252 millió évvel ezelőtt, a Perm időszak végén következett be a földtörténet öt tömeges kihalási eseménye közül a legsúlyosabb, a perm-triász (P-T) kihalás, amelynek során a tengeri fajok 96 százaléka és a szárazföldi gerincesek 70 százaléka eltűnt bolygónkról. A kihalás különösen súlyosan érintette a tengeri gerinctelen állatokat, melyek közül talán legismertebbeknek, a trilobitáknak az eltűnéséhez vezetett. A P-T kihalás lezárta a 290 millió évig tartó paleozoikumot, amikor az élővilág nagyobb csoportjainak többsége kialakult, és végbement a szárazföld benépesítése, valamint utat nyitott a hüllők korszaka, vagyis a mezozoikum előtt. Míg a nem-madár dinoszauruszok sorsa 66 millió évvel ezelőtt lényegében egy nap leforgása alatt megpecsételődött, az élővilág közel 190 millió évvel korábbi összeomlásához sokkal lassabb folyamatok vezettek.

A kihalásért valószínűleg a mai Oroszország területén elterülő Szibériai trapp-bazalt nagy magmás tartomány (LIP) hosszan, akár több tízezer évig tartó tevékenysége és az általa kiváltott elszabaduló üvegházhatás volt felelős. A globális átlaghőmérséklet a szabadjára kerülő üvegházhatású gázok miatt nagyjából 8 Celsius-fokkal, a szén-dioxid-szint pedig 2000 ppm-el (parts per million, egymillióból egy molekula) nőtt meg. Ennek következtében az óceánok is felhevültek, elsavasodtak, oxigéntartalmuk pedig drámain lecsökkent. Most két új kutatás is alátámasztja ezt az elméletet.

A higany a globális katasztrófa indikátora

A Nature Communicationsben néhány hete megjelent tanulmányban Jun Shen és kollégái a perm időszak végéről származó kőzetrétegekben a vulkáni tevékenység indikátorának tekintett higany mennyiségének változásait vizsgálták. A kutatók szerint a higanykoncentráció megnövekedése a P-T határvonal közelében az eddigi legjobb bizonyítéka annak, hogy a kihalásért valóban a Szibériai trapp-bazalt-rendszer elhúzódó vulkanikus aktivitása lehetett a felelős.

A tanulmány szerzői tíz, a perm időszakban tengerrel borított, a Föld északi féltekéjén található pontokról vettek mintákat a megfelelő kőzetrétegekből. Az egyik minta Magyarországról, a Bükkben található Bálvány-hegyről származik, amelynek a perm időszakból származó rétegei egykor a Paleo-Tethys óceán nyugati részének üledékét alkották.

A kutatók részben a mintavételi rétegekben talált angolnákra hasonlító konodonták „fogainak" kormeghatározásával, másrészt szénizotópok arányainak vizsgálatával állapították meg a higanylerakódásokat tartalmazó permi kőzetek korát. A perm-triász geológiai határvonalon megnövekedett higanykoncentrációt találtak minden mintában, ami szerintük egyértelműen arra utal, hogy a kihalással egy időben erős vulkáni aktivitás zajlott. A higany a vulkáni tevékenységgel, valamint óriási kiterjedésű széntelepek kigyulladásával kerülhetett a légkörbe, majd onnan a tengeri üledékbe. A mintákban megfigyelt maximális higanykoncentrációk 3-8-szorosai a P-T kihalás előttinek.

A higany izotópos vizsgálatából arra következtetnek a szakemberek, hogy annak légköri forrása volt, igazolva a hirtelen koncentrációnövekedés vulkanikus eredetét. Az egykori sekély tengeri területekről vett mintákban a higanykoncentráció csúcsa közel egybeesett a P-T-kihalás időpontjával, míg a mélyebb óceáni területekről származók 50-100 ezer évvel a fő kihalás előttire tolódott. A szerzők szerint mindez arra utalhat, hogy a P-T-kihalást kiváltó heves vulkáni tevékenység rendkívül hosszú ideig, akár több tízezer évig elhúzódhatott.

„Egy nagy és erőteljes vulkánkitörés során tipikusan sok higany jut a légkörbe. A higany relatíve új indikátor a kutatók számára. Az utóbbi időben népszerű lett a vulkáni aktivitás a földtörténet fő eseményeire gyakorolt hatásának megértéséhez – összegezte az új eredmények jelentőségét a tanulmány egyik szerzője, Thomas Algeo, a Cincinnati Egyetem geológiai tanszékének professzora. Nem feltétlenül az intenzitás [értsd: a vulkáni tevékenységé] volt a döntő, hanem az időbeni hossza. Minél tovább tartott, annál nagyobb nyomást gyakorolt az élővilágra.”

Más kutatók korábbi számításai arra utalnak, hogy 252 millió éve közel 3 millió köbkilométernyi anyag és hamu jutott a légkörbe a szibériai trapp-bazalt vulkáni tevékenység következtében . Összehasonlításul: a Yellowstone szupervulkán legnagyobb, 2.1 millió évvel ezelőtti kitörése során hozzávetőleg 2500 köbkilométernyi anyag került a légkörbe.

Az óceánok szinte lakhatatlanná váltak

Egy másik, tavaly december elején a Science-ben megjelent kutatás a vulkáni tevékenység által okozott klímaváltozás óceánokra mért hatását modellezte. Justin L. Penn és munkatársai arra voltak kíváncsiak, hogy a felmelegedés és az általa okozott oxigénhiányos óceánok képesek-e magyarázni a tengeri kihalás mértékét és földrajzi eloszlását.

A rendelkezésre álló geológiai és geokémiai adatok alapján egy klímamodell segítségével szimulálták a perm-triász-kihalás során bekövetkező, üvegházhatású gázok okozta globális felmelegedést. Ebből kiderült, hogy 252 millió évvel ezelőtt az óceánok hőmérséklete több mint 10 fokkal nőhetett meg, és oxigéntartalmuk közel 80 százalékát elvesztették.

A következő lépésben a kutatók megvizsgálták, hogy mindennek milyen hatása lehetett az egykori élővilágra. Ehhez felállítottak egy metabolikus indexet, amely az adott hőmérsékleten rendelkezésre álló oxigént arányítja az állatok szükségleteihez. Jelenleg élő tengeri fajok metabolikus indexe alapján különböző környezeti viszonyokat toleráló virtuális fajokat hoztak létre, és benépesítették velük a permi óceánt szimuláló modellt.

Kiderült, hogy az óceánok melegedése megnöveli az állatok oxigénigényét, és az ehhez társuló, folyamatosan csökkenő oxigénkínálat végül ahhoz vezet, hogy eltűnik az aerob, oxigéndús környezet nagy része. Ez pedig nagyon valószínűvé teszi a legtöbb modellben szimulált, különböző oxigénszint-toleranciával rendelkező faj kihalását. A kutatók megvizsgálták azt is, hogy a szimuláció képes-e visszaadni a kihalás földrajzi különbségeit. Várakozásaik szerint a kihalás intenzitásának kisebbnek kellett lennie a trópusok környékén, és nagyobbnak a magasabb szélességeken. Ennek a szakemberek szerint az az oka, hogy az eleve alacsony oxigénkoncentrációjú trópusi fajok jobban meg tudtak birkózni az új körülményekkel, mint az élőhelyüket elveszítő, pólusok környékén élő, magas oxigénszinthez szokottak. A szimuláció eredményeit a fosszilis rekorddal összehasonlítva két dolog vált világossá:

• A modellezett, felmelegedés által kiváltott oxigénhiányos állapot a megfigyelt tengeri kihalás közel 72 százalékáért lehetett felelős.
• A modell előrejelzésével megegyezően a kihalás intenzitása valóban megnövekedett magasabb szélességeken.

Az óceánok melegedése és ennek következtében oxigénhiányossá válása önmagában a tengeri élőhelyek nagy részének elvesztéséhez vezetett. A P-T-kihalást okozó szibériai vulkanizmus hatása azonban nem merült ki ennyiben. A kibocsátott szén-dioxid az óceánok elsavasodásához vezetett, ami korlátozta a tengeri állatok, mint például a korallok mészképzését.

A földtörténet legsúlyosabb tömeges kihalását kiváltó, vulkáni eredetű üvegházhatású gázok okozta klímaváltozás kísértetiesen hasonlít a mai emberi tevékenység által okozott globális felmelegedéshez. Egyes kutatók úgy érvelnek, hogy az emberi tevékenység által okozott hatodik tömeges kihalás már jelenleg is zajlik. A tanulmány szerzői szerint mindenesetre az biztos, hogy a Föld óceánjai ugyanúgy reagálnak majd a szén-dioxid-szint növekedésére, mint a földtörténeti múltban, és arra figyelmeztetnek, hogyha nem is ekkora erősségű, de alapvetően a perm végihez hasonló kihalási folyamat ismétlődhet meg a következő évszázadokban. A földtörténeti régmúlt vizsgálata tehát megmutatja, meddig feszítheti még az emberiség a földi rendszerek kereteit, és a múlt eseményeinek ismeretében különleges lehetőséget nyújt a korrigálásra.

A címlapi illusztrációként szolgáló képen az Etna kitörése látható. Forrás: DavidMPyle/Wikipedia