End-Permian udryddelse, som udslettede de fleste af jordens arter, var øjeblikkelig i geologisk tid

Den mest alvorlige masseudryddelse i Jordens historie fandt sted med næsten ingen tidlige advarselstegn, ifølge en ny undersøgelse foretaget af forskere ved MIT, Kina, og andre steder.

Den ende-permiske masseudryddelse, som fandt sted for 251,9 millioner år siden, dræbte mere end 96 procent af planetens marine arter og 70 procent af dens jordiske liv – en global udslettelse, der markerede afslutningen på den permiske periode.

Den nye undersøgelse, offentliggjort i dag i GSA Bulletin , rapporterer, at i de omkring 30, 000 år op til den ende-permiske udryddelse, der er ingen geologiske beviser for, at arter begynder at dø ud. Forskerne fandt heller ingen tegn på store udsving i havtemperaturen eller dramatiske strømninger af kuldioxid i atmosfæren. Da hav- og landarter døde ud, de gjorde det i massevis, over en periode, der var geologisk øjeblikkelig.

"Vi kan med sikkerhed sige, at der ikke var nogen første udryddelsesimpulser, der kom ind, " siger studie medforfatter Jahandar Ramezani, en forsker i MIT's Department of Earth, Atmosfærisk, og Planetvidenskab. "Et levende marint økosystem fortsatte indtil slutningen af ​​Perm, og så knald – livet forsvinder. Og det store resultat af dette papir er, at vi ikke ser tidlige advarselssignaler om udryddelsen. Alt skete geologisk meget hurtigt."

Ramezanis medforfattere inkluderer Samuel Bowring, professor i geologi ved MIT, sammen med videnskabsmænd fra det kinesiske videnskabsakademi, Statens Naturhistoriske Museum, og University of Calgary.

At finde manglende brikker

I mere end to årtier, videnskabsmænd har forsøgt at fastlægge tidspunktet og varigheden af ​​den endelige Permiske masseudryddelse for at få indsigt i dens mulige årsager. Mest opmærksomhed har været viet til velbevarede lag af fossilrige sten i det østlige Kina, på et sted kendt af geologer som Meishan-sektionen. Forskere har fastslået, at denne del af sedimentære bjergarter blev aflejret i et gammelt havbassin, lige før og lidt efter den ende-permiske udryddelse. Som sådan, Meishan-sektionen menes at bevare tegn på, hvordan Jordens liv og klima klarede sig op til den katastrofale begivenhed.

"Imidlertid, Meishan-sektionen blev aflejret i dybt vand og er stærkt kondenseret, " siger Shuzhong Shen fra Nanjing Institut for Geologi og Palæontologi i Kina, der ledede undersøgelsen. "Rockpladen kan være ufuldstændig." Hele udryddelsesintervallet ved Meishan omfatter kun 30 centimeter gamle sedimentære lag, og han siger, at det er sandsynligt, at der var perioder i dette særlige havmiljø, hvor sedimenter ikke satte sig, skabe "depositionsspalter", hvor der muligvis ikke er blevet registreret tegn på liv eller miljøforhold.

I 1994, Shen tog Bowring, sammen med palæobiolog Doug Erwin, nu kurator for palæozoiske hvirvelløse dyr på Statens Naturhistoriske Museum og medforfatter af papiret, leder efter en mere komplet udryddelsesrekord i Penglaitan, en meget mindre undersøgt klippedel i det sydlige Kinas Guangxi-provins. Penglaitan-sektionen er, hvad geologer betragter som "stærkt udvidet." Sammenlignet med Meishans 30 centimeter af sedimenter, Penglaitans sedimentære lag udgør en meget mere udvidet 27 meter, der blev aflejret i samme tidsrum, lige før den vigtigste udryddelse fandt sted.

"Det er fra en anden del af det gamle havbassin, der var tættere på kontinentet, hvor du kan finde koralrev og meget mere sedimentation og biologisk aktivitet, " siger Ramezani. "Så vi kan se meget mere, som i hvad der sker i miljøet og med livet, i samme tidsrum."

Forskerne indsamlede og analyserede møjsommeligt prøver fra flere lag af Penglaitan-sektionen, inklusive prøver fra askebunde, der blev aflejret af vulkansk aktivitet, der fandt sted, da nærliggende havbund blev knust langsomt under kontinental skorpe. Disse askebede indeholder zirkoner - bittesmå mineralkorn, der indeholder uran og bly, de forhold, som forskere kan måle for at bestemme zirkonens alder, og askebedet, hvorfra det kom.

Ramezani og hans kolleger brugte denne geokronologiske teknik, udviklet i vid udstrækning af Bowring, at bestemme med høj præcision alderen af ​​flere askelag i hele Penglaitan-sektionen. Ud fra deres analyse, de var i stand til at fastslå, at den ende-permiske udryddelse skete pludseligt, for omkring 252 millioner år siden, giv eller tag 31, 000 år.

"Et pludseligt slag"

Holdet analyserede også sedimentære lag for fossiler, samt ilt- og kulstofisotoper, som kan fortælle noget om havets temperatur og tilstanden af ​​dets kulstofkredsløb på det tidspunkt, hvor sedimenterne blev aflejret. Fra fossiloptegnelsen, de forventede at se bølger af arter uddø i optakten til den endelige udryddelseshorisont. Tilsvarende de forventede store ændringer i havets temperatur og kemi, det ville signalere den forestående katastrofe.

"Vi troede, at vi ville se et gradvist fald i mangfoldigheden af ​​livsformer eller, for eksempel, visse arter, der vides at være mindre modstandsdygtige end andre, vi forventer, at de dør ud tidligt, men det ser vi ikke " siger Ramezani. "Forsvindinger er meget tilfældige og stemmer ikke overens med nogen form for fysiologisk proces eller miljøeffekt. Det får os til at tro, at de ændringer, vi ser før begivenhedshorisonten, ikke rigtig afspejler udryddelse."

For eksempel, forskerne fandt tegn på, at havets temperatur steg fra 30 til 35 grader celsius fra bunden til toppen af ​​27-meter-intervallet - en periode, der omfatter omkring 30, 000 år før den vigtigste udryddelse. Dette temperatursving, imidlertid, er ikke særlig signifikant sammenlignet med en meget større opvarmning, der fandt sted efter at de fleste arter allerede var uddøde.

"Store ændringer i temperaturen kommer lige efter udryddelsen, når havet bliver rigtig varmt og ubehageligt, " siger Ramezani. "Så vi kan udelukke, at havtemperaturen var en årsag til udryddelsen."

Så hvad kunne have forårsaget den pludselige, global wipeout? Den ledende hypotese er, at den ende-permiske udryddelse blev forårsaget af massive vulkanudbrud, der spyede mere end 4 millioner kubikkilometer lava ud over det, der nu er kendt som de sibiriske fælder, i Sibirien, Rusland. Sådanne enorme og vedvarende udbrud frigav sandsynligvis enorme mængder svovldioxid og kuldioxid i luften, opvarme atmosfæren og forsuring af havene.

Forudgående arbejde af Bowring og hans tidligere kandidatstuderende Seth Burgess fastslog, at tidspunktet for Siberian Traps-udbruddene matcher tidspunktet for slut-Perm-udryddelsen. Men ifølge holdets nye data fra Penglaitan-sektionen, selvom øget global vulkansk aktivitet dominerede de sidste 400, 000 år med Perm, det ser ikke ud til, at der var nogen dramatisk uddød af marine arter eller nogen væsentlige ændringer i havets temperatur og atmosfærisk kulstof i de 30, 000 år op til hovedudryddelsen.

"Vi kan sige, at der var omfattende vulkansk aktivitet før og efter udryddelsen, hvilket kunne have forårsaget en vis miljøbelastning og økologisk ustabilitet. Men det globale økologiske sammenbrud kom med et pludseligt slag, og vi kan ikke se dens rygende pistol i sedimenterne, der registrerer udryddelse, " siger Ramezani. "Nøglen i dette papir er udryddelsens brathed. Enhver hypotese, der siger, at udryddelsen var forårsaget af gradvise miljøændringer under den sene Perm - alle de langsomme processer, vi kan udelukke. Det ser ud som om et pludseligt slag kommer ind, og vi forsøger stadig at finde ud af, hvad det betød, og hvad der præcist forårsagede det."

"Denne undersøgelse føjer meget til det voksende bevis på, at Jordens store udryddelsesbegivenheder finder sted på meget korte tidsskalaer, geologisk set, " siger Jonathan Payne, professor i geologiske videnskaber og biologi ved Stanford University, som ikke var involveret i undersøgelsen. "Det er endda muligt, at hovedpulsen for Perm-udryddelse fandt sted på blot et par århundreder. Hvis det viser sig at afspejle et miljømæssigt vendepunkt inden for et længere interval af igangværende miljøændringer, Det burde gøre os særligt bekymrede over potentielle paralleller til globale forandringer, der sker i verden omkring os lige nu."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.