Vulkanudbrud forårsagede engang masseudryddelser i havene - kunne klimaændringer gøre det samme?

Alle dyr, om de bor på land eller i vandet, kræver ilt for at trække vejret. Men i dag mister verdenshavene ilt, på grund af en kombination af stigende temperaturer og skiftende havstrømme. Begge faktorer er drevet af menneskeskabte klimaændringer.

Denne proces har potentiale til at forstyrre marine fødekæder. Vi ved allerede, at store hypoksiske, eller lavt iltindhold, zoner kan være dødelige. Hvis hypoxi udvider sig i både størrelse og varighed, det er muligt at forårsage udbredt udryddelse af livet i havet, som er sket tidligere i Jordens historie.

Vi undersøger naturlige, gamle ændringer i havets iltning og de biologiske effekter som en måde at forstå den naturlige reaktion på potentielle fremtidige klimascenarier. I en nylig undersøgelse, vi undersøgte sammenhængen mellem en større vulkansk begivenhed, der fandt sted for millioner af år siden, og ændringer i havets iltniveau. Ligesom menneskelige aktiviteter i dag, denne begivenhed frigav enorme mængder kuldioxid og andre drivhusgasser i atmosfæren.

Vi fandt ud af, at denne episode så ud til at udløse betydelige ilttab i verdenshavet, som varede over en million år. Vores forskning bidrager til voksende beviser for, at indholdet af ilt i havet er dramatisk påvirket af opvarmende temperaturer og andre klimarelaterede tilbagekoblinger forårsaget af frigivelse af drivhusgasser.

Er vores have ved at kvæles?

Forskere er bredt enige om, at menneskelige aktiviteter - hovedsageligt forbrænding af fossile brændstoffer, skovrydning og landbrugspraksis - frigiver kuldioxid og metan til atmosfæren med hidtil usete hastigheder. I de sidste mange årtier, forskning i klimaforandringer har fokuseret på global opvarmning, havniveaustigning og havforsuring. Nu, tab af havilt begynder at få opmærksomhed.

Verdenshavene har mistet mere end 2 procent af deres opløste iltreservoir i løbet af de sidste fem årtier. Mange steder gør lokale faktorer såsom næringsstofforurening problemet værre. I amerikanske farvande, store hypoxiske zoner dannes regelmæssigt i den Mexicanske Golf, de store søer og langs Stillehavskysten. Andre kystnære farvande er tilsvarende påvirket rundt om i verden.

Hypoxi kan ødelægge fiskefangster. For eksempel, et stort fiskedrab i Filippinerne i 2002 var direkte forbundet med faldende iltniveauer i vandet. En lignende begivenhed fandt sted i Redondo Beach, Californien i 2011, da hypoxiske forhold over flere dage decimerede den lokale fiskebestand. Ultimativt, disse hændelser har betydelig indvirkning på mennesker, da 40 procent af verdens befolkning bor inden for omkring 60 miles fra havet. Millioner af mennesker er afhængige af fisk for at få mad, indkomst eller begge dele.

Forbinder gammelt ilttab til en marin masseudryddelse

Tidligere vulkanudbrud er sandsynligvis vores eneste gamle analoger til moderne frigivelse af drivhusgasser fra menneskelige aktiviteter. For at forstå, hvordan disse begivenheder påvirkede havene, vi henvendte os til gamle marine klipper, der kan registrere forholdet mellem kuldioxidudslip fra vulkaner, marine iltniveauer og udryddelseshændelser.

En sådan begivenhed, som fandt sted for 183 millioner år siden under den tidlige jura, kaldes Toarcian Oceanic Anoxic Event. Det er kendt for stor vulkanisme og den syvendestørste masseudryddelse i Jordens historie, som overvejende fandt sted i havene. Vulkanismen, der opstod, var meget større i skala end alle moderne vulkaner, og ville have frigivet enorme mængder drivhusgasser til atmosfæren, opvarmer planeten dramatisk.

Vi anvendte et nyt og nyt værktøj – thalliumisotoper – til at bestemme timingen og mængden af ​​ilttab fra havene under denne begivenhed. Thallium er en blød, sølvfarvet metal, der findes i forskellige malme, inklusive kugler af mangan på havbunden. Isotoper er atomer af det samme grundstof, der har små masseforskelle, fordi de indeholder varierende antal neutroner.

Der dannes talrige mineraler i havet, ofte gennem reaktioner, der involverer ilt. Men mængden af ​​fri ilt i havvand er ikke konstant i det moderne hav, og har også varieret i tid. Når der er rigeligt med ilt i havet, manganoxider aflejres på havbunden, og thallium – især dets tungere isotoper – holder sig til dem. Ved at analysere gamle marine sedimenter og se efter ændringer i thalliums isotopværdi, vi antog, at vi kunne spore det progressive tab af havilt.

At gøre dette, vi indsamlede specifikke mørkfarvede sedimentære bjergarter fra denne tidsperiode på steder i Canada og Tyskland, som repræsenterede to forskellige gamle oceaner. Vi opløste derefter hvert lag af sten for at danne en væske, og isolerede og oprensede thallium i hver prøve.

Vi fandt ud af, at thalliumisotoper skiftede i to trin under denne begivenhed. Først blev oceanerne mindre iltede under begyndelsen af ​​massiv vulkanisme, 183,8 millioner år siden til 183,1 millioner år siden. Så mistede havene endnu mere ilt, falder sammen med vulkanismens mest intense fase, som fandt sted for 183,1 millioner år siden til 182,6 millioner år siden.

Dette arbejde viser for første gang, at det globale hav mistede ilt tilfældigt med vulkanismens begyndelse. Vigtigt, dette skete ved begyndelsen af ​​en kendt udryddelse kaldet Pliensbachian-Toarcian masseudryddelse. Med andre ord, de første tegn på udryddelsen i fossiloptegnelsen falder sammen med ilttab i havene.

Vi tror nu, at denne tilstand af iltfattige marine forhold varede i over en million år og over to udryddelsesimpulser. Den anden fase af deoxygenering var mere ekspansiv, dermed forårsage en større udryddelse. Det skete, selvom atmosfæren indeholdt nok ilt til at understøtte liv, meget som i dag. Desuden, varigheden af ​​iltfattige forhold lignede en anden begivenhed, der fandt sted for 94 millioner år siden med biologiske konsekvenser.

En tærskel for global opvarmning?

Det mellemstatslige panel om klimaændringer udgav for nylig en særlig rapport om global opvarmning på 1,5°C, som opfordrede til øjeblikkelig handling for at begrænse klimaændringer til niveauer, der vil minimere miljø- og økosystemstress. Forskere er i store træk enige om, at det betyder, at man forhindrer de globale gennemsnitstemperaturer i at stige mere end 1,5 grader Celsius over det præindustrielle niveau.

Rapporten bemærker, at hvis temperaturen stiger med 2°C i stedet for 1,5°C, der vil ske væsentligt mere ilttab i havene. Dette gør det vigtigt at fortsætte med at studere ældgamle virkninger af ilttab på udryddelsesregistret, så forskerne bedre kan forudsige fremtidige klimascenarier. Det er også vigtigt at identificere områder, der vil blive mest påvirket af havets ilttab og begrænse de miljømæssige virkninger, der vil opstå, når vores planet fortsætter med at varme.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.