Fossile alger afslører 500 millioner års klimaændringer

Jordforskere er i stand til at rejse langt tilbage i tiden for at rekonstruere den geologiske fortid og palæoklima for at komme med bedre forudsigelser om fremtidige klimaforhold. Ved hjælp af det organiske molekyle phytan, et restprodukt af klorofyl, Det lykkedes forskere ved det nederlandske institut for havforskning (NIOZ) og Utrecht University at udvikle en ny indikator (proxy) for gammelt CO ₂ niveauer. Denne nye organiske proxy giver ikke kun den mest kontinuerlige registrering af CO ₂ koncentrationer nogensinde, den dækker også en rekordstor halv milliard år. Dataene bekræfter ideen, der stiger i CO ₂ niveauer, der plejede at tage millioner af år, sker nu om et århundrede. Disse resultater er offentliggjort i Videnskabens fremskridt den 28. november.

Som CO ₂ stiger i dag, det er vigtigt at forstå, hvilken effekt disse ændringer vil have. For bedre at forudsige fremtiden, vi skal forstå langsigtede ændringer i CO ₂ over geologisk historie. Direkte målinger af tidligere CO ₂ er ledig, for eksempel, bobler i iskerner indeholdende ældgamle gasser. Imidlertid, iskerner har et begrænset tidsrum på 1 million år. For at gå længere tilbage i tiden, jordforskere har udviklet forskellige indirekte målinger af CO ₂ fra fuldmagter f.eks. fra alger, blade, ældgammel jord og kemikalier lagret i ældgamle sedimenter for at rekonstruere tidligere miljøforhold.

Phytane, en ny måde at rejse i tiden på

En ny proxy, ved at bruge et nedbrydningsprodukt af klorofyl, giver geokemikere mulighed for at udlede en kontinuerlig registrering af historisk CO ₂ niveauer i dyb tid. Forskere ved NIOZ har for nylig udviklet phytan som en lovende ny organisk proxy, der afdækker en halv milliard år af CO ₂ niveauer i havene, fra Kambrium til nyere tid.

Ved at bruge den nye proxy, de var i stand til at lave den mest kontinuerlige registrering af ældgamle kuldioxidniveauer nogensinde. "Vi udviklede og validerede en ny måde at rejse på i tid - ved at gå længere tilbage i tiden og til flere steder, " siger NIOZ-videnskabsmand Caitlyn Witkowski. "Med phytan, vi har nu den længste CO ₂ -optag med en enkelt marine proxy. Disse nye data er uvurderlige for modelbyggere, som nu mere præcist kan lave forudsigelser om fremtiden."

Witkowski og kolleger udvalgte mere end 300 prøver af marine sedimenter fra dybe havkerner og olier fra hele kloden, afspejler størstedelen af ​​geologiske perioder i de sidste 500 millioner år.

Fossile molekyler

Tidligere kemiske reaktioner kan 'opbevares' i fossile molekyler, og så kan de afspejle forskellige gamle miljøforhold. Geokemikere kan udlede disse forhold, såsom havvandstemperatur, pH, saltholdighed og CO ₂ niveauer. Organisk stof, såsom phytan, afspejler CO-trykket ₂ i havvand eller atmosfæren (pCO ₂ ).

Selvom alt organisk stof har potentialet til at afspejle CO ₂ , phytan er speciel. Phytan er det pigment, der er ansvarligt for vores grønne verden. Alt der bruger fotosyntese til at absorbere sollys, inklusive planter, alger og nogle arter af bakterier har klorofyl, hvoraf phytan er en bestanddel. Planter og alger optager CO ₂ og producere ilt.

Fordi klorofyl findes over hele verden, phytan er også overalt, og er en vigtig bestanddel af henfalden og fossiliseret biomasse. "Phytan ændrer sig ikke kemisk i løbet af tiden, selvom den er millioner af år gammel, " siger Witkowski.

Kulstofisotopfraktionering

CO ₂ fortiden estimeres ud fra organisk stof, såsom phytan, gennem fænomenet kulstofisotopfraktionering under fotosyntesen. Ved optagelse af CO ₂ , planter og alger foretrækker den lette kulstofisotop (12C) frem for den tunge kulstofisotop (13C). De bruger kun den tunge kulstofisotop, når CO ₂ niveauer i det omgivende vand eller atmosfære er lave. Forholdet mellem disse to isotoper afspejler derfor niveauet af kuldioxid i miljøet i vækstøjeblikket.

Dette forklarer også, hvorfor Witkowski ikke brugte landplanter som kilde til sin forskning, udelukkende ved hjælp af phytan fra (fossiliserede) marine kilder. Planteverdenen er opdelt i såkaldte C3- og C4-planter, hver med deres eget unikke forhold mellem let-til-tungt kulstof. Planteplankton har alle meget ens forhold i forhold til deres plantemodstykker. Witkowski:"Ved kun at vælge marine kilder, vi kunne begrænse usikkerheden for phytankilden i datasættet."

"I vores data, vi ser høje niveauer af kuldioxid, når 1000 ppm i modsætning til dagens 410 ppm. I denne henseende, nutidens niveauer er ikke unikke, men hastigheden af ​​disse ændringer er aldrig set før. Ændringer, der typisk tager millioner af år, sker nu om et århundrede. Denne yderligere CO ₂ -data kan hjælpe os med at forstå fremtiden for vores planet." I fremtidig forskning, phytan kan bruges til at gå endnu længere tilbage i tiden end Phanerozoic, den tidligste fundet i to milliarder år gamle prøver.