En studie av en forskare vid Syracuse University College of Arts and Sciences ger nya ledtrådar till vad som kan ha utlöst världens mest katastrofala utrotning, för nästan 252 miljoner år sedan.

James Muirhead, en forskarassistent vid institutionen för geovetenskaper, är medförfattare till en artikel i Naturkommunikation (Macmillan Publishers Limited, 2017) med titeln "Initial Pulse of Siberian Traps Sills as the Trigger of the End-Permian Mass Extinction."

Hans forskning involverar Seth Burgess, artikelns huvudförfattare och en geolog vid U.S. Geological Survey, och Samuel Bowring, Robert R. Shock professor i geologi vid Massachusetts Institute of Technology.

Deras fynd tyder på att bildandet av inträngande magmatisk bergart, känd som trösklar, utlöste en kedja av händelser som förde den permiska geologiska perioden till slutet. I processen, mer än 95 procent av marina arter och 70 procent av landarter försvann.

"Det har varit fem stora massutrotningar, sedan livet uppstod på jorden för mer än 600 miljoner år sedan, säger Burgess, som arbetar i sambandet mellan vulkaniska och tektoniska processer. "De flesta av dessa händelser har fått skulden, vid olika tidpunkter, på vulkanutbrott och asteroider. Genom att ompröva tidpunkten och sambandet mellan magmatism [magmas rörelse], klimatförändringar och utrotning, vi har skapat en modell som förklarar vad som utlöste massutrotningen i slutet av Perm."

Centralt i deras studie är en stor magmatisk provins (LIP) i Ryssland som kallas Siberian Traps. Spänner över 500, 000 kvadratkilometer, denna steniga utpost var platsen för nästan en miljon år av episk vulkanisk aktivitet. Bred, platta vulkaner skingrade troligen betydande volymer lava, aska och gas, medan du trycker på svaveldioxid, koldioxid och metan till farliga nivåer i miljön.

Men det är bara en del av historien.

"Tills nyligen, den relativa tidpunkten och varaktigheten av massutdöende och LIP-vulkanism fördunklades av åldersoprecision, " säger Muirhead. "Vår modell är baserad på nya, högupplösta åldersdata som tyder på att ytlavaflöden bröt ut för tidigt för att driva massutrotning. Istället, det fanns ett underintervall av magmatism – ett kortare, viss del av LIP - som utlöste en kaskad av händelser som orsakade massutrotning."

Utlösaren? Extrem värme som avges under bildandet av trösklar.

"Värme från trösklar exponerad outnyttjad, gasrika sediment för kontaktmetamorfism [processen där stenmineraler och struktur förändras genom exponering för värme och tryck], på så sätt frigör de enorma växthusgasvolymer som behövs för att driva utrotning, " säger Muirhead. "Vår modell länkar början av utrotning med den initiala pulsen av tröskelplacering. Det representerar en kritisk tidpunkt i livets utveckling på jorden."

Det finns två sätt som magma bildar magmatisk bergart. Ett sätt är extrudering, där magma bryter ut genom vulkaniska kratrar och sprickor i jordens yta; den andra är intrång, varvid magma tvingar sig mellan eller genom befintliga bergformationer, utan att nå ytan. Vanliga typer av intrång är trösklar, vallar och badoliter.

Trösklar i Sibiriens Tunguska-bassäng, där Muirheads team utför det mesta av sin forskning, troligen trängde sig igenom kalksten, kol, klastiska bergarter och avdunstar. Blandningen av varmt, smält sten och kolvätehaltiga kol tros ha skapat scenen för massiva utsläpp av växthusgaser och globala klimatförändringar.

"Sedimentsammansättning och mängden kolväten [petroleum och naturgas] som finns tillgängliga i dessa sediment hjälper oss att förstå huruvida en LIP kan utlösa en massutrotning eller inte, säger Burgess, tillägger att hans teams modell kan gälla andra utrotningshändelser som sammanfaller med LIP. "Massutrotning kan ta 10, 000 år eller mindre – ett ögonblick, med geologiska standarder - men dess effekter på livets evolutionära bana är fortfarande observerbara idag."