Extremt låga syrenivåer i jordens hav kan vara ansvariga för att förlänga effekterna av en massutrotning som utplånade miljontals arter på jorden för cirka 200 miljoner år sedan, enligt en ny studie.

Genom att mäta spårhalter av uran i oceanisk kalksten som motsvarar syrehalten i havsvatten som finns under bergets bildning, den nya studien visar att områden på havsbotten utan syre ökade med en faktor 100 under utrotningen av trias.

Det tog ungefär 50, 000 år för havets syrenivåer att återgå till vad de var före utrotningen och det kan ha tagit så lång tid som 250, 000 år för korallrev runt om i världen att återhämta sig helt, enligt studien.

De nya resultaten kastar ljus över havens tillstånd under utrotningen av trias, som utplånade cirka 76 procent av alla marina och landlevande arter. End-Triassic är den fjärde största utrotningsepisoden i jordens historia och inträffade precis innan dinosaurier blev jordens dominerande landdjur.

Forskare är inte säkra på vad som startade utrotningen, men misstänker att en explosion av vulkanisk aktivitet för omkring 200 miljoner år sedan ökade koldioxidnivåerna i atmosfären. Det skulle ha gjort haven surare och fått havsvatten att bli syrefritt. Svår anoxi orsakar "döda zoner" i vattnet där låga nivåer av syre gör att marint liv kvävs och dör.

Anoxi har länge misstänkts ha spelat en roll i utrotningen av trias, men anoxins varaktighet och svårighetsgrad var inte kända, enligt studiens författare. Den nya studien, publicerad i Geochemistry, Geofysik, Geosystem, en tidskrift från American Geophysical Union, kvantifierar tidpunkten och omfattningen av marin anoxi under och efter utrotningen i slutet av trias, sa Adam Jost, en postdoktor vid MIT's Earth, Atmosfärisk, och avdelningen för planetära vetenskaper i Cambridge, Massachusetts, och huvudförfattare till den nya studien.

Den storskaliga anoxin som sannolikt inträffade under utrotningen i slutet av trias skulle ha gjort många områden oförmögna att upprätthålla liv, enligt den nya studien. Den ihållande anoxin, eller brist på syre, observerade i den nya studien skulle ha försenat organismer som överlevde massutrotningen från att återvända till områden med låg syrehalt och återbefolka dem.

Att förstå anoxins roll i utrotningshändelsen kan vara viktigt, eftersom utrotningen i slutet av trias kan fungera som en fallstudie för biologisk anpassning till miljöförändringar.

Eftersom uran är väl blandat i hela havet, den kan användas för att undersöka globala nivåer av anoxi, ge forskarna information om de genomsnittliga nivåerna av oceaniskt syre. Andra metoder kan bara informera forskare om lokala syreförhållanden, sa Jost.

"Det är väldigt svårt att ta dessa bevis och extrapolera vad som händer på global nivå, " sa han. "[Havet] kan vara anoxiskt [på en plats], men om du går 100 kilometer bort, det kanske inte är anoxiskt alls. Det fina med uranisotoper är att tillsammans med modellen som vi konstruerar, vi kan börja kvantifiera förändringen i anoxi, och bestämma hur mycket yta av anoxisk havsbotten som krävs för att generera de trender som vi ser i uranisotoperna."

Forskare kan avgöra hur mycket syre som finns i havsvatten genom att mäta förhållandet mellan två former av uran i oceanisk kalksten:uran-238 och uran-235.

Oceanisk kalksten bildas genom ansamling av kalciumkarbonat från korallrev och skal från musslor. Uran som också finns i havsvattnet införlivas i kalciumkarbonatet och så småningom i kalkstenen.

När havsvatten är anoxiskt, vissa kemiska reaktioner använder företrädesvis det tyngre uran-238 framför det lättare uran-235. Mer av uran-238 blir olösligt i havsvatten, och kan inte längre inkorporeras i kalciumkarbonat. Istället, uran-235 som finns kvar i havsvattnet införlivas i kalciumkarbonatet – och så småningom kalkstenen – i högre halter än uran-238.

För att studera svårighetsgraden av anoxin under och efter utrotningen av sluttrias, forskare samlade in prover av kalksten från Lombardiets bassäng i norra Italien som deponerades under och efter utrotningen i slutet av trias för cirka 201 miljoner år sedan. De mätte urannivåer i proverna, och fann att det fanns mer uran-235 än uran-238 i kalkstenen, vilket indikerar att det fanns anoxiska förhållanden när berget bildades.

Baserat på deras mått, forskarna uppskattade tidsramen för anoxi under utrotningen. Forskarna fann att havsvatten var anoxiskt i minst 50, 000 år under utrotningen men försenade revåterhämtningen med upp till 250, 000 år efter utrotningen. Även om det finns andra processer som potentiellt kan orsaka uppbyggnad av uran-238 eller uran-235 i sedimentet, forskarna använde modellering för att visa att dessa processer inte kunde producera de förhöjda nivåerna av uran-235 som de observerade i sina prover.

Studiens författare misstänker att anoxin är det som försenade återhämtningen av marina arter under slutet av trias och kunde ha bidragit till utrotningens svårighetsgrad.

Jost sa att deras slutsatser om anoxi i slutet av trias passade in i en större bild som framträder från nyare forskning som visar många likheter mellan utrotningen i slutet av trias och den allvarligaste utrotningen någonsin, slutpermian, som inträffade cirka 52 miljoner år före utrotningen i slutet av trias. Att förstå dessa utrotningar kan hjälpa forskare att bättre förstå hur arter kan reagera på framtida förändringar i miljön.

"Slut-Permian var mycket längre, och återhämtningen var mycket längre och utrotningen allvarligare, " sa Jost. "Så på något sätt, ändtriasen är en mini ändperm."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.