Пять самых массовых вымираний животных - Интересная наука. Научно-познавательный интернет журнал

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.

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.

Современные исследования геологической истории Земли показывают, что на протяжении 4-5 млн лет после окончания пермского периода палеозоя на нашей планете не было привычных осадочных отложений. Ученые безуспешно пытались найти океанические меловые остатки, формировавшиеся микроскопическими скелетами радиолярий и фораминифер, окаменелые фрагменты коралловых рифов в мелководных морских бассейнах или залежи угля, относящиеся к этому периоду жизни планеты. Складывается катастрофическая картина, свидетельствующая о том, что в триасе уже не существует около 90 % всех видов живых организмов, населявших Землю в предшествующем, пермском периоде палеозоя. Подобный результат наблюдается повсеместно, где бы ни проводились исследования палеозойских и мезозойских отложений – в Китае, Японии и Пакистане, Канаде, Южной Африке, Антарктиде или Австралии. Это явление получило название массового пермского вымирания, именно оно сформировало рубеж между последним периодом палеозойской эры, пермским, и первым периодом мезозоя, триасовым.
В конце палеозойской эры, 250 млн лет назад, вымерло порядка 90 % видов живых организмов, обитавших в морях, и 70 % сухопутных. Эта катастрофа унесла с собой плоские и морщинистые кораллы, бластоидеи, граптолиты, триллобиты, фузулиниды, эвриптероидеи, мшанки, морские лилии, членораздельные брахиоподы, а также значительно сократила разнообразие плауновидных и хвощевых растений. Как показывают проведенные исследования, восстановление биосферы на Земле после этой глобальной катастрофы заняло достаточно продолжительный период. С тех пор, как было установлено практически полное вымирание биосферы в пермский период палеозоя, ученые стали выдвигать свои предположения о том, что же послужило катализатором и основной причиной подобного масштабного бедствия.
Надо сказать, что причины самого грандиозного из всех вымираний на Земле до конца не известны. Существует множество гипотез относительно того, что же могло привести к столь катастрофическим последствиям для биосферы планеты. Некоторые ученые предполагают существование одновременно нескольких факторов, обеспечивших исчезновение живых организмов в пермский период палеозоя. В истории нашей планеты было зафиксировано пять крупнейших вымираний живых организмов, заключавшихся в катастрофическом исчезновении Есех представителей определенного биологического вида за короткий промежуток времени. Но пермское явление по своим масштабам превзошло все другие известные науке вымирания, включая и наиболее знаменитое – исчезновение динозавров на границе мелового периода.

Остановимся на наиболее распространенных и популярных версиях. Одна из них – резкое глобальное потепление и разогрев Земли, что привело к изменению химического состава морской воды и атмосферы. Дефицит кислорода мог способствовать гибели как наземных, так и водных экосистем, сложившихся в палеозойскую эру. Эти глобальные изменения окружающей среды на планете могли сопровождаться повышением сухости климата и изменением океанских течений, что также предопределило масштабность пермского вымирания.
Другая версия произошедших событий в конце палеозойской эры – это падение одного или нескольких метеоритов либо столкновение нашей планеты с крупным астероидом диаметром в несколько десятков километров. Различные экспериментальные модели показывают, что при столкновении Земли с астероидом такого большого размера может выделиться энергия, которая будет равна взрыву нескольких миллионов современных атомных бомб. Естественно, это приведет к катастрофическим последствиям для биосферы планеты.
Предполагается, что именно столкновения с метеоритами и астероидами могли быть причиной и других массовых вымираний, зафиксированных в геологической истории Земли. Для подтверждения этой гипотезы ученые пытаются найти кратеры соответствующих размеров на поверхности нашей планеты.
Считается, что в северо-восточной части Австралии и в гипотетическом кратере Земли Уилкса в западной Антарктиде были найдены некоторые доказательства существования ударных событий, которые соответствуют именно пермскому периоду палеозоя. В частности, это зерна кварца ударного происхождения и фуллерены с включениями инертных газов внеземного происхождения. Однако определить, действительно ли зерна кварца имеют ударное происхождение или они образовались на Земле в силу пластических деформаций в твердых телах, достоверно не удалось.
Пока же наибольшее распространение получила гипотеза о том, что массовое пермское вымирание стало следствием усиления вулканической деятельности на Земле. Эта версия основывается на результатах исследований осадочных пород, которые свидетельствуют об очень высокой вулканической активности в течение нескольких миллионов лет палеозоя в той области, где в настоящее время находится Сибирь. Группа канадских ученых во главе со Стефаном Грэсби обнаружила в канадском Заполярье в соответствующих по возрасту геологических слоях отложения пепла – ценосферы. Это микроскопические полые частицы зольной пыли, образованные при сжигании угля. Предполагается, что 250 млн лет назад эти частицы могли сформироваться в ходе активности сибирских траппов, где расплавленное вещество, вырываясь наружу, проходило через залежи угля.
Сибирские траппы считаются одними из самых крупных трапповых областей в мире, они занимают площадь практически в 2 млн км2.
Траппами принято называть особый тип континентального магматизма, который характеризуется огромным объемом излияния базальта за короткий промежуток времени по геологическим меркам. Обычно в районах траппового магматизма возникает своеобразный рельеф: базальтовый слой эродируется плохо, в то время как осадочные породы разрушаются достаточно легко. Траппы наблюдаются по всей Восточно-Сибирской платформе, в Хатангском прогибе и Минусинской котловине. В зонах их развития расположены реки Нижняя Тунгуска, Подкаменная Тунгуска, Тюнг и другие. Центр траппового магматизма в Сибири находится в районе города Норильска.
Канадские ученые предполагают, что в результате извержения сибирских траппов в конце палеозоя в атмосферу планеты попало огромное количество ядовитых веществ. Это способствовало возникновению парникового эффекта и, соответственно, уменьшению количества кислорода в атмосфере.
В Мировой океан также попал вулканический пепел, вследствие чего произошло и изменение химического состава морской воды. Все это спровоцировало масштабное вымирание живых организмов на планете. Ученым удалось выделить три четких слоя ценосфер на временном отрезке длительностью в 500-750 тыс. лет. Последний из них сформировался непосредственно перед массовым пермским вымиранием. Геолог Грегори Реталлек из Университета штата Орегон считает, что представленные доказательства причин вымирания биосферы в конце палеозойской эры выглядят достаточно убедительно.

Самое 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.

Девонское вымирание

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.

Великое Пермское вымирание

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

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.

Мел-палеогеновое вымирание

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 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.