Længste kendte kontinuerlige registrering af palæozoikum opdaget i Yukon-ørkenen

For flere hundrede millioner år siden, midt i det, der i sidste ende skulle blive Canadas Yukon-territorium, et hav hvirvlet med pansrede trilobitter, muslingelignende brachiopoder og bløde, squishy skabninger beslægtet med snegle og blæksprutter.

En skare af fossiler og klippelag, der er dannet på den gamle havbund, er nu blevet gravet frem af et internationalt hold af videnskabsmænd langs bredden af ​​Peel-floden et par hundrede kilometer syd for det arktiske Beaufort-hav. Opdagelsen afslører iltændringer på havbunden gennem næsten 120 millioner år af den tidlige palæozoikum, en tid, der fremmede den hurtigste udvikling og diversificering af komplekse, flercellet liv i Jordens historie.

"Det er uhørt at have så meget af Jordens historie på ét sted, " sagde Stanford University geologisk videnskabsmand Erik Sperling, hovedforfatter af en undersøgelse den 7. juli, der beskriver holdets resultater i Videnskabens fremskridt . De fleste klippeformationer fra den palæozoiske æra er blevet brudt op af tektoniske kræfter eller eroderet over tid. "Der er intet andet sted i verden, som jeg kender til, hvor du kan studere så lang en optegnelse af Jordens historie, hvor der stort set ikke er nogen ændring i ting som vanddybde eller bassintype."

Ilt var knapt i det dybe vand i dette og andre oceaner ved begyndelsen af ​​palæozoikum, for omkring 541 millioner år siden. Det forblev knap indtil Devon, for omkring 405 millioner år siden, hvornår, i et geologisk blink - ikke mere end et par millioner år - steg ilten sandsynligvis til niveauer tæt på niveauerne i moderne oceaner, og mangfoldigheden af ​​liv på Jorden eksploderede. Stor, rovfisk dukkede op. Primitive bregner og nåletræer marcherede på tværs af kontinenter, der tidligere var styret af bakterier og alger. Guldsmede flygtede. Og alt dette efter næsten fire milliarder år, hvor Jordens landskaber nærmest var golde.

Forskere har længe diskuteret, hvad der kunne have forårsaget det dramatiske skift fra en verden med lavt iltindhold til en mere iltet verden, der kunne understøtte et mangfoldigt net af dyreliv. Men indtil nu, det har været svært at fastlægge tidspunktet for global iltning eller det langsigtede, baggrundstilstand for verdenshavene og atmosfære i den æra, der var vidne til både den såkaldte kambriske eksplosion af liv og den første af Jordens "Big Five"-masseudryddelse, omkring 445 millioner år siden i slutningen af ​​Ordovicium.

"For at kunne sammenligne gennem disse enorme dele af vores historie og forstå langsigtede tendenser, du har brug for en løbende registrering, sagde Sperling, en assisterende professor i geologiske videnskaber ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab (Stanford Earth).

Kontekst for tidligere liv

Med tilladelse fra Na Cho Nyak Dun og Tetlit Gwitch'in-samfundene i Yukon, Sperlings hold, som omfattede forskere fra Dartmouth College og Yukon Geological Survey, tilbragte tre somre på Peel River-stedet. Ankommer med helikopter, forskerholdet hakkede gennem pensel med macheter ved siden af ​​klasse VI strømfald for at indsamle hundredvis af knytnævestore prøver af sten fra mere end en kilometer af indlejrede lag af skifer, chert og lime muddersten.

Tilbage i Sperlings laboratorium i Stanford, en lille hær af sommerstuderende og kandidatstuderende arbejdede over fem somre for at hjælpe med at analysere fossiler og kemikalier, der er begravet i klipperne. "Vi brugte meget tid på at flække åbne klipper og se på graptolit-fossiler, " sagde Sperling. Fordi graptolitter udviklede en bred vifte af genkendelige kropsformer relativt hurtigt, de blyantlignende markeringer efterladt af fossilerne af disse koloni-boende havdyr giver geologer en måde at datere klipperne i, hvor de er fundet.

Da forskerne var færdige med at identificere og datere graptolitfossiler, de malede klipperne i en mølle, derefter målte jern, kulstof, fosfor og andre elementer i det resulterende pulver for at vurdere havforholdene på det tidspunkt og det sted, hvor lagene blev dannet. De analyserede 837 nye prøver fra Peel River-stedet, samt 106 nye prøver fra andre dele af Canada og 178 prøver fra hele verden til sammenligning.

Vindere og tabere

Dataene viser lave iltniveauer, eller anoksi, forblev sandsynligvis i verdenshavene i millioner af år længere end tidligere antaget - langt ind i fanerozoikum, da landplanter og tidlige dyr begyndte at diversificere. "De tidlige dyr levede stadig i en verden med lavt iltindhold, " sagde Sperling. I modsætning til langvarige antagelser, forskerne fandt, at palæozoiske oceaner også overraskende var fri for svovlbrinte, et respiratorisk toksin, der ofte findes i de iltfattige områder i moderne oceaner.

Da ilt til sidst tikkede opad i havmiljøer, den blev lige så større, mere komplekst planteliv tog fart. "Der er masser af debat om, hvordan planter påvirkede jordsystemet, " sagde Sperling. "Vores resultater stemmer overens med en hypotese om, at som planter udviklede sig og dækkede Jorden, de øgede næringsstoffer til havet, driver iltning." I denne hypotese, tilstrømningen af ​​næringsstoffer til havet ville have givet et løft til primær produktivitet, et mål for, hvor hurtigt planter og alger optager kuldioxid og sollys, omdanne dem til ny biomasse - og frigive ilt i processen.

Ændringen dræbte sandsynligvis graptolitter. "Selvom mere ilt er rigtig godt for mange organismer, graptolitter mistede det iltfattige levested, der var deres tilflugtssted, " sagde Sperling. "Enhver miljøændring vil have vindere og tabere. Graptolitter kunne have været taberne."