Ny forskning viser sammenhæng mellem klima og Jordens evne til at genopbygge sig selv

For omkring 250 millioner år siden - længe før dinosaurerne strejfede rundt på jorden - førte den globale opvarmning og sure oceaner forårsaget af den hurtige vulkanske emission af de sibiriske fælder til Perm-Trias-masseudryddelsen, som resulterede i eliminering af over 95 % af hav- og 70 % af det jordiske liv.

Så gjorde Moder Natur, hvad den er bedst til – genopfylder sig selv. Men hvorfor tog det hende så lang tid at gøre det?

Det er, hvad et internationalt hold af forskere ledet af professor Xiao-Ming Liu (University of North Carolina, Earth, Marine and Environmental Sciences), hendes ph.d. studerende Cheng Cao (nu postdoc-stipendiat, Nanjing University) og hendes tidligere postdoc-stipendiat Clément P. Bataille (nu lektor, geo- og miljøvidenskab ved University of Ottawa), undersøgte over en seksårig periode. Deres resultater er offentliggjort i dag i Nature Geoscience .

Hvor studiet påtager sig en hovedrolle

Deres undersøgelse viser den utrolige sammenhæng mellem liv, klima og Jordens evne til at genopbygge sig selv, sammen med den virkning, som forsvinden af ​​en enkelt organisme (i dette tilfælde en enkelt gruppe små marine organismer, radiolarerne) bidrog til at gøre Jorden næsten ubeboelig i millioner af år.

Deres hovedbudskab er, at hver enkelt organisme på denne planet spiller en til tider skjult, men alligevel kritisk rolle for at regulere biogeokemiske kredsløb, og at det bør tilskynde os til at læne os ind i bevarelsen og forvaltningen af ​​vores planet.

Vi satte os ned med professor Bataille for at lære mere om denne undersøgelse og dens virkning:

Professor Bataille, forklar venligst, hvad din store opdagelse var.

Clément Bataille: Med denne undersøgelse foreslår vi en løsning til at forklare den langvarige genopretning af liv efter den mest alvorlige masseudryddelsesbegivenhed, Perm-Trias-masseudryddelsen (Den permiske udryddelse blev forårsaget af det massive vulkanudbrud af de sibiriske fælder og den tilhørende opvarmning og hav forsuring, som eliminerede over 95 % af marine og 70 % af terrestriske arter).

I årtier har videnskabsmænd været forundret over fraværet af genopretning af liv efter denne masseudryddelse, kombineret med vedvarende beboelige miljøforhold på planeten. De typiske reguleringsmekanismer observeret efter andre masseudryddelsesbegivenheder, især kemisk forvitring, så ud til at have været mislykkede med at bringe Jorden tilbage til mere beboelige forhold efter Perm-Trias masseudryddelsen. Det tog mere end 5 millioner år efter afslutningen på den massive Siberian Traps-vulkanisme, før livet kom sig i det tidlige trias. Vi demonstrerer, at denne langvarige genopretning kan forklares med en stigning i omvendt forvitring i havet drevet af udryddelsen af ​​små mikroorganismer kaldet radiolarier. Denne understuderede mekanisme ville have opretholdt et varmt drivhusklima og sure oceaner i millioner af år og forhindret liv i at komme sig. Først da disse radiolarier dukkede op igen efter flere millioner år, var Jorden i stand til at vende tilbage til beboelige forhold og liv for at komme sig fuldt ud.

Hvornår og hvor fandt denne forskning sted?

C.B.: Denne forskning fandt sted mellem 2016 og 2022. De fleste analyser blev udført i Xiao-Ming Lius laboratorium ved Department of Earth, Marine and Environmental Sciences, University of North Carolina, mellem 2016 og 2019 af Cheng Cao og Clément P. Bataille. Modelleringen blev udført af Cheng Cao mellem 2018 og 2020. Papiret blev skrevet i flere iterationer mellem 2020 og 2021 af Cheng Cao, Clément P. Bataille og Xiao-Ming Liu. Resultaterne var så overraskende, at det tog os adskillige år at forsvare vores hypotese korrekt.

Hvad er dine vigtigste resultater? Hvad er forklaret, som vi ikke vidste eller forstod før?

C.B.: Perm-trias masseudryddelsen (251,9 millioner år siden), også kaldet den store døende, er den største kendte masseudryddelse i vores planets historie. Under denne begivenhed forsvandt størstedelen af ​​marine og terrestriske arter på kort tid. Denne masseudryddelsesbegivenhed blev udløst af massiv vulkanisme, de sibiriske fælder, som udsendte gigantiske mængder af drivhusgasser, øget atmosfærisk kuldioxid, hævede temperaturer og forsurende oceaner. Men i modsætning til andre masseudryddelsesbegivenheder, hvor livet kom sig hurtigt og omdiversificerede, tog det mere end 5 millioner år for livet at komme sig efter denne masseudryddelse. Marine og terrestriske forhold forblev ugæstfrie for livet med vedvarende varme temperaturer, havforsuring og tilbagevendende havanoksi i millioner af år.

Vedvaren af ​​disse forhold undrede videnskabsmænd i årevis, fordi de sibiriske fælders vulkanske aktivitet stoppede efter nogle få hundrede tusinde år. Normalt når emissionen stopper, har Jorden en mekanisme kaldet kemisk forvitring, der virker til at regulere klimaet tilbage til mere beboelige forhold. Kemisk forvitring omfatter alle de reaktioner, der ændrer sten på Jordens overflade. Efterhånden som klipper ændres, frigiver de noget calcium, som, når det transporteres til havet, kan kombineres med kuldioxid for at danne karbonater. Med denne mekanisme regulerer Jorden sit klima, for når planeten opvarmes, forvitrer sten hurtigere, og flere karbonatsten aflejres i havet, hvilket i sidste ende reducerer atmosfærisk kuldioxid og afkøler klimaet.

Men under det tidlige trias, trods beviser på øget kemisk forvitring, lykkedes det denne mekanisme ikke at reducere atmosfærisk kuldioxid, klimaet forblev meget varmt, og havene [forblev] sure, hvilket forhindrede liv i at komme tilbage. I denne undersøgelse lykkedes det os at forene disse modstridende observationer for at forklare, hvorfor miljøforhold forblev ubeboelige så længe efter masseudryddelsen, der næsten førte til livets forsvinden på Jorden.

Og hvordan blev denne forskning udført?

C.B.: I denne undersøgelse brugte vi lithiumisotoper i marinecarbonater fra Perm og tidlig trias til at rekonstruere lithiumisotoper i havet i den periode. Isotoper er de forskellige former for et grundstof, der findes i naturen, og andelen af ​​disse isotoper i substrater giver information om processer, der sker på Jorden. Carbonatbjergarter udfældes direkte fra havet og kunne bevare isotopsammensætningen af ​​havet i den periode, hvor de blev dannet. Vores første idé, når vi brugte lithiumisotoper, var at få indsigt i de kemiske forvitringsprocesser, der fandt sted på land i Perm-Trias-perioden.

Det er velkendt, at lithiumisotopsammensætningen i havet reagerer på ændringer i kemisk forvitring på land, fordi isotoperne skelnes under kemiske forvitringsreaktioner. Men da vi analyserede lithiumisotoper i disse gamle karbonater, opdagede vi, at lithiumisotopsammensætningen i havet faldt dramatisk lige før udryddelsen og forblev på ekstremt lave værdier gennem det tidlige trias. Vi verificerede først, at dette signal var ægte ved at sikre, at vi optog den oprindelige isotopsammensætning fra Perm-Trias perioderne.

Når først dette var bekræftet, kunne vi ikke forklare den meget lave lithiumisotopsammensætning observeret i havet for denne periode ved kun at påberåbe sig ændringer i terrestrisk kemisk forvitring. Noget andet skulle være på spil. Så vi fokuserede vores opmærksomhed på en anden, meget mindre undersøgt mekanisme kaldet omvendt forvitring, som vi vidste kunne have en stor indflydelse på marine lithium-isotopsammensætning. Omvendt forvitring sker på havbunden og består af dannelsen af ​​marine ler ved udfældning af silica og andre kationer opløst i havvand.

Men for at denne reaktion med omvendt forvitring kan ske i høj hastighed, skal havet have høje koncentrationer af opløst silica. I det moderne hav er koncentrationen af ​​opløst silica meget lav, fordi små organismer kaldet silicifiers (kiselalger) optager næsten alt dette silica for at lave deres skaller. Disse lave koncentrationer af silica begrænser i høj grad omvendte forvitringsreaktioner på havbunden. Vi lagde dog mærke til, at under den sene perm uddøde disse små silicifier-organismer. Når først disse organismer uddøde, voksede opløst silica i havet hurtigt, og intet forhindrede havet i at danne enorme mængder af marine ler (dvs. øge hastigheden af ​​omvendt forvitring).

Mens omvendte forvitringsreaktioner forbruger opløst silica, udsender de desværre også kuldioxid. Derfor, efterhånden som omvendte forvitringsreaktioner steg, steg også de atmosfæriske kuldioxidniveauer, der opretholder global opvarmning og havforsuring, selv efter Siberian Traps-vulkanerne holdt op med at udsende kuldioxid. Da disse små silicifiers ikke kom sig før mere end 5 millioner år efter Perm-Trias-masseudryddelsen, forblev atmosfæriske kuldioxidniveauer høje, havets forsuring fortsatte, og miljøforholdene forblev stort set beboelige. Interessant nok kunne dette være sket, selvom hastigheden af ​​kemisk forvitring på land var høj, hvilket forklarer den paradoksale observation af den høje forvitringshastighed og drivhusklimaet i det tidlige trias. I den tidlige trias-periode lykkedes det ikke Jorden at reducere de høje atmosfæriske kuldioxidniveauer, fordi omvendt forvitring blev ved med at udsende store mængder kuldioxid.

Er der noget, du vil tilføje?

C.B.: Denne undersøgelse viser de utrolige forbindelser og feedback mellem liv, klima og Jordens beboelighed. Det er forbløffende at tænke på, hvordan forsvinden af ​​en enkelt gruppe små marine organismer (radiolarier) bidrog til at gøre Jorden næsten ubeboelig i millioner af år. Det er en stor lektion for vores moderne tid. Mennesker bidrager i øjeblikket til den sjette masseudryddelse. Blandt forsvinden af ​​ikoniske arter som store landpattedyr er hundredvis af andre ustuderede arter ved at forsvinde. Vi bør huske på, at hver enkelt organisme på denne planet kan spille en skjult, men kritisk rolle for at regulere biogeokemiske kredsløb. Det bør opmuntre hver enkelt af os til at handle for bevarelse og forvaltning af vores smukke hjem. + Udforsk yderligere

Mystisk klimaadfærd under Jordens mest alvorlige masseudryddelse forklaret