För cirka 250 miljoner år sedan, livet på jorden tog nästan sitt slut, i en massutrotning mellan perm- och triasperioderna känd som det stora döendet. Cirka 90 % av arterna i haven och 70 % av ryggradsdjursfamiljerna på land dödades, och det stora marina livsexperimentet från den paleozoiska eran stoppades.

Vad har detta med nickel att göra? Väl, som en del av mitt senaste arbete som gruvgeolog, som går ut på att studera världens mest värdefulla nickelmalmsfyndigheter i Sibirien, Jag upptäckte bevis på ett samband mellan malmens uppkomst – hur nickel kom dit – och början av det stora döendet. Dessa resultat publicerades nyligen i Förfaranden från National Academy of Sciences .

Det var en mycket märklig värld för 250 miljoner år sedan, och att hitta de skyldiga till världens värsta massutrotning är som att lägga ett pussel.

Jorden, brand, vatten

Denna katastrofala episod utlöstes av flera olika händelser, som i sin tur dödade världens arter på olika sätt:sjunkande syrenivåer i havet, kraftigt stigande temperaturer, och en möjlig meteorpåverkan.

En av dessa utlösande händelser involverade ett stort ryck i kolets kretslopp, som fick dramatiska klimateffekter. Vissa forskare tror att temperaturen på den övre nivån av världens hav och floder ökade från 21 ℃ till 38 ℃ under den sena Smithian-eran (250,7 miljoner år sedan).

Denna förändring i kolets kretslopp har tillskrivits en stor aktivitetsexplosion i djupa marina kolonier av Archaea methanosarcina , släktingar till bakterier. Dessa kolonier hade fått ett nytt sätt att få energi från sin miljö. På ungefär samma sätt som mänskliga kroppar får energi från mat, producerar koldioxid i processen, dessa organismer fick energi från att omvandla organiskt kol till metan.

Archaea -kolonierna begränsades normalt av mängden nickel i haven, men av någon anledning, För 250 miljoner år sedan, nickel verkar ha funnits i riklig tillgång jämfört med idag.

Samtidigt som det stora döendet, i ett område på jorden som vi nu kallar Sibirien, en astronomisk mängd lava som genererades i jordens tarmar bröt ut över ett område lika stort som Europa. Denna provins är värd för Noril'sk malmfyndigheter, jordens mest värdefulla källa till brynt nickel.

Forskare trodde tidigare att nickel som släpptes ut i atmosfären kunde förklara överflöd av marint nickel för 250 miljoner år sedan. Men hur kunde nickel komma upp i luften? Det är här vårt arbete kommer in.

Vulkaner och champagne

Låt oss ta ett steg tillbaka:hur bildas nickelmalmavlagringar från smält sten (eller magma)? Magma rik på nickel måste komma hela vägen till grunda djup under vulkaner, där det blir berikat med svavel, och bildar flytande sulfiddroppar.

Det vulkaniska VVS-systemet fungerar då som ett smältverk. Sulfidvätskedropparna skrubbar nickeln ur magma. Malmavlagringar bildas när sulfiddropparna slutligen sjunker och samlas på botten av magman under vulkanerna. Nicklet når aldrig ytan – vilket gör det svårt att förklara hur så mycket nickel kom in i atmosfären.

En tidigare artikel från vår grupp visade att när flytande sulfiddroppar och gasbubblor bildas tillsammans i samma magma har de en stark tendens att klibba ihop. Så, om det finns en gas närvarande, sulfiddroppar kan stiga till toppen av magmakamrarna, tar med sig metallerna.

I ett stort utbrott, som den som producerade den sibiriska lavan, trycket sjunker, och det är som att öppna en flaska champagne. En svärm av bubblor bildas och flyter till toppen. De flytande sulfiddropparna åker som korgar under luftballonger.

Vi tror att denna "bubbelridning" är hur nickel kom från botten av Noril'sk-magman hela vägen till ytan och in i vulkaniska gaser och aerosoler.

Under våra senaste studier av Noril'sks nickelmalmer, vi hittade den rykande pistolen:vi använde 2-D och 3-D röntgenbilder för att visa nickelrika sulfiddroppar fysiskt fästa vid tidigare gasbubblor, fryst i malmen.

Vi kombinerade denna observation med enkla termodynamiska modeller för att visa att denna transportmekanism kraftigt ökar mängden nickelhalt i vulkaniska aerosoler.

Farorna med metan

Noril'sks nickelfyndigheter är unika. De är den enda kända plats där nickel hade en direkt väg till atmosfären. Explosiva utbrott bidrog till att släppa ut kolossala mängder gas i luften.

Under dessa enorma gasepisoder, våra sulfidbärande champagnebubblor transporterade stora mängder nickel och tippade det ut i atmosfären för att mata den blommande arkean, spelar en viktig roll i det stora döendet.

Noril'sk malmer bildades i en freak händelse, men om den bredare hypotesen är korrekt har de en läxa för livet på jorden:släpp ut stora mängder metan i atmosfären med enorm fara.

Under normala omständigheter, vulkanutbrott är en relativt liten källa till metan i atmosfären, men dödliga tidsbomber finns i metan som fryses till permafrost, mycket av det, av en slump, finns i tundraöken som täcker de sibiriska lavafälten. Här, smältning av permafrosten släpper ut metanbubblor i atmosfären, skapa en klimatförändrande feedbackloop – med potentiellt förödande effekt.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.