Wulkany ujawniają wskazówki, jak ludzkość wywoła własne masowe wymieranie

Wszystkie zwierzęta, niezależnie od tego, czy żyją na lądzie, czy w wodzie, potrzebują tlenu do oddychania. Ale dzisiaj oceany świata tracą tlen z powodu kombinacji rosnących temperatur i zmieniających się prądów oceanicznych. Oba czynniki są spowodowane przez zmiany klimatu wywołane przez człowieka.

Ten proces może zakłócić morskie łańcuchy pokarmowe. Wiemy już, że duże strefy niedotlenienia lub niskiej zawartości tlenu mogą być śmiertelne. Jeśli hipoksja rozszerza się zarówno pod względem wielkości, jak i czasu trwania, możliwe jest spowodowanie szerokiego wymierania życia morskiego, co miało miejsce wcześniej w historii Ziemi.

Badamy naturalne, starożytne zmiany w natlenowaniu oceanu i efekty biologiczne jako sposób na zrozumienie naturalnej reakcji na potencjalne przyszłe scenariusze klimatyczne. W niedawnym badaniu zbadaliśmy powiązania między głównym zdarzeniem wulkanicznym, które miało miejsce miliony lat temu, a zmianami poziomu tlenu w oceanie. Podobnie jak dzisiejsza działalność ludzka, wydarzenie to uwolniło ogromne ilości dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych do atmosfery.

Odkryliśmy, że ten epizod wydaje się wywoływać znaczne straty tlenu w oceanach świata, które trwały ponad milion lat. Nasze badania potwierdzają rosnące dowody na to, że na zawartość tlenu w wodzie dramatycznie wpływają temperatury ocieplenia i inne sprzężenia zwrotne związane z klimatem spowodowane uwalnianiem gazów cieplarnianych.

Czy nasze oceany są duszące?

Naukowcy są zgodni, że działalność człowieka - głównie spalanie paliw kopalnych, wylesianie i praktyki rolnicze - uwalnia dwutlenek węgla i metan do atmosfery w niespotykanym dotąd tempie. Przez ostatnie kilkadziesiąt lat badania nad wpływem zmian klimatu koncentrowały się na globalnym ociepleniu, wzroście poziomu morza i zakwaszaniu oceanów. Teraz utrata tlenu w oceanach zaczyna być przedmiotem uwagi.

Światowe oceany straciły ponad dwa procent rezerwuaru tlenu rozpuszczonego w ciągu ostatnich pięciu dekad. W wielu miejscach czynniki lokalne, takie jak zanieczyszczenie substancjami odżywczymi, pogarszają problem. W wodach USA główne strefy niedotlenienia regularnie tworzą się w Zatoce Meksykańskiej, Wielkich Jeziorach i wzdłuż wybrzeża Pacyfiku. Inne wody przybrzeżne mają podobny wpływ na całym świecie.

Niedotlenienie może zniszczyć połowy ryb. Na przykład poważna śmierć ryb na Filipinach w 2002 r. Była bezpośrednio związana ze spadkiem poziomu tlenu w wodzie. Podobne zdarzenie miało miejsce w Redondo Beach w Kalifornii w 2011 r., Kiedy warunki niedotlenienia przez kilka dni zdziesiątkowały lokalną populację ryb. Ostatecznie wydarzenia te mają znaczący wpływ na ludzi, ponieważ 40 procent ludności świata żyje w odległości około 60 mil od oceanu. Miliony ludzi są uzależnione od ryb w odniesieniu do pożywienia, dochodu lub obu.

Łączenie starożytnej utraty tlenu z masowym wymarciem morskim

Dawne erupcje wulkaniczne są prawdopodobnie naszymi jedynymi starożytnymi analogami do współczesnego uwalniania gazów cieplarnianych z działalności człowieka. Aby zrozumieć, jak te zdarzenia wpłynęły na oceany, zwróciliśmy się do starożytnych skał morskich, które mogą rejestrować związek między uwalnianiem dwutlenku węgla z wulkanów, poziomami tlenu w morzu i zdarzeniami wymierania.

Jedno z takich zdarzeń, które miało miejsce 183 miliony lat temu w okresie wczesnej jury, nosi nazwę Toarcian Oceanic Anoxic Event. Słynie z dużego wulkanizmu i siódmej największej wymierania masy w historii Ziemi, która miała miejsce głównie w oceanach. Wystąpił wulkanizm na znacznie większą skalę niż wszystkie współczesne wulkany i uwolniłby ogromne ilości gazów cieplarnianych do atmosfery, drastycznie ogrzewając planetę.

Zastosowaliśmy nowe i nowatorskie narzędzie - izotopy talu - w celu określenia czasu i ilości utraty tlenu z oceanów podczas tego zdarzenia. Tal to miękki, srebrzysty metal występujący w różnych rudach, w tym kulki manganu na dnie oceanu. Izotopy są atomami tego samego pierwiastka, które mają niewielkie różnice masy, ponieważ zawierają różne liczby neutronów.

Liczne minerały tworzą się w oceanie, często poprzez reakcje z udziałem tlenu. Ale ilość wolnego tlenu w wodzie morskiej nie jest stała we współczesnym oceanie, a także zmieniała się w czasie. Gdy w oceanie jest dużo tlenu, tlenki manganu gromadzą się na dnie oceanu, a tal - zwłaszcza jego cięższe izotopy - przywierają do nich. Analizując pradawne osady morskie i szukając zmian wartości izotopowej talu, postawiliśmy hipotezę, że możemy śledzić postępującą utratę tlenu oceanicznego.

Aby to zrobić, zebraliśmy konkretne ciemne skały osadowe z tego okresu w miejscach w Kanadzie i Niemczech, które reprezentowały dwa różne starożytne oceany. Następnie rozpuszczaliśmy każdą warstwę skały, tworząc płyn, i izolowaliśmy i oczyszczaliśmy tal w każdej próbce.

Odkryliśmy, że izotopy talu przesunęły się w dwóch etapach podczas tego zdarzenia. Najpierw oceany stały się mniej natlenione na początku masywnego wulkanizmu, około 183,8 mln lat temu do 183,1 mln lat temu. Następnie oceany straciły jeszcze więcej tlenu, co zbiegło się z najbardziej intensywną fazą wulkanizmu, która nastąpiła od 183,1 mln lat temu do 182,6 mln lat temu.

Ta praca pokazuje po raz pierwszy, że globalny ocean utracił tlen przypadkowo wraz z początkiem wulkanizmu. Co ważne, stało się to na początku znanego wymierania zwanego masowym wymieraniem pliensbachiańsko-tatarskim. Innymi słowy, pierwsze oznaki wymarcia w zapisie kopalnym zbiegają się z utratą tlenu w oceanach.

Obecnie uważamy, że ten stan warunków morskich o niskiej zawartości tlenu trwał ponad milion lat i przez dwa impulsy wymierania. Druga faza deoksygenacji była bardziej ekspansywna, powodując większe wygaszenie. Stało się to nawet wtedy, gdy atmosfera zawierała wystarczającą ilość tlenu, aby utrzymać życie, podobnie jak dzisiaj. Ponadto czas trwania warunków o niskiej zawartości tlenu był podobny do innego zdarzenia, które miało miejsce 94 mln lat temu z konsekwencjami biologicznymi.

Próg globalnego ocieplenia?

Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu opublikował niedawno specjalny raport na temat globalnego ocieplenia na poziomie 1,5 ° C, w którym wezwano do podjęcia natychmiastowych działań w celu ograniczenia zmian klimatu do poziomów, które zminimalizują stres środowiskowy i ekosystemowy. Naukowcy ogólnie zgadzają się, że oznacza to zapobieganie wzrostowi średnich temperatur na świecie o ponad 1,5 stopnia Celsjusza powyżej poziomów przedindustrialnych.

Raport zauważa, że ​​jeśli temperatura wzrośnie o 2 stopnie C zamiast 1,5 ° C, w oceanach nastąpi znacznie większa utrata tlenu. To sprawia, że ​​ważne jest kontynuowanie badania starożytnych skutków utraty tlenu na zapisie wymierania, aby naukowcy mogli lepiej przewidywać przyszłe scenariusze klimatyczne. Ważne jest również, aby zidentyfikować obszary, na które najbardziej ucierpi utrata tlenu w oceanie i ograniczyć skutki środowiskowe, które wystąpią, gdy nasza planeta będzie się ocieplać.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Jeremy'ego D. Owensa i Theodore R. Them II. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.