Ændringer i havets kemi viser, hvordan havniveauet påvirker det globale kulstofkredsløb

En ny analyse af strontiumisotoper i marine sedimenter har gjort det muligt for forskere at rekonstruere udsving i havets kemi relateret til ændrede klimaforhold over de sidste 35 millioner år.

Resultaterne, udgivet 26. marts i Videnskab , give ny indsigt i det globale kulstofkredsløbs indre funktioner og, i særdeleshed, de processer, hvorved kulstof fjernes fra miljøet gennem aflejring af karbonater.

"Strontium ligner meget calcium, så det bliver inkorporeret i calciumcarbonatskallerne af marine organismer, " forklarede hovedforfatter Adina Paytan, forskningsprofessor ved Institut for Havvidenskab ved UC Santa Cruz.

Paytan og hendes medforfattere så på forholdet mellem forskellige isotoper af strontium, herunder radiogene isotoper (fremstillet ved radioaktivt henfald) og stabile isotoper, som giver supplerende information om geokemiske processer. De fandt ud af, at det stabile isotopforhold af strontium i havet har ændret sig betydeligt i løbet af de sidste 35 millioner år, og det ændrer sig stadig i dag, indebærer store ændringer i havvands strontiumkoncentration.

"Det er ikke i en stabil tilstand, så hvad der kommer i havet og hvad der forlader stemmer ikke overens, " sagde Paytan. "Strontiumsammensætningen af ​​havvand ændrer sig afhængigt af hvordan og hvor karbonater afsættes, og det er påvirket af ændringer i havniveau og klima."

Udsvingene i strontium isotopforhold analyseret i denne undersøgelse afspejler den kombinerede effekt af skift i den globale balance af geologiske processer, herunder forvitring af klipper på land, hydrotermisk aktivitet, og dannelsen af ​​karbonatsedimenter i både dybhav og lavvandet, kystnære havmiljøer.

Carbonataflejring i det åbne hav kommer fra marine plankton som coccolithophores og foraminiferer, som bygger deres skaller af calciumcarbonatmineralet calcit. På lavt vand på kontinentalsoklen, hårde koraller er mere rigelige, og de bygger deres skeletter af et andet mineral af calciumcarbonat, aragonit, som inkorporerer mere strontium end calcit gør.

"Når koraller dannes, de fjerner strontium, og når de bliver afsløret, dette strontium skylles ud og går tilbage i havet, " sagde Paytan. "Med ændringer i havniveauet, mere eller mindre af kontinentalsoklen, hvor koraller vokser, er blotlagt, så det påvirker strontiumsammensætningen af ​​havvand."

Carbonataflejring fører også tilbage til klimasystemet, fordi havet absorberer kuldioxid fra atmosfæren, og karbonataflejring på geologiske tidsskalaer fjerner kulstof fra systemet. Det globale kulstofkredsløb og atmosfærisk kuldioxid er tæt koblet til klimaændringer, både på lang sigt og under de seneste istidscyklussers tilbagevendende op- og nedture.

"Den nye type information, vi kan læse fra de stabile strontiumisotoper, giver os nu mulighed for at se nærmere på forretningsenden af ​​det globale kulstofkredsløb, når kulstof fjernes fra miljøet og nedfældes i marine karbonatlejer, " sagde medforfatter Mathis Hain, assisterende professor i jord- og planetvidenskab ved UCSC.

"Disse resultater åbner et nyt vindue for at lade os se, hvordan det globale kulstofkredsløb tilpassede sig havniveau og klimaændringer gennem geologisk tid, " tilføjede han. "Vi får brug for denne indsigt for at vejlede vores reaktion på vores nuværende klimanød og for at afbøde de værste virkninger af havforsuring."

Forskerne var i stand til at rekonstruere en robust og detaljeret registrering af strontiumisotopvariationer i havvand baseret på en analyse af havbaryt udvundet fra dybhavssedimentkerner.

"Optegnelser som denne er afgørende for at forstå, hvordan vores jord fungerer over geologiske tider, " sagde medforfatter Elizabeth Griffith ved Ohio State University. "Vores internationale team arbejdede sammen om både at skabe denne unikke rekord og forklare dens betydning gennem matematisk modellering, så vi kan rekonstruere ændringer i fortiden, hvor klimaforholdene var anderledes. Håbet er at få indsigt i, hvordan vores blå planet kan fungere i fremtiden."