Якутские карбонаты помогли ученым понять причину древних массовых вымираний

Международная команда исследователей проанализировала соотношение изотопов серы и углерода в древних карбонатах, отобранных в Якутии. По изотопному составу породы ученые реконструировали концентрацию кислорода в океане на временном интервале от 524 до 512 миллионов лет назад. Оказалось, что концентрация кислорода в океане на этом временном отрезке резко менялась, причем периоды массового вымирания совпадают с периодами низкого содержания кислорода. Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Geoscience.

550 миллионов лет назад и расположение континентов на земной поверхности, и соотношение площади суши и морей были совершенно иными. Жизни на суше, кроме бактериальной, еще не было, все биологическое разнообразие было сосредоточено в океане. Территория современной Якутии находилась в тропической зоне, представляла собой отдельный континент и была покрыта густонаселенным морским мелководьем. Больше половины разнообразия ископаемых организмов кембрийского периода были описаны именно из карбонатных отложений Якутии.

«Ленские столбы — скалы на реке Алдане — превратились в Мекку и своего рода мировую полевую лабораторию палеонтологов и геохимиков. В 2008 году во время проведения международной геологической экскурсии китайские и российские специалисты отобрали здесь образцы карбонатов, послужившие основой для настоящего исследования», — рассказывает один из авторов исследования, профессор кафедры биологической эволюции биологического факультета МГУ Андрей Журавлев.

Каждый из отобранных слоев ученые документировали и исследовали в них соотношение стабильных изотопов серы (³⁴S/³²S) и углерода (¹³С/¹²С). Многие элементы в природе представлены несколькими стабильными изотопами. Самый известный пример этого явления — три формы водорода: протий, дейтерий и тритий. Стабильными изотопами обладают также и важные биогенные элементы: азот, кислород, углерод и сера. Живые организмы, как правило, потребляют из среды более легкие изотопы. Из-за этого происходит фракционирование изотопов: в безжизненной среде тяжелых изотопов будет меньше, чем в густонаселенной. И тяжелые изотопы оказываются заточенными в кристаллических решетках минералов навечно.

«Результат работы водорослей и различных микробов выражается в виде волнообразных изотопных кривых. Для раннекембрийской эпохи многочисленные изотопные циклы углерода и серы неожиданно оказались синхронными, — поясняет Андрей Журавлев. — Такая единовременность позитивных и негативных изотопных сдвигов возможна лишь при синхронном окислении органического вещества и восстановлении сульфидов до сульфатов микроорганизмами. И оба этих процесса требуют существенных объемов кислорода».

С помощью математической модели ученые перевели данные по изотопам серы и углерода в концентрацию кислорода в среде. Таким образом, исследователи впервые вычислили темпы поступления кислорода в атмосферу и верхние слои водной толщи для столь давних времен — от 5x10¹² до 12,5х10¹² моль в год. По уровню сульфатов в морской воде — не превышавшему 7 миллимолей на литр (сегодня 28-29 ммоль/л) — исследователи определили, что содержание растворенного кислорода в кембрийском океане было в четыре раза ниже, чем сейчас, даже в самые лучшие времена.

«Выход кислорода не повышался постоянно в течение всего кембрийского периода, а колебался в этих пределах. Соответственно, и рост разнообразия скелетных животных не был стремительным и постоянным, а перемежался с интервалами медленного роста разнообразия и даже с массовыми вымираниями. Эти циклы в росте разнообразия животных были известны и раньше (и в первую очередь на примере сибирских геологических разрезов, где скелетные остатки особенно многочисленны — этими подсчетами также занимался палеонтолог из МГУ), но теперь стало ясно, что пики разнообразия приходятся на интервалы с высокими темпами поступления кислорода и наоборот. А самое массовое из кембрийских вымираний, сопоставимое по своей значимости для эволюции жизни на Земле с пермско-триасовым и мел-палеогеновым, пришлось на время (514 млн лет назад), когда кислорода вновь почти не стало», — заключает Андрей Журавлев.

Лабораторная часть исследования проходила в Великобритании на базе университетов Лидса (где в основном выполнялась работа), Ланкастера и Оксфорда и Лондонского университетского колледжа. Специалисты из России и Китая провели полевой этап работ.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.