Кембрийский взрыв Определены условияНасыщенность среды кислородом — один из важнейших факторов эволюции жизни на Земле. Еще в середине XX века геохимики предполагали, что кембрийский взрыв — быстрое (по масштабам геологического времени) появление основных групп многоклеточных животных, особенно скелетных, в палеонтологической летописи на рубеже эдиакарского и кембрийского периодов — связан с резким повышением уровня кислорода в атмосфере и Мировом океане. Однако лишь современные методы анализа стабильных изотопов углерода и серы в совокупности с детальнейшей летописью изменения изотопных соотношений показали, что циклы углерода и серы были сопряжены в раннекембрийскую эпоху как друг с другом, так и с изменениями видового разнообразия скелетных животных. Биогеохимическое моделирование этих спаренных циклов позволяет связать их с колебаниями объемов поступления кислорода, которые и предопределяли рост и спад биоразнообразия. В свою очередь первое фанерозойское массовое вымирание животных, случившееся во второй половине раннекембрийской эпохи, было обусловлено резким обеднением морских мелководий кислородом. К началу XXI века развитие технической базы естественных наук, методов обработки информации и вычислительных мощностей достигло такой степени, что ученые, занимающиеся прошлым Земли, получили возможность не только теоретизировать о том, каким оно было, но и надежно обосновывать свои идеи точными геохимическими данными. В результате применения изотопных и элементных методов количество публикаций, в которых обсуждается состав атмосферы и Мирового океана древней Земли, особенно насыщенность воздушной и водной оболочек кислородом, исчисляется уже сотнями. Для определения уровня кислорода в далеком прошлом используется довольно большой арсенал методов, основанный на измерении соотношений разных пар изотопов и элементов в геологическом разрезе. Например, хорошими индикаторами насыщенности среды кислородом служат уран и йод. Так, в кислородной атмосфере уран в форме U6+ выносится с суши и растворяется в бескислородных глубинах, а накопление этого элемента, восстановленного до U4+ в виде уранинита (UO2), прямо зависит от уровня концентрации кислорода в водной толще. А йод в форме йодата (IO3;) растворим только в водах, насыщенных кислородом, и лишь в этой форме улавливается осаждаемыми карбонатами кальция; при понижении содержания кислорода IO3;-ион восстанавливается (микробами или фотохимическим путем) до иодида (I;), который с карбонатами не взаимодействует. Поэтому соотношение I/(Ca+Mg) можно использовать для установления окислительно-восстановительных условий на мелководье, тогда как данные по урану позволяют понять, что происходило в глубинах древнего океана. Можно использовать соотношение железа, активного на ранних стадиях диагенеза, к общему содержанию этого элемента в породе, насыщенность пород церием и многое другое (подробнее об этом можно прочитать в опубликованных главах книги «Сотворение Земли»). Выбор методов зависит от состава осадочных пород (карбонатные или терригенные — тонкозернистые песчаники, алевролиты и аргиллиты), степени вторичных преобразований этих пород и протяженности исследуемых разрезов. Однако все эти методы скорее качественные, чем количественные: они дают представление о том, что океан или атмосфера были насыщены кислородом, а вот сколько там было этого газа — остается загадкой. Конечно, кое-что возможно определить с помощью анализа содержания церия, но тоже опосредованно, поскольку цикл этого элемента связан с циклом марганца. Первичное содержание самого марганца обнаружить практически невозможно, поэтому об обогащении среды этим элементом и судят по отрицательной аномалии в содержании церия, который выводится из среды оксидом марганца — Mn4+О2. (Карбонат марганца в осадок не выпадает, поскольку в расположенной ниже бескислородной зоне морского бассейна Mn4+ вновь восстанавливается до Mn2+.) Для формирования водного слоя с повышенным содержанием растворенного марганца требуется так называемая субкислородная обстановка — определенная низкая концентрация кислорода, около 0,1% О2. При таких условиях Mn2+ окислялся до Mn4+, а Ce3+ — до нерастворимого Ce4+. Но что делать, если кислорода было больше, чем 0,1%? Оказывается, можно ответить и на этот вопрос. Если, конечно, имеются достаточно мощные (отложившиеся за значительные временные интервалы) непрерывные карбонатные разрезы, представленные к тому же мало измененными осадочными породами. Таких мест для переходных отложений эдиакарского и кембрийского периодов совсем немного, и лучшие из них находятся в Сибири. В 2008 году во время проведения международной геологической экскурсии на реки Алдан и Лена китайскими и российскими специалистами (сотрудниками Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук и биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова) на нижнекембрийских разрезах были отобраны образцы карбонатов, послужившие основой для настоящего исследования — подробного изучения циклов углерода и серы в начале кембрийского периода по изменениям в соотношении стабильных изотопов этих элементов (;13С = 13С/12С и ;34S = 34S/32S). Результат работы водорослей и различных микробов (а также специалистов) выражается в виде волнообразных изотопных кривых — изотопной подписи. Для раннекембрийской эпохи многочисленные изотопные циклы углерода и серы неожиданно оказались синхронными. С помощью математической модели, связывающей количественные показатели изотопных циклов углерода и серы, впервые удалось вычислить темпы поступления кислорода в атмосферу и верхние слои водной толщи для столь давних времен (этот газ выделялся, когда не был востребован на окисление органики и сульфидов): от 5 до 12,5;1012 молей в год. https://elementy.ru/novosti_nauki/433477/Opredeleny_usloviya_pri_kotorykh_sdetoniroval_kembriyskiy_vzryv © Copyright: Сибирская Хиджра, 2019.
Другие статьи в литературном дневнике:
|
