Найдены свидетельства массового вымирания в начале протерозоя
Найдены свидетельства массового вымирания в начале протерозоя

Рис. 1. Толща протерозойских осадочных пород возрастом 2,02–1,87 млрд лет, образцы барита из которой послужили исходным материалом для исследования. Фото с сайта earth.stanford.edu

Изучение изотопного состава барита из толщи протерозойских пород с канадских островов Белчер в Гудзоновом заливе показало, что непосредственно после завершения «Великого кислородного события» (2,45–2,05 млрд лет назад) произошло не только резкое снижение содержания кислорода в атмосфере Земли, но и резкое сокращение первичной продукции биосферы, связанное с массовым вымиранием цианобактерий — автотрофных организмов, вырабатывающих кислород. По своей значимости в истории развития Земли эта биологическая катастрофа, не фигурирующая пока в списке крупнейших массовых вымираний, скорее всего, важнее, чем, например, вымирание динозавров. Причиной резкой деградации биосистемы могло послужить изменение геохимической среды в океане и истощение запаса питательных веществ.

Эпизоды массовых вымираний, когда за сравнительно короткое время с лица Земли исчезало существенное число биологических видов, происходили несколько раз в истории нашей планеты. Пять наиболее известных из них приходятся на фанерозой — геохронологический эон, охватывающий последние 542 млн лет истории Земли. Но это не значит, что до этого массовые вымирания не происходили. Просто существовавшие ранее организмы относились к таким формам жизни, которые не оставляют после себя очевидных свидетельств в виде окаменелостей.

Очевидно, одно из первых массовых вымираний на планете было связано с так называемым «Великим кислородным событием» (кислородной катастрофой)— глобальным изменением состава атмосферы Земли, связанным с появлением в ее составе свободного кислорода, — произошедшим в самом начале протерозоя, около 2,45 млрд лет назад (см. «Великое кислородное событие» на рубеже архея и протерозоя не было ни великим, ни событием, «Элементы», 02.03.2014). Поскольку подавляющая часть организмов того времени была анаэробной, неспособной существовать при значимых концентрациях кислорода, произошла глобальная смена биологических сообществ — господствовавшие на Земле анаэробные сообщества вымерли и сменились аэробными, способными существовать в кислородной среде. Главными представителями нового аэробного сообщества были цианобактерии, которые до этого присутствовали только в пределах обогащенных кислородом цианобактериальных матов, представлявших собой локальные «кислородные карманы» (см. Верхний слой океана в позднем архее местами уже был обогащен кислородом, «Элементы», 04.03.2019).

Период роста содержания кислорода в атмосфере продолжался 400 млн лет, вплоть до 2,05 млрд лет назад, когда «Великое кислородное событие» как будто бы закончилось — уровень кислорода резко пошел на спад. Чтобы понять, какая обстановка сложилась на Земле после окончания «Великого кислородного события» и как она повлияла на протерозойскую биоту, международная группа ученых во главе с Малкольмом Ходжскиссом (Malcolm S. W. Hodgskiss) из Стэнфордского университета изучила образцы барита из мощной (7–10 км) толщи осадочных пород возрастом 2,018–1,854 млрд лет на канадских островах Белчер в Гудзоновом заливе (рис. 1). Кристаллы этого минерала хранят на уровне изотопных подписей информацию об уровне кислорода в древней атмосфере, а распространенность барита в пределах всей толщи позволяет отследить историю изменений этого уровня.

Авторы изучили изотопные составы кислорода, серы и бария в барите в совокупности с радиометрическим анализом возраста вмещающих слоев. В самых древних породах осадочного комплекса островов Белчер, образовавшихся непосредственно после окончания «Великого кислородного события» (формация Костелло, возраст 2,018 млрд лет), было зафиксировано чрезвычайно низкое (по сравнению с уровнем периода «Великого кислородного события») значение тройного изотопного коэффициента кислорода Δ17О: от −0,55 до −0,78‰ (рис. 2).

Найдены свидетельства массового вымирания в начале протерозоя

Рис. 2. Диаграмма значений тройного изотопного коэффициента кислорода Δ17О: в породах формации Костелло (красные кружочки, по данным обсуждаемого исследования) и в других смежных по возрасту комплексах (серые кружочки, по данным других исследований). По горизонтали — возраст в млн лет. Вертикальной серой полосой показан переходный период между «Великим кислородным событием» (GOE — Great Oxidation Event) и низкокислородным периодом среднего протерозоя (Mid-Proterozoic). Рисунок из обсуждаемой статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences

Тройной изотопный коэффициент кислорода Δ17О = δ17O − 0,5305(δ18O) отражает соотношение всех трех изотопов кислорода и зависит от трех параметров: парциального давления кислорода (pO2), парциального давления углекислого газа (pСO2) и первичной продукции (количества органического вещества, образованного автотрофными организмами). Авторы провели моделирование (значения pO2 и pСO2 брались из различных опубликованных источников), которое показало, что для того, чтобы достичь таких низких значений Δ17О по сравнению с уровнем «Великого кислородного события», первичная продуктивность цианобактерий по окончании этого периода должна была упасть существенным образом: в 5 раз при сценарии, в котором pO2 во время «Великого кислородного события» было принято за 0,1–1% PAL (от современного; PAL — present atmospheric level), и в 200 раз при сценарии pO2 = 10–100% PAL (рис. 3).

Найдены свидетельства массового вымирания в начале протерозоя

Рис. 3. Диаграмма изменения первичной продукции (GPP — gross primary production) во время и после «Великого кислородного события». Переходный период отмечен вертикальной серой полосой. Для периода «Великого кислородного события» приведены два варианта: для сценария pO2 = 0,1–1% PAL (серым) и для сценария pO2 = 10–100% PAL (красным). Горизонтальной пунктирной линией показан современный уровень GPP. Рисунок из обсуждаемой статьи в Proceedings of the National Academy of Sciences

По сути, это два условно принятых крайних сценария. В первом случае уровень pO2 в период «Великого кислородного события» равен значению после его окончания, а во втором, наоборот, он принят экстремально высоким. Но при любом из вариантов мы видим, что после окончания «Великого кислородного события» произошло существенное сокращение биоты, большее, чем при любом другом известном массовом вымирании. При этом сценарий pO2 = 10–100% PAL показывает, что в период «Великого кислородного события» первичная продукция микроорганизмов могла быть действительно огромной, существенно превышающей современный уровень первичной продукции. По мнению авторов, наиболее вероятным является промежуточный сценарий pO2 = 1–10% PAL, при котором первичная продукция периода «Великого кислородного события» составляла 60% от современной, а после его окончания сократилась в 10 раз до 6% от современного. При этом первичным было именно массовое вымирание цианобактерий, а снижение уровня кислорода в атмосфере явилось следствием. В этом взгляд исследователей совпадает с общепринятой точкой зрения.

В качестве первопричины, которая привела к вымиранию, авторы приводят исчерпание питательных веществ (в частности, фосфора) в океане во время бурного и несбалансированного роста биоты периода «Великого кислородного события». После окончания этого периода произошло частичное вымирание и стабилизация фотоавтотрофной биоты на определенном уровне. Гипотезу, объясняющую механизм геохимических процессов в океане, послуживших причиной массового вымирания цианобактерий, авторы назвали гипотезой «пира и голода». В период «Великого кислородного события» (период «пира») количество питательных веществ в океане не являлось ограничением для процветания микроорганизмов. Источником фосфора и железа были широко распространенные на дне океана неокисленные осадочные отложения, содержащие апатит (Са5[PO4]3(F, Cl, ОН)) и пирит (FeS2). К концу «Великого кислородного события» практически все содержащие фосфор и железо отложения были окислены, и единственным источником фосфора в дальнейшем (период «голода») стало осаждение отмирающей биомассы. В этот момент биосистема перешла от бурного несбалансированного роста к сбалансированному стабильному существованию, продолжавшемуся более 1 млрд лет (2,0/1,8–0,8 млрд лет).

Этот период получил в геологической литературе название «скучный миллард» (boring billion), так как характеризовался удивительной экологической и эволюционной стабильностью. Все это время содержание кислорода в атмосфере Земли оставалось практически неизменным — примерно на два порядка ниже, чем в настоящее время (рис. 4).

Найдены свидетельства массового вымирания в начале протерозоя

Рис. 4. Уровень кислорода в атмосфере Земли на протяжении геологической истории. Период «скучного миллиарда» выделен бежевым. По вертикали — уровень кислорода в атмосфере в процентах от современного; по горизонтали — возраст в млрд лет. Рисунок с сайта en.wikipedia.org

В конце «скучного миллиарда», примерно 800 млн лет назад произошел еще один резкий выброс кислорода — его содержание в атмосфере приблизилось к современным значениям. Это позволило аэробным организмам выбраться из океана и начать колонизировать сушу.

Источник: elementy.ru

44 КОММЕНТАРИИ

  1. Greetings from Colorado! I’m bored to tears at work so I decided
    to check out your blog on my iphone during lunch break.
    I love the info you present here and can’t wait to take a
    look when I get home. I’m surprised at how quick your blog loaded on my phone ..

    I’m not even using WIFI, just 3G .. Anyways, fantastic site!

  2. When І initially ⅼeft a comment I appear to
    have ϲlicked on thе -Notify me when neew comments are addеd- checkbox and
    from now on every time a comment is aɗded I get 4
    emails with the exact same comment. There has to
    be a way you are able to remove me from that service?
    Thank you!

    My web bloɡ — custom T shirt Store

  3. Woah! I’m really enjoying the template/theme of this website.

    It’s simple, yet effective. A lot of times it’s very difficult to get that
    «perfect balance» between superb usability and visual appearance.
    I must say that you’ve done a superb job with this.
    Additionally, the blog loads super fast for me on Opera.
    Superb Blog!

  4. Thanks for every one of your labor on this web site. My mother enjoys doing internet research and it’s really easy to understand why.
    Most of us hear all concerning the lively method you convey invaluable guidance by means of this web site and
    as well strongly encourage contribution from other people on that issue while our favorite princess is in fact starting to
    learn so much. Take pleasure in the remaining portion of the year.

    You’re performing a good job.

  5. Heya are using WordPress for your site platform? I’m new to the
    blog world but I’m trying to get started and set up my
    own. Do you require any coding knowledge to make your own blog?

    Any help would be really appreciated!

    My web page … CoolEdge Air Cooler (Manual)

  6. Hmm it seems like your blog ate my first comment (it was extremely long) so I
    guess I’ll just sum it up what I submitted and say,
    I’m thoroughly enjoying your blog. I as well am an aspiring blog writer but I’m still new to the whole thing.
    Do you have any points for rookie blog writers? I’d really appreciate it.

    Also visit my homepage: http://www.diigo.com

  7. hello there and thank you for your information ?

    I have definitely picked up something new from right here.

    I did however expertise several technical points using this site, as I experienced to reload the web site
    lots of times previous to I could get it to load correctly.

    I had been wondering if your web hosting is OK? Not that I’m complaining, but slow loading instances times will sometimes affect your placement in google and can damage your
    high quality score if advertising and marketing with Adwords.
    Well I?m adding this RSS to my email and can look out for much
    more of your respective fascinating content. Make sure you update
    this again very soon..

    Feel free to visit my blog Leafy Living CBD Reviews

  8. Howdy just wanted to give you a quick heads up.
    The text in your content seem to be running off the screen in Ie.
    I’m not sure if this is a format issue or something to
    do with web browser compatibility but I thought I’d post to let
    you know. The design look great though! Hope you get the issue solved soon. Kudos

  9. I’m truly enjoying the design and layout of
    your website. It’s a very easy on the eyes which makes it much more enjoyable for me to come here and visit more often. Did you hire out a developer to create your theme?

    Excellent work!

  10. I love your blog.. very nice colors & themе. Didd yⲟu design tһis website yourself or did you hire someone to
    do itt for you? Plz reрly aѕ I’m looking to design my own blog and would like
    to find out wһere u got this from. thanks a lot

    Feel free to visit my webpage — jasa backlink (hewesconcrete.com)

  11. The like you move through my mind! You appear to understand a lot about it,
    like you consisting the instruction in this sort of or anything at all.
    I think that you just do by simply pics to use a vehicle the subject material
    home relatively, but as well as that, this is exceptional blog.
    A great read. I could definitely be once again.

  12. I needed to write you this very little note to be able to give thanks as before about the
    incredible concepts you have featured above.
    It has been quite particularly generous of you to supply
    extensively what a few people could have offered for sale for
    an ebook to earn some bucks for themselves, most importantly now that
    you might have tried it if you wanted. These principles in addition worked as the great way to fully grasp that some people have the same interest really like mine to grasp a great deal
    more with reference to this condition. I am sure there are
    numerous more fun times in the future for those who browse through your blog post.

    Also visit my web-site — Andrew

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here

семнадцать + двенадцать =