Страница209
Поэтому, большинство авторов считает основной причиной P/T кризиса повышение вулканической активности, а для C/T кризиса – падение крупного метеорита. Заметим, что индикаторы падения метеорита обнаруживаются именно в палеопочвах. С другой стороны, кризису на границе мела и палеогена предшествовало длительное сокращение таксономического разнообразия фауны вследствие похолодания в конце позднего мела (Алексеев, 1998). Ослабление биоты могло подготовить условия для возникновения биотического кризиса, и в этом контексте роль триггера, в том числе и импактного, представляется не такой важной (Чумаков, 2004). Вообще, связь повышенных содержаний иридия только с импактными событиями не очевидна. Во-первых, иридиевые "аномалии" явно тяготеют к регионам развития вулканизма, а во-вторых, в ряде разрезов фиксируется несколько последовательных иридиевых аномалий, что требует признания серии последовательных импактных событий. Имеются примеры аномального содержания иридия (выше на два порядка) в костях динозавров, т.е. заведомо в маастрихтских отложениях (Моисеенко и др., 1997).
Выброс парниковых газов вызывает заметное потепление климата, что должно находить отражение в почвах. На P/T границе фиксируется глобальное похолодание, связанное с регрессиями и дрейфом материков, которое быстро сменилось потеплением. Так, почвы Dolores в Антарктиде гораздо более сильно выветрелые, чем позднепермские (Evelyn) почвы, что диагностирует необычно теплые и влажные климатические условия для высоких широт уже в самом раннем триасе (Retallack, Krull, 1999; Sheldon, 2006). Потепление рассматривается как следствие выбросов в атмосферу метана, и потому последнее называют «пост-апокалиптическим парниковым эффектом» (Retallack, 1995). В последнее время именно потепление климата рассматривается в качестве главной причины биосферного кризиса. По-видимому, выветривание усиливалось и под воздействием кислотных дождей, сопровождавших выбросы метана. Возможно, это объясняет удивительный феномен распространения в Австралии и Антарктиде в раннем триасе Ультисолей (по Soil Survey Staff, 1998), никогда больше не формировавшихся в столь высоких широтах. По некоторым оценкам, похолодание сменилось потеплением в период порядка 10000 лет (Sheldon, 2006). Парниковые газы также приводят к заметному снижению содержания в атмосфере озона (Svensen et al., 2009). Палеопочвы в Антарктиде, Австралии и Южной Африке, сформированные непосредственно над границей P/T, являются индикаторами низкого содержания кислорода в пост-кризисной атмосфере, поскольку в их профиле отмечается высокое содержание неокисленного железа (пирит,
сидерит и бертьерин, Sheldon and Retallack, 2002; Huggett et al., 2003).
Бертьерин это довольно редкий минерал серпентиновой группы, однако он часто встречается в почвах над границей P/T. Так, в почвах Dolores в
Страница210
Антарктиде бертьерином обогащены железистые нодули, обильно представленные в профиле, несмотря на песчаный состав.
Другим глобальным проявлением биосферного кризиса является прекращение в почвах Пангеи, расположенных выше P/T границы торфонакопления. Так, торфяные горизонты (теперь прослои угля) представлены в почвах Evelyn, непосредственно под P/T границей
(Coalsack Bluff, Антарктида, Retallack, et al., 2007). Уже в почвах Dolores
торфонакопление отсутствует, несмотря на явные признаки постоянного переувлажнения. В нижнетриасовых отложениях юго-восточного Китая также полностью отсутствуют угольные прослои, обильно представленные в верхнепермских толщах (Peng & Shi, 2009). Исчезновение угольных прослоев особенно ярко проявилось в крупном угленосном бассейне Bowen на востоке Австралии. Угольные прослои, формировавшиеся на протяжении 9 млн. лет, резко прекращаются выше P/T границы без каких либо признаков деградации режима торфонакопления (Michaelsen, 2002). Все эти проявления связываются с загрязнением атмосферы метаном и окислами серы (возможно, за счет траппового вулканизма), вызвавшим гипоксию растительных и животных организмов и приведшую к массовому вымиранию. Так, во время P/T кризиса вымерло 95% растений, формирующих торфяные залежи.
Еще одним глобальным явлением являются практически повсеместно выраженные в почвах непосредственно над P/T границей признаки резкой смены модели флювиальной седиментации. Так, в почвах Coalsack Bluff, Антарктида, а также в южной части провинции Кару (Квазулу-Наталь, Южноафриканская республика), в Индии и Австралии выражены признаки водной эрозии и размыва на обнаженных поверхностях (Retallack et al., 1998, Sarkar, 2003). Здесь широко представлены брекчии глинистых сланцев, сохранившие микростроение почвенных горизонтов и рассматриваемые авторами как педолиты - переотложенные глинистые палеопочвы. В водных осадках велика доля русловых фаций блуждающих водотоков, в то же время глинистые фации отсутствуют. Все это рассматривается как реакция флювиальной системы на деградацию растительного покрова и эрозию почв.
В бассейне Bowen на востоке Австралии подробно изучена смена флювиальной модели на P/T границе (Michaelsen, 2002). Позднепермские флювиальные системы представлены хорошо сформированными руслами с выраженными береговыми комплексами отложений. Считается, что устойчивость русел определялась стабилизирующим влиянием растительного покрова и, в частности, торфяных залежей. В то же время, строение толщи нижнетриасовых песчаников (Sagittarius Sandstone) позволяет реконструировать совершенно другой тип флювиальной седиментации, характеризующийся обилием мелких блуждающих потоков на плоской незащищенной растительным покровом поверхности. В быстро
Страница211
отлагавшейся толще песчаников отсутствуют палеопочвы. Таким образом, растительный покров выступает фактором, в значительной мере определяющим архитектуру флювиальных систем. Это влияние проявляется при биосферных кризисах. Мы уже указывали, что аналогичная смена модели флювиальной седиментации выявляется и при сопоставлении додевонских и последевонских флювиальных отложений, формировавшихся до появления и после появления развитого древесного покрова (Davies & Gibling, 2010).
Изучение спорово-пыльцевых спектров в почвах на P/T и C/P границах подтверждает радикальную смену растительных сообществ – от докризисных сомкнутых ярусных лесных до пионерных травянистых сообществ. Первая кризисная стадия характеризуется глобальной вспышкой сообществ, характеризующихся обилием грибов и водорослей (―глобальный грибной эпизод‖ – ―global fungi event‖) . Эта вспышка рассматривается как реакция на обилие мертвой растительной массы, образовавшейся при гибели древесных сообществ (Vajda & McLoughlin, 2007, Peng & Shi, 2009). Сопоставление спорово-пыльцевых спектров посткризисных слоев двух биосферных кризисов показывает, что P/T кризис был постепенным, асинхронным в различных регионах Пангеи, в то время как кризис C/P был синхронным и кратковременным, и восстановление растительности произошло быстро. Так, вспышка грибных сообществ на границе P/T отмечается в слоях мощностью 1-3 м, при этом она продолжалась от 25 до 54 тысяч лет. На границе C/P вспышка грибных сообществ отмечается в слое около 5 мм, при этом она продолжалась несколько месяцев.
При анализе взаимосвязи смен флювиальной модели и биосферного кризиса следует помнить, что континентальные разрезы с P/T границей представлены исключительно в пределах седиментационных бассейнов. На флювиальное осадконакопление могли влиять не только климатические изменения, но и тектонический режим самих бассейнов и примыкающих орогенных зон. В описанной выше толще флювиально-озерных отложений на северо-востоке Китая (Yang et al., 2010) периоды активизации флювиальной системы связываются с активными фазами тектонических циклов Тяньшанской орогенной зоны. Наиболее развитые палеопочвы приурочены к отложениям регрессивного цикла. Непосредственно на P/T границе характер седиментации и почвообразования не меняется и указывает на гумидные и субгумидные климатические условия. Стабильность климатических условий не позволяет связывать биосферный кризис с климатическими изменениями.
На Русской равнине в восточной части Московской синеклизы на рубеже перми и триаса продолжалось заполнение СухонскоСеверодвинского осадочного бассейна. Накопление мощных толщ конгломератов, обусловленное активизацией Уральского орогенеза,
Страница212
определило непрерывную толщу отложений, фиксирующих пермотриасовый рубеж. Пограничные пермо-триасовые слои представлены мощными толщами гравелитов с редко встречающимися неразвитыми палеопочвами (Арефьев, 2010). Отсутствие неразвитых палеопочв в самой нижней части триасовых отложений (ранневохминские слои) объясняется активизацией флювиальной седиментации. Этот активный этап сменился поздневохминско-гамским, отличавшимся постепенным падением пиковой энергии речной системы (Арефьев, 2010), уменьшением мощности гравелитов и формированием выраженных профилей палеопочв. Как видим, смена седиментационной модели объясняется активизацией уральской складчатости, определявшей динамику флювиальной системы. Напомним, что в пределах Московской синеклизы подобные фазы активизации флювиального режима, сопровождавшиеся формированием неразвитых палеопочв, фиксируются во всей толще верхнепермских отложений. Таким образом, мы можем заключить, что тектоника по разному влияла на модель флювиальной седиментации в каждом конкретном бассейне. В то же время, на глобальном уровне смена архитектуры флювиальных систем могла быть связана только с биосферным кризисом. Следует признать, что в настоящее время трудно вычленить вклад региональных тектонических и глобальных биосферных факторов в смену модели флювиальной седиментации на региональном уровне. В то же время, наличие условий для формирования в посткризисное время зрелого почвенного покрова могло способствовать реабилитации растительных и животных организмов, что и отразилось на росте биоразнообразия уже во второй половине индского века (Арефьев, Кузнецова, 2010). Изучение верхнепермских аллювиальных почв Иберийских гор, Испания, позволяет выявить постепенные изменения климата от аридного и семиаридного с выраженной сезонной контрастностью, до гумидного (Benito et al., 2005). В почвах на границе перми и триаса присутствуют минералы группы гуазита/сванбергита (стронций содержащих алюмосульфатов и алюмофосфатов), что подтверждает не только существование гумидного климата, но и свидетельствует о крайне агрессивных кислых условиях.
Таким образом, глобальные биосферные кризисы надежно документированы совокупностью независимых методов. Они затрагивают все компоненты экосистемы – растительность, почвы и характер осадконакопления. В палеопочвах представлена уникальная запись, играющая ключевую роль при реконструкции кризисов.
Почвообразование мезозойской термоэры.
Граница P/T обозначает масштабный переход от холодной биосферы верхнего палеозоя (icehouse) с четкой структурой климатической зональности и циклами оледенений, к теплой биосфере (greenhouse)
Страница213
мезозоя со сглаженной зональностью (Preto et al., 2010). Наступившая термоэра охватывала весь мезозой и первую половину палеогена (Чумаков, 2004). Консолидация материков Пангеи, определила распространение континентальных климатических условий с выраженной сезонной контрастностью с резким летним максимумом осадков (мега-муссонный тип циркуляции). Изменение климата было очень быстрым и привело к существенной перестройке климатической зональности. Ледниковый климат на Земле сменился безледниковым. Уже в триасе средние глобальные температуры варьируют в интервале от 18°C до 22°C (Retallack & Alonso Zarza, 1998). Существование теплого климата подтверждается и высоким уровнем концентрации CO2 в атмосфере триаса. Так, уровень концентрации углекислого газа, реконструированный на основе δ13C педогенных карбонатов составил 2250 ppm (Tanner et al. , 2001). Это определило выпадение полярных и умеренно-холодных поясов и распространение субтропических климатов с теплолюбивой флорой в высокие широты. Наряду с потеплением шла прогрессивная аридизация суши. Так, в ранней перми аридные и семиаридные пояса занимали около 40% суши, в средней перми 55%, а в раннем триасе до 80% (Чумаков, 2004). Семиаридный климат распространился на средние и часть высоких широт. В результате их ширина достигала 400.
Считается, что климат был однотипен на всем протяжении триаса. Однако последние данные показывают наличие климатических трендов внутри периода. Глобальное потепление, начавшееся на P/T границе, продолжалось в раннем триасе. В условиях теплого климата происходило быстрое восстановление биоты. Повсеместное распространение плевромейевой флоры указывает на то, что уже в оленекском веке раннего триаса произошло значительное выравнивание климатических условий
(Красилов, 2001).
В почвообразовании и выветривании основной тренд при переходе от палеозоя к мезозою может быть описан как исчезновение угольных прослоев и широкое распространение красноцветов. Красноцветные отложения описаны в Польше, Германии, Дании, Франции, Великобритании, Испании. Большинством исследователей красноцветы раннего триаса рассматриваются как индикаторы аридного климата (Retallack et al., 1996). Соседство красноцветов с почвами на других породах позволяет также предполагать, что они формировались в условиях семиаридного климата с выраженной сезонной контрастностью (Linol et al., 2009). Аридные условия подтверждаются также наличием в нижнетриасовых толщах Англии, Франции эоловых отложений (Preto et al., 2010). При анализе материалов по верхнепермским палеопочвам Русской равнины мы рассматривали механизм формирования карбонатных красноцветных толщ при переотложении ферраллитных кор, формировавшихся в условиях гумидного тропического и субтропического