Geovidenskabsmænd finder nyt nedfald fra kollisionen, der ændrede verden

Da landmassen, der nu er det indiske subkontinent, ramte Asien for omkring 50 millioner år siden, kollisionen ændrede konfigurationen af ​​kontinenterne, landskabet, globalt klima og meget mere. Nu har et hold af Princeton University-forskere identificeret endnu en effekt:ilten i verdenshavene steg, at ændre livsvilkårene.

"Disse resultater adskiller sig fra noget, folk tidligere har set, sagde Emma Kast, en kandidatstuderende i geovidenskab og hovedforfatteren på et papir, der udkommer i Science den 26. april. "Størrelsen af ​​den rekonstruerede forandring overraskede os."

Kast brugte mikroskopiske muslingeskaller til at skabe en registrering af havkvælstof over en periode fra 70 millioner år siden – kort før dinosaurernes udryddelse – indtil for 30 millioner år siden. Denne rekord er et enormt bidrag til området for globale klimastudier, sagde John Higgins, en lektor i geovidenskab ved Princeton og en medforfatter på papiret.

"I vores felt, der er optegnelser, som du ser på som grundlæggende, der skal forklares ved enhver form for hypotese, der ønsker at lave biogeokemiske forbindelser, " sagde Higgins. "De er få og langt imellem, dels fordi det er meget svært at oprette poster, der går langt tilbage i tiden. Halvtreds millioner år gamle sten opgiver ikke villigt deres hemmeligheder. Jeg vil helt sikkert betragte Emmas rekord som en af ​​de grundlæggende rekorder. Fra nu af, mennesker, der ønsker at engagere sig i, hvordan Jorden har ændret sig i løbet af de sidste 70 millioner år, bliver nødt til at engagere sig i Emmas data."

Ud over at være den mest udbredte gas i atmosfæren, nitrogen er nøglen til alt liv på jorden. "Jeg studerer nitrogen, så jeg kan studere det globale miljø, sagde Daniel Sigman, Princetons Dusenbury-professor i geologiske og geofysiske videnskaber og seniorforfatteren på papiret. Sigman indledte dette projekt med Higgins og den daværende Princeton postdoc-forsker Daniel Stolper, som nu er assisterende professor i jord- og planetvidenskab ved University of California-Berkeley.

Enhver organisme på Jorden kræver "fast" nitrogen - nogle gange kaldet "biologisk tilgængeligt nitrogen." Nitrogen udgør 78% af vores planets atmosfære, men få organismer kan "fikse" det ved at omdanne gassen til en biologisk nyttig form. I havene, cyanobakterier i overfladevand binder nitrogen til alt andet havliv. Når cyanobakterierne og andre væsner dør og synker nedad, de nedbrydes.

Nitrogen har to stabile isotoper, ¹⁵ N og ¹⁴ N. I iltfattigt vand, nedbrydning bruger "fast" nitrogen. Dette sker med en lille præference for den lettere nitrogenisotop, ¹⁴ N, så havets ¹⁵ N-til- ¹⁴ N -forhold afspejler dets iltindhold.

Dette forhold er indarbejdet i små havdyr kaldet foraminifera i løbet af deres liv, og derefter bevaret i deres skaller, når de dør. Ved at analysere deres fossiler - indsamlet af Ocean Drilling Program fra Nordatlanten, det nordlige Stillehav, og det sydlige Atlanterhav - Kast og hendes kolleger var i stand til at rekonstruere ¹⁵ N-til- ¹⁴ N-forholdet mellem det gamle hav, og derfor identificere tidligere ændringer i iltniveauer.

Ilt styrer distributionen af ​​marine organismer, med iltfattigt vand, der er dårligt for det meste havliv. Mange tidligere klimaopvarmningsbegivenheder forårsagede fald i havets ilt, der begrænsede levestederne for havdyr, fra mikroskopisk plankton til fiskene og hvalerne, der lever af dem. Forskere, der forsøger at forudsige virkningen af ​​den nuværende og fremtidige globale opvarmning, har advaret om, at lave niveauer af havilt kan ødelægge marine økosystemer, herunder vigtige fiskebestande.

Da forskerne samlede deres hidtil usete geologiske rekord af havnitrogen, de fandt ud af, at i 10 millioner år efter at dinosaurerne uddøde, 15N-til-14N-forholdet var højt, tyder på, at havets iltniveauer var lave. De troede først, at datidens varme klima var ansvarligt, da ilt er mindre opløseligt i varmere vand. Men timingen fortalte en anden historie:ændringen til højere havilt skete for omkring 55 millioner år siden, i en tid med konstant varmt klima.

"I modsætning til vores første forventninger, det globale klima var ikke den primære årsag til denne ændring i havets ilt- og nitrogenkredsløb, " sagde Kast. Den mere sandsynlige synder? Pladetektonik. Indiens kollision med Asien - kaldet "kollisionen, der ændrede verden" af den legendariske geovidenskabsmand Wally Broecker, en grundlægger af moderne klimaforskning - lukket for et gammelt hav kaldet Tethys, forstyrre kontinentalsoklerne og deres forbindelser med det åbne hav.

"I løbet af millioner af år, tektoniske ændringer har potentiale til at have massive virkninger på havcirkulationen, " sagde Sigman. Men det betyder ikke, at klimaændringer kan udelukkes, han tilføjede. "På tidsskalaer fra år til årtusinder, klimaet har overhånden."

"Nitrogen isotop bevis for udvidet hav suboxia i den tidlige cenozoikum, " af Emma R. Kast, Daniel A. Stolper, Alexandra Auderset, John A. Higgins, Haojia Ren, Xingchen T. Wang, Alfredo Martínez-García, Gerald H. Haug og Daniel M. Sigman, vises i 26. april-udgaven af Videnskab og blev frigivet online den 25. april.