Сибирские траппы: места древнего апокалипсиса

В 1873 – 1875 г. русский исследователь Александр Лаврентьевич Чекановский изучал междуречья Лены и Енисея. В ходе экспедиций он собрал около 4 тысяч образцов ископаемой флоры и фауны, 900 экземпляров современных растений и 18 тысяч — насекомых и позвоночных, среди которых оказалось много новых, до того неизвестных науке видов. Но главный предмет его занятий составляли исследования геологические. Среди них он особо выделял «открытие неизвестной до того области изверженных горных пород, столь значительной, что она размерами превосходит всякую другую, где-либо известную подобного рода». Речь идёт о так называемых сибирских траппах, обнаруженых Чекановским на огромных пространствах по течению Нижней Тунгуски и к северу от неё до реки Оленек.

Траппы представляют собой очень живописные базальтовые образования, напоминающие циклопические ступени. Отсюда и название (от шведского слова, означающего «лестница»). Возникли они в результате вулканической деятельности необычайной интенсивности. Все извержения, имевшие место на памяти человечества, включая взрывы Кракатау и Сантарина, и рядом не стояли. Расплавленная магма изливалась тогда на земную поверхность не отдельными кратерами, а через многокилометровые разломы, заливая огромные пространства. Затем магма застывала, образуя твёрдые базальтовые массивы, гораздо меньше подверженные эрозии, чем окружающие их осадочные породы. После длительного выветривания появились плоские скалы-террасы, которые мы наблюдаем в наши дни.

Подобные образования известны не только в Сибири, но Сибирская трапповая провинция, площадь которой составляет около 4 млн. кВ. км, а толщина до 4 км, – самая обширная в мире. Она оставила далеко позади вторую по размерам провинцию на индийском плоскогорье Декан.

Излияние сибирских траппов происходило приблизительно 252 млн. лет назад. Палеонтологам эта дата хорошо знакома. Это граница между палеозойской и мезозойской геологическими эрами. Событие также известно как Великое Пермское вымирание(пермский геологический период замыкает палеозойскую эру). В это время с лица Земли исчезли крупные звероящеры, а вскоре после этого эволюция шустро двинулась по пути создания динозавров. Пик вымирания приходится на период 251,9 – 251, 4 млн. лет назад. Логично предположить, что это как-то связано с чудовищной вулканической активностью, однако поначалу данная версия столкнулась с серьёзными трудностями, и чуть было не была отвергнута.

Следует уяснить, что вся масса расплавленного базальта, которую мы наблюдаем ныне в застывшем виде, не вырвалась на поверхность в один, далеко не прекрасный день, уничтожив всё живое в сплошном пылающем потоке. Сибирская трапповая провинция - результат повышенной вулканической активности, растянувшейся где-то на миллион лет. Каждое отдельно взятое излияние было лишь локальной катастрофой и пока в Сибири текли огненные реки, на землях, позднее составивших современную Европу и Африку, продолжали мирно реять огромные стрекозы и охотиться иностранцевии. В планетарном масштабе это выглядело так, как будто в одном из уголков Земли появилась исполинская угольная печь, которая чадила понемногу, и прошла не одна сотня тысяч лет, прежде чем её деятельность значительно сказалась на общем состоянии биосферы.

Геофизики взялись за выяснение физических и химических характеристики веществ, участвовавших в этом процессе. Зная эти характеристики, можно смоделировать процесс образования траппов при помощи уравнений, описывающих поведение разнородных вязких сред, и подсчитать массу выделяющихся в процессе газов и летучих веществ. Модель была создана, и на этом этапе палеонтологов постигло разочарование. По всему выходило, что сибирские траппы на роль убийц не подходят. Выделившегося в ходе их возникновения углекислого газа и отравляющих веществ было явно недостаточно, чтобы вызвать столь глобальный катаклизм. Великому Пермскому вымиранию принялись было искать другое объяснение, но потом существовавшая ранее модель была пересмотрена.

Собственно говоря, и без привязки к пермскому вымиранию старая модель оставляла некоторые неясности. Классический трапповый магматизм выглядит следующим образом. Где то в недрах Земли по неизвестным пока причинам возникает грандиозный восходящий поток перегретого мантийного вещества — так называемый мантийный плюм . По мере подъема мантийное вещество разогревается и расширяется, его плотность снижается, образуя огромный пузырь. При этом давление плюма на литосферу должно приводить к подъему земной коры. Это происходит еще до начала главной фазы траппового магматизма, то есть раньше, чем расплавленная магма начнет прорываться в земную кору и на ее поверхность. Рассчёты показали, что в случае сибирской трапповой провинции должен был образоваться бугор высотой около 2 км, однако никаких признаков подобных процессов в тех краях не обнаружено.

В 2011 г. международная группа учёных, в числе которых были и россияне, опубликовала в журнале Nature статью, убедительно объясняющую этот факт. На основе детального химического анализа образцов сибирских базальтов авторы пришли к выводу, что в магме, из которой образовались сибирские траппы, имелась значительная (10–20-процентная) примесь переработанных пород океанической коры. Очевидно, участок земной коры, погрузился глубоко в мантию и затем был вытолкнут обратно поднимавшимся снизу плюмом, а океаническая кора существенно отличается от типичных пород мантии по своему составу и плотности. Она тяжелее и содержит больше летучих веществ, способных высвобождаться при нагревании. Модель, разработанная на основе новых данных, показывает, что никакого поднятия земной поверхности не должно было быть, потому что вершина мантийного плюма из-за примеси пород океанической коры имела более высокую плотность и плюм не приподнимал литосферу, подобно чудовищному пузырю, а постепенно «проедал» ее снизу путем эрозии, которая происходила в зоне контакта расплавленного вещества вершины плюма с твердыми породами составляющими нижний слой литосфер). В результате за несколько сотен тысячелетий плюм «проел» себе путь до нижних слоев земной коры, располагавшихся на глубине около 50 км.

Эта же модель предполагает в несколько раз больший, по сравнению с предыдущей выброс в атмосферу CO2, HCl и прочих веществ, способных изменить экологическую обстановку. К тому же в случае попадания в плюм обломка океанической коры выброс вулканических газов будет протекать гораздо более стремительно. Основная масса должна прорваться в атмосферу в самом начале процесса, еще до того, как расплавленная магма поднялась до глубины 50 км. За временной отрезок порядка сотни тысяч лет подобная «печка» вполне могла необратимо изменить биосферу, так что с момента публикации данной работы причастность сибирских траппов к Великому вымиранию мало у кого вызывает сомнения.

Статья коллектива геологов из США, Канады и России, опубликованная в июне этого года в журнале Geology вскрыла ещё одну причину, по которой вулканическая активность оказалась особенно опасна для биосферы. Магма прорывалась сквозь многокилометровую (3,0–12,5 км) толщу карбонатных осадочных пород Тунгусского бассейна, богатую нефтью, газом и особенно каменным углем, сформировавшимся в течение каменноугольного и пермского периодов. Прорыв сопровождался горением пластов каменного угля, а также лесными пожарами. Пепел каменного и древесного угля от этих грандиозных пожаров был обнаружен в Актической Канаде.

К концу пермского периода содержание парникового газа в атмосфере составляло от 500–4000 ppm (частей на миллион). На пике вымирания этот показатель поднялся до 8000 ppm. Для сравнения, уровень CO2 в июне 2020 года — 416 ppm.