Mercury dalam deposit Ordovician mengesahkan hipotesis gunung berapi kepupusan besar-besaran yang pertama • Vladislav Strekopytov • Berita Sains mengenai "Unsur" • Geologi, Sains Bumi, Vulkanologi, Geokimia

Mercury dalam deposit Ordovician mengesahkan hipotesis gunung berapi kepupusan besar-besaran yang pertama

Rajah. 1. Trilobite "border = 0>Rajah. 1. Trilobites adalah kelas arthropod marin, yang berjumlah lebih daripada 10 ribu spesies fosil. Kebanyakan mereka tidak lagi wujud dalam Ordovician lewat (lihat kepupusan Ordovician-Silurian). Trilobites hilang sepenuhnya semasa tempoh kepupusan Permian "hebat". Imej dari krumos.de

Kepupusan massal, ketika dalam jangka waktu singkat 30 atau lebih persen dari semua spesies biologi hilang sepenuhnya dari permukaan Bumi, jelasnya, disebabkan oleh perubahan signifikan dalam kondisi di planet ini. Sebab masing-masing, nampaknya berbeza, dan tidak mungkin untuk menentukan dengan ketepatan mutlak yang menyebabkan peristiwa ini atau kepupusan massal. Walau bagaimanapun, berdasarkan data geologi yang ada, adalah mungkin untuk mencadangkan beberapa hipotesis tentang punca kepupusan tertentu. Oleh itu, saintis telah menemui bukti tidak langsung bahawa pada giliran Ordovician dan Silurian terdapat gunung berapi aktif dan berpanjangan, dan fasa-fasanya bertepatan dengan masa fasa kepupusan Ordovician.

Terdapat lima tempoh kepupusan besar-besaran dalam sejarah geologi (Rajah 2). Jelas sekali, mereka adalah hasil perubahan dramatik dalam keadaan di planet ini, tetapi saintis tidak selalu mempunyai pendapat sebulat suara mengenai sebab-sebab perubahan ini.Antara sebab yang mungkin paling sering dipanggil: aktiviti gunung berapi global, perubahan tahap lautan, perlanggaran Bumi dengan asteroid, kejatuhan meteorit dan juga penguraian gas hidrat. Jika kepupusan ketiga ("besar" Permian) dan keempat (Triassic) kepupusan dikuasai oleh hipotesis "gunung berapi", maka dengan kepupusan yang pertama (Ordovician) kepupusan, segala-galanya tidak begitu jelas kerana ketiadaan ladang-ladang besar batu-batu gunung berapi yang dimiliki dalam tempoh ini.

Rajah. 2 Lima kepupusan terbesar dalam sejarah kehidupan di Bumi: Ordovician – 50% daripada semua keluarga haiwan, termasuk banyak trilobit, telah pupus; Devonian – 30% daripada semua keluarga haiwan telah mati, termasuk banyak ikan dan trilobit; Permian yang "hebat" – 60% daripada semua keluarga haiwan, termasuk 96% spesies laut, 70% spesies vertebrata terestrial, banyak serangga, amfibia dan semua trilobit yang tersisa telah pupus; Triassic – 35% daripada semua keluarga haiwan, termasuk banyak reptilia, telah pupus; Cretaceous – 50% daripada semua keluarga haiwan telah mati, termasuk banyak spesies laut dan semua dinosaur. Lebar jalur mencerminkan bilangan keluarga.Imej dari buku "Discover Biology", 3rd edisi

Menjelang akhir zaman Ordovician, kehidupan, walaupun ia hanya dibangunkan dalam persekitaran akuatik, mencapai kepelbagaian yang besar (Rajah 3). Wakil-wakil hampir semua jenis dan kebanyakan kelas invertebrata laut, serta vertebrata pertama, sudah wujud. Kemudian, dalam tempoh singkat 445-443 juta tahun yang lalu, dua lonjakan kepupusan berlaku. Lonjakan pertama berlaku pada permulaan abad Hirnant (Ashgil), ketika benua selatan Gondwana ditutup dengan lembaran es akibat penyejukan global, paras laut jatuh dan sempadannya berundur, yang menyebabkan kerosakan pada habitat organisme hidup di sepanjang pantai benua. Wabak kepupusan kedua, yang berlaku di tengah-tengah abad Chirnant, berlaku di latar belakang glasier mencair, memanaskan lautan dan aliran air berkurang oksigen di rak.

Rajah. 3 Contoh batu kapur dari pembentukan Ordovician Atas, Liberty (Ohio, USA) menunjukkan kekayaan fauna marin pada akhir zaman Ordovician. Imej dari ru.wikipedia.org

Sekumpulan saintis Jepun dan Amerika yang diketuai oleh David Jones (David S.Jones) dari Amherst College (Massachusetts, Amerika Syarikat) dan Kunio Kaiho (Kunio Kaiho) dari Tohoku University (Jepun) memutuskan untuk menguji hipotesis bahawa pada akhir zaman Ordovician proses vulkanik aktif berlaku, skala perubahan semula jadi. Untuk melakukan ini, mereka belajar dalam tempoh sedimen tempoh bencana kandungan merkuri – unsur yang jelas mempunyai asal gunung berapi. Dalam sampel batu sedimen marin yang berusia 445-443 Ma dari negeri Nevada (paleocontinent Lawrence) dan dari China Selatan, anomali banyak merkuri telah dikesan. Hasil kajian ini dibentangkan dalam jurnal. Geologi.

Anomali kandungan raksa adalah ciri batuan sedimen yang terbentuk di semua wilayah gunung berapi utama. Satu-satunya sumber merkuri dalam tempoh pra-antropogenik (iaitu, sebelum manusia muncul di Bumi) adalah letusan gunung berapi, di mana merkuri dilepaskan dalam bentuk gas, kemudian terkumpul di sedimen sedimen. Mercury berterusan di atmosfera untuk masa yang lama – selama 1-2 tahun selepas letusan. Memandangkan kelajuan proses pencampuran atmosfera, ini sudah cukupsupaya kesan unsur ini tetap di wilayah yang luas di sedimen sedimen yang sama. Oleh itu, meskipun batu-batu vulkanik itu sendiri (basalt) sebahagian besarnya telah mengalami pelapukan (kemusnahan) dan tidak dapat bertahan, pengumpulan merkuri dalam batu sedimen zaman Ordovician Lewat dari berbagai bahagian planet menunjukkan manifestasi volkisme yang cukup aktif dalam tempoh ini, yang dapat menjadi menyebabkan perubahan iklim yang melampau. Sama ada peningkatan kepekatan merkuri di atmosfera itu sendiri memusnahkan kepupusan spesies biologi, kajian itu tidak menentukan.

Tiga puncak pengumpulan raksa dikenal pasti dalam batuan yang dikaji. Yang pertama adalah di dalam batu-batu lapisan Katian (Karadok), yang kedua adalah terhad kepada sempadan lapisan lapisan Katian (Karadok) dan Chirnant (Ashgil). Satu lagi pengumpulan merkuri yang maksimum dikaitkan dengan sedimen yang dibentuk secara langsung semasa maksimum glasiasi Hirnant, selepas itu pemulihan tahap lautan bermula. Hasilnya menunjukkan bahawa dalam Ordovician Lewat tidak hanya proses gunung berapi aktif,dan ia adalah fasa multi-peringkat (multi-tahap, apabila tahap pengaktifan bergilir-gilir dengan jeda relatif) volcanisme skala global.

Perlu diperhatikan bahawa kebocoran pertama kepupusan, berikutan manifestasi fasa awal daripada gunung berapi Ordovician Lewat, berlaku di tengah-tengah pendinginan global yang tajam, dan yang kedua, sebaliknya, disebabkan oleh pemanasan global, yang didahului oleh fasa purba gunung berapi. Bolehkah aktiviti gunung berapi dalam kedua-dua kes menyebabkan perubahan cuaca yang menentang? Para penulis percaya bahawa kedua-dua musim panas gunung berapi dan pemanasan global yang berkaitan dengan kesan rumah hijau adalah akibat fasa yang bervariasi.

Letusan massa fase awal gunung berapi dapat menyebabkan pembentukan aktif aerosol sulfat di stratosfera, yang memiliki pemantulan yang kuat. Ini menyebabkan peningkatan albedo planet dan penyejukan mendadak permukaan Bumi dan perairan laut, di mana semua organisma hidup kemudiannya tertumpu. Pelepasan gunung berapi fasa lewat hanya lebih kaya di CO.2daripada SO2dan ini dikaitkan dengan perubahan penyejukan oleh pemanasan, di mana fasa kedua kepupusan Ordovician dikaitkan.

Ia adalah pemanasan tajam yang berkaitan dengan aktiviti gunung berapi dan pelepasan CO.2, secara tradisional menilai punca kepupusan "hebat" Permian. Membandingkan keadaan sebelum ini dua krisis biosfera – Ordovician dan Perm, – penulis menunjukkan perbezaan asas dalam keadaan cuaca pra-krisis global. Iklim Ordovician terlambat pada awalnya sejuk, dan sebahagian besar daratan benua dilindungi oleh glasier, kawasannya hanya meningkat akibat krisis. Di Late Permian, benua-benua telah dilucutkan penutup ais, dan lautan hangat tidak memberi peluang untuk membentuknya.

Dalam masa terdekat, penulis merancang untuk menggunakan kaedah geokimia yang sama untuk menguji hipotesis "gunung berapi" penyebab kepupusan besar-besaran massa dalam sejarah Bumi (Devonian). Untuk melakukan ini, mereka akan menganalisis sedimen raksa dari zaman Devonian lewat dari pelbagai bahagian planet ini.

Kaedah geokimia untuk menganalisis kepekatan merkuri dalam batuan sedimen telah digunakan untuk membandingkan episod aktiviti gunung berapi dan kepupusan besar-besaran pada akhir Triassic dan Jurassic awal. Jurnal menulis mengenai hasil kajian sedemikian pada masa yang ditetapkan. Komunikasi alam semula jadidan artikel terbaru yang diterbitkan oleh ahli geologi British dalam jurnal Prosiding Akademi Sains Kebangsaan.

Rajah. 4 Lokasi serpihan yang tinggal di provinsi igneus Atlantik Tengah di Pangea. Imej dari en.wikipedia.org

Khususnya, dalam artikel di Komunikasi alam semula jadi Penulis, sebuah pasukan saintis Kanada-Amerika, menyiasat kepekatan merkuri di Triassic dan Early Jurassic marine sediments dari Muller Canyon di Nevada. Telah diketahui bahawa kepupusan besar-besaran yang terjadi pada gilirannya Triassic dan Jurassic bertepatan dengan periode gunung berapi aktif di Wilayah Tengah Magmatic Atlantik (CAMP), yang meliputi bagian tengah Pangea mega-paleontin (Gambar 4). Komposisi isotop mengesahkan asal-usul gunung berapi merkuri. Selepas memeriksa batu-batu di bahagian itu, penulis mendapati bahawa kandungan merkuri yang tinggi di dalamnya berterusan sepanjang selang waktu kira-kira 700,000 tahun (kira-kira 201.6-200.8 juta tahun yang lalu), yang meliputi penamat Triassic dan permulaan Jurassic. Akibatnya, sepanjang masa ini, gunung berapi meletus. Satu corak yang menarik ditubuhkan: lebih banyak raksa di lapisan sedimen, yang lebih miskin di dalamnya kepelbagaian ammonit dan laut lainfauna. Dalam lapisan maksimum diperkaya dengan merkuri, hanya spicules spesis dan cangkang mikroskopik dari siput disebut sebagai fosil.

Kesimpulan utama bahawa penulis artikel dalam Komunikasi alam semula jadi Menurut hasil kajian: kepupusan besar-besaran dikaitkan dengan tempoh tidak hanya sengit, tetapi tepat tahan lama, melipatgandakan gunung berapi. Sepanjang tempoh ini, aktiviti gunung berapi ekosistem berada dalam keadaan tertekan, dan biodiversiti mula pulih hanya selepas selesai sepenuhnya letusan dalam CAMP. Pada masa yang sama, proses pemulihan mengambil masa yang cukup (kira-kira 2 juta tahun selepas permulaan kepupusan dan kira-kira 1 juta tahun selepas berakhirnya letusan), berbanding puluhan pertama atau ratusan ribu tahun, seperti yang difikirkan sebelumnya. Faktor utama perubahan iklim, yang menyebabkan kepupusan besar-besaran pada giliran Triassic dan Jurassic, adalah peningkatan kepekatan CO di atmosfera2, yang membawa bukan sahaja kepada kenaikan suhu yang ketara, tetapi juga untuk pengasidan laut, yang mempunyai kesan buruk terhadap ekosistem terumbu karang, pusat-pusat utama kehidupan pada masa itu. Volkanisme yang sama di CAMP pada akhir Triassic – permulaan Jurassic dikaitkan dengan perpecahan Pangea danpendedahan Atlantik (lihat Sejarah Sejarah perkembangan geologi Lautan Atlantik).

Rajah. 5 Bumi pada akhir Triassic. Surat tempat yang ditetapkan di mana kajian dijalankan batu. Gambar dari artikel dibincangkan di PNAS

Sekumpulan ahli sains British yang diketuai oleh Lawrence M. E. Perceval dari Oxford University baru-baru ini menerbitkan di Prosiding Akademi Sains Kebangsaan hasil kajian yang serupa, tetapi lebih luas dalam liputan sampel (Rajah 5). Ia juga menggunakan merkuri sebagai penanda aktiviti gunung berapi. Sampel diambil dari batu yang mengandungi karbon yang diselaraskan dengan basalt gunung berapi, serta dari deposit sedimen yang berusia lebih tua di luar CAMP. Penulis mengesahkan hipotesis bahawa sifat berbilang sifat gunung berapi basalt adalah ciri ciri seluruh wilayah magmatic Atlantik Tengah.

Ketiga-tiga kajian itu menggabungkan bukan sahaja pendekatan bersatu dan penggunaan kaedah geokimia yang sama untuk menganalisis raksa di batuan sedimen, tetapi juga kesamaan kesimpulan yang menurut kepupusan massa dikaitkan dengan jangka panjang aktivitas gunung berapi, ketika pelepasan CO2 dan gas gunung berapi lain memasuki atmosfera secara sporadis untuk masa yang lama, menghalang ekosistem daripada pulih.

Sumber:
1) David S. Jones, Anna M. Martini, David A. Fike, Kunio Kaiho. Satu pencetus gunung berapi untuk kepupusan massal Ordovician Akhir? Data merkuri dari China Selatan dan Laurentia // Geologi. 2017. V. 45. P. 631-634. DOI: 10.1130 / G38940.1.
2) Alyson M. Thibodeau, Kathleen Ritterbush, Joyce A. Yager, A. Joshua West, Yadira Ibarra, David J. Bottjer, William M. Berelson, Bridget A. Bergquist, Frank A. Corsetti. Anomali merkuri dan masa pemulihan biotik berikutan kepupusan massal Triassic akhir // Komunikasi alam semula jadi. 2016. DOI: 10.1038 / ncomms11147.
3) Lawrence M.E Percival, Micha Ruhl, Stephen P. Hesselbo, Hugh C. Jenkyns, Tamsin A. Mather, Jessica H. Whiteside. Bukti merkuri untuk gunung berapi pulsed semasa kepupusan massal Triassic akhir // PNAS. 2017. DOI: 10.1073 / pnas.1705378114.

Vladislav Strekopytov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: