Карнийский плювиальный эпизод (CPE), часто называемый карнийским плювиальным событием , был периодом крупных изменений глобального климата , который совпал со значительными изменениями в биоте Земли как в море, так и на суше. Он произошел во второй половине карнийского яруса , подраздела позднего триасового периода, и продолжался, возможно, 1–2 миллиона лет (около 234–232 миллионов лет назад). [6] [7]
CPE соответствует значительному эпизоду в эволюции и диверсификации многих таксонов, которые важны сегодня, среди них некоторые из самых ранних динозавров (включая предков птиц), лепидозавров (предков современных змей и ящериц) и млекопитающих (предков млекопитающих). В морской среде он впервые увидел среди микропланктона кокколиты и динофлагелляты , [8] [7] [9] причем последнее связано с быстрой диверсификацией склерактиниевых кораллов посредством установления симбиотических зооксантелл в них. CPE также увидел вымирание многих видов водных беспозвоночных , особенно среди аммоноидей , мшанок и криноидей . [6]
Доказательства CPE наблюдаются в карнийских слоях по всему миру и в отложениях как наземных, так и морских сред. На суше преобладающий засушливый климат на большей части суперконтинента Пангея на короткое время сместился к более жаркому и влажному климату со значительным увеличением количества осадков и стока. [6] [10] [8] [11] [12] В океанах произошло сокращение отложения карбонатных минералов . Это может отражать вымирание многих карбонатобразующих организмов , но также может быть связано с повышением глубины карбонатной компенсации , ниже которой большинство карбонатных раковин растворяются и оставляют несколько карбонатных частиц на дне океана, образуя осадки. [13] [14] [15] [16]
Изменение климата во время карнийского плювиального события отражено в химических изменениях в карнийских слоях по всему CPE, что предполагает, что глобальное потепление было распространено в то время. Это изменение климата, вероятно, было связано с извержением обширных базальтов , когда террейн Врангелия был аккрецирован на северо-западном конце Североамериканской плиты . [10]
Нарушение окружающей среды и высокие темпы вымирания наблюдались для отложений карнийского яруса задолго до того, как было предложено глобальное изменение климата. Шлагер и Шёлльнбергер (1974) обратили внимание на темный силикокластический слой, который резко прервал длительный период карбонатного осаждения в Северных Известняковых Альпах . [17] Они назвали эту стратиграфическую «венде» (поворотную точку) Reingrabener Wende, и ее также называли событием Рейнграбена или событием Райбла . [14] [18] Несколько карнийских наземных формаций (а именно Шильфсандштейн в Германии и различные члены группы аргиллитов Мерсии в Соединенном Королевстве ) представляют собой интервалы речных отложений, обогащенных каолинитовой глиной и растительным мусором, несмотря на то, что они были отложены между более засушливыми слоями. Палиноморфы, адаптированные к влажности в Нью-Брансуике , карстовая топография в Великобритании и экскурсия изотопов углерода в Израиле — все это было отмечено в середине карнийского яруса до 1989 года. На границе юлийско-тувальского яруса наблюдались высокие темпы вымирания многих морских беспозвоночных, в то время как вымирание наземных позвоночных, как предполагалось, произошло в конце карнийского яруса. [6]
В 1989 году статья Майкла Дж. Симмса и Аластера Х. Раффелла объединила эти разрозненные наблюдения в новую гипотезу, указав на эпизод увеличения количества осадков, синхронный со значительным экологическим оборотом в середине карнийского яруса. [6] Статья была вдохновлена беседой между Симмсом и Раффеллом 10 ноября 1987 года в Бирмингемском университете, которая связала исследования Раффелла по литологическим изменениям в группе аргиллитов Мерсии с исследованиями Симмса по вымиранию криноидей . [19] Ключевым аспектом их гипотезы было то, что доказательства, использованные для демонстрации изменения климата, были полностью независимы от доказательств биотических изменений; ископаемые остатки никоим образом не использовались для вывода об изменении климата. Их гипотетическое климатическое нарушение, которое они назвали карнийским плювиальным эпизодом , предварительно считалось результатом океанической и/или вулканической нестабильности, связанной с ранним рифтингом Пангеи, но в то время прямых доказательств этого не было. [6] Симмс и Раффелл опубликовали еще несколько статей в последующие годы, [20] [21], но их гипотеза не получила широкого признания. [19] В жесткой критике Виссера и др. (1994) утверждалось, что адаптированная к засушливости пыльца оставалась в изобилии на протяжении всего карнийского яруса Германии, предполагая, что Шильфсандштайн был просто показателем вторжения речной системы, а не широко распространенного изменения климата. [22] Их критика также привела к появлению термина « карнийское плювиальное событие », которое в конечном итоге стало одним из самых распространенных названий для климатического нарушения. [16] [23]
Неясность гипотезы Симмса и Раффелла начала рассеиваться в конце 2000-х годов, поскольку дальнейшая поддержка накапливалась в исследованиях карнийских памятников в Италии . [16] [24] [19] Интерес к гипотезе значительно возрос после встречи и семинара 2008 года по триасовому климату в Музее природы Южного Тироля в Больцано, Италия . [23] [19] Однако, даже несмотря на то, что глобальный характер CPE становился все более общепринятым, его конечная причина все еще горячо обсуждалась в 2010-х годах. Даже его номенклатура не была согласована, и разные авторы применяли такие названия, как среднекарнийское влажное интермеццо , [25] [26] карнийский влажный эпизод , [20] [27] [28] карнийская плювиальная фаза , [29] [30] и карнийский кризис . [31] Записи изотопов углерода и осмия , опубликованные в последующие годы, подтвердили тесную связь между карнийскими климатическими нарушениями и крупной магматической провинцией Врангелия, но многие вопросы остаются без ответа. [32] [10] Геологический семинар, посвященный CPE, состоялся в 2018 году в Институте перспективных исследований Ганзейского научного колледжа (HWK) в Дельменхорсте, Германия . Семинар был призван стимулировать дальнейшие исследования механизмов, воздействия и стратиграфии CPE, а также его значимости для понимания современных изменений климата. Он также попытался стандартизировать номенклатуру CPE; отвергнув такие дескрипторы, как «событие» (обычно применяемое к геологическим процессам продолжительностью менее миллиона лет) или «средний карний» (туманный термин, не имеющий эквивалентного геологического подэтапа). [33]
Карнийский плювиальный эпизод внес заметно более влажные условия по всему миру, прерывая в остальном засушливый климат позднего триасового периода. Эта влажность была связана с увеличением количества осадков во время ЦПЭ, свидетельством чего являются:
Этот обычно влажный климат ЦПЭ периодически прерывался более сухим климатом, типичным для остальной части позднего триасового периода. [29]
Глобальное потепление также преобладало во время карнийского плювиального события. Об этом свидетельствуют анализы изотопов кислорода, проведенные на конодонтовом апатите из CPE, которые показывают приблизительно 1,5 ‰ отрицательное смещение стабильного изотопа δ 18 O , что предполагает глобальное потепление на 3–4 °C во время CPE и/или изменение солености морской воды . [31] [37] Это потепление, вероятно, было связано с обширной вулканической активностью в то время, о чем свидетельствуют тенденции изотопов углерода по всему CPE. [10] Эта вулканическая активность, в свою очередь, вероятно, была связана с образованием магматической провинции Врангелия примерно в то же время, которая создала огромное количество магматических (вулканических) пород , которые были аккрецированы на северо-западном конце Североамериканской плиты (теперь горы Врангеля , Аляска , и предполагаемый слой толщиной 6 км, лежащий под большей частью острова Ванкувер) [10]
Есть некоторые свидетельства эвксинии морского дна (отсутствие кислорода и высокие концентрации токсичных сульфидов) во время CPE. Известняки обогащены ионами марганца вблизи верхней части формации Чжуганпо на юге Китая. Ионы марганца концентрируются и растворяются в глубоких эвксинных водах, но осаждаются в карбонатах у основания кислородсодержащей зоны. Увеличение концентрации марганца указывает на сужение кислородсодержащей зоны и соответствующее расширение эвксинных вод. [28]
В начале CPE в западной части Тетиса зафиксировано резкое изменение геометрии карбонатных платформ . Высокорельефные, в основном изолированные, небольшие карбонатные платформы, окруженные крутыми склонами, типичные для раннего карнийского яруса, были заменены низкорельефными карбонатными платформами с пологими склонами (т. е. пандусами). Этот оборот связан с серьезным изменением в биологическом сообществе, ответственном за осаждение карбоната кальция (т. е. фабрикой карбоната). Высокопродуктивное, в основном бактериально-доминируемое биологическое сообщество (M-фабрика), действие которого привело к производству карбоната на платформах с высоким рельефом, было заменено менее продуктивным сообществом с доминированием моллюсков и метазойных организмов (фабриками CT).
В Южно- Китайском блоке гибель карбонатных платформ сочетается с отложением осадков, типичных для бескислородной среды (черные сланцы ). Благодаря низкому уровню кислорода останки животных часто хорошо сохранились в осадочных отложениях, называемых лагерштеттами . Эти лагерштетты богаты криноидеями и рептилиями, такими как ихтиозавры .
CPE отмечен нарушениями геохимических циклов, в первую очередь углеродного цикла . Отложения, соответствующие основанию эпизода, показывают заметный экскурс от –2 до –4‰ δ 13 C , что указывает на выброс легкого изотопа углерода, углерода-12 , в атмосферу. [38] Этот экскурс был впервые упомянут в отношении карбонатов в Израиле, [6] а затем был более подробно описан на фрагментах обугленной древесины в Доломитовых Альпах. [10] Он был подтвержден в различных углеродных отложениях по всей Европе и Азии. [38] [28] [39] [40] Более точная стратиграфическая оценка европейских обнажений разделила этот экскурс на три или, возможно, четыре основных импульса, охватывающих поздний юлианский и ранний тувальский периоды. Каждый импульс можно приравнять к интервалу аномального осадконакопления на суше и в море. Третий экскурс, на границе юлианского и тувальского периодов, коррелирует с крупными вымираниями аммоноидей и конодонтов. [41]
Норвежский сланец и японский кремень с границы ладиния и карния показывают заметное изменение в соотношении изотопов осмия в морской воде . Относительное содержание осмия-187 по сравнению с осмием-188 резко снижается на протяжении большей части юлианского периода, прежде чем снова подняться и стабилизироваться в тувальском периоде. Снижение объясняется ранними фазами крупной магматической провинции Врангелия , обогащавшей океан осмием-188. Осмий-188 преимущественно поступает непосредственно из мантии, в то время как осмий-187 является радиогенным изотопом, поставляемым с эродированной земли. [32] [42] [43]
В Альпах умеренные и высокие концентрации ртути наблюдаются наряду с нарушениями углеродного цикла, непосредственно перед нарушением осадконакопления, которое отмечает CPE. Эти всплески ртути происходят в хорошо насыщенных кислородом аргиллитах, что означает, что они не являются следствием окислительно-восстановительных колебаний. Соотношение ртути к органическому углероду сильнее и происходит раньше в областях, соответствующих открытой морской среде. Хотя всплески ртути не коррелируют с какими-либо показателями наземного стока, сток может способствовать поддержанию высоких концентраций ртути в океане через CPE. Наиболее экономное объяснение заключается в том, что ртуть изначально была получена из импульса вулканической активности, в частности, Wrangellia LIP. Это дополнительно подтверждает вулканическую причину карнийского плювиального эпизода. [44] Всплески ртути также обнаружены наряду с нарушениями углеродного цикла как в морских [45] , так и в озерных [46] отложениях в Китае. Эти выбросы ртути не имеют следов фракционирования, независимого от массы , что означает, что их изотопное распределение наиболее соответствует выпадению осадков в результате вулканических извержений. [45]
Конодонты , аммоноидеи , криноидеи , мшанки и зеленые водоросли испытали высокие темпы вымирания во время CPE. Другие организмы распространились и диверсифицировались в течение этого интервала, такие как динозавры , известковые наноископаемые , кораллы и хвойные . [6] [8] [20] [21]
CPE интерпретируется как ключевое геобиологическое событие, способствующее радиации динозавров. [48] Древнейшая ископаемая группа динозавров, формация Исчигуаласто в Аргентине , была радиометрически датирована 230,3–231,4 миллиона лет назад. Этот возраст очень похож на минимальный возраст, рассчитанный для CPE (≈230,9 миллиона лет назад). Сравнение ихнофоссилий различных четвероногих до, во время и после CPE предполагает взрывную радиацию динозавров из-за карнийской влажной фазы. [47] Однако, хотя разнообразие авеметатарсалий , скорость диверсификации и различия в размерах действительно увеличиваются в течение карнийского яруса, они увеличиваются быстрее в ладинском и норийском ярусах, что позволяет предположить, что CPE не оказало большого влияния на возникновение динозавров. [49]
CPE оказал глубокое влияние на разнообразие и морфологическое неравенство травоядных четвероногих. [50] Это проиллюстрировано на примере ринхозавров , группы рептилий с мощными режущими и перемалывающими челюстями. Линии ринхозавров, которые были распространены в среднем триасе, вымерли, оставив только специализированных гиперодапедонтинов в качестве представителей группы. Сразу после CPE гиперодапедонтины были широко распространены и многочисленны в позднекарнийском мире, что позволяет предположить, что они извлекали выгоду из колебаний климата или смены флоры. [51] Изобилие гиперодапедонтинов не поддерживалось долго, и они тоже вымерли в раннем норийском веке. Отрезав ринхозавров от большего разнообразия ниш, CPE снизил бы их универсальность и увеличил бы их уязвимость к вымиранию. Аналогичные тенденции наблюдаются у дицинодонтов , хотя они выжили бы гораздо позже в триасе. Напротив, более универсальные и разносторонние травоядные, такие как этозавры и зауроподоморфные динозавры, будут диверсифицироваться после CPE. [50]
Хвойные , папоротники и ныне вымершие беннетитовые значительно диверсифицировались во время и после CPE, зарекомендовав себя как оплот мезозойской флоры. В большинстве областей наблюдается более высокая доля гигрофитных (любящих влагу) растений во время эпизода по сравнению с более ранними частями триаса. Споры папоротников и пресноводных водорослей часто встречаются в изобилии в палинологических образцах. В карнийском веке произошло восстановление крупных внутренних озер и торфяных болот , что положило конец « угольному разрыву » раннего и среднего триаса, вызванному пермско-триасовым массовым вымиранием. Увеличенный рост растений и захоронение угля, вероятно, помогли снизить уровень CO2, вернув атмосферу в более нормальное состояние после CPE. [52]
Хотя крошечные следы янтаря можно найти в породах, возраст которых близок к каменноугольному периоду , самые ранние широко распространенные месторождения янтаря датируются ЦПЭ. [36] Капли карнийского янтаря из итальянских палеопочв являются самыми древними известными месторождениями янтаря, сохранившими членистоногих и микроорганизмы . [53] Янтарь не появлялся в палеонтологической летописи до поздней юры , хотя потребовалось время до раннего мелового периода , чтобы янтарь появился в концентрациях, эквивалентных или превышающих карнийский янтарь. [54] [36]
Разнообразие радиолярий увеличилось, вероятно , в результате усиления континентального выветривания в условиях тепла и влажности ЦПЭ. [55] Первые планктонные кальцифицирующие организмы появились сразу после ЦПЭ и, возможно, представляли собой известковые диноцисты, т. е. известковые цисты динофлагеллят .
Прибрежные сообщества остракод в Венгрии претерпели серьезные изменения в течение CPE. В течение 2-го Юлианского периода наземные отложения изолировали и заполнили морские бассейны, заменив специалистов по карбонатам, таких как байрдииды и хейлдииды, на Bektasia , платикопид, устойчивых к мелководным кремнисто-обломочным морям. Дальнейшее обмеление через границу Юлианского и Тувальского периодов оставило только несколько аберрантных лимноцитерид ( Renngartenella, Simeonella ) и цитеруридов ( Kerocythere ), которые могли справляться с серьезными колебаниями солености в ограниченных прибрежных бассейнах. Байрдииды вернулись в силе в конце кризиса, когда бассейны углубились, снова приобретя карбонат и лучшую вентиляцию. [56]
Недавнее открытие выдающегося δ 13 CОтрицательный сдвиг в н-алканах высших растений предполагает массивное впрыскивание CO 2 в систему атмосфера - океан в основании CPE. Минимальный радиометрический возраст CPE (≈230,9 млн лет) аналогичен возрасту базальтов крупной магматической провинции Врангелия (LIP). В геологической летописи вулканизм LIP часто коррелирует с эпизодами крупных изменений климата и вымираний, которые могут быть вызваны загрязнением экосистем массивным выбросом вулканических газов, таких как CO 2 и SO 2 . Большой выброс CO 2 в систему атмосфера-океан Wrangellia может объяснить увеличенное поступление силикокластического материала в бассейны, как это наблюдалось во время CPE. Увеличение CO 2 в атмосфере могло привести к глобальному потеплению и последующему ускорению гидрологического цикла, тем самым значительно усилив континентальное выветривание . Более того, если бы он был достаточно быстрым, то внезапное повышение уровня pCO 2 могло бы привести к закислению морской воды с последующим повышением глубины компенсации карбоната (CCD) и кризисом карбонатных осадков (например, гибель карбонатных платформ в западной части Тетиса ). Вдобавок ко всему, глобальное потепление, вызванное событием потопа базальта, вероятно, было усугублено высвобождением клатратов метана. [57]
Согласно альтернативной гипотезе, карнийский плювиальный эпизод представлял собой региональное климатическое возмущение, в основном заметное в западной части Тетиса и связанное с поднятием нового горного хребта , Киммерийского орогена , возникшего в результате закрытия северной ветви Тетиса к востоку от современного Европейского континента.
Новый горный хребет формировался на южной стороне Лавразии и действовал тогда так же, как Гималаи и Азия действуют сегодня для Индийского океана , поддерживая сильный градиент давления между океаном и континентом, и таким образом создавая муссон . Летние муссонные ветры, таким образом, были перехвачены Киммерийским горным хребтом и вызывали сильные дожди, что объясняет переход к влажному климату, обнаруженный в отложениях западного Тетиса. [31] [14]
Высокие уровни моря и кризисы среди морских организмов во время ЦПЭ тесно связаны с максимумами в 1,2-миллионном цикле модуляции наклона, что позволяет предположить, что этот цикл Миланковича регулировал биотические обороты в морской среде. [58]
{{cite journal}}
: CS1 maint: multiple names: authors list (link)