Alla djur, oavsett om de bor på land eller i vattnet, kräver syre för att andas. Men idag tappar världens hav syre, på grund av en kombination av stigande temperaturer och förändrade havsströmmar. Båda faktorerna drivs av mänskligt inducerade klimatförändringar.

Denna process har potential att störa marina näringskedjor. Vi vet redan att stora hypoxiska, eller låg syrehalt, zoner kan vara dödliga. Om hypoxi expanderar i både storlek och varaktighet, det är möjligt att orsaka omfattande utrotning av marint liv, som har hänt tidigare i jordens historia.

Vi undersöker naturliga, uråldriga förändringar i havssyresättning och de biologiska effekterna som ett sätt att förstå det naturliga svaret på potentiella framtida klimatscenarier. I en nyligen genomförd studie, vi undersökte kopplingar mellan en stor vulkanisk händelse som inträffade för miljoner år sedan och förändringar i havets syrenivåer. Liksom mänskliga aktiviteter idag, denna händelse släppte ut enorma mängder koldioxid och andra växthusgaser i atmosfären.

Vi fann att denna episod verkade utlösa betydande syreförluster i världshavet som varade över en miljon år. Vår forskning bidrar till växande bevis för att marina syrehalter påverkas dramatiskt av uppvärmning av temperaturer och andra klimatrelaterade återkopplingar orsakade av utsläpp av växthusgaser.

Är våra hav att kvävas?

Forskare är allmänt överens om att mänskliga aktiviteter – främst förbränning av fossila bränslen, avskogning och jordbruksmetoder – släpper ut koldioxid och metan i atmosfären i oöverträffade hastigheter. Under de senaste decennierna, forskning om klimatförändringens effekter har fokuserat på global uppvärmning, havsnivåhöjning och havsförsurning. Nu, förlust av syre i havet börjar få uppmärksamhet.

Världens hav har förlorat mer än 2 procent av sin reservoar av löst syre under de senaste fem decennierna. På många ställen förvärrar lokala faktorer som näringsföroreningar problemet. I amerikanska vatten, stora hypoxiska zoner bildas regelbundet i Mexikanska golfen, de stora sjöarna och längs Stillahavskusten. Andra kustvatten påverkas på liknande sätt runt om i världen.

Hypoxi kan förstöra fiskfångster. Till exempel, en stor fiskdöd i Filippinerna 2002 var direkt associerad med sjunkande syrenivåer i vattnet. En liknande händelse inträffade i Redondo Beach, Kalifornien 2011 när hypoxiska tillstånd under flera dagar decimerade den lokala fiskpopulationen. I sista hand, dessa händelser har betydande inverkan på människor, eftersom 40 procent av världens befolkning bor inom ungefär 60 miles från havet. Miljontals människor är beroende av fisk för mat, inkomst eller båda.

Kopplar forntida syreförlust till en marin massutrotning

Tidigare vulkanutbrott är förmodligen våra enda antika analoger till moderna utsläpp av växthusgaser från mänskliga aktiviteter. För att förstå hur dessa händelser påverkade haven, vi vände oss till gamla marina bergarter som kan registrera sambandet mellan koldioxidutsläpp från vulkaner, marina syrenivåer och utrotningshändelser.

En sådan händelse, som inträffade för 183 miljoner år sedan under tidig jura, kallas Toarcian Oceanic Anoxic Event. Det är känt för stor vulkanism och den sjunde största massutrotningen i jordens historia, som främst förekom i haven. Vulkanismen som inträffade var mycket större i skala än alla moderna vulkaner, och skulle ha släppt ut enorma mängder växthusgaser till atmosfären, värma planeten dramatiskt.

Vi använde ett nytt och nytt verktyg – talliumisotoper – för att bestämma tidpunkten och mängden syreförlust från haven under denna händelse. Tallium är en mjuk, silverfärgad metall som finns i olika malmer, inklusive bollar av mangan på havsbotten. Isotoper är atomer av samma grundämne som har små massaskillnader eftersom de innehåller varierande antal neutroner.

Många mineraler bildas i havet, ofta genom reaktioner som involverar syre. Men mängden fritt syre i havsvatten är inte konstant i det moderna havet, och har också varierat i tid. När syre är rikligt i havet, manganoxider avsätts på havsbotten, och tallium – särskilt dess tyngre isotoper – håller fast vid dem. Genom att analysera gamla marina sediment och leta efter förändringar i talliums isotopvärde, vi antog att vi kunde spåra den progressiva förlusten av syre i havet.

Att göra detta, vi samlade in specifika mörkfärgade sedimentära stenar från denna tidsperiod på platser i Kanada och Tyskland, som representerade två olika antika hav. Vi löste sedan upp varje lager av sten för att bilda en vätska, och isolerade och renade talliumet i varje prov.

Vi fann att talliumisotoper skiftade i två steg under denna händelse. Först blev haven mindre syresatta under uppkomsten av massiv vulkanism, för cirka 183,8 miljoner år sedan till 183,1 miljoner år sedan. Då förlorade haven ännu mer syre, sammanfaller med vulkanismens mest intensiva fas, som inträffade för 183,1 miljoner år sedan till 182,6 miljoner år sedan.

Detta arbete visar för första gången att det globala havet förlorade syre samtidigt som vulkanismen började. Viktigt, detta hände i början av en känd utrotning som kallas Pliensbachian-Toarcian massutdöende händelse. Med andra ord, de första tecknen på utrotningen i fossilregistret sammanfaller med syreförlusten i haven.

Vi tror nu att detta tillstånd av marina förhållanden med låg syrehalt varade i över en miljon år och över två utrotningspulser. Den andra fasen av deoxygenering var mer expansiv, vilket orsakar en större utrotning. Det hände trots att atmosfären innehöll tillräckligt med syre för att försörja liv, ungefär som idag. Vidare, varaktigheten av lågsyretillstånd liknade en annan händelse som inträffade för 94 miljoner år sedan med biologiska konsekvenser.

En tröskel för global uppvärmning?

Den mellanstatliga panelen för klimatförändringar släppte nyligen en särskild rapport om global uppvärmning på 1,5°C, som krävde omedelbara åtgärder för att begränsa klimatförändringarna till nivåer som kommer att minimera miljö- och ekosystemstress. Forskare är i stort sett överens om att detta innebär att förhindra att globala medeltemperaturer stiger mer än 1,5 grader Celsius över förindustriella nivåer.

Rapporten noterar att om temperaturen ökar med 2°C istället för 1,5°C, avsevärt mer syreförlust kommer att ske i haven. Detta gör det viktigt att fortsätta studera forntida effekter av syreförlust på utrotningsregistret, så att forskarna bättre kan förutse framtida klimatscenarier. Det är också viktigt att identifiera områden som kommer att påverkas mest av syreförlusten i havet och begränsa de miljöeffekter som kommer att uppstå när vår planet fortsätter att värmas upp.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.