Ostatnie masowe wymieranie permu (LPME) było największym wymieraniem w dotychczasowej historii Ziemi, zabijając od 80 do 90% życia na planecie, chociaż znalezienie ostatecznych dowodów na to, co spowodowało dramatyczne zmiany klimatu, umknęło ekspertom.
Międzynarodowy zespół naukowców, w tym badacze z Wydziału Nauk o Ziemi UConn, profesor i kierownik wydziału Tracy Frank i profesor Christopher Fielding, pracują nad zrozumieniem przyczyny i przebiegu wydarzeń LPME, skupiając się na rtęci z syberyjskich wulkanów, która znalazła się w osadach w Australii i RPA. Badania zostały opublikowane w Nature Communications.
Chociaż LPME miało miejsce ponad 250 milionów lat temu, istnieją podobieństwa do głównych zmian klimatycznych zachodzących dzisiaj, wyjaśnia Frank:
„Jest to istotne dla zrozumienia tego, co może wydarzyć się na Ziemi w przyszłości. Główna przyczyna zmian klimatu jest związana z masowym wtryskiem dwutlenku węgla do atmosfery w okresie wymierania, co doprowadziło do szybkiego ocieplenia”.
W przypadku LPME powszechnie przyjmuje się, że gwałtowne ocieplenie związane z tym wydarzeniem jest związane z masowym wulkanizmem występującym w ogromnym złożu lawy zwanym Wielką Igneous Prowincją Syberyjskich Pułapek (STLIP), mówi Frank, ale bezpośrednie dowody wciąż były brakuje.
Wulkany pozostawiają pomocne wskazówki w zapisie geologicznym. Wraz z wylaniem lawy uwolniono również ogromne ilości gazów, takich jak CO2 i metan, wraz z cząstkami stałymi i metalami ciężkimi, które zostały wypuszczone do atmosfery i osadzone na całym świecie.
„Jednak trudno jest bezpośrednio powiązać coś takiego z wydarzeniem wyginięcia” – mówi Frank. „Jako geolodzy szukamy pewnego rodzaju podpisu – dymiącego pistoletu – abyśmy mogli absolutnie wskazać przyczynę”.
W tym przypadku dymiącym pistoletem, na którym skupili się naukowcy, była rtęć, jeden z metali ciężkich związanych z erupcjami wulkanów. Sztuczka polega na znalezieniu obszarów, w których ten zapis nadal istnieje.
Frank wyjaśnia, że istnieje ciągły zapis historii Ziemi zawarty w osadach w środowisku morskim, który działa prawie jak magnetofon, ponieważ osady są szybko zakopywane i chronione. Osady te dostarczają wielu danych na temat wymierania i jego przebiegu w oceanach. Na lądzie trudniej znaleźć tak dobrze zachowane zapiski z tego okresu.
Aby to zilustrować, Frank podaje Connecticut jako przykład: stan ten jest bogaty w skały metamorficzne sprzed 400-500 milionów lat na powierzchni lub w jej pobliżu, pokryte osadami lodowcowymi sprzed około 23 000 lat.
„Tutaj jest duża luka w zapisach. Trzeba mieć szczęście, aby zachować zapisy ziemskie i dlatego nie są one tak dobrze zbadane, ponieważ jest ich tam mniej” – mówi Frank.
Nie wszystkie tereny na świecie mają tak ogromne luki w zapisie geologicznym, a wcześniejsze badania LPME koncentrowały się głównie na miejscach znalezionych na półkuli północnej. Jednak dorzecze Sydney we wschodniej Australii i dorzecze Karoo w Afryce Południowej to dwa obszary na półkuli południowej, które mają doskonałe zapisy tego wydarzenia i są to obszary, które Frank i Fielding badali wcześniej. Kolega i współautor, Jun Shen z Państwowego Kluczowego Laboratorium Procesów Geologicznych i Zasobów Mineralnych na Chińskim Uniwersytecie Nauk o Ziemi, skontaktował się z Frankiem, Fieldingiem i innymi współautorami w celu uzyskania próbek, mając nadzieję na ich analizę izotopy rtęci.
Shen był w stanie przeanalizować izotopy rtęci w próbkach i połączyć wszystkie dane, mówi Frank.
„Okazuje się, że wulkaniczne emisje rtęci mają bardzo specyficzny skład izotopowy rtęci, która nagromadziła się na horyzoncie wymierania. Znając wiek tych osadów, możemy bardziej definitywnie powiązać czas wymierania z tą masową erupcją na Syberii. Co różni się w tym artykule tym, że przyjrzeliśmy się nie tylko rtęci, ale także składowi izotopowemu rtęci z próbek z wysokich południowych szerokości geograficznych, w obu przypadkach po raz pierwszy”.
Ten ostateczny czas jest czymś, nad czym naukowcy pracowali, aby go udoskonalić, ale jak wskazuje Fielding, im więcej się dowiadujemy, tym bardziej się to komplikuje.
„Punktem wyjścia jest to, że geolodzy ustalili czas największego wyginięcia na 251,9 miliona lat z dużą precyzją dzięki radiogenicznym metodom datowania izotopów. Naukowcy wiedzą, że właśnie wtedy miało miejsce główne wymieranie w środowisku morskim założyli, że wyginięcie na Ziemi miało miejsce w tym samym czasie”.
W poprzednich badaniach Franka i Fieldinga odkryli jednak, że wymieranie na lądzie miało miejsce 200-600 000 lat wcześniej.
„To sugeruje, że zdarzenie samo w sobie nie było jednym wielkim nieszczęściem, które wydarzyło się natychmiast. To nie był tylko jeden bardzo zły dzień na Ziemi, że tak powiem, jego zbudowanie zajęło trochę czasu, a to dobrze wpływa na nowe wyniki, ponieważ sugeruje, że przyczyną był wulkanizm” – mówi Fielding. „To tylko pierwszy wpływ kryzysu biotycznego, który wydarzył się na lądzie i wydarzył się wcześnie. Przeniesienie do oceanów zajęło trochę czasu. Wydarzenie sprzed 251,9 miliona lat było głównym punktem zwrotnym w warunkach środowiskowych w oceanie, które uległy pogorszeniu przez jakiś czas”.
Odtworzenie wydarzeń opiera się na wiedzy wielu różnych geologów specjalizujących się w różnych metodach, od sedymentologii, geochemii, paleontologii i geochronologii, mówi Frank,
„Ten rodzaj pracy wymaga dużej współpracy. Wszystko zaczęło się od badań terenowych, kiedy nasza grupa pojechała do Australii, gdzie badaliśmy przekroje stratygraficzne, które zachowały dany przedział czasowy. Najważniejsze jest to, że mamy teraz substancję chemiczną podpis w postaci podpisów izotopów rtęci, który definitywnie wiąże horyzont wymierania w tych ziemskich sekcjach, które dostarczają zapisu tego, co działo się na lądzie z powodu wulkanizmu Siberian Traps”.