Траппы сибири что это
Самое смертоносное извержение в истории планеты произошло в Сибири
Сибирские траппы — одна из самых крупных трапповых провинций мира, расположена на Восточно-Сибирской платформе. Сибирские траппы изливались на границе палеозоя и мезозоя, а именно пермского и триасовых периодов. Одновременно с ними произошло крупнейшее (пермо-триасовое) вымирание видов в истории Земли. Они развиты на площади около 4 млн км2, объем извергнутых расплавов составил порядка 2 млн км3 эффузивных и интрузивных пород.
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.
Эта катастрофа произошла четверть миллиарда лет назад и длилась, по всей видимости, сотни тысяч лет. За всё это время на поверхность вылилось порядка 2 миллиардов кубометров расплавленной породы. Она покрыла почти всю Западную Сибирь, что по площади сопоставимо с размерами Канады, и сформировала необычный рельеф.
Извержение было необычным. Вместо того чтобы извергаться из жерла громадного вулкана, лава изливалась на поверхность через крупные трещины в земле. Такой вид извержений носит название излияний базальта. Излияния могут быть спокойнее «обычных», но при этом гораздо более разрушительными. Лава обладала большой текучестью и могла распространяться на десятки и даже сотни километров, прежде чем застыть. Слой за слоем она покрывала землю, формируя причудливую ступенчатую форму рельефа.
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.
Сибирские траппы — место преступления возрастом 250 миллионов лет
Мел-палеогеновое вымирание, убившее динозавров, традиционно воспринимается как самое массовое и ужасное в истории планеты. Какое-то время назад учёные, как они считают, нашли «место преступления» этой трагедии — метеоритный кратер в Мексиканском заливе. Однако это событие, случившееся шестьдесят шесть миллионов лет назад, было и не единственным, и не самым катастрофическим. Исследователи, работающие в российской глубинке, нашли свидетельства вымирания с названием «Сибирские траппы», по сравнению с которым трагедия динозавров кажется мелкой неприятностью.
Оно произошло в конце пермского периода, от 299 до 252 миллионов лет назад. Это было ещё до динозавров, но жизнь на Земле уже кипела вовсю. Не было птиц и млекопитающих, однако рептилии, амфибии, папоротники и насекомые уже развились в огромном многообразии. Понятно, что некоторые существа этой эпохи, вроде диметродона, выглядели бы крайне эксцентрично на наш предвзятый взгляд, но это была жизнь — бурная и очень интересная. Однако за небольшой промежуток времени, всего за двести тысяч лет, большинство морских и наземных обитателей исчезло — по некоторым оценкам до 90% всех их видов. Экосистемы Земли восстановились лишь через 8-9 миллионов лет. Это вымирание известно в науке под наименованием «Великое пермское».
Учёные на протяжении многих лет пытались обнаружить его причины. Некоторые из них предлагали винить во всём ещё один крупный астероид, похожий на тот, который погубил динозавров. Однако есть на Земле одно место, куда ведут самые явные следы — огромный вулканический район, известный как «Сибирские траппы». Поверхность под этой областью относительно стабильна — здесь не пролегают границы тектонических плит, как в случае с огромным количеством других вулканов. Однако именно в этом месте примерно во время Великого вымирания гигантский пузырь магмы, иначе называющийся мантийный плюм, прожёг себе путь на поверхность планеты.
Это вызвало извержения вулканов, которых Земля не знала ни до, ни после — они, как считается, действовали в общей сложности более миллиона лет на территории, превышающей площадь Гренландии. После первой волны наступило затишье, однако в конце последовал ещё один всплеск — ещё более сильный. Вулканическая деятельность выбросила в атмосферу огромное количество углекислого газа и метана, в значительной степени изменив состав воздуха и воды на планете. Океаны стали более кислыми, почти на десять градусов теплее и потеряли почти весь кислород.
Однако описанная гипотеза имеет ряд нестыковок. Место, где находились вулканы, действительно найдено. Их возраст точно определён. Однако первая волна извержений сибирских траппов немного не совпадает по времени с Великим пермским вымиранием. Оно началось, когда вулканы работали уже около трехсот тысяч лет и к тому моменту в общей сложности выбросили до двух третей от общего количества магмы. Кроме того, подобного рода извержения случались в другие эпохи в других точках планеты. Одни из них вызывали вымирания, другие — нет. Значит ли это, что мы не имеем права обвинять сибирские траппы в уничтожении 90% видов живых существ на планете?
В 2009 году была опубликована гипотеза, которая к нынешнему времени приобрела статус одной из основных. Она предполагает, что дело действительно в вулканической активности, однако не в первой её волне. Если помните, мы уже упоминали период затишья. В это время магма продолжала подниматься наверх, но не извергалась на поверхность, а расползалась под землей, вторгаясь между слоёв существующей породы и формируя так называемые «силлы». Сегодня мы можем видеть их по берегам рек — они немного напоминают слой крема между пышками гигантского торта. Распространяясь, магма нагревала и изменяла окружающие породы. В геологии этот процесс называется «контактный метаморфизм». Слои, на которые воздействовала лава, образовались за миллионы лет и содержали приличное количество углерода. Внутри них были даже угольные пласты.
Магма «выварила» все эти породы, генерируя гигантские количества углекислого газа и метана. Также в атмосферу были выброшены галогенорганические соединения, которые привели к разрушению озонового слоя. Исследователи подсчитали, что в результате контактного метаморфизма образуется от четырех до девяти раз больше углекислого газа, чем содержится в самой лаве. В 2017 году исследователи внимательно изучили этот тихий, но смертоносный период истории Земли. Им удалось найти точку, в которой его процессы совпали с началом массового вымирания. Сделать это удалось благодаря точному радиометрическому датированию.
Данное исследование, по большому счёту, объясняет, почему для «запуска» вымирания потребовалось 300000 лет. Крупные извержения, несмотря на всю свою величественность, сами по себе выбросили не очень много углекислого газа. Зато в этом плане очень хорошо постарались «силлы». Совместными усилиями они изменили атмосферу Земли, раскалили климат, сделали кислотным океан и лишили его кислорода. Чего не выдержали 90% животных и растений, населявших тогда планету.
Массовое удушение: как сибирские траппы едва не уничтожили жизнь на Земле
Ученые выяснили, что Пермское вымирание 250 млн лет назад было вызвано быстрым глобальным повышением концентрации углекислого газа в 13 раз. Этот газ произвели извержения Сибирских траппов, о чем свидетельствуют данные анализа изотопов углерода.
250 млн лет назад произошло Пермское вымирание, крупнейшее в истории Земли. За несколько десятков тысяч лет планета лишилась 96% морских видов, ¾ видов наземных позвоночных и ⅘ видов насекомых, что во много раз превосходит масштабы катастрофы, убившей динозавров. Ученые долго искали причины этой массовой гибели животных, в частности, пытались найти достаточно крупный метеоритный кратер, подходящий по датам. Но известно, что Пермское вымирание совпало во времени с излияниями лавы в районе Сибирских траппов.
Траппы — это, по сути, вулканы циклопических размеров. В ходе их извержений на поверхность выходит столько лавы, что она покрывает значительную часть материка, Сибирская трапповая провинция простирается от Уральских гор почти до озера Байкал и Якутска. У траппов нет ни жерла, ни даже выраженного центра — потоки жидкой лавы льются из многих щелей и образуют сравнительно плоские базальтовые скалы, формирующие уступы (по-шведски trappa — это лестница). Вместе с базальтом на поверхность выходят металлы, и потому не случайно, что город Норильск, живущий добычей никеля, меди, кобальта и платины, находится в районе наиболее мощных трапповых отложений.
Хоть потоки лавы 250 млн лет назад и залили большую часть Сибири, они не в состоянии объяснить гибель живых существ по всей Земле. Ин Цуйа из Университета Монклер и его коллеги из США, Китая, Норвегии и Нидерландов построили полную картину Пермского вымирания. Их статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. В качестве отправной точки исследователи выбрали данные о повышенном содержании углекислого газа в тот период. Чтобы получить подробную информацию о его источнике и темпах накопления, ученые проанализировали древние органические отложения, которые добыли из глубины Финнмаркского плато на севере Норвегии.
Углерод имеет два стабильных изотопа, 12С и 13C. Они ведут себя по-разному, легкий углерод-12 легче поглощается растениями, чем тяжелый углерод-13, но в разной степени в зависимости от вида растения, доступности питания, водного и температурного режимов и некоторых других условий.
Более точно датировать каждый пласт исследователям помогла астрохронология. Солнечное излучение со временем меняет интенсивность, что отражается в количестве гамма-излучения, достигающего Земли. Изучив следы этого излучения, физики построили надежную временную шкалу.
В результате Ин Цуйа и его команда выяснили, что Пермское вымирание было связано с резким увеличением в атмосфере количества углекислого газа, произведенного вулканами.
Наибольшую часть этого углерода выбросили непосредственно траппы, оставшаяся часть образовалась в ходе горения отложений угля и метана. Органика не смогла поглотить такое количество углекислого газа, его концентрация длительное время оставалась повышенной по сравнению с эпохой до извержения по меньшей мере в три раза, что привело к Триасовому потеплению.
Повышение концентрации углекислого газа также привело к глобальному закислению океана и повышению глобальной температуры с 25 до 40 градусов, что стыкуется с результатами анализа изотопов бора и кислорода в раковинах моллюсков той эпохи. Теперь ученых интересует, как быстро и с помощью каких механизмов углекислый газ удалялся из атмосферы. Это даст понимание, как можно справиться с современными выбросами этого парникового газа в результате человеческой деятельности и насколько эти выбросы опасны.
Ученые назвали причину Пермского вымирания
250 млн лет назад произошло Пермское вымирание, крупнейшее в истории Земли. За несколько десятков тысяч лет планета лишилась 96% морских видов, ¾ видов наземных позвоночных и ⅘ видов насекомых, что во много раз превосходит масштабы катастрофы, убившей динозавров. Ученые долго искали причины этой массовой гибели животных, в частности, пытались найти достаточно крупный метеоритный кратер, подходящий по датам. Но известно, что Пермское вымирание совпало во времени с излияниями лавы в районе Сибирских траппов.
Траппы — это, по сути, вулканы циклопических размеров. В ходе их извержений на поверхность выходит столько лавы, что она покрывает значительную часть материка, Сибирская трапповая провинция простирается от Уральских гор почти до озера Байкал и Якутска. У траппов нет ни жерла, ни даже выраженного центра — потоки жидкой лавы льются из многих щелей и образуют сравнительно плоские базальтовые скалы, формирующие уступы (по-шведски trappa — это лестница). Вместе с базальтом на поверхность выходят металлы, и потому не случайно, что город Норильск, живущий добычей никеля, меди, кобальта и платины, находится в районе наиболее мощных трапповых отложений.
Хоть потоки лавы 250 млн лет назад и залили большую часть Сибири, они не в состоянии объяснить гибель живых существ по всей Земле. Ин Цуйа из Университета Монклер и его коллеги из США, Китая, Норвегии и Нидерландов построили полную картину Пермского вымирания. Их статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. В качестве отправной точки исследователи выбрали данные о повышенном содержании углекислого газа в тот период. Чтобы получить подробную информацию о его источнике и темпах накопления, ученые проанализировали древние органические отложения, которые добыли из глубины Финнмаркского плато на севере Норвегии.
Углерод имеет два стабильных изотопа, 12 С и 13 C. Они ведут себя по-разному, легкий углерод-12 легче поглощается растениями, чем тяжелый углерод-13, но в разной степени в зависимости от вида растения, доступности питания, водного и температурного режимов и некоторых других условий.
С помощью анализа изотопов углерода тканей животного можно даже понять, чем оно питалось, а изучив отношение 12 С к 13 С в древесных кольцах, можно восстановить картину колебаний химического состава атмосферы.
Более точно датировать каждый пласт исследователям помогла астрохронология. Солнечное излучение со временем меняет интенсивность, что отражается в количестве гамма-излучения, достигающего Земли. Изучив следы этого излучения, физики построили надежную временную шкалу.
В результате Ин Цуйа и его команда выяснили, что Пермское вымирание было связано с резким увеличением в атмосфере количества углекислого газа, произведенного вулканами.
Судя по соотношению изотопов углерода в остатках наземных растений, эти выбросы были огромными: концентрация углекислого газа выросла в 13 раз за несколько тысяч лет, чему соответствуют дополнительные выбросы по 4,5 гигатонны углерода в год.
Наибольшую часть этого углерода выбросили непосредственно траппы, оставшаяся часть образовалась в ходе горения отложений угля и метана. Органика не смогла поглотить такое количество углекислого газа, его концентрация длительное время оставалась повышенной по сравнению с эпохой до извержения по меньшей мере в три раза, что привело к Триасовому потеплению.
Повышение концентрации углекислого газа также привело к глобальному закислению океана и повышению глобальной температуры с 25 до 40 градусов, что стыкуется с результатами анализа изотопов бора и кислорода в раковинах моллюсков той эпохи. Теперь ученых интересует, как быстро и с помощью каких механизмов углекислый газ удалялся из атмосферы. Это даст понимание, как можно справиться с современными выбросами этого парникового газа в результате человеческой деятельности и насколько эти выбросы опасны.
Формирование сибирских траппов сопровождалось горением большого количества каменного угля
Рис. 1. Плато Путорана на севере Сибири сложено базальтовыми лавами, излившимися на рубеже пермского и триасового периодов во время одной из самых катастрофических вспышек вулканической активности в истории планеты. Фото с сайта russiadiscovery.com
Грандиозная вспышка вулканической активности в конце перми — начале триаса на территории нынешней Сибири считается главной причиной крупнейшего вымирания, радикально изменившего структуру земной биосферы. Вымирание сопровождалось резким падением доли тяжелого изотопа углерода (δ 13 C) в морских карбонатных отложениях. Причины скачка δ 13 C и его связь с вулканизмом и вымиранием остаются дискуссионными. В ходе изучения вулканических пород, сформировавшихся на относительно раннем этапе сибирского траппового вулканизма примерно во время пика массового вымирания, геологи из США, Канады и России обнаружили явные признаки горения каменного угля, а также фрагменты горелой древесины, что указывает на лесные пожары. Новые данные согласуются с гипотезой о том, что снижение δ 13 C в морских карбонатах объясняется выбросом в атмосферу огромного количества «легкого» углерода в результате сгорания залежей каменного угля, сквозь которые прорывалась поднимающаяся из недр магма. Новые данные также согласуются с идеей о том, что значительный вклад в вымирание могло внести быстрое потепление, закисление океана и другие последствия резкого роста содержания CO 2 в атмосфере.
Массовое вымирание на рубеже перми и триаса было крупнейшей экологической катастрофой, которая привела к радикальной перестройке морских и континентальных сообществ. На «Элементах» регулярно публикуются материалы о новых исследованиях, проливающих свет как на причины великого вымирания, так и на его последствия (см. ссылки в конце новости).
Большие успехи, достигнутые в этой области в последние годы, связаны с изучением наиболее информативных геологических разрезов морских и континентальных осадочных пород, позволяющих с большой детальностью проследить последовательность событий в последние сотни тысяч лет пермского периода и в первые сотни тысячелетий триаса, с быстрым совершенствованием методов радиометрического датирования вулканических пород (например, прослоев пепла), а также с детальным изучением Сибирских траппов (см.: Siberian Traps).
На сегодняшний день у большинства специалистов не осталось сомнений в том, что главной причиной кризиса был трапповый вулканизм — грандиозный всплеск вулканической активности на территории нынешней Сибири (которая, как и почти вся остальная суша, входила тогда в состав единого континента Пангеи). Были попытки связать пермотриасовое вымирание с падением крупного астероида или кометы, но они не увенчались успехом, причем не столько из-за отсутствия подходящего кратера, сколько из-за несоответствия этой гипотезы геохимическим данным. Прочие альтернативные теории тоже не могут объяснить всех имеющихся фактов.
Мантийный плюм (восходящий поток перегретой магмы) в течение сотен тысячелетий прокладывал себе путь к поверхности, постепенно разрушая твердые породы литосферы (см.: Связь массовых вымираний с вулканизмом получила новое подтверждение, «Элементы», 19.09.2011). В какой-то момент магма начала прорываться сквозь многокилометровую (3,0–12,5 км) толщу карбонатных осадочных пород Тунгусского бассейна, богатую нефтью, газом и особенно каменным углем, сформировавшимся в течение каменноугольного и пермского периодов. Средняя мощность угольных залежей Тунгусского бассейна — порядка 100 м.
Разумеется, все эти страшные события не были одномоментыми. Согласно современным датировкам, вулканическая активность началась как минимум 252,4–252,3 млн лет назад, то есть за полмиллиона лет до рубежа перми и триаса, к которому приурочен пик вымирания (251,9 млн лет назад), и продолжалась еще полмиллиона лет после (до 251,4 млн лет назад) (S. D. Burgess, S. A. Bowring, 2015. High-precision geochronology confirms voluminous magmatism before, during, and after Earth’s most severe extinction).
Влияние траппового вулканизма на фауну и флору во многом определялось изменениями в составе атмосферы. На разных этапах формирования сибирской трапповой провинции происходили выбросы в атмосферу огромных объемов CO2 и других газов, в том числе сероводорода и хлороводорода. Это вело к множеству неприятных для обитателей планеты последствий.
Выбросы сероводорода вкупе с потеплением, эвтрофикацией прибрежных вод (из-за усиленного сноса в море биогенных элементов, прежде всего фосфора — это еще один результат вулканизма) и буйным цветением цианобактерий (о нем свидетельствуют колебания изотопного состава азота в осадочных породах) вели к аноксии, которая, как известно, не способствует процветанию многоклеточной жизни (см.: Важной причиной вымирания морских животных в конце пермского периода была нехватка кислорода, «Элементы», 17.01.2019).
Выбросы CO2 привели к резкому росту содержания этого парникового газа в атмосфере: от 500–4000 ppm (частей на миллион) в конце пермского периода, что уже и так многовато и соответствует жаркому климату, до устрашающих значений порядка 8000 ppm на пике вымирания. Для сравнения, уровень CO2 в июне 2020 года — 416 ppm. Рост концентрации CO2 способствовал закислению океана и гибели животных с карбонатными скелетами, а парниковый эффект привел к быстрому разогреву вод тропических морей от 22–25 до 30°C, что тоже внесло свою лепту в вымирание (Y. Cui, L. R. Kump, 2014. Global warming and the end-Permian extinction event: Proxy and modeling perspectives).
Данные по избирательности пермотриасового вымирания (например, то, что сильнее всего пострадали «физиологически незабуференные» животные, см.: Долгосрочный эволюционный успех обеспечивается не ускоренной диверсификацией, а устойчивостью к изменениям среды, «Элементы», 02.03.2020) согласуются с идеей о том, что главной причиной вымирания были изменения в составе атмосферы, вызванные трапповым вулканизмом (J. L. Payne, M. E. Clapham, 2012. End-Permian Mass Extinction in the Oceans: An Ancient Analog for the Twenty-First Century?).
Пермотриасовое вымирание не было одномоментным событием. По-видимому, массовая гибель наземной фауны и флоры в некоторых регионах происходила раньше рокового рубежа 251,9 млн лет назад, на который приходится пик вымирания морской фауны. Например, для наземных позвоночных Южной Африки указывается дата 252,24 млн лет, а для австралийской флоры — 252,31 млн лет (см.: Массовое пермское вымирание на суше началось раньше, чем в океане, «Элементы», 13.04.2020). Эти датировки соответствуют более ранним этапам сибирского траппового вулканизма по сравнению с «главным» эпизодом вымирания морской фауны. Впрочем, и в морских отложениях в некоторых регионах есть свидетельства не одного, а двух эпизодов вымирания, разделенных десятками тысячелетий (см.: Доказана роль резкого закисления океана в массовом вымирании на рубеже пермского и триасового периодов, «Элементы», 14.04.2015).
Есть мнение, что продолжавшийся еще долго после рубежа перми и триаса трапповый вулканизм мог задержать посткризисное восстановление биоты. Также заслуживает дополнительного изучения ситуация с насекомыми. В данных по пермским и раннетриасовым насекомым российские палеонтологи вообще не смогли увидеть массового вымирания, а увидели скорее что-то похожее на медленный упадок — хотя здесь нужно помнить о фрагментарности ископаемой летописи насекомых и огромных трудностях с датировками. При этом в межтрапповых осадочных породах в Сибири найдены остатки лесной растительности и разнообразных насекомых, в том числе относящихся к уже новым, мезозойским семействам (А. П. Расницын, 2012. Когда жизнь и не думала умирать). Возможно, это говорит об очень раннем начале восстановления наземной биоты в самом эпицентре катастрофы.
Рис. 2. Схема «эталонного» (см.: Global Boundary Stratotype Section and Point) геологического разреза для границы перми и триаса в Мэйшане (южный Китай). Показаны датировки слоев вулканического пепла в миллионах лет (Ma). Многочисленные кристаллы циркона из каждого из этих слоев были датированы уран-свинцовым методом. Горизонтальной серой полосой отмечен интервал массового вымирания морской фауны (Extinction Interval). Показаны колебания доли тяжелого изотопа углерода в морских карбонатах (δ 13 C carb). Видно, что интервал вымирания совпадает с резким кратковременным снижением этого показателя. Рисунок из статьи S. D. Burgess et al., 2014. High-precision timeline for Earth’s most severe extinction
Тем не менее, пик вымирания всё-таки приурочен к очень короткому временному интервалу, длительность которого оценивается в 60 ± 48 тысяч лет (от 251,941 ± 0,037 до 251,880 ± 0,031 млн лет назад) (S. D. Burgess et al., 2014. High-precision timeline for Earth’s most severe extinction). Граница перми и триаса, которую проводят по появлению конодонтов Hindeodusparvus, находится в пределах этого интервала: ее «официальный» возраст по международной стратиграфической шкале 2020 года — 251,902 ± 0,024 млн лет.
Яркой особенностью рубежа перми и триаса является резкое снижение доли тяжелого изотопа углерода (δ 13 C) в морских карбонатных отложениях (рис. 2). Этот скачок в пределах геохронологической погрешности совпадает с пиком вымирания и прослеживается не только в «эталонном» разрезе в Мэйшане, но и во многих других точках по всему миру. Причины скачка не до конца ясны, но если мы хотим иметь полное и адекватное преставление о событиях на кризисном рубеже, то в них необходимо разобраться. Понятно, что скачок, скорее всего, был вызван выбросом в атмосферу большого количества углерода с облегченным изотопным составом. Но остается вопрос об источнике этого «легкого» углерода.
Статья коллектива геологов из США, Канады и России, опубликованная в журнале Geology, проливает новый свет на эту загадку. Авторы исследовали образцы древнейших вулканических пород Сибирской трапповой провинции, а именно обломочных пирокластических пород, которые там, где есть непрерывная последовательность слоев (например, в многочисленных обнажениях по берегам Ангары и Нижней Тунгуски), залегают непосредственно под первыми лавами (см.: Flood basalt). Мощность этих пирокластических слоев максимальна в южной части провинции: в районе Туры и южнее она составляет более 600 м, в Маймеча-Котуйском районе — 200–300 м, в районе Норильска — всего несколько метров (рис. 3).
Рис. 3. Карта Сибирской трапповой провинции с точками отбора проб пирокластических пород, залегающих под лавами. Красными сплошными кругами отмечены пробы, в которых есть следы горения угля, голубыми пунктирными — пробы, в которых такие следы не были обнаружены. Черные точки — места сбора проб в рамках более крупного проекта по изучению Сибирских траппов. На карте светло-сиреневым цветом показаны лежащие на поверхности базальтовые лавы, темно-сиреневым — туфы (пирокластические породы), зеленым — интрузивные породы, розовым — осадочные породы — угленосные толщи Тунгусского бассейна. Рисунок из обсуждаемой статьи в Geology
Исследователи сфокусировались на органическом материале, входящем в состав этих сравнительно слабо изученных пород, с целью обнаружить признаки горения угля. Дело в том, что ранее в районе, весьма далеком от эпицентра катастрофы, а именно в Арктической Канаде, в морских отложениях, сформировавшихся непосредственно перед массовым вымиранием, был найден пепел, удивительно похожий на тот, что образуется при сгорании каменного угля (S. E. Grasby et al., 2011. Catastrophic dispersion of coal fly ash into oceans during the latest Permian extinction). Это, естественно, наводит на мысль о быстром сгорании большого количества угля Тунгусского бассейна при контакте с магмой, что могло бы объяснить и резкий рост CO2 в атмосфере, и изотопную аномалию, поскольку углерод каменного угля имеет сильно облегченный изотопный состав. Однако для полноты картины не хватало доказательств горения угля, найденных непосредственно в породах Сибирской трапповой провинции. Именно этот пробел и восполняет обсуждаемая статья.
В общей сложности было изучено 16 проб пирокластических пород с берегов Ангары, Нижней Тунгуски и Подкаменной Тунгуски, а также по три пробы из двух северных районов (Норильск и Маймеча-Котуй, рис. 3).
В 11 пробах из 22 обнаружены многочисленные, иногда довольно крупные органические включения, которые были изучены с особой тщательностью (рис. 4). По результатам всестороннего анализа их разделили на три класса. Первый класс составляют фрагменты каменного угля разной степени термической переработки. Второй класс — ничто иное, как куски горелой древесины (они отличаются высоким содержанием органики и следами воздействия высоких температур в поверхностном слое, менее измененной сердцевиной и характерными трещинами). Наконец, третий класс — это характерные продукты сгорания каменного угля, в том числе так называемые ценосферы (см. Cenosphere), которые формируются при быстром нагревании органического материала до очень высоких температур (порядка 1300°C). Эти ценосферы мало отличаются от тех, что в наши дни образуются при сжигании угля на тепловых электростанциях. Такие же ценосферы ранее были найдены и в Арктической Канаде в слое пепла, о котором говорилось выше.
Рис. 4. Органические включения в пирокластических породах Сибирской трапповой провинции. A, B — недогоревшие фрагменты каменного угля (район Туры), C — вкрапления переплавленного угля в образце из-под Норильска, D — мягкие битуминозные включения в долерите из шахты под Усть-Илимском. Изображение из обсуждаемой статьи в Geology
В изученных пробах признаки горения угля и древесины становятся более выраженными в направлении с севера на юг: меньше всего их в пробах из Норильска и Котуя, где и слой пирокластических пород самый тонкий. Впрочем, ранее были описаны графитовые, битуминозные и карбонатные включения в норильских лавах и силлах. В шахте под Норильском есть зона контакта одного из ранних лавовых потоков непосредственно со слоем каменного угля, причем видно, что уголь переходил в жидкое состояние и заполнял трещины в остывающей лаве. Так что органические материалы, по-видимому, вовсю горели не только в южной и центральной, но и в северной части Сибирской трапповой провинции.
Таким образом, исследование подтвердило, что в ходе сибирского траппового вулканизма имели место и лесные пожары, и масштабное горение каменного угля, причем происходило это не в каком-то одном месте, а на обширной территории. Эти события по времени совпадают (в пределах погрешности) со скачком δ 13 C в морских отложениях. Как раз в это время формировались обширные силлы (то есть магма вклинивалась между горизонтальными слоями осадочных пород, вступая тут и там в контакт с угольными пластами). Это должно было способствовать взрывным извержениям, лесным пожарам и формированию пирокластических толщ. На поверхность базальтовые лавы стали изливаться чуть позже.
Углерод, попадающий в атмосферу при дегазации магмы и из перегретых карбонатов, слишком «тяжелый», чтобы объяснить наблюдаемое снижение δ 13 C в морских карбонатах. «Легкий» органический углерод из каменного угля и древесины — это совсем другое дело. Авторы рассчитали, сколько такого углерода нужно было выбросить в атмосферу, чтобы вызвать наблюдаемую изотопную аномалию: от 6000 до 10 000 гигатонн. Угля Тунгусского бассейна, который мог сгореть при контакте с магмой, было для этого более чем достаточно. Его запасы и сейчас оцениваются в 10 4 –10 5 гигатонн углерода, а ведь помимо угля там полно нефти и другой органики.
Один из главных аргументов противников теории о ключевой роли траппового вулканизма в пермотриасовом вымирании (таких противников мало, но они еще есть) состоит в том, что трапповый вулканизм в истории Земли происходил неоднократно, но не каждое такое событие сопровождалось массовым вымиранием. Ответ на это возражение отчасти связан с особенностями химического состава магмы, сформировавшей сибирские траппы. Судя по всему, этот состав оказался особо зловредным (см.: Выделение галогенов при формировании Сибирских траппов могло стать причиной массового пермского вымирания, «Элементы», 25.09.2018). Еще один возможный ответ следует из обсуждаемой работы: мантийный плюм угораздило подняться из недр как раз под толщей осадочных пород с огромным количеством органики, что привело к выбрасыванию в атмосферу нескольких дополнительных триллионов тонн углерода. Кстати, похожая история и с Чиксулубским метеоритом: на Землю падали и другие крупные астероиды, но именно этот угораздило упасть в мелкое море с высоким содержанием серы в донных осадках (S. Ohno et al., 2014. Production of sulphate-rich vapour during the Chicxulub impact and implications for ocean acidification).
Источник: L. T. Elkins-Tanton, S. E. Grasby, B. A. Black, R. V. Veselovskiy, O. H. Ardakani, F. Goodarzi. Field evidence for coal combustion links the 252 Ma Siberian Traps with global carbon disruption // Geology. 2020. DOI: 10.1130/G47365.1.