Одно из самых катастрофических вымираний в истории Земли, произошедшее в пермском периоде, по геологическим меркам продолжалось буквально одно мгновение. Как подсчитали американские ученые, уничтожение 96% водных и 70% наземных видов заняло всего 60 тысяч лет.
Пермский пейзаж. Реконструкция Victor Leshyk
Пермское вымирание не зря называют Великим – ничего подобного в истории нашей планеты с тех пор не происходило. Но, несмотря на грандиозные масштабы этой катастрофы, ученые до сих пор не пришли к единому мнению о ее причинах. На сегодняшний день существует три гипотезы, объясняющие массовое вымирание живых организмов – падение астероида, глобальное извержение вулканов и каскад наложившихся друг на друга экологических катаклизмов.
Пытаясь разобраться в событиях, отдаленных от наших дней 250 миллионами лет, исследователи Массачусетского технологического института замерили длительность катастрофы во времени. Как оказалось, вымирание происходило "практически мгновенно с геологической точки зрения" и продолжалось порядка 60 тысяч лет, то есть по меньшей мере в 10 раз быстрее, чем это считалось ранее. Получить эту потрясающую цифру ученым удалось благодаря новым, более точным методам определения возраста горных пород.
"У нас есть представление о точном возрасте и продолжительности вымирания, – констатировал профессор геологического факультета MIT Сэм Боуринг. – Но как можно было убить 96% всех обитателей океанов за какие-то десятки тысяч лет? Похоже, исключительное вымирание требует исключительного объяснения".
Примерно за 10 тысяч лет до катастрофы океаны Земли подверглись воздействию большого количества легких изотопов углерода. В результате вода оказалась сильно подкислена, а ее температура выросла сразу на 10 градусов. Именно эти события уничтожили большинство морских обитателей, уверенны исследователи.
Наиболее популярная сегодня гипотеза механизмов пермского вымирания связывает его с сибирскими траппами – многослойными лавовыми полями, возникшими в результате мощнейших вулканических процессов, выбросивших на поверхность Земли больше пяти миллионов кубических километров лавы.
"Понятно, что причины, приведшие к вымиранию, должны были действовать очень быстро, – отметил ведущий автор исследования, аспирант MIT Сет Берджесс. – Настолько быстро, что большинство представителей растительного и животного миров попросту не успели к ним адаптироваться". Краткосрочность событий вымирания подтверждает господствующую гипотезу, согласно которой летучие химические соединения, выброшенные вулканами, радикально изменили состав атмосферы и океанов, став причиной массовой гибели живых существ.
Возможно, цитирует Бауринга The Daily Mail , даже один катастрофический импульс магматической активности стал триггером, запустившим почти мгновенный крах всех глобальных экосистем.
Вымерло около 60% всех морских беспозвоночныхСамое первое массовое вымирание животных произошло около 450-440 млн. лет назад. Назвать точную причину вымирания нельзя, но большинство ученых склоняются ко мнению, что всему виной послужило движение Гондваны - огромного суперконтинента, включавшего в себя практически всю сушу Земли. Гондвана сдвинулась близко к южному полюсу планеты, что привело к глобальному похолоданию, и как следствие, падению уровня мирового океана.
Большая часть животных в то время обитало в воде, и падение уровня мирового океана уничтожило или повредило места обитания большинства видов животных ордовикского и силурийского периода.
Произошло 374 и 359 млн. лет назад. Девонское вымирание состояло из двух пиков, во время которых Земля лишилась 50% всех существовавших родов и почти 20% всех семейств. Во время девонского вымирания исчезли почти все бесчелюстные (до наших дней дожили только миноги и миксины).
Совершенно неясно, что послужило причиной этого массового вымирания. Основная версия случившегося - изменение уровня мирового океана и кислородное обеднение океана. Вероятно это было вызвано высокой вулканической активностью Земли. Некоторые ученые так же не исключают падение крупного внеземного тела, например кометы.
Это самое массовое вымирание животных, когда либо случавшихся на нашей планете. Некоторые ученые называют Пермское вымирание - величайшим массовым вымиранием всех времен. Около 250 млн. лет назад исчезло 70% всех наземных животных. В океане дела обстояли еще хуже - погибло 96% морских видов. Во время Великого Пермского вымирания погибло более 57% родов насекомых. Это единственное известное вымирание, которое коснулось насекомых.
Вымирание затронуло даже микроорганизмы, которым, казалось бы, мало что может навредить.
Одного мнения, почему случилось такое масштабное вымирание, у ученых нет. Некоторые склоняются к тому, что всему причиной явилась повышенная вулканическая активность. Некоторые предполагают, что со дна океана было выброшено очень много метана (см. замороженный метан на дне океана), что привело к губительной смене климата. Ряд ученых считает, что в это время Земля столкнулась с огромным астероидом. Доказательством последней теории служит огромных кратер в Антарктиде (находится на Земле Уилкса).
После Пермского вымирания животный мир восстанавливался 30 млн. лет (некоторые ученые считают, что восстановление биосферы длилось 5 млн. лет). Широко распространились животные, которые до этого были в тени более сильных видов. Так, это время считается периодом становления архозавров (предки современных крокодилов и вымерших динозавров). От них произошли и птицы, которых могло и не быть, если бы не Великое Пермское вымирание.
Триасовое вымирание случилось 200 млн. лет назад. Погибло около 20% всех морских животных, множество архозавров (получившие широкое распространение после Пермского вымирания), и большинство видов земноводных. Ученые подсчитали, что половина всех известных нам животных, живших в то время, погибло во время триасового вымирания.
Особенностью Триасового вымирания считается скоротечность. Оно произошло в течение 10 тыс. лет, что очень быстро в планетарном масштабе. В это время начался распад сверхконтинента Пангея на отдельные континенты. Возможно, что причиной распада стал большой астероид, который изменил погоду на планете, вызвав вымирание. Но доказательств этой теории нет, до сих пор не найдено ни одного большого кратера триарского периода.
Некоторые ученые считают, что причиной триасового вымирания, как и всех других массовых вымираний животных, являлась повышенная вулканическая активность Земли в то время.
Самое знаменитое вымирание произошло около 65 млн. лет назад. Знаменито оно тем, что в это время на Земле вымерли динозавры. Так же погибло более 15% семейств морских животных и 18% семейств сухопутных животных.
До конца не ясно, что привело к этому массовому вымиранию. Ученые продолжают исследования мелового и палеогенового периода Земли, чтобы найти причину катастрофы. Наиболее известные теории гласят, что Земля столкнулась с крупным астероидом или попала в зону излучения от взрыва сверхновой звезды.
Но помимо "космических" причин, есть предположения, что динозавры (а так же некоторые другие виды животных) просто не смогли приспособиться к новой растительности, буйное развитие которое наблюдалось в то время, и просто "отравились" несъедобными листьями. Или же были истреблены первыми млекопитающими, которые уничтожали кладки динозавров, не давая им размножаться. В пользу последней теории говорит тот факт, что некоторые динозавры жили еще довольно долго на территории современной Северной Америки и Индии, где, возможно, "опасные" млекопитающие появились позднее.
Временная шкала исторических периодов Земли. Треугольниками отмечены массовые вымирания животных.
В первой трети XIX в., когда Уильям Смит основал науку стратиграфию, учёные предпочитали объяснять наличие в геологических породах останков нескольких ископаемых фаун с помощью так называемой теории катастроф , или катастрофизма (не путать с математической теорией того же названия). Согласно этой теории, животные и растения на Земле существовали в неизменном виде с момента Сотворения и до тех пор, пока на их головы не обрушивался некий глобальный катаклизм, и гигантские волны погребали под мощным слоем ила, песка и глины всё живое. Или огнедышащие вулканы заливали земную поверхность лавой и засыпали горячим пеплом. После этого на нашей планете возникала совершенно новая жизнь, что предполагает повторный акт Творения. Впрочем, почитающийся отцом-основателем теории катастроф Жорж Кювье на многократном Творении не настаивал. Он считал, что новые виды переселялись в ставшие безжизненными области из отдалённых районов, не затронутых стихийным бедствием. Спустя какое-то время эти районы в свою очередь были поражены катаклизмом и исчезли в морской пучине без следа. Вот почему новые виды появились словно бы ниоткуда.
К середине XIX в. умами овладела идея плавной, постепенной и непрерывной эволюции. Более других такой перемене настроений научного сообщества способствовали труды двух Чарльзов - Чарльза Лайеля и Чарльза Дарвина . Первый высказал и обосновал предположение, что мощные геологические пласты, под которыми погребены останки организмов, далеко не всегда следы стихийного бедствия. Чаще всего это - результат многовекового накопления осадков, выпадающих в нормальном, а не катастрофическом темпе. Второй, вдохновлённый идеями первого, создал стройную теорию постепенной эволюции органического мира, которую мы все изучали в школе.
Самый известный представитель сфенакодонтов — диметродон (Dimetrodon). Это раннепермский род, включавший несколько видов
На какое-то время теория катастроф Кювье оказалась почти забыта, как выяснилось, не вполне заслужено. Современные биологические воззрения, по сути, представляют собой некий синтез катастрофизма и теории плавной непрерывной эволюции. То есть, изменения в облике видов, разумеется, происходят постоянно, но большую часть истории Земли они накапливаются ну очень медленно. В нормальных устоявшихся условиях естественный отбор является скорее стабилизирующим механизмом, с большей долей вероятности отсекающим любые новшества. Но вот появляется некий фактор, непоправимо нарушивший достигнутое ранее равновесие. Стремительно пересыхают вековые болота, исчезают леса, изменяется температура и химический состав воздуха, кислотность воды. Миллиарды живых существ гибнут, не оставив потомства. Количество обитающих на Земле видов неуклонно сокращается.
И вот при таких печальных обстоятельствах всегда находятся виды, ранее занимавшие очень скромное положение в экосистеме, но обладающие какими-либо признаками, позволяющими пережить данную катастрофу. В условиях массовой гибели конкурентов они выходят на авансцену и стремительно развиваются. Естественный отбор начинает фиксировать ранее отсекавшиеся признаки, необходимые в новых условиях. Потомки бывших аутсайдеров заселяют опустевшую после катаклизма Землю, и вскоре (в геологическом смысле этого слова) её облик в корне меняется.
Именно потому, что эволюция протекает не совсем плавно, а рывками от вымирания к вымиранию, мы и наблюдаем сравнительно чётко разграниченные геологические периоды, временные отрезки, внутри которых не происходит резкой смены фауны и флоры. При этом и в середине периода некоторые виды постепенно сходят со сцены и замещаются другими. Это как бы фоновый уровень вымирания. Но на границах периодов количество исчезнувших видов на единицу времени гораздо выше. Если в среднем на существенное изменение фауны и флоры уходят десятки миллионов лет, то на определённых участках геохронологической шкалы полная смена декораций может уложиться «всего» в 2 -3 миллиона лет. Но в пределах жизни одной отдельно взятой особи такую экологическую катастрофу, если повезёт, можно и не заметить.
Проанализировав динамику исчезновение видов, палеонтологи обнаружили пять особенно высоких пиков, значительно возвышающихся над фоновым уровнем. Очень крупные, выходящие из ряда вон вымирания наблюдаются в позднем кембрии, позднем девоне, поздней перми, позднем триасе и позднем мелу. Последнее из перечисленных включает в себя интригующую столь многих гибель динозавров. Однако вымирание в конце мелового периода не является самой масштабной экологической катастрофой в истории Земли. Титул Великого Вымирания по праву носит катаклизм, имевший место примерно 250 млн. лет назад на границе пермского и триасового периодов. Он же разделяет палеозойскую и мезозойскую геологические эры.
Насколько можно судить по палеонтологическим данным, в результате Великого Пермского вымирания с лица Земли навсегда исчезло 70% видов населявших её ранее наземных позвоночных и 90% всех обитателей моря. К этому же времени относится единственное известное в истории земной биосферы массовое вымирание насекомых (около 80% всех видов). Для сравнения - в конце мелового периода, на границе мезозоя и кайнозоя вымерло менее 20% всех видов животных. Мир насекомых, самый многочисленный по количеству видов, эта катастрофа затронула мало.
Пограничные слои на стыке перми и триаса отличаются исключительно низким разнообразием видов. На восстановление биосферы Земли после Великого вымирания по разным оценкам ушло от 5 до 30 млн. лет. К концу этого срока жизнь на нашей планете снова бурлила, но приобрела совершенно иной облик. Каков же был этот исчезнувший мир, и чем он отличался от того, что пришёл ему на смену?
Так повелось, что из всей живности человека больше всего интересуют ближайшие родичи - наземные позвоночные. Именно их (если таковые имеются) вспоминают прежде всего, отвечая на вопрос, какие животные водятся в той или иной местности. Так что, начнём, пожалуй, с наземных позвоночных пермского периода, тем более, что они весьма примечательны. Но сначала - небольшой экскурс в ещё более далёкое прошлое.
Выход позвоночных животных на сушу состоялся в девонском геологическом периоде. Пионерами в освоении нового жизненного пространства стали земноводные (амфибии). Их дальнейшая эволюция вне водного пространства привела к усовершенствованию лёгочного дыхания и преобразованию икринок, которые могут развиваться лишь в водной среде, в яйца, обладающие твёрдой скорлупой либо плотной кожистой оболочкой. Это позволяет личинке развиваться как бы в крошечном водоёмчике, находящемся внутри зародышевой оболочки - амниона . Высшие позвоночные - счастливые обладатели такой оболочки, называются амниотами . Далее среди амниот выделились две ветви животного мира - завроморфы (от греческог «заурос» - ящер) и тероморфы (от греческого «терион» - зверь).
Первые вдобавок к вышеперечисленным устройствам приобрели сухую кожу с роговым покрытием, сведя к минимуму потери влаги. Существа, одетые в подобные «пустынные скафандры» вовсе не нуждаются в сколько-нибудь крупных водоёмах и могут смело наступать вглубь материка, не боясь оторваться от источников воды. Однако за удобство надо платить: необходимо перестроить выделительную систему. Ведь почки амфибий мало отличаются от рыбьих и предназначены для выведения из организма избытка воды. Проблема удаления конечного токсичного продукта белкового обмена - мочевины - решается очень просто: ее просто растворяют в водяном потоке, который так и так постоянно "течет сквозь организм". Но начиная жизнь в «сухопутном скафандре "почки выведения" необходимо заменить на "почки сбережения", призванные выводить во внешнюю среду как можно меньше воды. При этом приходится менять конечный продукт белкового обмена с мочевины на менее токсичную мочевую кислоту, а это требует дополнительных энергетических затрат. Другая важная проблема - сухая, лишенная желез кожа создает большие трудности с терморегуляцией - а при жизни на суше, где обычны резкие температурные перепады, этим не стоит пренебрегать.
Что до тероморфов, то приобретя усовершенствованный дыхательный аппарат и покрытые плотной кожистой оболочкой яйца, они сохраняют кожу, доставшуюся в наследство от амфибий - мягкую влажную, пронизанную железами. Это оставляет множество возможностей для дальнейшего развития, закрытых для завроморфов. Кожные железы могут со временем развиться во что-нибудь полезное в новых условиях. Можно превратить их в волоски, выполняющие осязательные функции, а сделав эти волоски достаточно густыми, создать теплоизолирующий покров - шерсть. Можно приобрести дополнительный орган выделения - потовые железы, которые являются еще и терморегулятором (пот, испаряясь, охлаждает поверхность тела); можно изменить состав их выделений, превратив эти железы в млечные, и выкармливать с их помощью детенышей. Если для завроморфов путь к появлению теплокровности чрезвычайно затруднён, то для тероморфов он прямо-таки напрашивается. Правда, по степени зависимости от источников воды зверообразные очень сильно уступают настоящим рептилиям и будут обитать вблизи водоёмов.
В пермских морях ведущую позицию захватили хрящевые рыбы
Как видим, каждый из двух вариантов развития имеет свои преимущества и свои недостатки. Вся трехсотмиллионолетняя история наземных позвоночных - это история состязания тероморфов с завроморфами, где эволюционный успех сопутствовал то одним, то другим. В позднем палеозое тероморфы были более успешны. Пермь - это время господства на суше зверообразных ящеров.
В ранней перми доминирующими хищниками были сфенакодонты . Они достигали в длину 3-4 м, однако отличались не слишком большой подвижностью, имея короткие малоразвитые конечности. Очевидно, сфенакодонтов от голодной смерти спасало лишь то, что их добыча была ещё менее подвижна. Возможно, некоторое преимущество над жертвой обеспечивали удлиненные спинные отростки позвонков. К ним крепились мышцы, которые должны были изгибать тело при движении, а также возможно поднимать переднюю часть тела при атаке, ведь прыгать при таком строении конечностей было сложно. Эти же удлиненные отростки предназначались у некоторых из сфенакодонтов для крепления кожистого паруса, как полагают, служившего для терморегуляции.
Распространёнными травоядными в этот период были эдафозавры , вероятно, первые из высших позвоночных приспособившиеся к растительной пище. Тело эдафозавра было крупным, длинным и бочкообразным, но поддерживали его короткие и слабые конечности. Так что максимум, на что его хватало, это переползти от одного источника пищи до другого. Зато он был обладателем роскошного паруса.
Парусные звероящеры (пеликозавры ), и хищные, и травоядные, постепенно сходят со сцены к середине перми, вытесненные более подвижными животными. Царицей позднепермской суши стала иностранцевия . Этот крупнейший звероящер, относящийся к отряду зверозубых, был впервые открыт в 1898 г. палеонтологом Владимиром Прохоровичем Амалицким, во время раскопок на берегу Северной Двины. Животное получило своё имя в честь выдающегося русского естествоиспытателя А. А. Иностранцева, под руководством которого Амалицкий проходил курс геологии Санкт-Петербургском университете. Первооткрывателю посчастливилось обнаружить два полных скелета иностранцевии и множество фрагментов. Позже останки иностранцевии были найдены также в Оренбургской области. Этот великолепный хищник имел вытянутое, чуть приплюснутое с боков тело, мощный хвост, узкий и удлинённый череп длиной 40 - 60 см, пальцы, снабженые большими когтями. Известные полные экземпляры иностранцевии достигают в длину 3-4 м, но в распоряжении палеонтологов имеются отдельные фрагменты более крупных животных.
Как и положено звероящеру, иностранцевия не имела роговой чешуи, ряд исследователей полагает, что она была покрыта шерстью. Судя по некоторым особенностям строения, хищник вёл полуводный или, по крайней мере, околоводный образ жизни, но устройство зубов говорит о том, что основной добычей иностранцевии служила не рыба, а крупные толстокожие четвероногие. Клыки верхней челюсти, узкие, с пильчатыми режущими передними и задними краями, были очень сильно развиты. При закрытой пасти они ложились в желобообразные углубления на внешней стороне нижней челюсти (своего рода ножны), а концами почти достигали нижнего края челюсти. Выступающая часть клыка достигала в длину 15 см и более. Крупные и мощные резцы при закрытой пасти плотно смыкались, нижние резцы входили в промежутки между верхними, а клыки нижней челюсти в ямы на нёбе. Заклыковые зубы слабые, мелкие и немногочисленные, в нижней челюсти они отсутствуют и, вероятно, не играли большой роли. Как видно, весь этот грозный аппарат служил в основном для захвата и расчленения добычи, но не для пережёвывания. На случай потери клыков - основного орудия нападения - в клыковой сумке иностранцевии имелось до трех сменных зубов, находящихся в зачаточном состоянии и способных за короткое время развиться в новый функциональный клык. Судя потому, что в Архангельской области было найдено множество отдельных клыков иностранцевий без каких-либо следов повреждений или изнашивания, замена клыков происходила регулярно вне зависимости от наличия или отсутствия повреждений.
Общим своим обликом иностранцевия напоминала грозных хищником куда более поздней эпохи - саблезубых тигров и, подобно им, она, очевидно, добывала себе пропитание, охотясь на животных с исключительно толстой кожей. Добычей саблезубых кошек кайнозоя были носороги и гиппопотамы, иностранцевия охотилась на парейазавров и дицинодонтов .
Парейазавры - группа растительноядных животных, относящихся к ящерам-завраморфам. Они достигали весьма крупных размеров (от 1,5 до 4 метров), но короткие и очень массивные конечности делали парейазавров весьма неповоротливыми существами. Вероятно, это были прибрежные животные, которые много времени проводили в воде подобно бегемотам. В коже спины и головы этих ящеров формировались похожие на выпуклые бляшки окостенения, которые придавали кожной поверхности неровный или бугристый характер.
Дицинодонты включают в себя множество видов, разнообразных по облику и образу жизни, но все они являются фитофагами (растительноядными). Как и иностранцевия, они принадлежали к славному сообществу тероморфов, но к менее высокоразвитой их группе. Размеры этих животных варьируются от 30 см до 4 м. Для большинства дицинодонтов характерно исчезновение всех зубов, кроме двух верхних клыков, но зато они были способны раздавливать пищу во рту с помощью рогового покрытия дёсен — их нижняя челюсть могла совершать передние-задние движения. Кроме того, в их распоряжении имелся роговой клюв, вроде того, какой можно видеть у современных черепах.
Однако, не одни лишь позвоночные составляют земную фауну и оживляют окружающий пейзаж. Предшествовавший перми карбоновый (каменноугольный) период был временем невиданного расцвета насекомых. Поздний палеозой может похвастаться некоторыми представителями этого класса, не характерными ни для какой иной эпохи. Группа мегасекоптеры возникла в конце карбона, была очень успешной на протяжении всего пермского периода и бесследно вымерла на границе перми и триаса. По своему внешнему виду мегасекоптеры напоминали стрекоз, но в отличии от последних они не были хищниками. Их ротовой аппарат был колюще-сосущим. В длину эти комаро-стрекозы достигали 10 см и более. Но не спешите приходить в ужас, представив себе десятисантиметрового кровососа. Как полагают, эти очень красивые насекомые прокалывали покровные ткани растения и питались его соком, спорами или семенами.
Ну и заговорив о насекомых, нельзя не вспомнить отряд Palaeodictyoptera , насчитываюший по разным систематикам от 20 до 40 семейств. В карбоне некоторые его представители имели размах крыльев до полуметра. В перми они несколько измельчали, но всё равно их размеры впечатляют. Как и мегасекоптеры, Palaeodictyoptera не пережили Великое вымирание.
Что до пермских морей, то ведущие позиции в них захватили хрящевые рыбы. Тогда этот подкласс был несколько более многочисленным и разнообразным, чем в наши дни и включал ряд вымерших ныне отрядов. Доминирующими морскими хищниками, как и сейчас, были акулы. Однако, современные акулы, хоть и похожи на пермских, не являются их прямыми потомками. Пермские акулы бесследно вымерли в конце палеозойской эры, сходная биологическая конструкция возникла повторно и независимо в середине мезозоя.
Важным элементом пермского морского пейзажа были отмели, образованные колониями брахиопод , похожие на современные устричные отмели. Но брахиоподы (плеченогие), хоть и напоминают своим внешним видом двустворчатых моллюсков, вовсе моллюсками не являются. Они представляют собой отдельный тип животного царства, некогда весьма многочисленный (до 30 тысяч видов), а ныне насчитывающий всего 280 видов. Многие известные палеонтологом брахиоподы стали жертвами Великого вымирания. Оно оказалось роковым и для четырёхлучевых кораллов - главных рифостроителей перми. Также, Великое вымирание поставило точку в существовании трилобитов , своеобразных членистоногих, известных начиная с кембрия и сохранявших в своём строении некоторые черты кольчатых червей. Но вообще-то, трилобиты и для пермского периода были весьма редкими животными, «живыми ископаемыми». Их наивысший расцвет приходится на силурийский период. До конца палеозоя дожил всего один вид, а всего специалисты их насчитывают около 10 тысяч.
Морскими обитателями, благополучно пережившими Великое Пермское вымирание были головоногие моллюски - аммониты и белемниты . Эти долгожители начали осваивать океаны с середины палеозойской эры и исчезли лишь в самом конце мезозоя.
Чуть более 250 млн. лет назад число обитающих на земле видов начало стремительно сокращаться. Исчезли крупные хищники-звероящеры, гигантские насекомые, свирепые пермские акулы. Затем разнообразие видов вновь начинает расти, но теперь земная фауна имеет совершенно иной облик. Главенствующее положение в ней, как на суше, так и на море, занимают настоящие рептилии (завроморфы).
В начале мезозоя некоторые ящеры, чьи предки потратили столько усилий для того, чтобы порвать с водной средой, вторично возвращаются к водному образу жизни. Именно они занимают нишу, освобождённую вымершими пермскими акулами, и становятся доминирующими морскими хищникам.
«На расстоянии от берега над поверхностью моря поднялась одна, а затем другая голова, сидевшие на длинной шее; головы были плоские, как у змеи, а шеи грациозно извивались. Казалось, что плывут два огромных чёрных лебедя, туловища которых чуть поднимались над водой» - так академик Владимир Афанасьевич Обручев описывал встречу героев своего научно-фантастического романа «Плутония» с морскими ящерами плезиозаврами, известными с триасового периода.
Кто-то из великих палеонтологов обрисовал внешний облик этих ящеров менее поэтично, но более ярко - «змея, продетая сквозь тюленя». Однако, среди плезиозавров известны виды, обладающие короткой шеей и длинным (до 3 м) черепом. Достойную конкуренцию плезиозаврам как морским хищникам составляли ихтиозавры (рыбоящеры), существа общим своим обликом напоминающие дельфина, но пастью, более похожие на крокодила. В длину они могли достигать до 24 м.
Что касается наземных животных, то из крупных звероящеров Великое вымирания, похоже, пережили лишь некоторые дицинодонты, да и те не дожили до середины мезозоя. В триасе наиболее успешной группой наземных животных становятся архозавры . Под этим именем подразумевают особую ветвь развития рептилий, в конце концов приведшую к возникновению крокодилов, птиц (по трактовке некоторых биологов - особо продвинутых высокоспециализированных рептилий, приспособленных для полёта) и красы и гордости мезозойской эры - динозавров. От прочих рептилий архозавров отличала более совершенная дыхательная система и более эффективная система кровообращения, облегчённый череп, а также особая конструкция конечностей, позволившая некоторым видам со временем перейти к двуногому хождению, что в свою очередь позволяет развить довольно большую скорость, передвигаясь по суше. При этом архозавры, будучи завроморфами, потребляют значительно меньше воды, чем звероящеры и, соответвенно, значительно меньше зависимы от её источников. Им не нужна вода для выделения продуктов белкового обмена, поскольку они выводят мочевую кислоту, а не мочевину. Кожа архозавра, лишенная желез и покрытая роговой чешуей, не испаряет воду.
В триасе именно среди архозавров видообразование шло быстрее всего, и очень скоро они заняли доминирующее положение. Их триумфальное шествие продолжалось и в последующих: юрском и меловом, периодах. А потом случилось ещё одно вымирание и потомки переживших пермско-триасовую катастрофу тероморфов, мелких и невзрачных, влачивших на протяжении всего мезозоя довольно таки жалкое существование, взяли реванш. Они стали родоначальниками совершенно нового класса позвоночных - млекопитающих, почти повсеместно занявших доминирующее положение в кайнозойскую эру.
Беспрецедентное по своим масштабам экологическое бедствие имевшее место на границе перми и триаса попытались было объяснить столкновением Земли с астероидом и принялись искать подходящий по времени кратер или обломки. Практически безрезультатно. Правда в Антарктиде удалось обнаружить что-то, вроде бы похожее на следы падения крупного небесного тела, но данные свидетельства (небольшие фрагменты и зёрна кварца, возможно, ударного происхождения) повсеместно признаны неубедительными. Между тем ещё в 70-е годы XIX в. было сделано научное открытие, видимо, имеющее куда более близкое отношение к интересующему нас вопросу, чем антарктические находки.
В 1873 - 1875 г. русский исследователь Александр Лаврентьевич Чекановский предпринял ряд экспедиций с целью изучения междуречья Лены и Енисея. В ходе этих экспедиций он собрал около 4 тысяч образцов ископаемой флоры и фауны, 900 экземпляров современных растений и 18 тысяч — насекомых и позвоночных, среди которых оказалось много новых, до того неизвестных науке видов. Однако сам ученый неоднократно подчеркивал: «Главный предмет моих занятий составляли исследования геологические». Среди них он особо выделял «открытие неизвестной до того области изверженных горных пород, столь значительной, что она размерами превосходит всякую другую, где-либо известную подобного рода». Речь идёт о так называемых сибирских траппах , обнаруженных Чекановским на огромных пространствах по течению Нижней Тунгуски и к северу от неё до реки Оленек.
Траппы представляют собой очень живописные базальтовые образования, напоминающие циклопические ступени. Отсюда и название (от шведского слова, означающего «лестница»). Возникли они в результате вулканической деятельности необычайной интенсивности, по сравнению с которой все извержения, имевшие место на памяти человечества, включая взрывы Кракатау и Сантарина, просто новогодние хлопушки. Расплавленная магма изливалась тогда на земную поверхность не отдельными кратерами, а через многокилометровые разломы, заливая огромные пространства. Затем магма застывала, образуя твёрдые базальтовые массивы, гораздо меньше подверженные эрозии, чем окружающие их осадочные породы. После длительного выветривания появились плоские скалы-террасы, которые мы наблюдаем в наши дни.
Подобные образования известны не только в Сибири, но Сибирская трапповая провинция, площадь которой составляет около 4 млн. кв. км, а толщина до 4 км, - самая обширная в мире. Она оставила далеко позади вторую по размерам провинцию на индийском плоскогорье Декан. Как выяснилось, излияние сибирских траппов происходило приблизительно 252 млн. лет назад, то есть, оно хорошо увязывается по времени с началом пермского вымирания. Логично предположить, что эти два события связаны между собой, однако поначалу данная версия столкнулась с серьёзными трудностями, и чуть было не была отвергнута.
Следует уяснить, что вся масса расплавленного базальта, которую мы наблюдаем ныне в застывшем виде, не вырвалась на поверхность в один, далеко не прекрасный день, уничтожив всё живое в сплошном пылающем потоке. Сибирская трапповая провинция - результат повышенной вулканической активности, растянувшейся где-то на миллион лет. Каждое отдельно взятое излияние было лишь локальной катастрофой и пока в Сибири текли огненные реки, на землях, позднее составивших современную Европу и Африку, продолжали мирно реять огромные стрекозы и охотиться иностранцевии. В планетарном масштабе это выглядело так, как будто в одном из уголков Земли появилась гигантская угольная печь, которая чадила понемногу, и прошла не одна сотня тысяч лет, прежде чем её деятельность значительно сказалась на общем состоянии биосферы.
Геофизики взялись за выяснение физических и химических характеристики веществ, участвовавших в этом процессе. Зная эти характеристики, можно смоделировать процесс образования траппов при помощи уравнений, описывающих поведение разнородных вязких сред, и подсчитать массу выделяющихся в процессе газов и летучих веществ. Модель была создана, и палеонтологов постигло разочарование. По всему выходило, что сибирские траппы на роль убийц не подходят. Выделившегося в ходе их возникновения углекислого газа и отравляющих веществ было явно недостаточно, чтобы вызвать столь глобальный катаклизм. Великому Пермскому вымиранию принялись было искать другое объяснение, но потом существовавшая ранее модель была пересмотрена.
Собственно говоря, и без привязки к пермскому вымиранию старая модель оставляла некоторые неясности. Классический трапповый магматизм выглядит следующим образом. Где то в недрах Земли по неизвестным пока причинам возникает грандиозный восходящий поток перегретого мантийного вещества — так называемый мантийный плюм . По мере подъема мантийное вещество разогревается и расширяется, его плотность снижается, образуя огромный пузырь. При этом давление плюма на литосферу должно приводить к подъему земной коры. Это происходит еще до начала главной фазы траппового магматизма, то есть раньше, чем расплавленная магма начнет прорываться в земную кору и на ее поверхность. Расчёты показали, что в случае сибирской трапповой провинции должен был образоваться бугор высотой около 2 км, однако никаких признаков подобных процессов в тех краях не обнаружено.
В 2011 г. международная группа учёных, в числе которых было немало россиян, опубликовала в журнале Nature статью, убедительно объясняющую этот факт. На основе детального химического анализа образцов сибирских базальтов авторы пришли к выводу, что в магме, из которой образовались сибирские траппы, имелась значительная (10-20-процентная) примесь переработанных пород океанической коры. Очевидно, участок земной коры, погрузился глубоко в мантию и затем был вытолкнут обратно поднимавшимся снизу плюмом, а океаническая кора существенно отличается от типичных пород мантии по своему составу и плотности. Она тяжелее и содержит больше летучих веществ, способных высвобождаться при нагревании. Модель, разработанная на основе новых данных, показывает, что никакого поднятия земной поверхности не должно было быть, потому что вершина мантийного плюма из-за примеси пород океанической коры имела более высокую плотность и плюм не приподнимал литосферу, подобно чудовищному пузырю, а постепенно «проедал» ее снизу путем эрозии, которая происходила в зоне контакта расплавленного вещества вершины плюма с твердыми породами составляющими нижний слой литосфер). В результате за несколько сотен тысячелетий плюм «проел» себе путь до нижних слоев земной коры, располагавшихся на глубине около 50 км.
Эта же модель предполагает в несколько раз больший, по сравнению с предыдущей выброс в атмосферу CO 2 , HCl и прочих веществ, способных изменить экологическую обстановку. К тому же в случае попадания в плюм обломка океанической коры выброс вулканических газов будет протекать гораздо более стремительно. Основная масса должна прорваться в атмосферу в самом начале процесса, еще до того, как расплавленная магма поднялась до глубины 50 км. За временной отрезок порядка сотни тысяч лет подобная «печка» вполне могла необратимо изменить биосферу, так что с момента публикации данной работы причастность сибирских траппов к Великому вымиранию мало у кого вызывает сомнения.
Больше простора для дискуссии оставляет вопрос о характере изменений, спровоцированных вулканической активностью. То, что катастрофа в большей степени затронула морскую фауну, наводит на мысль об изменении химического состава воды в Мировом океане, скорее всего, значительном повышении её кислотности, вызванном выделением хлороводорода (соляной кислоты). Изменения произошедшее в наземной фауне позволяет предположить изменение климата в сторону большей аридности (засушливости), что могло быть вызвано парниковым эффектом от выброса вулканического углекислого газа. Площадь пустынь на планете сильно возросла, влажные ареалы сократились, именно поэтому выжили и оставили потомство прежде всего те виды, которые изначально были приспособлены к жизни в условиях дефицита воды.
Однако, ряд палеонтологов отрицает большую по сравнению с триасовым аридность пермского климата. В этом случае изменение в животном царстве можно объяснить несколько иначе. Роль парникового эффекта могла быть сравнительно незначительна, и дело было не столько в количестве воды, сколько в её качестве. То самое изменение кислотности, которое погубило подавляющее большинство морских организмов, оказалось губительным и для тех наземных животных, чей жизненный цикл был так или иначе связан с водоёмами. Это объясняет и гибель массы насекомых и потерю своих позиций классом земноводных, и исчезновение влаголюбивых зверозубых ящеров. А одетые в свои «сухопутные скафандры» рептилии-амниоты оказались куда менее чувствительны к такого рода колебаниям, потому и получили преобладание.
Как бы там ни было, гигантское трапповое излияние - это лишь часть объяснения. Предстоит не только установить, каким конкретно было их непосредственное влияние на пермские организмы, но и проследить всю цепочку, необратимо нарушившую равновесие биосферы. В общем, работы непочатый край. Кстати сказать, учитывая темпы вызванных вулканическими процессами изменений, можно легко вообразить, что существуй на тот момент на планете разумная сила, вооружённая мощными техническими знаниями, и катастрофы удалось бы избежать. Вот представьте себе, что такой нарушающий экологическое равновесие фактор совершенно не антропогенного происхождения начинает действовать в наши дни. Причём по своим темпам и масштабам он приблизительно соответствует сибирскому трапповому излиянию. Сначала человечество, возможно, будет озабочено лишь помощью непосредственно пострадавшим от стихии, но рано или поздно начнут финансировать разработки позволяющие спрогнозировать дальнейшее развитие событий. Ну, пусть на создание достоверной модели и полное осознание происходящего уйдёт, скажем, сто лет. Ещё сто лет на то, чтобы найти средства скорректировать процесс. Ну и лет двести (видите, какие мы нежадные) на то, чтобы воплотить рекомендации «в железе». Итого четыреста лет. А трапповому магматизму, чтобы стать для планеты роковым, потребовались сотни тысяч лет. Так что, мы отлично успеваем. Разумеется, при условии, что технические и научные знания пользуются в обществе достаточным уважением.
В истории Земли зафиксированы пять крупнейших вымираний — то есть явлений исчезновений всех представителей определенного биологического вида. Последний случай крупного вымирания произошел 65,5 млн лет назад и ознаменовался гибелью динозавров. Самое массовое же вымирание произошло около 250 млн лет назад и привело к исчезновению порядка 95% живых существ. Это явление получило название «массовое пермское вымирание» и стало завершением последнего периода палеозоя — Пермского геологического периода (который, в отличие от многих других геологических периодов, выделенных в Британии, был выделен в 1841 году в районе российского города Пермь британским геологом Родериком Мурчисоном). После Перми в истории Земли начался Триас — первый период мезозоя.
На протяжении последних ста с лишним лет учеными назывались разные причины массового пермского вымирания.
Например, постепенные изменения условий окружающей среды в виде изменений химического состава воды в мировом океане и в атмосфере, изменение океанских течений и т. п.
Но все же больше свидетельств получило предположение о том, что массовое пермское вымирание имеет катастрофический характер и является следствием или падения крупного метеорита, или усиления вулканической деятельности.
Последняя версия получила поддержку несколько лет назад, когда учеными были представлены результаты исследования осадочных пород, свидетельствующие о высокой вулканической активности в течение нескольких миллионов лет в той области, где сейчас находится Сибирь. Новые подобные данные представлены группой канадских ученых во главе со Стефаном Грэсби и опубликованы в журнале Nature Geoscience .
В соответствующих по возрасту геологических слоях канадские геологи обнаружили отложения пепла — ценосферы. Они представляют собой микроскопические полые частицы зольной пыли, которая образуется при сжигании угля. Такие же частицы появляются на Земле как результат работы угольных электростанций.
250 млн лет назад эти частицы могли сформироваться, когда в ходе активности сибирских траппов расплавленное вещество, вырываясь наружу, проходило через залежи угля.
Сибирские траппы — это одна из самых крупных трапповых провинций мира. Траппами называют особый тип континентального магматизма, для которого характерен огромный объём излияния базальта за геологически короткое время (миллионы лет) на больших территориях, название произошло от шведского слова trappa (лестница), так как в районах траппового магматизма возникает характерный рельеф: базальтовый слой эродируется плохо, а осадочные породы разрушаются легко. Траппы развиты во всей Восточно-Сибирской платформе, в Хатангском прогибе, в Минусинской котловине, зона магматизма простирается и на шельфе Евразии, на дне Карского моря. В районе их развития расположены реки Нижняя Тунгуска, Подкаменная Тунгуска, Тюнг и др. Сибирские траппы слагают плато Путорана. Центр траппового магматизма располагался в районе Норильска.
В результате извержения сибирских траппов, следы которого найдены учеными, в атмосфере Земли оказалось огромное количество ядовитых веществ (например, мышьяк и хром), что вызвало «парниковый эффект» и уменьшение количества кислорода в атмосфере. В Мировом океане оказался пепел, в результате чего произошло изменение состава морской воды.
Неудивительно, что после такой катастрофы на Земле осталась существовать только незначительная часть живых организмов.
По словам учёных, им удалось выделить три чётких слоя ценосфер на временном отрезке длительностью в 500-750 тысяч лет, причем последний из них образовался непосредственно перед массовым пермским вымиранием.
«Доказательства достаточно убедительны», — считает Грегори Реталлек, геолог из Университета штата Орегон. С ним согласен геофизик Норман Слип из Стэнфордского университета, который назвал результаты канадской группы «чрезвычайно крупным открытием».
В результате массового пермского вымирания с лица Земли исчезло множество видов, ушли в прошлое целые отряды и даже классы. Вымирание старых форм открыло дорогу многим животным, долгое время остававшимся в тени: начало и середина следующего за Пермью триасового периода ознаменовались становлением архозавров, от которых произошли динозавры и крокодилы, а впоследствии птицы. Кроме того, именно в триасе появляются первые млекопитающие.
По геологическим меркам одно из самых катастрофических вымираний в истории Земли, произошедшее в пермском периоде, продолжалось буквально одно мгновение. По данным исследователей из Массачусетского технологического института, 96 % водных видов и 70 % наземных видов вымерли всего за 60 тысяч лет. Ничего подобного в истории нашей планеты с тех пор не происходило.
Получить потрясающую цифру 60 тысяч лет ученым удалось благодаря новым, более точным методам определения возраста горных пород.
“У нас есть представление о точном возрасте и продолжительности вымирания, – констатировал профессор геологического факультета MIT Сэм Боуринг. – Но как можно было убить 96% всех обитателей океанов за какие-то десятки тысяч лет? Похоже, исключительное вымирание требует исключительного объяснения”.
Примерно за 10 тысяч лет до катастрофы океаны Земли подверглись воздействию большого количества легких изотопов углерода. В результате вода оказалась сильно подкислена, а ее температура выросла сразу на 10 градусов. Именно эти события уничтожили большинство морских обитателей, уверенны исследователи.
Как известно, массовое пермское вымирание – одно из пяти массовых вымираний. По нему проведена граница между пермским и триасовым геологическими периодами (она же разделяет палеозойскую и мезозойскую эры). Возраст этой границы по современной (2012 года) геохронологической шкале - 252,2 ± 0,5 млн. лет.
Это одна из крупнейших катастроф биосферы в истории Земли, которая привела к вымиранию 96 % всех морских видов и 70 % наземных видов позвоночных. Катастрофа стала единственным известным массовым вымиранием насекомых, в результате которого вымерло около 57 % родов и 83 % видов всего класса насекомых. Ввиду утраты такого количества и разнообразия биологических видов восстановление биосферы заняло намного более длительный период времени по сравнению с другими катастрофами, приводящими к вымираниям.
Модели, по которым протекало вымирание, находятся в процессе обсуждения. Различные научные школы предполагают от одного до трёх толчков вымирания.
Вымирание было быстрым (продолжалось не более 200 тысяч лет), синхронным в море и на суше, сопровождалось массовыми пожарами. Предположительно, его причиной послужил резкий выброс парниковых газов, вызванный трапповым магматизмом на территории нынешней Сибири, что привело к значительному перегреву планеты и засухе. Первыми погибли тропические леса, за ними последовала иная растительность, результатом чего стало резкое усиление эрозии и гибель почв.
В настоящее время у специалистов отсутствует общепринятое мнение о причинах вымирания. Рассматривается ряд возможных причин :
– катастрофические события :
– усиление вулканической деятельности в Сибири;
– падение одного или многих метеоритов, либо столкновение Земли с астероидом диаметром в несколько десятков километров (одним из доказательств этой гипотезы служит возможное наличие 500-километрового кратера в районе Земли Уилкса);
– внезапный выброс метана со дна моря;
– приобретение археями (род Methanosarcina) способности перерабатывать органику с выделением больших объёмов метана.
– постепенные изменения окружающей среды :
– аноксия - изменения химического состава морской воды и атмосферы, в частности, дефицит кислорода;
– повышение сухости климата;
– изменение океанических течений и/или уровня моря под влиянием изменений климата;
Наиболее распространена гипотеза, согласно которой причиной катастрофы явилось излияние траппов (вначале относительно небольших Эмэйшаньских траппов около 260 млн. лет назад, затем колоссальных Сибирских траппов 251 млн. лет назад), которое могло повлечь за собой вулканическую зиму, парниковый эффект из-за выброса вулканических газов и другие климатические изменения, повлиявшие на биосферу.
Свидетельства того, что падения астероидов могли вызвать позднемеловую катастрофу, порождают гипотезы о том, что похожие события также могли бы стать причиной и других событий массового вымирания, включая пермское вымирание, и для проверки этих гипотез ведутся поиски кратеров соответствующих размеров.
В Австралии и Антарктиде найдены доказательства существования ударных событий, соответствующих пермскому периоду: зёрна кварца ударного происхождения, фуллерены с включениями инертных газов внеземного происхождения, фрагменты метеоритов в Антарктике и зёрна, содержащие повышенный уровень железа, никеля и кремния – возможно, ударного происхождения. Однако достоверность большинства из этих исследований весьма сомнительна. Например, кварц из Антарктики, который считался имеющим ударное происхождение, был недавно исследован при помощи оптического и электронного микроскопов. В результате было выявлено, что найденные образцы образовались, скорее всего, в результате пластических деформаций в твёрдых телах, а не от ударов при тектонических процессах, подобных вулканизму.
Как следы метеоритов, ставших причиной массового пермского вымирания, рассматривают несколько кратеров (возможно ударного происхождения), в том числе структуру Бедоут в северо-восточной части Австралии и гипотетический кратер Земли Уилкса в западной Антарктике. В каждом из этих случаев гипотеза космического удара не получила подтверждения и была подвергнута критике. А в случае с Землёй Уилкса, возраст этих геологических образований точно не определён и может относиться к более поздним периодам.
В результате массового вымирания с лица Земли исчезло множество видов, ушли в прошлое целые отряды и даже классы; большая часть отряда парарептилий (кроме предков современных черепах), многие виды рыб и членистоногих (в том числе трилобиты). Перестроились морские экосистемы: роль рифообразователей переходит от мшанок к кораллам, придонных фильтраторов - от плеченогих к двустворчатым моллюскам.
Катаклизм также сильно ударил по миру микроорганизмов.
В результате наша планета сильно опустела. Некоторые учёные вообще полагают, что Земля оказалась во власти грибков, питавшихся остатками погибших организмов.
Считается, что на восстановление биосферы после массового вымирания ушло около 30 млн. лет, однако некоторые учёные делают выводы, что оно могло произойти и за более короткий промежуток времени, около 5-10 млн. лет. При восстановлении биосферы широкое распространение получили оппортунистические организмы: грибы, бактериальные маты, плауновидные растения Pleuromeia.
Пермское вымирание завершило период процветания Синапсид (хотя с десяток видов выжило) и Анапсидных рептилий, давая дорогу многим животным, долгое время остававшимся в тени: начало и середина следующего за пермью триасового периода ознаменовалось становлением архозавров, от которых произошли динозавры и крокодилы, а впоследствии птицы.
Выжили те виды, которые оказались более приспособленными к новым условиям: перегреву, недостатку кислорода, недостатку пищи, избытку серы в воде и т.д. Хотя, конечно, выживание или вымирание многих видов было случайным. Если в ареале распространения данного вида оказывался небольшой участок, на котором сохранялись приемлемые условия обитания, то вероятность выживания была выше. Таким образом удачно пережили вымирание некоторые растения на территории Австралии.
Кроме того, именно в триасе появляются первые млекопитающие. До начала триаса удалось дожить небольшой части теплокровных звероподобных тетраподов – цинодонтов. Сами цинодонты триас не пережили, но их потомки сумели выстоять в меловом вымирании, погубившем всех динозавров, и положить начало новой группе животных – млекопитающим, за которыми оказалось будущее нашей планеты.
