Силурийская гипотеза

Краткая сводка характерных особенностей антропоцена, приведённая выше, позволяет полагать, что можно выявить черты сходства у внезапных (в геологическом смысле) событий с многофакторными отличительными признаками. В данном разделе мы рассматриваем частичную выборку известных событий из палеонтологической летописи, которые демонстрируют некоторые черты сходства с гипотетическими возможными антропогенными характеристиками. Самый отчётливый класс событий, несущих такие черты сходства — это глобальные потепления, среди которых особенно примечателен палеоцен-эоценовый термический максимум (56 млн. лет назад) (McInerney & Wing, 2011), но в него также входят меньшие по масштабу события потепления, океанские аноксические события мелового и юрского периодов и значительные (хотя и не так хорошо охарактеризованные) события палеозоя. Мы не рассматриваем событий (вроде случая мел-палеогенового вымирания или границы эоцена и олигоцена), для которых имеются вполне определённые и чётко выраженные причины (соответственно, удар астероида на фоне интенсивной вулканической активности (Vellekoop et al., 2014), и начало обледенения Антарктиды (Zachos et al., 2001), вероятно, связанное с раскрытием пролива Дрейка (Cristini et al., 2012)). В летописи может быть больше событий такого рода, но они не включены сюда просто потому, что они могли быть не исследованы подробно, особенно докайнозойские.

Палеоцен-эоценовый термический максимум (ПЭТМ)

Существование резкого пика в содержании углерода и изотопов кислорода вблизи палеоцен-эоценового перехода (56 млн. лет назал) впервые отметили Кеннет и Стотт (Kennett & Stott, 1991), а Кох и др. (Koch et al., 1992) показали, что масштаб события был глобальным. С тех пор более тщательные и подробные исследования на суше и в океане выявили потрясающую цепочку событий продолжительностью 100–200 тыс. лет, в том числе быстрый (в течение, возможно, < 5 тыс. лет (Kirtland Turner et al., 2017)) выброс в систему экзогенного углерода (см. обзор McInerney и & Wing, 2011), возможно связанный с вторжением Североамериканской магматической провинции в органические отложения (Storey et al., 2007). Температуры возросли на 5–7 °C (выведено на основании многих связанных величин Трипати и Элдерфилдом (Tripati & Elderfield, 2004)), возник отрицательный пик в изотопах углерода (> 3‰) и последовало снижение объёмов захоронения океанских карбонатов в верхних слоях океана. Зафиксировано увеличение содержания каолинита (глины) во многих отложениях (Schmitz et al., 2001), указывающее на более интенсивную эрозию, хотя свидетельства в пользу глобальных масштабов этого увеличения противоречивы. Во время ПЭТМ вымерло 30–50 % таксонов бентосных фораминифер, и он отметил время важного расселения млекопитающих (Aubry et al., 1998) и ящериц (Smith, 2009) по Северной Америке. В дополнение к этому во время данного события наблюдается много пиков обилия металлов (в том числе V, Zn, Мо, Cr) (Soliman et al., 2011).

Эоценовые события

В течение 6 миллионов лет после ПЭТМ случился целый ряд меньших, хотя и качественно схожих эпизодов глобального потепления, наблюдаемых в геологической летописи (Slotnick et al., 2012). В частности, событие эоценового теплового максимума 2 (ЭТМ-2) и, как минимум, ещё четыре пика характеризуются значительными отрицательными экскурсами изотопов углерода, потеплением и относительно высокими темпами образования отложений, причиной чего было увеличение объёмов поступления вещества с суши (D’Onofrio et al., 2016). Полярные условия во время ЭТМ-2 свидетельствуют о потеплении, пониженной солёности и большей аноксии (Sluijs et al., 2009). Все вместе эти события были обозначены как эоценовые слои загадочного происхождения (ЭСЗП)[8].

Около 40 млн. лет назад начинается ещё одно внезапное событие потепления (середнеэоценовый климатический оптимум (СЭКО)), вновь сопровождающееся аномалией изотопов углерода (Galazzo et al., 2014).

Меловые и юрские океанские аноксические события

Впервые установленные Шлангером и Дженкинсом (Schlanger & Jenkyns, 1976), океанские аноксические события (ОАС), выявленные по периодам резко усилившегося отложения органического углерода и появления слоистых чёрных сланцевых отложений, представляют собой отрезки времени, когда значительные площади океана (в местных масштабах или глобально) испытывают дефицит растворённого кислорода, что сильно ослабляет аэробную бактериальную деятельность. Имеются частичные (хотя и не встречающиеся повсеместно) свидетельства эвксинии (когда толща океанской воды оказывается насыщенной сероводородом (H₂S)) во время более масштабных ОАС (Meyer & Kump, 2008).

В течение мелового периода было три крупных ОАС: событие Вайссерта (132 млн. лет назад) (Erba et al., 2004), ОАС-1a около 120 млн. лет назад, продолжавшееся около 1 млн. лет, и ещё одно ОАС-2 около 93 млн. лет назад, длительностью около 0,8 млн. лет (Kerr, 1998; Li et al., 2008; Malinverno et al., 2010; Li et al., 2017). По меньшей мере, четыре других меньших эпизода образования органических чёрных сланцев отмечены для мела (событие Фараони, ОАС-1b, 1d и ОАС-3), но они, похоже, ограничены областью прото-Атлантики (Takashima et al., 2006; Jenkyns, 2010). Как минимум, одно подобное событие произошло в юре (183 млн. лет назад) (Pearce et al., 2008).

Последовательность событий в течение этих событий имеет две явственных отличительных особенности, связанные, возможно, с двумя отличными друг от друга теоретическими механизмами этих событий. Например, при ОАС-1b имеется свидетельство сильной стратификации и застойных глубин океана, тогда как для ОАС-2 свидетельства указывают на ослабление стратификации, повышенную продуктивность верхних слоёв океана и расширение зон с минимальным содержанием кислорода (Takashima et al., 2006).

В начале событий (рис. 1 (c)) часто присутствует значительный отрицательный экскурс δ¹³C (как в случае ПЭТМ), за которым следует положительное восстановление во время самих событий, поскольку захоронение (лёгкого) органического углерода увеличивается и компенсирует его первоначальный выброс (Jenkyns, 2010; Kuhnt et al., 2011; Mutterlose et al., 2014; Naafs et al., 2016). Причины были связаны с формированием земной коры/тектонической активностью и усилили выброс CO₂ (или, возможно, CH₄), вызывая глобальное потепление (Jenkyns, 2010). Увеличение значений соотношения ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и ¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os в морской воде предполагает увеличенный поверхностный сток, большее поступление питательных веществ и, следовательно, более высокую продуктивность верхних слоёв океана (Jones, 2001). Возможные разрывы на некоторых отрезках ОАС-1a позволяют предположить о процессе растворения в верхних слоях океана (Bottini et al., 2015).

Среди других важных сдвигов в геохимических метках во время ОАС — значительно сниженные соотношения изотопов азота (δ¹⁵N), увеличение концентраций металлов (в том числе As, Bi, Cd, Co, Cr, Ni, V) (Jenkyns, 2010). Положительные сдвиги для изотопов серы наблюдаются для большинства ОАС, за любопытным исключением ОАС-1a, где этот сдвиг отрицательный (Turchyn et al., 2009).

Раннемезозойские и позднепалеозойские события

Начиная с девонского периода, случилось несколько крупных скачкообразных событий, оставивших свой след в континентальных разрезах. Последовательности изменений и всесторонний характер геохимических анализов в данном случае менее известны, чем для более поздних событий, отчасти из-за отсутствия существующих в наше время океанических осадочных отложений, но они были идентифицированы во множестве местонахождений и, предположительно, имеют глобальный характер.

Позднедевонское вымирание около 380–360 млн. лет назад было одним из пяти крупных массовых вымираний. Оно ассоциировано с чёрными сланцами и океанской аноксией (Algeo & Scheckler, 1998), и продолжалось от события Келлвассера (∼378 млн. лет назад) до Хангенбергского события на границе девона и карбона (359 млн. лет назад) (Brezinski et al., 2009; Vleeschouwer et al., 2013).

В позднем карбоне около 305 млн. лет назад исчезли влажные тропические леса Пангеи (Sahney et al., 2010). Это было связано с изменениями климата в сторону более сухого и прохладного и, возможно, со снижением содержания кислорода в атмосфере, которое привело к вымиранию некоторых представителей мегафауны.

Наконец, событие вымирания в конце перми (252 млн. лет назад), продолжавшееся около 60 тысяч лет, сопровождалось изначальным падением кривой соотношения изотопов углерода (− 5–7 ‰), существенным глобальным потеплением и масштабным исчезновением лесов и лесными пожарами (Krull & Retallack, 2000; Shen et al., 2011; Burgess et al., 2014) наряду с широкомасштабными океанскими аноксией и эвксинией (Wignall & Twitchett, 1996). Также отмечались предшествующие событию пики никеля (Ni) (Rothman et al., 2014).