Ритмы орбиты Земли связывают время гигантских извержений и изменения климата

Международная группа учёных синхронизировала ключевые климатические записи из Атлантического и Тихого океанов, чтобы восстановить последовательность событий в последний миллион лет перед вымиранием динозавров на границе мела и палеогена. Впервые эти новые высокоразрешающие геохимические данные показывают, когда и как две основные фазы извержений гигантского траппового вулканизма повлияли на климат и биоту в позднем маастрихте 66–67 миллионов лет назад.

Климатическая динамика на поверхности Земли в масштабах от тысяч до миллионов лет определяется как внешними, так и внутренними процессами. Несущие тепло радиоактивный распад и химические соединения, такие как диоксид серы (SO₂) и диоксид углерода (CO₂), поступают из недр планеты через вулканическую дегазацию. Квазипериодические изменения орбиты Земли вокруг Солнца регулируют количество поступающей солнечной радиации и её распределение по широтам, влияя на продолжительность и интенсивность сезонов. Взаимодействие этих процессов через сложные геохимические реакции на поверхности планеты формирует и регулирует климат.

«Подобно метроному, мы использовали ритмичные изменения солнечной инсоляции, запечатлённые в геологических данных, для синхронизации климатических архивов из Южной Атлантики и северо-западной части Тихого океана. Эти ключевые записи охватывают последний миллион лет мелового периода и синхронизированы с точностью до 5000 лет или менее, что 66 миллионов лет назад — мгновение в геологическом масштабе», — говорит ведущий автор статьи в Science Advances Томас Вестерхольд из MARUM — Центра морских исследований окружающей среды Университета Бремена.

Для установления причинно-следственных связей в истории климата Земли между регионами такая синхронизация имеет ключевое значение. «Мы идеально выстроили геологические записи во времени и увидели, что два крупных изменения климата и биоты произошли одновременно в обоих океанах. Но нам нужно было найти способ проверить, вызваны ли эти изменения масштабными извержениями, связанными с Деканскими траппами в Индии», — отмечает Вестерхольд.

Геохимический анализ изотопного состава осмия в отложениях двух океанов показал два одновременных «шага», совпадающих с основными фазами извержений Деканских трапп в конце мелового периода. «К нашему удивлению, эти шаги оказали разное воздействие на окружающую среду, что зафиксировано в ископаемых остатках в кернах скважин», — говорит Вестерхольд.

Геохимическое моделирование помогло интерпретировать данные. «Объём излившихся базальтов в эту раннюю фазу вулканизма Деканских трапп, должно быть, был намного больше, чем считалось ранее. Связанные с этим выбросы CO₂ и SO₂ оказали различное влияние на глобальную климатическую систему», — поясняет Дон Пенман из Университета штата Юта, проводивший моделирование.

Согласно новым данным, вероятно, что в начале основного этапа вулканизма Деканских трапп (независимо датированного радиоизотопными методами 66,288 млн лет назад) произошёл первый импульс, богатый серой, который создал стресс для экосистемы как локально, так и, возможно, глобально.