[53], преимущественно донных и глубоко живущих, что заставляет предположить, что фактором гибели было низкое содержание кислорода в глубоководных областях океана.
Большая часть пород Карибской КМП все еще расположена на морском дне, и поэтому количество взятых в этой провинции проб невелико. Однако в некоторых местах, включая Гаити и Малые Антильские острова, излившиеся базальты стали сушей в результате тектонических процессов. Эти потоки дают самый точный и надежный возраст начального, самого мощного излияния, создававшего провинцию: от 93 до 94 миллионов лет назад. Есть сообщения о нескольких более поздних датах, включая данные о подводных породах, которые могут давать датировку до 87 миллионов лет; это заставляет предположить, что вулканизм длился целых шесть или семь миллионов лет. Однако поражает совпадение пика вулканизма в Карибской КМП с одним из ОАЕ: возможно, КМП стала спусковым крючком для изменений среды, которые ускорили отложение черных сланцев и вымирание организмов.
Существуют и другие косвенные доказательства связи Карибской КМП и ОАЕ. Некоторые показатели в осадочных породах говорят, что и без того высокая температура в тропической Атлантике ближе к началу ОАЕ повысилась еще на три, а, возможно, и на пять градусов Цельсия. Скорее всего, причиной был углекислый газ, выброшенный во время первых извержений в Карибской КМП. Кроме того, черные сланцы вблизи сеномано-туронской (С-Т) границы отличаются высокой концентрацией металлов, причиной чего, возможно, были излившиеся лавы.
Сочетание этих фактов убедило многих исследователей, что связь между вулканизмом на Карибском океаническом плато и сеномано-туронским океаническим бескислородным событием действительно существует. Однако все подтверждения оказывались косвенными: надежных доказательств не было. Но в 2008 году нашлась неопровержимая улика: Стивен Тарджон и Роберт Кризер из университета Альберты обнаружили неоспоримые факты, что на химический состав воды непосредственно на С-Т границе сильно повлияли серьезные подводные вулканические извержения. Однако единственный известный эпизод масштабных извержений того времени — это Карибская КМП.
Как часто случается в науке, открытие было отчасти случайным. Стивен Тарджон — геохимик, интересовавшийся, в частности, разработкой более эффективных способов датирования осадочных пород. Тарджон использует не популярные и описанные ранее в этой книге методы датирования, а применяет экзотическую (по крайней мере, экзотическую для не-геохимиков) схему определения возраста, основанную на радиоактивном распаде редкого металла рения до изотопа другого редкого металла — осмия. Богатые органикой породы около С-Т границы выглядели привлекательной целью: известно, что в них значительное содержание металлов, а если бы метод сработал, то ученые получили бы ценную информацию об абсолютном возрасте и, возможно, продолжительности ОАЕ. Поэтому Тарджон отправился в Италию, чтобы собрать материал в одном из классических мест расположения пород С-Т границы. Кроме того, он получил образцы богатых органикой отложений, охватывающих соответствующий временной диапазон, из керна, взятого у северо-восточного побережья Южной Америки. Эти две точки разнесены сегодня в пространстве более чем на 5500 километров, а на момент появления С-Т границы находились в разных океанах (рисунок 27).
Однако работа пошла не по плану. Использованный Тарджоном метод очень трудоемок, и когда он после месяцев кропотливой работы собрал все данные, оказалось, что из-за большого разброса в результатах точный возраст осадочных пород получить нельзя. Казалось, что от идеи придется отказаться. Однако Тарджон заметил, что образцы из богатых органикой интервалов с черными сланцами — как в итальянских породах, так и в осадочном керне — содержат куда больше осмия, чем можно было предположить. Наблюдение показалось ученому интересным, но он не понимал его смысла. Поэтому он отложил эти данные и занялся другой работой, хотя и не забывал о черных сланцах полностью: он продолжал размышлять о высоком содержании осмия и о том, как правильно истолковать сделанные измерения.
Примерно через полгода Тарджон в надежде получить хоть какую-то пользу от своего колоссального труда снова вытащил эти данные. Возможно, нашлось бы что-нибудь пригодное для короткого выступления на каком-нибудь научном семинаре. Он попытался исключить точки, которые казались ему аномалиями, но легче не стало. В отчаянии он решил перепроверить все свои образцы — на случай, если в первый раз произошла какая-то ошибка. Однако новые результаты совпадали с предыдущими: ошибок в его анализе не было, просто мать-природа возвела препятствия на пути к пониманию этих данных. Тогда у Тарджона появилась идея. Вместо того, чтобы использовать результаты для датирования образцов, он мог поступить наоборот. Возраст С-Т границы (93,5 миллиона лет) был уже хорошо известен, поэтому ученый мог вычислить, сколько осмия появилось в его образцах в результате радиоактивного распада за прошедшие 93,5 миллиона лет, и вычесть эту величину из измеренного им количества; разница позволила бы ему найти первоначальное соотношение изотопов в материале его образцов на момент осаждения. Поскольку почти весь осмий в отложениях берется из морской воды, то геохимик рассудил, что вычисленное таким образом соотношение будет близко к соотношению изотопов осмия в морской воде на момент ОАЕ.
Когда Тарджон провел такие расчеты, он немедленно понял, что натолкнулся на нечто важное. Он проводил измерения для образцов, соответствовавших интервалу черных сланцев, а также более старых и более молодых образцов, и его данные показали, что в самом начале ОАЕ ситуация с изотопами осмия в морской воде резко изменилась, а в конце ОАЕ вернулась к норме. И итальянские породы, и образцы океанского керна в 5500 километрах от Италии рассказывали одинаковую историю: по всему миру произошли резкие изменения в химическом составе морской воды (как минимум в отношении содержания осмия), и они совпали с ОАЕ.
В каком-то смысле изотопы похожи на отпечатки пальцев. Геохимики используют их почти так же, как детективы используют отпечатки пальцев на месте преступления: чтобы установить преступника. Рассуждения могут оказаться сложными, однако во многих случаях для однозначной идентификации какого-нибудь события или процесса можно использовать отношение между двумя конкретными изотопами. В предыдущей главе мы видели, как соотношение изотопов углерода использовалось для идентификации метана биологического происхождения в качестве источника углерода во время Великого потепления при ПЭТМ. Некоторые изотопы подходят для этого лучше других, и осмий тут особенно хорош, поскольку породы, образованные разным способом (например, породы континентальной коры и породы, образованные вулканизмом океанического дна), обеспечивают большую разницу в соотношении его изотопов. Оба эти источника добавляют осмий в океаны, а отношение изотопов осмия в морской воде будет зависеть от того, сколько осмия поступило в океан в результате выветривания континентальных пород, а сколько — в результате вулканической активности на дне океана. Резкий сдвиг, обнаруженный Тарджоном, показал, что в начале ОАЕ в океане резко возросло количество вулканического осмия.
Согласно данным Тарджона, на интервале образования черных сланцев вулканический осмий составлял 97 % всего содержащегося в океане осмия, в 30–50 раз больше, чем до этого события. Сегодня подводная вулканическая активность дает менее трети осмия в морской воде: большая его часть приходится на эрозию континентов. Тарджон не мог доказать, что вулканический осмий поступил из Карибской КМП, однако не существует никаких других явных кандидатов, которые могли бы объяснить эти данные.
Таким образом, работа Тарджона и Кризера устанавливает прямую связь между интенсивной вулканической деятельностью Карибской КМП и глобальным бескислородным состоянием океана, повсеместными вымираниями морских организмов и накоплением богатых органикой отложений на морском дне. Это создает прочный фундамент для идеи (до недавнего времени базировавшейся в основном на косвенных подтверждениях), что периодические вулканические излияния в крупных магматических провинциях сыграли значительную роль в истории Земли, включая инициацию мировых изменений климата и исчезновений организмов. Судя по имеющимся данным, самым важным аспектом КМП в этом отношении является большое количество углекислого газа, выделяющегося во время извержений. Это заключение важно, поскольку означает, что пласты осадочных пород, появившиеся во время этих периодов масштабного вулканизма, точно так же, как породы из интервала ПЭТМ, описанные в предыдущей главе, могут сохранить информацию о том, как реагировала наша планета в прошлом на быстрые изменения уровня парниковых газов в атмосфере.
Период океанской аноксии (то есть нехватки кислорода в воде), связанный с Карибской КМП, был одним из самых интенсивных в геологической летописи за последние несколько сотен миллионов лет, и поэтому привлек немалое внимание. Геохимикам удалось установить многие детали происходившего в это время, измеряя показатели осадочных пород, которые отражают различные характеристики среды того периода (например, изотопы кислорода в раковинах планктона отражают температуру воды). Они говорят, что в начале ОАЕ, как мы видели ранее, температура воды повысилась на несколько градусов практически сразу после первоначального выброса вулканического углекислого газа. Интересно, что это продолжалось недолго: после этого промежутка времени морская вода снова остыла, причем температура упала практически до исходных значений. Почти наверняка это было связано с извлечением углекислого газа из атмосферы в ходе геохимического цикла углерода: фотосинтезирующие организмы размножались в теплых поверхностных водах, используя углекислый газ для создания органического материала; после смерти этих организмов он оказывался захороненным в отложениях. Эффективность парникового потепления уменьшилась, и температура понизилась. Но даже такая колоссальная конфискация углерода вызвала лишь кратковременный (менее 150 000 лет) спад: поступление диоксида углерода от вулканической деятельности в Карибской КМП вскоре изменило баланс, и температуры снова стали расти.