Att tillsätta näringsämnen till havet orsakar ökad produktion av organiskt material som växtplankton. När dessa dör, de sjunker till botten som "marinsnö" och bryts ner, konsumerar syre i processen. Detta anses vara främst ansvarigt för storskalig syreförlust i gamla hav, som leder till massutrotning i den marina miljön. Det moderna havet uppvisar liknande symptom. Upphovsman:Natalie Renier, Woods Hole Oceanographic Institution
En förlust av syre i det globala havets havsvatten för 94 miljoner år sedan ledde till en massutrotning av det marina livet som varade i ungefär en halv miljon år.
Forskare har hittat flera möjliga förklaringar till hur syreförlusten skedde. Dessa kan inkludera ökad vulkanisk aktivitet, ökade näringsämnen som når havet, stigande havsnivåer, och värmande havs- och yttemperaturer. Men för att rikta ett finger mot någon orsak (eller flera av dem) krävs att man vet hur snabbt syreförlusten skedde.
En ny teknik, utvecklad av Arizona State University doktorand Chad Ostrander med kollegor vid Wood Hole Oceanographic Institution (WHOI) och Florida State University (FSU), har lagt en tidtabell över syreförlusten i samband med denna stora utrotningshändelse, som är känd för vetenskapen som Oceanic Anoxic Event 2.
Deras forskning publicerades den 9 augusti, 2017, i tidningen Vetenskapliga framsteg .
"Projektet började när jag var en Summer School Fellow på Woods Hole, säger Ostrander, doktorand vid ASU:s School of Earth and Space Exploration. Hans medförfattare på tidningen är Jeremy Owens vid Florida State och Sune Nielsen på Woods Hole.
"Vi kunde spåra förändringar av syrehalt i gammalt havsvatten genom att mäta isotoper av talium i gamla havsbotten sediment, "Ostrander förklarar." Eftersom syret i stenarna vi mäter inte skulle ge någon värdefull information, vi använder tallium och andra element som stand-ins, eller ombud. "
Sediment bevarar thalliumisotopsammansättningen av havsvatten, som ändras beroende på mängden syre i djuphavet vid den tidpunkt då de deponerades. Sedimenten hopar sig med tiden, med djupare nivåer som motsvarar tider längre tidigare.
Medförfattarna Sune Nielsen (vänster) från Woods Hole Oceanographic Institution och Chad Ostrander från Arizona State University arbetar i labbet. Upphovsman:Matt Barton, WHOI
De sediment som teamet studerade var organiskt rika svarta skiffer som samlades in som kärnprover genom djupborrning 2003. Platsen var Demerara Rise, en ubåtsplatå i Atlanten utanför Surinams och Franska Guyanas kuster.
"Vi löste upp stenarna i vårt labb, "förklarar Ostrander, "och separerade sedan kemiskt allt utom talium, elementet vi behövde för analys. "
Använd sedan masspektrometri, teamet mätte variationer i tallium i sedimentära bergarter som en proxy för förändringar i syrehalter över tiotusentals år.
Baserat på analysen, forskarna misstänker att upp till hälften av djuphavet hade blivit syreutarmat under Oceanic Anoxic Event 2, och förblev så i ungefär en halv miljon år innan det återhämtade sig.
"Förlusten av syre tog 43, 000 år kvar, plus minus cirka 11, 000, "säger Ostrander." Kalla det 50, 000 år eller mindre. "
Den främsta orsaken till Oceanic Anoxic Event 2 kan ha varit ökad näringstillförsel till haven, säger forskarna. En ökning av näringsämnen ger näring åt produktionen av organiskt material, och efterföljande remineralisering av bakterier som livnär sig på den.
"Det är denna remineralisering som är särskilt ansvarig för syreförlusten, eftersom dessa bakterier konsumerar syre för att oxidera det organiska, eller kolhaltig, materia, "Ostrander säger." Vi ser ett liknande scenario i det moderna havet, igen på grund av ökad näringstillförsel, men till stor del drivs av gödningsmedel som används i jordbruket. "
Oceanic Anoxic Event 2 observeras lätt i Furlo-sektionen som en svart organisk rik skiffer mellan vita karbonater. Upphovsman:Jeremy Owens
Faktiskt, han säger, "den största" döda zonen "som observerats i Mexikanska golfen sker just nu just av denna anledning."
Forskarna drar en tydlig parallell mellan deoxygeneringshastigheten då och moderna trender i syreförlust i havet.
Säger medförfattare Nielsen, "Våra resultat visar att marina deoxygeneringshastigheter före den gamla händelsen sannolikt inträffade under tiotusentals år, och är förvånansvärt lika den trend med syreförbrukning på två procent som vi ser orsakad av människorelaterad aktivitet under de senaste 50 åren. "
Han lägger till, "Vi vet inte om havet är på väg mot en annan global anoxisk händelse, men trenden är, självklart, oroande."
Ostrander säger, "Vid denna tidpunkt, vi har bara börjat förstå hur syrenivåerna i havet har förändrats tidigare. Men med vårt nya verktyg, Vi har redan lärt oss att en av de mest extrema klimathändelserna i sedimentregistret ger en obehagligt rimlig analog för eventuell framtida havsyresförlust och efterföljande ekologiska förändringar. "
Han lägger till, "Vi hoppas kunna använda denna information för att få en bättre titt på kort-, medellång och lång sikt för syrehalten i dagens hav. "
