Одно из событий в середине юрского геологического периода, связанное с крупными климатическими изменениями и вымиранием видов, геологи связали также с произошедшей примерно в то же время активизацией вулканизма. Результатом последней стало выливание на поверхность Земли потоков лавы с образованием обширных трапповых плато, а также массовый выброс парниковых газов. Сопоставление этих событий с реконструированной динамикой литосферных плит, составлявших тогда последний суперконтинент Пангея, позволило предложить новое объяснение периодам массовых извержений в истории Земли. Замедление скорости движения литосферных плит стало тем самым критическим событием, которое привело к поднятию магмы к поверхности Земли и, следовательно, к череде катастрофических извержений вулканов, изменениям климата и массовым вымираниям, маркирующим смену геологических эпох. Подобные закономерности, вероятно, характерны и для других вулканических периодов Земли, от палеозоя до кайнозоя.
История Земли отмечена последовательностью значительных вулканических событий, оставивших следы в виде магматических провинций — обширных областей, залитых застывшей лавой. Известный пример такого геологического образования — сибирские траппы, образовавшиеся на границе палеозоя и мезозоя (конец пермского и начало триасового периодов). Самые крупные из таких событий приводили к сильному увеличению выбросов в атмосферу углекислого газа и других парниковых веществ. Это приводило к очередному периоду глобального потеплания и катастрофическим изменениям в экосистемах. Как следствие, эти события приводили к массовым вымираниям видов, что отражалось на геологической истории Земли. Так, некоторые крупные стратиграфические границы как раз соответствуют таким вымираниям, в результате которых сильно менялась ископаемая фауна в слоях до и после события.
Используя геохимические данные от древних глинистых отложений, полученные из полуторакилометровой скважины в Уэльсе, геологи из Тринити Колледжа в Дублине смогли связать два ключевых геологических события, произошедших около 183 миллионов лет назад. Этот временной интервал соответствует тоарскому стратиграфическому ярусу юрского периода. Этот геологический промежуток был отмечен серьёзными климатическими изменениями. В то же время произошла активизация вулканических процессов с выбросом больших масс парниковых газов в южном полушарии, то есть над сегодняшними континентами Африка, Антарктика и Австралия. Напомним, что в ту геологическую эпоху они вместе составляли суперконтинент Гондвана, или южную часть Пангеи. Подробнее про литосферные плиты и их перемещение как основную концепцию современной геотектоники можно узнать во вставке к статье («Ключевская сопка и другие…») о недавних почти одновременных извержениях нескольких знаковых вулканов Земли.
Прежде всего исследователи показали, что образование новой магматической провинции, или «событие Karoo-Ferrar» совпадает по времени с другим геологическим событием, отвечающим глобальному климатическому изменению. Речь идёт о так называемом «тоарском аноксическом океанском событии», или «событии T-OAE» (Toarcian oceanic anoxic event). Как следует из названия, оно приходится на тоарское время, то есть 183 миллиона лет назад. Вероятно, оно не было столь глобальным, как массовые вымирания, маркирующие границы между геологическими эрами, но биоту встряхнуло сильно. Как раз на этот период приходится массовое захоронение углерода органического происхождения. Геологи относят событие к массовым вымираниям второго порядка. В данном случае ключом к точной привязке по времени тоарской климатической катастрофы и активизации вулканической деятельности послужило исследование содержания ртути в отложениях. Ртуть в микроконцентрациях может поступать в почву множеством способов, включая адсорбцию на аэрозольных частицах в воздухе и затем выпадение с осадками, таяние вечной мерзлоты или интенсивное выветривание пород на континентах. Однако активный вулканизм — значительное событие, во время которого происходит массовый выброс многих металлов и летучих компонентов; повышенное во много раз по сравнению с обычными уровнями содержание ртути в отложениях какого-либо периода может служить индикатором интенсивных вулканических процессов, не обязательно в этом месте — ведь такие элементы, попав в атмосферу в результате извержения вулкана, разносятся затем по всей Земле. Итак, хоть и было известно, что «магматическое событие Кару—Феррар» было примерно в эту эпоху, но по аномально высокому содержанию изотопов ртути в конкретном геологическом слое удалось ограничить это событие жёсткими временными рамками и привязать к глобальным климатическим изменениям в тоарское время. Затем исследователи реконструировали положение и смещение литосферных плит в этот период. Это помогло определить геологические процессы, которые были, по-видимому, ответственны в большей степени за появление и хронологию этой вулканической эпохи, а также подобных периодов в истории Земли с аналогичными масштабами вулканизма. Статья по результатам реконструкции этих событий эпохи среднего мезозоя в сентябре 2022 года вышла в Science Advances.
Распространённая точка зрения на генезис крупных вулканических эпох в истории Земли связывает их с движением мантии. А именно, речь идёт о так называемых мантийных плюмах — потоках вещества, поднимающихся от ядра к поверхности. Разумеется, про «потоки» здесь можно говорить очень условно. Мантия — это не «океан расплавленной лавы», а такие же твёрдые породы, какие можно наблюдать и на поверхности, только под высоким давлением и температурой. Но на геологических промежутках времени её эволюция выглядит как перемещение (конвекция) таких мантийных масс наподобие перемещения содержимого кастрюли на огне. Подъём вещества к поверхности на местах таких мантийных плюмов вызывает и явления, связанные с движением магмы на небольшой глубине в несколько десятков или, возможно, сотен километров, в частности, её прорыв на поверхность при извержениях вулканов.
Новое исследование смещает акценты при обозначении причин возникновения вулканических событий. Получается, что перемещение литосферных плит с обычной скоростью в несколько сантиметров в год (это современные их скорости) может эффективно блокировать магму на глубине, не позволяя ей прорваться к земной коре и дальше на поверхность. Но если движение континентов замедляется по каким-либо причинам, мантийным источникам легче пробить себе путь к поверхности, и тогда наступает эпоха катастрофических извержений и соответствующих климатических изменений с массовыми вымираниями. В этом случае 183 миллиона лет назад произошло одно из таких событий, а именно южная часть суперконтинента Пангея замедлила перемещение. В этот «момент» (разумеется, по геологическим меркам; такое событие могло продолжаться пару десятков миллионов лет) её направление движения как раз сменялось на противоположное, и точка поворота, по мнению авторов, и оказалась триггером, когда началась эпоха прорывов магмы сквозь земную кору. Вероятно, мантийный плюм в горячей точке постепенно «разъедает» континентальную плиту над ним. Если плита перемещается с умеренной скоростью, это не так критично — съеденный эрозией участок плиты удаляется от горячей точки, и на его место поступает «свежий» материал. Но если движение плиты замедляется или останавливается, мантийный плюм методично разъедает один и тот же участок плиты над собой — и рано или поздно магма прорывается наружу.
Более того, уменьшение скорости перемещения плит, скорее всего, и было ответственно за возникновение и длительность других вулканических событий в истории Земли. Так что названа очередная версия фундаментальных процессов, ответственных за геологическую историю планеты.
Изучение геологического прошлого, в частности, событий тоарского времени, помогает геологам разделить вклад от различных механизмов, которые контролируют причины и следствия изменений углеродного цикла Земли в наше время, а также определить процессы, способные привести к поворотным точкам функционирования климатической системы.