, задерживался в атмосфере значительно дольше, чем в обычных условиях.
В конечном итоге углекислый газ был заключен в осадочные породы, температура снизилась, и жизнь на Земле начала процесс восстановления.