Vulkanudbrud udløste direkte havforsuring under Tidlig Kridt

For omkring 120 millioner år siden, jorden oplevede en ekstrem miljøforstyrrelse, der kvalte ilt fra dens oceaner.

Kendt som oceanisk anoxisk hændelse (OAE) 1a, det iltfattige vand førte til en mindre – men betydelig – masseudryddelse, der påvirkede hele kloden. I denne alder i den tidlige kridtperiode, en hel familie af havlevende nannoplankton stort set forsvandt.

Ved at måle mængden af ​​calcium og strontium isotoper i nannoplankton fossiler, Forskere i den nordvestlige jord har konkluderet, at udbruddet af Ontong Java Plateau store magmatiske provins (LIP) direkte udløste OAE1a. Omtrent på størrelse med Alaska, Ontong Java LIP brød ud i syv millioner år, gør det til en af ​​de største kendte LIP-begivenheder nogensinde. I løbet af denne tid, det spyede tonsvis af kuldioxid (CO ₂ ) ud i atmosfæren, skubbede Jorden ind i en drivhusperiode, der forsurede havvand og kvælede havene.

"Vi går tilbage i tiden for at studere drivhusperioder, fordi Jorden er på vej mod en anden drivhusperiode nu, " sagde Jiuyuan Wang, en Northwestern Ph.D. studerende og førsteforfatter til undersøgelsen. "Den eneste måde at se ind i fremtiden er at forstå fortiden."

Undersøgelsen blev offentliggjort online i sidste uge (16. december) i tidsskriftet Geologi . Det er den første undersøgelse, der anvender stabile strontiumisotopmålinger til studiet af ældgamle havanoksiske hændelser.

Andrew Jacobson, Bradley Sageman og Matthew Hurtgen - alle professorer i jord- og planetvidenskab ved Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences - var medforfatter til papiret. Wang rådgives af alle tre professorer.

Ledtråde inde i kerner

Nannoplanktonskaller og mange andre marine organismer bygger deres skaller af calciumcarbonat, som er det samme mineral som findes i kridt, kalksten og nogle antacida tabletter. Når atmosfærisk CO ₂ opløses i havvand, det danner en svag syre, der kan hæmme dannelsen af ​​calciumcarbonat og kan endda opløse allerede eksisterende carbonat.

At studere jordens klima under den tidlige kridttid, Northwestern-forskerne undersøgte en 1, 600 meter lang sedimentkerne taget fra midten af ​​Stillehavsbjergene. Karbonaterne i kernen dannet i lavt vand, tropisk miljø for cirka 127 til 100 millioner år siden og findes i øjeblikket i det dybe hav.

"Når man tænker på Jordens kulstofkredsløb, karbonat er et af de største reservoirer for kulstof, Sageman sagde. "Når havet forsures, det smelter dybest set karbonatet. Vi kan se denne proces påvirke biomineraliseringsprocessen af ​​organismer, der bruger karbonat til at bygge deres skaller og skeletter lige nu, og det er en konsekvens af den observerede stigning i atmosfærisk CO ₂ på grund af menneskelige aktiviteter."

Strontium som bekræftende bevis

Adskillige tidligere undersøgelser har analyseret calciumisotopsammensætningen af ​​marine carbonat fra den geologiske fortid. Data kan fortolkes på mange forskellige måder, imidlertid, og calciumcarbonat kan ændre sig over tid, slørende signaler erhvervet under dets dannelse. I dette studie, Northwestern-forskerne analyserede også stabile isotoper af strontium - et sporstof, der findes i karbonatfossiler - for at få et mere fuldstændigt billede.

"Calciumisotopdata kan fortolkes på en række forskellige måder, " sagde Jacobson. "Vores undersøgelse udnytter observationer af, at calcium- og strontiumisotoper opfører sig ens under dannelse af calciumcarbonat, men ikke under ændring, der sker ved begravelse. I dette studie, calcium-strontium isotopen 'multi-proxy' giver stærke beviser for, at signalerne er 'primære' og relaterer til havvandets kemi under OAE1a."

"Stabile strontiumisotoper er mindre tilbøjelige til at gennemgå fysisk eller kemisk ændring over tid, " tilføjede Wang. "Calciumisotoper, på den anden side, kan let ændres under visse forhold."

Holdet analyserede calcium- og strontiumisotoper ved hjælp af højpræcisionsteknikker i Jacobsons rene laboratorium i Northwestern. Metoderne går ud på at opløse carbonatprøver og separere grundstofferne, efterfulgt af analyse med et termisk ioniseringsmassespektrometer.

Forskere har længe haft mistanke om, at LIP-udbrud forårsager havforsuring. "Der er en direkte sammenhæng mellem havforsuring og atmosfærisk CO ₂ niveauer, " sagde Jacobson. "Vores undersøgelse giver nøglebeviser, der forbinder udbruddet af Ontong Java Plateau LIP med havforsuring. Dette er noget folk forventede skulle være tilfældet baseret på spor fra fossiloptegnelsen, men geokemiske data manglede."

Modellering af fremtidig opvarmning

Ved at forstå, hvordan havene reagerede på ekstrem opvarmning og øget atmosfærisk CO ₂ , forskere kan bedre forstå, hvordan jorden reagerer på strøm, menneskeskabte klimaændringer. Mennesker skubber i øjeblikket jorden ind i et nyt klima, som forsurer havene og sandsynligvis forårsager endnu en masseudryddelse.

"Forskellen mellem tidligere drivhusperioder og den nuværende menneskeskabte opvarmning er i tidsskalaen, Sageman sagde. "Tidligere begivenheder har udspillet sig over titusinder til millioner af år. Vi får det samme niveau af opvarmning (eller mere) til at ske på mindre end 200 år."

"Den bedste måde, vi kan forstå fremtiden på, er gennem computermodellering, " tilføjede Jacobson. "Vi har brug for klimadata fra fortiden for at hjælpe med at forme mere nøjagtige modeller for fremtiden."