Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Некоторая часть избыточного атмосферного углерода оказалась в океанических отложениях: осадочные породы мелового периода особенно богаты органическим углеродом (поэтому они — источник большей части наших нефти и газа). В некоторых местах углерода так много, что породы буквально черные. Эти особенно богатые углеродом слои, известные как «черные сланцы», образуются только тогда, когда в поверхностных водах изобилуют растения и животные, обеспечивая постоянный дождь из мертвых организмов на дне океана; однако также требуется, чтобы на глубоководье отсутствовал кислород (или его было мало): без кислорода органические вещества не окисляются и могут сохраняться в отложениях. Сегодня такие условия существуют только в некоторых местах — например, в глубоких фьордах, где придонная вода застаивается и испытывает недостаток кислорода, или в Черном море, в котором поверхностные воды богаты питательными веществами и биологически продуктивны, зато застойные глубины бедны кислородом.

Рисунок 27. Очертания континентов во время появления Карибского океанического плато 93–94 миллиона лет назад. Уровень моря высок: под водой большая часть Северной Америки и Европы, в Африке и Южной Америке есть мелкие моря. (По материалам карты Рона Блейки, университет Северной Аризоны; смотрите http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/).

Хотя черные меловые сланцы были ранее зафиксированы во многих местах суши, глобальные массивы таких отложений обнаружились только в 1970-х годах, во время Проекта глубоководного бурения. Повсюду в океанах, где участники Проекта брали керны, в образцах мелового периода встречались слои отложений, особенно богатых органическими веществами. Некоторые из них были тонкими и локальными, однако три обнаруживались практически в каждом керне из отложений, и их можно было соотнести с заметными месторождениями черных сланцев на суше. Дальнейшие исследования показали, что эти три интервала фиксировали время серьезных глобальных изменений природной среды. Поскольку для таких осаждений требовались океанические воды с низким содержанием кислорода, их стали называть океаническими бескислородными явлениями (ОАЕ).

Полученные из осадочных пород данные показывают, что и мелкие, и глубокие океанские воды практически непрерывно насыщались кислородом с конца протерозойского эона, когда содержание кислорода в атмосфере резко возросло до уровня, близкого к сегодняшнему. Однако три меловых ОАЕ отмечают короткие промежутки, когда дела обстояли иначе. В эти отрезки времени глубокие океанические воды испытывали нехватку кислорода. Более того, для этих ОАЕ и переходы от нормальных отложений к черным сланцам, богатым органикой, и обратные переходы происходили резко. Есть ли правдоподобные механизмы, которые могут порождать по всему миру бедные кислородом глубины и быстро переключаться между кислородными и бескислородными условиями?

Одна из первых выдвинутых гипотез заключалась в том, что ОАЕ мелового периода стали результатом сильно стратифицированного океана с застойной придонной водой: тонущая органика потребляла кислород, и он не восполнялся. В современном океане происходит циркуляция воды: поверхностные холодные плотные богатые кислородом воды в высоких широтах опускаются и постоянно замещают глубинные воды. Однако в гораздо более теплом меловом периоде даже полярные регионы отличались мягким климатом. В высоких широтах не имелось холодной плотной воды, которая могла бы запустить такие потоки, и циркуляция в лучшем случае была вялой. Растворенный в глубине кислород быстро расходовался на реакции окисления тонущего органического вещества. Возможно, ситуацию усугубляла тектоника плит: узкий Атлантический океан мелового периода ограничивал циркуляцию еще сильнее.

Проблемы такого сценария в том, что он на самом деле не объясняет ни резкого начала, ни резкого конца ОАЕ. Замедленная циркуляция и низкое содержание кислорода на глубине океана могут объяснить в целом повышенное количество органического материала в осадочных породах мелового периода, однако для ОАЕ нужно что-то еще.

Один из вариантов — причиной является вулканизм и выброс в атмосферу углекислого газа, то есть тот же процесс, что породил сам меловой период. Но это должен быть масштабный кратковременный всплеск вулканической деятельности, наложенный на и без того высокий уровень извержений. Формирование КМП соответствует этому критерию.