Химический след перед катастрофой: ученые выявили предвестников пяти крупнейших вымираний в истории Земли

За последние 539 миллионов лет климатическая система Земли прошла через пять стабильных глобальных режимов, а каждое крупнейшее массовое вымирание происходило на фоне резкой геохимической перестройки океана и атмосферы. Международная группа ученых опубликовала в журнале Nature Communications данные математического анализа осадочных пород фанерозойского эона. Ученые доказали, что всем ключевым биологическим катастрофам предшествовали четкие ранние сигналы дестабилизации углеродного цикла.

В ходе исследовательской работы специалисты проанализировали соотношение стабильных изотопов углерода-13 и кислорода-18 в древних морских отложениях, накопленных за последние полмиллиарда лет. Данные охватывают всю историю существования сложной жизни на планете, начиная с кембрийского взрыва. Ученые выяснили, что климатическая история Земли состояла из пяти продолжительных квазистабильных климатических эпох. Между этими эпохами происходили резкие переходные фазы. Непосредственно перед каждым из пяти крупнейших вымираний геохимический состав морской воды начинал совершать аномальные колебания. Геохимическая система планеты теряла равновесие, подавая предупреждающий сигнал задолго до пика вымирания видов.

Чтобы оценить реакцию органического мира на такие колебания, авторы работы рассчитали интегральный индекс уязвимости биосферы. Этот математический показатель объединяет три параметра: темпы появления новых видов, скорость вымирания существующих таксонов и текущий уровень биологического разнообразия. В условиях стресса живые организмы пытаются адаптироваться к быстро меняющейся среде, что вызывает всплеск видообразования на фоне ускоренной гибели организмов, тогда как общее биологическое разнообразие падает. Расчеты показали, что уязвимость биосферы резко подскакивала именно в переходные моменты смены климатических режимов, а также в длительные эпохи с высокими средними температурами.

Новая математическая модель меняет понимание механизмов глобальных биологических катастроф. Сами по себе масштабные излияния лавы, вулканизм или падения астероидов выступали лишь финальными триггерами. Если такой катаклизм происходил в период стабильного климатического режима, экосистемы сохраняли способность к компенсации. Но когда внешний удар накладывался на фазу смены геохимического режима, биосфера находилась в состоянии предельного напряжения и теряла устойчивость, что приводило к катастрофическому коллапсу экосистем.

Выявленные закономерности предоставляют новую основу для прогнозирования текущих процессов. В настоящее время ученые фиксируют ускоренные изменения концентрации парниковых газов и химического состава океана, сопоставимые по динамике с древними переходными фазами. Анализ прошлых климатических перестроек показывает, что устойчивость биосферы напрямую зависит от стабильности геохимических циклов углерода, преодоление критических порогов которых многократно повышает риск массовых потерь биоразнообразия.

Источник: researchgate.net