Повторяющиеся всплески фосфора в морях во время крупных палеозойских массовых вымираний и климатических изменений

Древние моря и тайна умирающих океанов

Задолго до динозавров океаны Земли переживали массовые гибели, стеревшие большинство морских видов. Ученые давно подозревали, что внезапные выбросы питательного фосфора способствовали этим кризисам, но у них не было прямого способа проверить, что именно происходило в морской воде. В этом исследовании разработали и применили химическую «капсулу времени» к древним породам, которая выявляет краткие, но сильные всплески фосфора, совпадавшие с двумя из раннейших массовых вымираний и с резкими колебаниями климата.

Улики, скрытые в древней морской глине и породах

Авторы сосредоточились на двух массовых вымираниях раннепалеозойской эры: позднеордовикском событии около 445 млн лет назад и позднедевонском событии около 372 млн лет назад. Каждое уничтожило примерно 80 процентов морской жизни и было связано с сильным глобальным похолоданием и изменениями в кислородном режиме океана. Чтобы изучить роль питательных веществ, команда измеряла крошечные количества фосфора, захваченные в карбонатных минералах — сигнал, называемый карбонат-связанным фосфатом (CAP). Поскольку фосфор морской воды внедряется в растущий карбонат пропорционально своей концентрации, CAP служит химической мгновенной фотографией уровней питательных веществ на момент формирования каждого слоя породы.

Краткие всплески питательных веществ, охватившие глобус

Команда отобрала образцы семи разрезов пород, разбросанных по древним континентам, включая участки в Канаде, Эстонии, Южном Китае, Западной Австралии и Неваде. Несмотря на различия в типе пород и местных условиях, CAP-записи показали одну и ту же картину: фоновый умеренный уровень фосфора прерывался резкими кратковременными всплесками. Во время позднеордовикского события один отчетливый пик фосфора возник как раз с началом второго, более сильного импульса вымирания. При позднедевонском событии два пика фосфора обрамляли основной интервал гибели. Последовательность этих всплесков в удаленных друг от друга местоположениях указывает на то, что они отражают изменения в глобальном океане, а не локальные особенности осадконакопления или последующей перестройки пород.

Связь между питательными веществами, потерей кислорода и глобальным похолоданием

Чтобы понять, что значили эти всплески фосфора для систем Земли, ученые ввели их в компьютерную модель, симулирующую взаимодействие питательных веществ, углерода, кислорода и климата на миллионолетние периоды. В модели дополнительный фосфор, попадая в океан, питает бурный рост микроводорослей. Когда этот органический материал оседает и разлагается, он потребляет кислород, расширяя зоны с низким содержанием кислорода на морском дне. Одновременно больше органики захоранивается в осадках, что удаляет углерод и постепенно снижает концентрацию углекислого газа в атмосфере. В результате усиливается океанская аноксия и наступает глобальное похолодание на несколько градусов, что согласуется с независимыми данными по урановым и кислородным изотопам и по органически богатым черным сланцам в стратиграфии.

Разные причины гибели в разных древних океанах

Временная последовательность импульсов фосфора дает более тонкую картину хода этих кризисов. В позднем ордовике первый импульс вымирания произошел, когда уровни фосфора еще были низкими, что указывает на ледниковое похолодание и падение уровня моря как на главные ранние факторы гибели. Большой пик фосфора наступил позже и совпадает с признаками усиленной потери кислорода и второго импульса вымирания, когда пострадали как донные, так и пелагические организмы. В позднем девоне, наоборот, рост фосфора и расширение зон низкого кислорода уже шли во время первого рифового кризиса и достигли пика как раз перед основным вымиранием строителей рифов, раковинных животных и свободноплавающих рыб. Второй всплеск фосфора последовал за ним, по-видимому продлевая неблагоприятные условия и замедляя восстановление экосистем, даже без нового пика вымирания.

Почему эта древняя история важна сегодня

В целом исследование предоставляет первые глобальные количественные свидетельства того, что краткие всплески фосфора неоднократно толкали древние океаны к потере кислорода, климатическому похолоданию и экологическому коллапсу. Результаты показывают, что питательные вещества выступали мощными усилителями, а не простыми переключателями вкл/выкл: иногда они действовали вместе с похолоданием и изменением уровня моря, а иногда задавали темп восстановления. Уточняя чувствительность морской жизни к относительно кратковременным шокам питания, эти древние эпизоды дают предостерегающий параллель современным прибрежным «мертвым зонам» и антропогенному перегрузу питательными веществами в сегодняшних морях.

Цитирование: Dodd, M.S., Li, C., Zhang, Z. et al. Recurring marine phosphorus spikes during major palaeozoic mass extinctions and climate change. Nat Commun 17, 4481 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70701-y

Ключевые слова: цикл фосфора, океанская аноксия, массовое вымирание, палеооceанография, глобальное похолодание