I en ny studie, Stanford-forskare har starkt stärkt teorin att brist på syre i jordens hav bidrog till en förödande död för cirka 444 miljoner år sedan. De nya resultaten indikerar vidare att dessa anoxiska (lite till inga syre) förhållanden varade i över 3 miljoner år – betydligt längre än liknande trollformler som krossar den biologiska mångfalden i vår planets historia.

Förutom att fördjupa förståelsen av forntida massutrotningshändelser, fynden har relevans för idag:Globala klimatförändringar bidrar till sjunkande syrehalter i det öppna havet och kustvattnen, en process som sannolikt innebär undergång för en mängd olika arter.

"Vår studie har pressat ut mycket av den återstående osäkerheten över omfattningen och intensiteten av de anoxiska tillstånden under en massdöd som inträffade för hundratals miljoner år sedan, " sa huvudförfattaren Richard George Stockey, en doktorand i studielabbet med författaren Erik Sperling, en biträdande professor i geologiska vetenskaper vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskaper (Stanford Earth). "Men fynden är inte begränsade till den enda biologiska katastrofen."

Studien, publiceras i Naturkommunikation 14 april, centrerat på en händelse känd som den sena ordoviciska massutdöden. Det är erkänt som en av de "fem stora" stora döendena i jordens historia, med den mest kända är händelsen Krita-Paleogen som utplånade alla icke-fågeldinosaurier för cirka 65 miljoner år sedan.

Vattenland

I början av den sena ordoviciska händelsen för cirka 450 miljoner år sedan, världen var en helt annan plats än den är idag eller var till och med i dinosauriernas tid. Den stora majoriteten av livet förekom uteslutande i haven, med växter som precis börjat dyka upp på land. De flesta av de moderna kontinenterna klämdes ihop till en enda superkontinent, döpt till Gondwana.

En första puls av utrotningar började på grund av global kylning som grep mycket av Gondwana under glaciärer. För cirka 444 miljoner år sedan, en andra utrotningspuls satte sedan in vid gränsen mellan Hirnantian och Rhuddanian geologiska stadier, till stor del – om än ofullständigt – tillskriven havsanoxi. Omkring 85 procent av marina arter försvann från fossilregistret när händelsen i sena ordovicium slutligen passerade.

Stanfordforskarna och deras studiekollegor tittade specifikt på den andra utrotningspulsen. Teamet försökte begränsa osäkerheten om var i jordens hav en brist på löst syre - lika kritiskt för oceanisk biologi då som nu - inträffade, samt i vilken utsträckning och hur länge. Tidigare studier har slutit sig till syrekoncentrationer i havet genom analyser av gamla sediment som innehåller isotoper av metaller som uran och molybden, som genomgår olika kemiska reaktioner under anoxiska kontra välsyresatta förhållanden.

Elementära bevis

Stockey ledde konstruktionen av en ny modell som inkluderade tidigare publicerade metallisotopdata, såväl som nya data från prover av svart skiffer som kommer från Murzuq-bassängen i Libyen, deponerades i det geologiska rekordet under massutdöendet. Modellen kastade ett brett nät, med hänsyn till 31 olika variabler relaterade till metallerna, inklusive mängderna uran och molybden som läcker från land och når haven via floder för att slå sig ner i havsbotten.

Modellens slutsats:I vilket som helst rimligt scenario, allvarlig och långvarig havsanoxi måste ha förekommit över stora volymer av jordens havsbottnar. "Tack vare den här modellen, vi kan med tillförsikt säga att en lång och djupgående global anoxisk händelse är kopplad till den andra pulsen av massutrotning i det sena ordovicium, " sa Sperling. "För det mesta havets liv, den Hirnantian-Rhuddanska gränsen var verkligen en riktigt dålig tid att vara vid liv."

Effekter på biologisk mångfald

Lärdomarna från det förflutna tyder på att deoxygeneringen alltmer dokumenterats i de moderna haven, särskilt i de övre sluttningarna av kontinentalsockeln som omsluter stora landmassor, kommer att belasta många organismtyper – möjligen till randen av utrotning. "Det finns inget sätt att låga syreförhållanden inte kommer att ha en allvarlig effekt på mångfalden, " sa Stockey.

På det här sättet, förutom att kasta ljus på jorden från en avlägsen yester-eon, studiens resultat kan hjälpa forskare att bättre modellera planeten som den är nu.

"Vi har faktiskt ett stort problem med att modellera syresättning i det moderna havet, " sa Sperling. "Och genom att utöka vårt tänkande om hur oceaner har betett sig tidigare, vi skulle kunna få lite insikter i haven idag."

Medförfattare till studien är med Georgia Institute of Technology, Yale universitet, University of Portsmouth och Czech University of Life Sciences Prag.