Катастрофизм или постепенная эволюция?

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
Самый известный представитель сфенакодонтов — диметродон (Dimetrodon). Это раннепермский род, включавший несколько видов
Вероятно, иностранцевия обитала рядом с реками и водоемами и могла охотиться на рептилий
Вероятно, иностранцевия обитала рядом с реками и водоемами и могла охотиться на рептилий

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.

Дицинодонты — животные, имевшие два крепких и мощных клыка, видневшиеся снаружи. Остальные зубы в процессе эволюции приобрели вид рогового клюва, напоминавшего черепаший. Вятский палеонтологический музей
Дицинодонты — животные, имевшие два крепких и мощных клыка, видневшиеся снаружи. Остальные зубы в процессе эволюции приобрели вид рогового клюва, напоминавшего черепаший. Вятский палеонтологический музей

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.

Дицинодонты в экспозиции Вятского палеонтологического музея
Дицинодонты в экспозиции Вятского палеонтологического музея

Величайшая экологическая катастрофа в истории Земли

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.

Представитель отряда палеодиктиоптер, дунбария полосатокрылая описана из нижнепермских отложений Северной Америки (Канзас). Имела яркую окраску крыльев
Представитель отряда палеодиктиоптер, дунбария полосатокрылая описана из нижнепермских отложений Северной Америки (Канзас). Имела яркую окраску крыльев

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.

 

Состязание на суше

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.  

Ихтиозавр, живший в конце мелового периода
Ихтиозавр, живший в конце мелового периода

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 захватилихрящевые рыбы
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.

 

Парк пермского периода

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.

Листозавр принадлежал к растительноядным терапсидам, которые называются дицинодонтами. Они появились в конце пермского периода. У листозавра было всего два зуба, росших на верхней челюсти
Листозавр принадлежал к растительноядным терапсидам, которые называются дицинодонтами. Они появились в конце пермского периода. У листозавра было всего два зуба, росших на верхней челюсти

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.

Сибирская трапповая провинция, площадь которой составляет около 4 млн. кв. км, а толщина до 4 км — самая большая в мире
Сибирская трапповая провинция, площадь которой составляет около 4 млн. кв. км, а толщина до 4 км — самая большая в мире

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.

 

«Мезозойский зигзаг»  

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.        

 

Кто убийца?

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.

Сибирские траппы — результат повышенной вулканической активности,растянувшейся на миллионы лет
Сибирские траппы — результат повышенной вулканической активности,растянувшейся на миллионы лет

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 CO2,  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.