Глобальные экологические катастрофы в истории Земли

Санкт-Петербургский  государственный университет

геологический факультет

кафедра экологической  геологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«Глобальные экологические катастрофы в истории Земли»

 

 

 

 

 

Студентки V курса

Филиной Я.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 г.

Содержание

 

Содержание 2

Введение 3

1 Катастрофа на границе перми и триаса (251,2 ± 3,4 млн. лет назад) 4

1.1 Вспышка вулканизма 4

1.2 Накопление пограничных глин 5

1.3 Изменение режима осадконакопления 5

1.4 Климатические изменения 5

1.5 Уменьшение содержания кислорода в атмосфере 6

1.6 Вымирание фауны и флоры 6

2 Катастрофа на границе мела и палеогена (65 млн. лет назад) 7

2.1 Вспышка вулканизма 7

2.2 Накопление пограничных глин 8

2.3 Накопление сажи 9

2.4 Изменение режима осадконакопления 9

2.5 Климатические изменения 9

2.6 Уменьшение содержания кислорода 9

2.7 Вымирание фауны и флоры 9

3 Другие катастрофы 10

4 Уточненный сценарий катастроф 11

4.1Мрак, морозы, понижение содержания кислорода 11

4.2 Подъем уровня моря = Великий потоп 12

4.3 Кислотные дожди 13

5 Гибель Гипербореи и смещение земной оси 14

5.1 Миграция гипербореев на юг. Асы и ваны 14

Заключение 16

Список литературы 17

 

 

 

Введение

По силе воздействия на эволюцию жизни (исчезновение 75 % - 90 % всех существовавших видов животных и растений) катастрофам произошедших: на рубежах перми и триаса (251,2 млн. лет назад) и мела и палеогена (65 млн. лет назад) не было равных в истории Земли. За исключением, пожалуй, еще одной катастрофы, которая произошла 3,9 млрд. лет назад на рубеже катархея и архея и которая, по мнению специалистов из университетов штатов Аризона и Теннеси (США), привела к возникновению жизни. Однако об этой катастрофе нам еще очень мало известно в связи с сильнейшей метаморфической (вторичной) переработкой пород и невозможностью восстановить первичный облик и состав пограничных отложений.

 

1 Катастрофа на границе перми и триаса (251,2 ± 3,4 млн. лет назад)

1.1 Вспышка вулканизма

На пермо-триасовом рубеже происходило формирование крупнейшей (площадью около 1,5 млн. км2) тунгусской трапповой формации на Сибирской платформе, представленной мощными толщами пластовых интрузий, лавовых покровов и туфов базальтового состава (мощностью до 2-3 км и объемом около 2,5 млн. км3), которые были приурочены к рифтовым зонам меридионального простирания.

Основная часть траппов  сформировалась на самой границе  перми и триаса (так называемый путоранский горизонт; одни исследователи относят его к самым верхам юры, другие - к самым низам триаса). По мнению И. Кэмбелла (Campbell et al., 1992), П. Кэнэгхэма (Canagham et al., 1994) и других исследователей, излияние сибирских траппов совпало по времени с уточненной датировкой рубежа перми и триаса (251,2 ± 3,4 млн. лет).

1.2 Накопление пограничных глин

Одним из главных аргументов в пользу глобальных катастроф является присутствие в тонких пограничных  слоях глин так называемой "иридиевой  аномалии", впервые обнаруженной американским геологом Л. Альваресом в 1977 г. в пограничных мел-палеогеновых глинах недалеко от г. Губбио, в 150 км от Рима. Большинство исследователей приписывает ей космическое происхождение, считая падение крупного небесного тела основным источником иридия (содержание иридия в метеоритах колеблется от 500 до 5000 нг/г; в земной коре оно составляет всего лишь около 0,03 нг/г).

Иридиевая аномалия наиболее хорошо развита в пограничных  мел-палеогеновых отложениях. На рубеже перми и триаса она имеет более локальное распространение (лучше всего изучена на юге Китая и в Техасе) и выражена гораздо менее отчетливо. Тем не менее, сходство содержащих иридий слоев в обоих случаях не вызывает сомнений.

Вблизи пермо-триасовой границы имеются характерные слои пограничных глин с микросферическими конкрециями, обогащенными сидерофильными (Fe, Ni, Co, Au), халькофильными (Cu, Zn, S), глубинными литофильными (Ti, Cr, V, Sc) элементами, платиноидами и, в первую очередь, иридием. По данным Янга и других китайских геологов (Yang et al., 1995), в Китае этот слой представляет собой бентонит - гидролизованный туффит. Он прослеживается на большой площади в пределах нескольких китайских провинций. В настоящее время его стратиграфические аналоги найдены в опорных разрезах Эльбурса, Кавказа, Канадского Арктического архипелага и других местах.

1.3 Изменение режима осадконакопления

В пограничных морских  отложениях перми и триаса отмечается резкий спад значений 13С (степень обогащения тяжелым изотопом углерода), который, по данным Ю.Д. Захарова, Н.Г. Борискиной и А.М. Попова (2001) связан с сокращением накопления органического углерода (в основном фитопланктона). В то же время высокие значения ?13С в пермских органогенных карбонатах свидетельствуют об обилии органического углерода в океане во время накопления нижележащих толщ.

Установлено, что максимумы изотопно-углеродных аномалий приходятся на эпохи максимальной солнечной активности и фотосинтеза и, наоборот, минимальные и отрицательные значения этих аномалий связаны с минимальной солнечной активностью (или ее отсутствием) и резким замедлением (или прекращением) фотосинтеза.

На границе перми и триаса почти повсеместно прекратилось обычное для пермского периода угленакопление. Выше пограничных глин залегают широко распространенные в нижней юре черносланцевые толщи, образующиеся в условиях кислородного дефицита, и красноцветы.

1.4 Климатические изменения

Проведенные палинологические (изучение пыльцы и спор растений) исследования в Азиатском регионе показали, что на границе перми и триаса произошло существенное похолодание и аридизация (увеличение сухости) климата. Пограничным флорам свойственно однообразие, обедненный видовой состав и измельчение форм папоротников. По данным В.А. Красилова (2001) и Ли (Li, 1997), катазиатская (китайско-индокитайская) флора сохранилась только в Южном Китае. Однако уже в оленекском веке раннего триаса (около 245 млн. лет назад) произошло потепление и значительное выравнивание климатических условий.

1.5 Уменьшение содержания кислорода в атмосфере

Существование бескислородных условий на рубеже перми и триаса, по мнению ряда российских и зарубежных исследователей, доказывается существованием отрицательной аномалии церия, присутствием платиноидов, сингенетичного (образовавшегося одновременно с осадками) пирита, отсутствием рифогенных образований, почти полным прекращением карбонато- и кремненакопления. По мнению Ю.Д. Захарова (2001) и др., дефицит кислорода мог возникнуть из-за глобального сокращения (или прекращения) фотосинтеза в результате резкого уменьшения продуктивности фотосинтезирующих организмов океана (фиксируется отрицательным значением ?13С), совпавшего, очевидно, с сокращением фотосинтеза на суше из-за аридизации (опустынивании) климата.

1.6 Вымирание фауны и флоры

Органические остатки в пограничных глинах встречаются крайне редко и представлены, по данным В.А. Красилова (2001), конодонтами (микроскопическими, 0,1 - 1 мм, остатками челюстного аппарата вымершей группы планктонных морских животных) пермского облика. Выше пограничных глин обычно залегают черносланцевые толщи. Комплексы беспозвоночных здесь смешанные, из пермских и триасовых компонентов. Хотя вопрос о положении границы перми и триаса в пределах интервала со смешанной фауной до сих пор остается дискуссионным.

Доминирующие формы пермских растений исчезают из геологической летописи ниже границы перми и триаса. В морских разрезах массовое вымирание пермских беспозвоночных отмечено в нескольких метрах ниже пограничных глин, в которых остаются лишь пермские конодонты (В.А. Красилов, 2001). В то же время реликтовые пермские формы как фауны, так и флоры еще встречаются в основании триаса.

Несколько отличные данные приводят американские и китайские исследователи под руководством С. Бауринга из Массачусетского технологического института (США), изучившие "классические" пограничные отложения перми и триаса на юге Китая и в Техасе (Bowring S.A., et al., 1998). По их мнению, эпизод угасания жизни продолжался в интервале от 251,4 ± 0,3 млн. лет до 252,3 ± 0,3 млн. лет, то есть не больше, чем 1 млн. лет. Причем, современные методы датировки абсолютного возраста не позволяют получить большую точность для пород возрастом 251 млн. лет. То есть длительность экологической катастрофы могла быть намного меньше и, по некоторым оценкам, составляла от 10 до 150 тысяч лет.

Одним из непонятных событий, происходивших на границе перми и триаса, было массовое распространение и вспышка формообразования у сапрофитных грибов (так называемый "грибной эпизод", по Вишеру (Vischer et al., 1996)

Другими важными событиями, произошедшими на границе перми и триаса, являются массовый выброс вулканического пепла и аэрозолей, кислотные дожди (о чем, в частности, свидетельствует повышенное содержание серы в пограничных пермо-триасовых отложениях Южного Китая), существенные перерывы в осадконакоплении (одни исследователи объясняют их отступлением моря, а другие поднятием континентов), а также отмеченный в разных районах земного шара обширный подъем уровня моря.

В 2001 году группой американских исследователей под руководством Л.Э. Бекер, изучавших пограничные пермо-триасовые отложения Южного Китая и Японии, были выявлены молекулы инертных газов, входящие в состав присутствующих в этих отложениях сложных углеводородных полимеров, фуллеронов. По мнению Л.Э.Бекер, они могут быть остатками кометы.

2 Катастрофа на границе мела и палеогена (65 млн. лет назад)

2.1 Вспышка вулканизма

На мел-палеогеновом рубеже происходило формирование крупнейшей (площадью около 1,5 млн. км2 и объемом около 2,5 млн. км3) деканской трапповой формации на Индийской платформе, имеющей аналогичный состав с сибирскими траппами и также приуроченной к рифтовым зонам меридионального простирания. Деканские траппы обычно датируют началом палеоцена, хотя основная вспышка вулканизма, по-видимому, была кратковременной и приходилась на границу мела и палеогена.

В Южной Индии траппы залегают на морских слоях с датской фауной. Большинство радиометрических датировок нижних траппов укладывается в пределы 60-65 млн. лет.

Активный вулканизм в это же время происходил и на Востоке Азии, о чем свидетельствует обилие лавовых покровов, туфов и примесей пирокластического (туфогенного) материала в осадочных породах Восточно-Азиатского вулканического пояса, хотя его природа была уже иной (подвиг океанической литосферы под континентальную).

 

2.2 Накопление пограничных глин

В пограничных мел-палеогеновых отложениях иридиевая аномалия проявлена намного лучше, чем на границе перми и триаса. Обычно пограничные отложения представляют собой тонкие (мощностью от нескольких мм до нескольких см, редко больше 10 см) слои глин или пелитов (иногда с примесью туфогенного материала) с микросферическими конкрециями, обогащенными сидерофильными (Fe, Ni, Co, Au), халькофильными (Cu, Zn, S), глубинными литофильными (Ti, Cr, V, Sc) элементами, платиноидами, в первую очередь, иридием (концентрация иридия в пограничных глинах изменяется от 2 до 80 нг/г), и резко выделяются на фоне подстилающих и перекрывающих их толщ другого, чаще всего карбонатного, состава.

Пограничные мел-палеогеновые отложения с повышенным содержанием иридия впервые были установлены Л. Альваресом в разрезе недалеко от итальянского г. Губбио (Alwarez et al., 1980), где они представлены сантиметровым слоем известкового монтмориллонитового пелита, вероятно, с примесью пирокластического материала, разделяющим две различные формации известняков. В дальнейшем они были отслежены в более чем 150 разрезах всего мира (Дании, Испании, Тунисе, США, Канаде, Новой Зеландии, Туркмении). Так, например, в Тунисе пограничные мел-палеогеновые отложения представляют собой 1-3-миллиметровый слой ржавых железистых глин, подстилаемых серовато-белыми мергелями и перекрывающихся темными глинами, на п-ве Мангышлак - 1-2-сантиметровый слой коричневых глин среди известняков разного состава, в Копет-Даге - невыдержанный по мощности (от 6 до 15 см) слой коричневых и красно-серых железистых глин, обогащенных гипсом, залегающих с размывом на мергелях и перекрывающихся серыми глинами и т. д. На западе Северной Америки они представлены гидролизованным туфом с микросферами.

2.3 Накопление сажи

По данным А.Б. Веймарна (1998), Вольбаха (Wolbach et al., 1990) и других российских и зарубежных исследователей, в пограничных мел-палеогеновых отложениях отмечаются повышенные содержания углерода, в том числе сажи (сферические частицы углерода диаметром менее 0,1 мкм). Причем, если максимальные содержания иридия и ударно-метаморфизованного кварца приурочены к подошве пограничной глины, то сажа и суммарный элементный углерод в Сумбарском разрезе Копет-Дага достигают пика в 7 см выше. По мнению ученых, это свидетельствует о том, что пожары начались после осаждения базального слоя глины, т. е. после столкновения с Землей астероида. 

2.4 Изменение режима осадконакопления

В пограничных морских  отложениях мела и палеогена также  отмечается резкий спад значений 13С (на фоне высоких значений 13С в верхнемеловых  органогенных карбонатах), что служит доказательством сокращения накопления органического углерода в это  время в связи с заметным ослаблением или прекращением фотосинтеза.

2.5 Климатические изменения

Избирательное вымирание теплолюбивых форм беспозвоночных и наземных растений на рубеже мела и палеогена указывает на значительное похолодание, начавшееся еще в позднем маастрихте, которое сменилось резким изменением климатических тенденций в сторону глобального потепления уже в позднем палеоцене.

Проведенное учеными геологического факультета МГУ под руководством А.Б. Вейнмара (1998) изучение изотопных отношений кислорода d18О в пограничных мел-палеогеновых отложениях разрезов Кошак и Кызылсай на п-ве Мангышлак позволило ориентировочно рассчитать, что поверхностная температура воды мангышлакского моря во время накопления "пограничных глин" была примерно на 4°С ниже температур конца мела. Однако уже в скором времени (в палеоцене) температура моря повысилась на 7°С и даже превосходила верхнемеловые значения на 3°С. А. Саркар и другие исследователи (Sarcar et al., 1992) реконструировали для "пограничных глин" разреза Кошак наступление очень быстрого (в течение 1000 лет) похолодания.

2.6 Уменьшение содержания кислорода

Существование бескислородных условий на рубеже мела и палеогена доказывается данными по изотопам серы, развитием платиноидов, отсутствием рифогенных образований, почти полным прекращением карбонато- и кремненакопления. Дефицит кислорода также связывается с глобальным сокращением (или прекращением) фотосинтеза.

2.7 Вымирание фауны и флоры

В разрезе около г. Губбио в Италии массовое вымирание меловых фораминифер и кокколитов (мелкие одноклеточные водоросли), по данным В.А. Красилова (2001), происходило в 0,5 м ниже иридиевой аномалии, а вымирание доминирующих форм макрофауны еще ниже по разрезу. Однако, в других разрезах (Каравака, Испания; Мангышлак, Туркмения) многие меловые формы встречаются до границы между эрами, а некоторые даже выше пограничных глин с иридиевым пиком.