Кратко — список главных геологических/климатических механизмов, как они действовали, и какие критерии/методы применимы для проверки каждой гипотезы.
1) Огромная вулканическая активность (Сибирские трапы — LIP)
- Механизм: быстрый выброс CO2, SO2, галогенов и металлов → кратковременное охлаждение (аэрозоли, SO2), затем длительное парниковое потепление (CO2), кислотные осадки, окислительно-восстановительные сдвиги, удобрение океана металлами (Ni, Fe) и стимуляция микробных круговоротов.
- Проверочные критерии и методы:
- Временная корреляция LIP и П-Т границы: высокоточнoe датирование U–Pb (CA–ID–TIMS) на зирконах и Ar–Ar: ожидается совпадение в пределах $10^4$–$10^5$ лет ($10^4$–$10^5$ yrs).
- Осмиевые изотопы: сдвиг ${}^{187}\mathrm{Os}/{}^{188}\mathrm{Os}$ в сторону мантийных значений → анализ MC–ICP–MS.
- Ртуть: пик $\mathrm{Hg}$ и повышенное $\mathrm{Hg}/\mathrm{TOC}$ в осадках синхронно с вымиранием → измерение по CVAAS или ICP–MS; Hg-изотопы для источника.
- Металлические аномалии (Ni, Co, Cr): ICP–MS/LA–ICP–MS в тонких разрезах; совпадение металл-импульсов с событием.
- Климатное моделирование: ввод эмиссий LIP в климато-океанские модели (GCM + биогеохимия) для проверки масштаба потепления и кислородной реакции.
2) Быстрый рост парниковых газов и глобальное потепление
- Механизм: CO2/CH4 → повышение температуры, ухудшение кислородного режима океанов, стресс на наземную биоту.
- Проверочные критерии и методы:
- Карбонатный и органический ${\delta }^{13}\mathrm{C}$: глобальная отрицательная аномалия $({\delta }^{13}{\mathrm{C}}_{\text{carb}},{\delta }^{13}{\mathrm{C}}_{\text{org}})$ порядка $-4$–\( -6\,\permil\) указывает на ввод легкого углерода; измерение IRMS.
- Специфичная сигнатура для метана: очень резкое и большое отрицательное смещение в отдельносвязанных биомаркерах и CH4-условно происх. карбонатах (МДП-карбонаты) → CSIA (GC–IRMS) и карбонатная карбонатотопия.
- Стоматальные прокси и палеотемпературные данные: изменение индекса устомата у листьев, ${\delta }^{18}\mathrm{O}$, TEX86, UK'37, кластерные изотопные пробы (clumped isotopes) — моделирование амплитуды потепления.
- Модели для проверки: запуск сценариев эмиссии, сравнение с прокси-данными по температуре и океаническому O2.
3) Дестабилизация метановых гидратов / биогенного CH4
- Механизм: быстрый ввод ^13C-обеднённого углерода (CH4) → резкая отрицательная ${\delta }^{13}\mathrm{C}$-экскурсия, сильное парниковое усиление.
- Проверочные критерии и методы:
- Экстремально легкие ${\delta }^{13}\mathrm{C}$ в камерных карбонатах (methane-derived authigenic carbonates) и в специфических липидных биомаркерах (${\delta }^{13}\mathrm{C}$ CSIA).
- Геоморфология/местоположение: совпадение с морскими шельфами и областями разогрева, где гидраты могли существовать.
- Моделирование углеродного цикла и сравнение скорости/амплитуды ${\delta }^{13}\mathrm{C}$-сигнала с моделями выброса метана.
4) Океаническая аноксия/еуциния (H2S)
- Механизм: потепление уменьшает растворимость O2, стратификация океана + усиление органического вещества → распространение аноксии; образование euxinia (сульфидная вода) токсична для морских организмов и может выделять газообразный H2S.
- Проверочные критерии и методы:
- Красно-чёрные шели, ламинирование, отсутствие биотурбации — седиментология.
- Вещественные и изотопные признаки: обогащение редкоземельных элементов и редких металлов (Mo, V, U), низкие $\mathrm{U}/\mathrm{Th}$, высокие $\mathrm{Mo}/\mathrm{TOC}$ — ICP–MS; геохимия осадка.
- Биомаркеры: изомеризованые каротеноиды (isorenieratane, chlorobactane) — указывают на фотик-зональную еуксинию (аноксично и H2S у поверхности) — GC–MS/GC–QTOF.
- Железная формация/Fe-специация: индикаторы ${\text{Fe}}_{\text{HR}}/{\text{Fe}}_{\text{T}}$ и ${\text{Fe}}_{\text{Py}}/{\text{Fe}}_{\text{HR}}$ (пороговые значения: ${\text{Fe}}_{\text{HR}}/{\text{Fe}}_{\text{T}}>0.38$ — аноксия; при ${\text{Fe}}_{\text{Py}}/{\text{Fe}}_{\text{HR}}>0.7$ — евсиния) — анализы последовательностей Fe-фракций.
- Сероводородные следы: S-изотопы (${\delta }^{34}\mathrm{S}$, ${\Delta }^{33}\mathrm{S}$), XANES/S-XRF для валентности серы.
5) Кислотизация океана и суши (повышенная кислотность)
- Механизм: CO2 + SO2 → понижение pH морской воды → разрушение карбонатных организмов.
- Проверочные критерии и методы:
- Борные изотопы ${\delta }^{11}\mathrm{B}$ в карбонатах и B/Ca как индикаторы pH: снижение ${\delta }^{11}\mathrm{B}$ соответствует падению pH — измерение MC–ICP–MS.
- Диссольвированные/разрушенные карбонатные плато и химические следы растворения на платформах; уменьшение карбонатного осадконакопления.
- Синхронность с ${\delta }^{13}\mathrm{C}$-экскурсией и вулканической активностью.
6) Биологические и наземные факторы: лесные пожары, эрозия, потеря местообитаний
- Механизм: увеличение пожаров (SO2, климат), гибель лесов → эрозия, подача питательных веществ в океан → эвтрофикация → аноксия.
- Проверочные критерии и методы:
- Увеличение количества сажи/чаркоала и PAH (полярные ароматические углеводороды) — органическая геохимия (GC–MS).
- Палеопалинология: дефекты спор/пыльцы (UV-B повреждения), изменение флоры; палеопочвенные прокси (карбонаты почв, оксиды) для оценки эрозии и кислотности.
7) Оценка скорости и амплитуды катастрофы (темп вымирания)
- Механизм/важность: быстрое (<$10^4$–$10^5$ yrs) vs постепенное вымирание имеют разные причины.
- Проверочные критерии и методы:
- Высокомощные стратиграфические серии с U–Pb датами для пиковых горизонтов: позволяет оценить длительность событий до $\sim 10^4$ лет.
- Биостратиграфия + тонкая хронология (циклические горизонты, газовые включения) для реконструкции темпа.
Рекомендуемые современные аналитические подходы (инструменты)
- Высокоточное датирование: U–Pb (CA–ID–TIMS), Ar–Ar.
- Изотопная геохимия: MC–ICP–MS для Os, Mo, Sr; IRMS/GC–IRMS для ${\delta }^{13}\mathrm{C}$, ${\delta }^{15}\mathrm{N}$, ${\delta }^{18}\mathrm{O}$.
- Металлы и следовые элементы: ICP–MS, LA–ICP–MS (пространственная градация).
- Биомаркеры: GC–MS, GC×GC, LC–MS, CSIA для конкретных липидов.
- Минеральная и фазовая аналитика: Mössbauer, XRD, S-XANES, µXRF для локального состава.
- Петрофизика/микроанализ: SEM, TEM, NanoSIMS, SIMS (изотопы в микроструктурах).
- Палеобиологические методы: палинология (микрофоссилии, споры), морфологический анализ повреждений (UV-B).
- Моделирование: GCM + океан/биогеохимические модели для проверки масштабов потепления, O2 раз-х, циклов C и S.
Ключевые сочетания прогнозов (как связать сигналы)
- LIP → Hg и Os мантийного сигнала + пирокластика/пепел + CO2-рост → глобальная отрицательная ${\delta }^{13}\mathrm{C}$ и падение pH (${\delta }^{11}\mathrm{B}$).
- Быстрый CH4-выброс → экстраострое отрицательное ${\delta }^{13}\mathrm{C}$ в карбонатах и биомаркерах + соответствующая модельная скорость изменения.
- Аноксия/евсиния → Mo, V, U обогащение + биомаркеры зеленых серобактерий + Fe-специация выше порогов.
- Кислотизация и эрозия → потеря карбонатов, увеличение глинистых/пелитовых отложений, палеопочвенные индикаторы и чередование PAH/золы.
Короткое заключение по методике: для надёжного установления причин необходима синхронизация высокоточных дат, многопрокси-геохимия (C, B, S, Os, Hg, Mo, U), биомаркеры и климато-биогеохимическое моделирование; одиночный прокси даёт неоднозначность из-за диagenetic и локальных эффектов.