Wymieranie permskie – co zabiło większość życia na Ziemi?

Wymieranie permskie to największe masowe wymieranie w dziejach Ziemi: około 251,9 mln lat temu zniknęło do 96% gatunków morskich i 70% gatunków lądowych. Najmocniejszym tropem jest wulkanizm trapów syberyjskich, którego magma wypalała gazy cieplarniane z osadów bogatych w lotne substancje. Ocean nagrzewał się, zakwaszał i tracił tlen szybciej, niż organizmy zdołały się przystosować. Zabiło przede wszystkim tempo zmian.

Czym było wymieranie permskie i jak przebiegało?

Wymieranie permskie to największe masowe wymieranie w dziejach Ziemi: około 251,9 mln lat temu zamknęło perm i cały paleozoik, wyznaczając granicę permsko-triasową. Według analizy zespołu Penna zniknęło do 96% gatunków morskich i 70% gatunków lądowych. Dlaczego niektóre odsetki są niższe? Wartość „do” jest górną granicą zakresu. Przy liczeniu rodzajów lub rodzin wynik jest niższy – te przetrwają, gdy ocaleje choć jeden ich gatunek.

Z mórz odeszły wtedy ostatnie trylobity oraz koralowce Rugosa i Tabulata, budowniczowie paleozoicznych raf. Organizmy ginęły w wodzie, która traciła tlen – taki stan nazywa się hipoksją – a w głębszych warstwach nasycała się trującym siarkowodorem z metabolizmu bakterii beztlenowych. Strefa martwej wody podnosiła się z głębin ku szelfom, odbierając zwierzętom oddychającym tlenem kolejne siedliska.

Wulkanizm jako główny podejrzany

Za wiodącą hipotezę uchodzi dziś wulkanizm trapów syberyjskich. Według badania nad intruzjami magmy na Syberii zabójczy był pierwszy impuls magmy wtłaczanej w osady basenu tunguskiego. Osady te były bogate w lotne substancje. Rozgrzana magma wypalała z tych skał ogromne ilości gazów.

Chronologia wymierania opiera się na datowaniu uranowo-ołowiowym cyrkonów z popiołów wulkanicznych. Umieszcza ona przebudowę obiegu węgla tuż przed początkiem wymierania. Główny impuls wymierania trwał 61 ± 48 tys. lat.

Skutki narastały szybko: w modelu zespołu Penna przypowierzchniowa warstwa oceanu nagrzewa się o ponad ok. 10°C. Pochłaniany dwutlenek węgla prowadzi do zakwaszenia wód. Ocieplenie mogło też rozkładać hydraty metanu na dnie, dokładając kolejny gaz cieplarniany.

Jak pogodzić ślady ochłodzenia i ocieplenia? Siarkowe aerozole z erupcji mogły na krótko schłodzić klimat, zanim dwutlenek węgla zaczął go ogrzewać na tysiąclecia – obie fazy następują po sobie. System Ziemi lepiej znosi rozłożony w czasie dopływ gazów niż nagły zrzut. Dlatego zabijało przede wszystkim tempo zmian utrzymane przez dziesiątki tysięcy lat, szybsze niż tempo, w jakim organizmy mogły się przystosować.

Kto przeżył koniec permu i dlaczego odbudowa trwała miliony lat?

Koniec permu przetrwały grupy odporne na upał i niedobór pokarmu: drobne, mało wybredne zwierzęta, część temnospondyli, czyli dużych płazów, oraz niskie widłaki, krewni dawnych widłaków drzewiastych. Według pomiarów temperatur wczesnego triasu powierzchnia morza zbliżała się do 40°C. W równikowej części Tetydy ryby niemal nie występowały. Upał wypchnął też większość roślin i zwierząt z równikowych ekosystemów lądowych.

Rozprzestrzenienie się ocalałych i odbudowa ekosystemów to dwa różne procesy:

• Rozprzestrzenienie się ocalałych – nastąpiło szybko, ale pierwsze zespoły triasowe tworzyło kilka szeroko rozprzestrzenionych, mało wymagających grup.
• Odbudowa pełnych ekosystemów – trwała miliony lat: obieg węgla wrócił do wartości izotopowych bliskich sprzed wymierania po około 500 tys. lat, lecz złożone sieci pokarmowe odtwarzały się znacznie dłużej.

Według badania o zaniku organizmów krzemionkowych odbudowa życia była zahamowana przez ponad 5 mln lat. Równolegle utrzymywało się ciepło klimatu. Podtrzymywać je mógł zanik promienic i innych organizmów o krzemionkowych szkieletach. Niewykorzystana krzemionka mogła zasilać odwrotne wietrzenie, czyli powstawanie iłów na dnie morza, które oddaje dwutlenek węgla.

Zanim bioróżnorodność wróciła do dawnego poziomu, opustoszałe nisze zajęły nowe grupy, między innymi archozaury, z których wyszły później dinozaury. Tak zaczął się trias, pierwszy okres ery mezozoicznej.

Perm na tle innych masowych wymierań

Masowe wymieranie zachodzi wtedy, gdy w geologicznie krótkim czasie znika duża część gatunków na całej planecie. Paleontolodzy wyróżniają w fanerozoiku pięć takich zdarzeń. Perm służy pozostałym za punkt odniesienia.

Wymieranie ordowickie

Wymieranie ordowickie, około 445 mln lat temu, było skutkiem ochłodzenia: na biegunie południowym narosła czapa lodowa Gondwany. Lód związał tyle wody, że poziom mórz spadł i osuszył płytkie morza szelfowe, w których żyła większość ówczesnych organizmów morskich. Życie skupiało się wtedy niemal wyłącznie w morzu, więc utrata szelfów dotknęła dużą część biosfery.

Kryzys miał dwie fazy: pierwszą przy narastaniu zlodowacenia, drugą przy jego rozpadzie, gdy wody znów się podniosły i straciły tlen. Skalą ustępuje tylko permowi. Klimat zmieniał się tu w przeciwnym kierunku niż w permie. Skutek był mimo to podobnie dotkliwy z powodu opisanego przy trapach syberyjskich.

Wymieranie dewońskie

Wymieranie dewońskie tworzy seria kryzysów rozciągnięta od granicy franu i famenu, około 372 mln lat temu, po zdarzenie Hangenberg około 359 mln lat temu. Najmocniej ucierpiały rafy budowane przez stromatopory i koralowce, wówczas najrozleglejsze w dziejach Ziemi. Organizmy rafotwórcze straciły ciepłe, natlenione wody płytkich mórz. Czarne łupki z tego okresu zapisują epizody anoksji przy dnie.

Kolejne impulsy zabierały za każdym razem część fauny, a rafy tego typu nie odrodziły się przez miliony lat. Permski główny impuls zmieścił się w kilkudziesięciu tysiącach lat, dewoński kryzys rozłożył się na kilkanaście milionów.

Wymieranie triasowe

Wymieranie triasowe, około 201 mln lat temu, jest najbliższym odpowiednikiem permskiego. Wiąże się je ze Środkowoatlantycką Prowincją Magmową, która powstała, gdy Pangea zaczęła pękać wzdłuż przyszłego Atlantyku. Wylewy i intruzje uwolniły dwutlenek węgla, ocieplając klimat i zakwaszając morza. Z oceanów zniknęły między innymi ostatnie konodonty.

Wzorzec „wulkanizm → węgiel → ocieplenie” powtórzył się więc niemal punkt po punkcie. Ustąpienie wielu konkurentów pozwoliło dinozaurom zdominować lądy w dalszej części mezozoiku. Straty były jednak mniejsze niż w permie, co może wynikać z mniejszej skali emisji węgla.

Wymieranie kredowe

Wymieranie kredowe, około 66 mln lat temu, ma najlepiej udokumentowaną przyczynę spośród wielkich wymierań: uderzenie planetoidy, która wybiła krater Chicxulub na Jukatanie. Pierwszym tropem była anomalia irydowa, czyli podwyższona zawartość pierwiastka rzadkiego w skorupie ziemskiej, a obfitego w meteorytach.

Według syntezy zespołu Schultego na całym świecie leży jedna warstwa z materiałem wyrzuconym przy uderzeniu. Jej skład wiąże ją z Chicxulub. Wymieranie nastąpiło w czasie wylewów bazaltów Dekanu w Indiach, więc i tu wulkanizm był obecny w tle.

Czy perm też zabiła skała z kosmosu? Uderzenie rozpoznaje się po globalnym poziomie z irydem, kwarcem szokowym i sferulami, leżącym w ciągłym profilu stratygraficznym, czyli nieprzerwanym następstwie warstw, dokładnie na horyzoncie wymierania. Dla granicy permsko-triasowej nie znaleziono ani takiego poziomu, ani wiarygodnej anomalii irydowej, więc ślady wulkanizmu pozostają najmocniejszym tropem.

Perm a dzisiejsze emisje węgla

W dyskusji o dzisiejszych emisjach perm służy za punkt odniesienia jako wymieranie napędzane uwalnianiem węgla. Zależnie od przyjętego źródła węgla i chronologii modele permskie dają szczytowe tempo około 4,5–5 Gt C/rok, niższe od dzisiejszego.

Permski zrzut trwał jednak dziesiątki tysięcy lat, a jego łączna ilość przekracza wszystko, co ludzkość dotąd wyemitowała. Przedmiotem sporu pozostaje, czy dzisiejszy spadek liczby gatunków jest początkiem szóstego masowego wymierania. Obecne straty są dalekie od skali permskiej, więc zestawienie epok dotyczy mechanizmu efektu cieplarnianego, a nie wyniku.