Forståelse af nye beviser for virkningen af ​​klimaændringer i den tidlige juraperiode

Geokemisk og biologisk forskning giver akademikere et vindue ind i jordens historie, gør det muligt for dem at sammensætte begivenheder, der fandt sted før registreringerne begyndte. Meget af vores forståelse af tidligere klimaændringer er baseret på geologi, især undersøgelsen af ​​sedimentære bjergarter aflejret i havene.

Papiret, der først anerkendte og definerede Oceanic Anoxic Events (OAE'er), skrevet af Oxford -professor Hugh Jenkyns og en amerikansk kollega, betragtes som et afgørende bidrag til geologisk historie, det førte vejen til adskillige undersøgelser af virkningerne af iltsult i havene.

Opdagelsen af ​​organisk rige sedimenter, ofte beskrevet som sorte skifer, på adskillige dybhavsboresteder i begyndelsen af ​​1970'erne, førte til en bredere anerkendelse af de oceaniske virkninger af klimaændringer. Med visse intervaller under juratiden, enorme anfald af vulkansk aktivitet udløste øgede koncentrationer af atmosfærisk kuldioxid. Dette forårsagede derefter en afsmittende drivhuseffekt, hæve havoverfladetemperaturen og reducere iltniveauet i store dele af havet.

Samtidig havene nydt godt af øgede næringsstofniveauer, og som et resultat blomstrede havalger og bakterier. Da de døde, disse organismer blev bevaret i sedimenter, der blev dannet på havbunden og over tid ændrede sig til kildebjergarter for olie. Det er disse fænomener, der illustrerer årsagerne og virkningerne af OAE'er.

Ny forskning, udgivet i Natur Geovidenskab , har for første gang undersøgt påvirkningen af ​​denne type sedimentaflejring i søer. Undersøgelsen viser, at sømiljøer reagerede på samme måde som klimaforandringer, udvikle de samme anoxiske forhold som i havene.

Anført af efteruddannelsesstuderende Weimu Xu i jordvidenskab, værket giver indblik i, hvordan miljøfaktorer har påvirket sødannelsen gennem tiderne. Weimu og  teamet undersøgte sedimenter fra en af ​​de største søer i Jordens historie – dobbelt så stor som England og tre gange så stor som Lake Superior – den største sø (i overfladeareal) i verden i dag. Denne gamle sø dannedes hurtigt i Sichuan-bassinet, Kina, som et resultat af Toarciens (tidlige jura) klimaændringer, omkring 183 millioner år siden.

Weimu talte med Science Blog om undersøgelsens vigtigste fund, og hvad de kan fortælle os om klimaforandringer i dag.

Hvad er det vigtigste resultat, som du gerne vil have, at folk tager fra denne undersøgelse?

De ekstreme virkninger af tidligere klimaændringer er ikke udelukkende begrænset til havene. Ved at datere søsedimenterne til den tidlige jura (toarciske) periode, vi var i stand til at vise, at store søer blev dannet og blev påvirket på samme måde som oceaner under en OAE.

Efterhånden som klimaet blev varmere, kontinenterne oplevede øget nedbør, skabe søreservoirer, som i det væsentlige virkede som mini-oceaner. Søorganismer blev mere rigelige, at trække enorme mængder kuldioxid ned fra atmosfæren, som til sidst blev aflejret i sedimenter. Over tid, disse sedimenter blev kildesten til olie.

Sømiljøer repræsenterer deres egne unikke udfordringer. Stødte du på noget specifikt?

Den største udfordring for os var at fastslå alderen på sedimenterne fundet i Sichaun-bassinet, og beviser, at de var af samme alder som dem, der blev dannet i oceanerne under Toarcian OAE. Den rigdom af organisk stof, der findes i marine miljøer, gør det ganske let at datere en begivenhed, ved at basere det på et fossils geologiske alder. Men søer har ikke sådanne fossiler, hvilket gør det meget sværere at bestemme alderen på de fundne sedimenter.

En undersøgelse af denne art indebærer en enorm mængde arbejde. Hvordan klarede du en så omfattende virksomhed?

Heldigvis arbejdede jeg med et godt team. Dette arbejde blev ledet af mig selv, co-designet af M. Ruhl, H.C. Jenkyns og S.P. Hesselbo og involverede i alt 11 personer. Projektet er et godt eksempel på kollaborativ forskning.

Vi brugte tre forskellige metoder, hvilket ville være umuligt for en enkelt forsker at mestre. Kollegaer fra University of Durham anvendte radio-isotopisk datering for at fastslå sedimenternes alder, og kolleger fra British Geological Survey undersøgte pollen, sporer og alger bevaret i sedimenterne. Endelig, for at give os endnu flere detaljer for at understøtte sedimenternes alder, sammen med kolleger fra University of Bristol og hos Shell Global Solutions International B.V., vi anvendte stabil kulstofisotop til at analysere sedimenterne, plante- og algerester. Disse forskellige teknikker viste overbevisende, at de fundne sedimenter, var dannet på samme tid som den toarciske OAE.

Vi var heldige at kunne samarbejde med eksperter på disse tre områder, og selvfølgelig vores industrielle partner Shell.

Hvor lang tid tog forskningen at gennemføre?

Undersøgelsen varede fra den første prøveudtagning i november 2013 til færdiggørelsen af ​​dette manuskript i september 2016. Vi var også nødt til at tage tid i betragtning for at få tilladelse til at offentliggøre resultaterne, fra olieselskaberne, der leverer dataene.

Er der nogen langsigtede virkninger forbundet med dine resultater?

Der er klare forbindelser mellem den klimatiske hændelse, der er identificeret i Toarcian og nutidens globale opvarmning. En bedre forståelse af tidligere klimasystemer kan hjælpe med at forudsige miljømæssige og økologiske ændringer i en fremtidig drivhusverden. Mens den sø, vi studerede, eksisterede i den tidlige jura periode, der er søer i dag i Afrikansk og British Columbia for eksempel, som er blevet påvirket af den globale opvarmning. De bliver mere og mere anoksiske, og nogle mister fiskebestandene som følge heraf. Folk fikserer sig på varme, men anoxi går hånd i hånd med varme.

Der er en vis ironi i det faktum, at de forhold, der skabte olie- og gasforekomster for millioner af år siden, bliver genskabt meget hurtigere ved afbrænding af disse fossile brændstoffer.

Hvordan kunne du tænke dig at se dette arbejde brugt i fremtiden?

Vores undersøgelse forbinder sødannelse og sedimentaflejring direkte med Toarcian OAE. Ved at studere andre søsedimenter, der var på det tidspunkt, forskere kunne fastslå, om de også linker til denne begivenhed. For en bedre forståelse af store klimaændringer i andre intervaller af Jordens historie, folk kan også se og se, om der var andre store søreservoirer, der virkede på samme måde.

Det ville også være nyttigt at forstå virkningen, ikke kun af kulstofdeposition, men kulgrav, i tider med store klimaændringer, og hvordan det påvirkede kuldannelsen. Det er noget, jeg meget gerne vil fokusere på næste gang.