Задохнувшийся океан: как тектоника Земли чуть не убила жизнь в океанах

История Земли — это не только летопись рождения и эволюции жизни, но и драматическая хроника глобальных катастроф. Океанические аноксические события (ОАЕ), словно мрачные тени, ложатся на страницы этой хроники, рассказывая о периодах, когда живительные воды океана превращались в безжизненные пустоши. Кислород, основа существования большинства морских обитателей, практически исчезал, оставляя после себя лишь следы сероводорода и гибель экосистем.

ОАЕ — не редкость в геологической летописи, но особенно часто они случались в мезозойскую эру (183-85 млн лет назад), время расцвета динозавров на суше и бурного развития морской фауны. Ученые давно пытаются разгадать тайну этих катастроф, понять, что заставляло океан периодически задыхаться.

Долгое время главной подозреваемой считалась вулканическая активность. Действительно, многие ОАЕ совпадают по времени с извержениями крупных магматических провинций (LIP) — обширных областей, где из недр Земли изливалась раскаленная магма, выбрасывая в атмосферу огромные количества углекислого газа, метана и других парниковых газов.

Такие извержения, безусловно, оказывали колоссальное влияние на климат, вызывая глобальное потепление и, как следствие, изменение циркуляции океана, что могло приводить к дефициту кислорода в глубинных водах.

Однако, эта, казалось бы, логичная гипотеза, имеет ряд слабых мест. Во-первых, датировка LIP часто неточна, и трудно с уверенностью сказать, действительно ли они совпадают с ОАЕ или же происходили немного раньше или позже.

Во-вторых, LIP обычно связаны с континентальным рифтогенезом — процессом раскола континентов. А рифтогенез — это целый комплекс геологических процессов, включая не только вулканизм, но и тектоническое поднятие и эрозию горных пород, изменение рельефа и речных систем, перестройку океанических течений. Все эти факторы могли влиять на химию океана и способствовать развитию аноксии.

В своей недавней работе группа ученых из Великобритании и США предложила альтернативное объяснение ОАЕ, связав их не с самими LIP, а с тектоническими процессами, происходившими во время распада суперконтинента Гондвана.

Распад Гондваны, начавшийся около 180 млн лет назад, — это не просто разделение суши, а тектонический танец, полный драматических событий: континенты раскалываются, словно гигантские льдины, рождаются новые океаны, а вдоль линий разломов, словно из зияющих ран, извергаются вулканы, формируя срединно-океанические хребты (СОХ).

Исследователи обратили внимание на то, что именно в период расцвета ОАЕ (160-120 млн лет назад) формирование СОХ, сопровождающее распад Гондваны, достигло своего пика. Это совпадение навeло их на мысль, что именно СОХ, а не только LIP, могли сыграть ключевую роль в запуске ОАЕ.

Но как СОХ, расположенные на дне океана, могут задушить океан?

Дело в том, что молодые СОХ — это настоящий геохимический реактор. Горячая магма, поднимающаяся из недр Земли вдоль рифтовых зон, взаимодействует с морской водой, вызывая интенсивное химическое выветривание базальтов — основной породы, слагающей океаническую кору. А базальты, в свою очередь, богаты фосфором — важнейшим питательным элементом для морских организмов, тем самым биогенным элементом, который ограничивает развитие фитопланктона.

Ученые смоделировали этот процесс, используя данные о скорости спрединга (расхождения) океанических плит, длине СОХ и составе базальтов, и обнаружили, что выветривание базальтов вдоль СОХ в мезозое могло привести к увеличению поступления фосфора в океан на 75% по сравнению с современным уровнем.

Такой резкий всплеск концентрации фосфора в морской воде должен был вызвать бурный рост биопродуктивности, особенно фитопланктона, который является основой пищевой цепи в океане. Но этот бум не мог длиться вечно. Массовая гибель фитопланктона, а затем и других морских организмов, чьё существование зависело от него, приводила к накоплению огромного количества органического вещества на дне океана.

Разложение этого вещества бактериями потребляло огромное количество кислорода, что и приводило к развитию аноксии.

Однако, СОХ — не единственный источник фосфора, способный задушить океан. Ученые также проанализировали данные по тектоническому поднятию и эрозии базальтов в южной Африке, происходивших в то же время, что и распад Гондваны.

Они выяснили, что выветривание этих базальтов, вынесенных на поверхность в результате тектонического поднятия, также могло привести к значительному поступлению фосфора в океан.

Чтобы проверить свою гипотезу, ученые обратились к биогеохимической модели, которая учитывает круговорот углерода, фосфора и кислорода в системе океан-атмосфера. В модель были введены данные по поступлению фосфора из двух источников — СОХ и континентального выветривания.

Результаты моделирования показали, что сочетание этих двух факторов могло вызвать резкое падение уровня кислорода в океане, достаточное для запуска ОАЕ.

Таким образом, работа ученых проливает новый свет на загадку ОАЕ, указывая на тесную связь между тектоническими процессами и химией океана. ОАЕ — это не просто случайные катаклизмы, а следствие сложного взаимодействия различных геологических процессов.