Forskare vid University of Southampton har visat att en utrotningshändelse för 360 miljoner år sedan, som dödade mycket av jordens växt- och sötvattenliv, orsakades av en kort nedbrytning av ozonskiktet som skyddar jorden från skadlig ultraviolett (UV) strålning. Detta är en nyupptäckt utrotningsmekanism med djupa konsekvenser för vår värmande värld idag.

Det har förekommit ett antal massutrotningar i det geologiska förflutna. Endast en orsakades av att en asteroid träffade jorden, vilket var 66 miljoner år sedan när dinosaurierna utrotades. Tre av de andra, inklusive slutet Permian Great Dying, 252 miljoner år sedan, orsakades av enorma vulkanutbrott på kontinental skala som destabiliserade jordens atmosfärer och hav.

Nu, forskare har funnit bevis som visar att det var höga nivåer av UV -strålning som kollapsade skogens ekosystem och dödade många arter av fisk och tetrapoder (våra fyra lemmade förfäder) i slutet av den devoniska geologiska perioden, 359 miljoner år sedan. Detta skadliga utbrott av UV-strålning inträffade som en del av en av jordens klimatcykler, i stället för att orsakas av ett stort vulkanutbrott.

Ozonkollapsen inträffade när klimatet snabbt värmdes upp efter en intensiv istid och forskarna föreslår att jorden idag kan nå jämförbara temperaturer, möjligen utlöser en liknande händelse. Deras resultat publiceras i tidskriften Vetenskapliga framsteg .

Teamet samlade stenprover under expeditioner till bergiga polarområden i Östra Grönland, som en gång bildade en enorm gammal sjöbädd i det torra inre på Old Red Sandstone Continent, består av Europa och Nordamerika. Denna sjö var belägen på jordens södra halvklot och skulle ha liknat naturen till dagens Tchadsjö vid kanten av Saharaöknen.

Andra stenar samlades in från Andinsbergen ovanför Titicacasjön i Bolivia. Dessa sydamerikanska prover var från södra kontinenten Gondwana, som var närmare devonska sydpolen. De hade ledtrådar om vad som hände vid kanten av det smältande devoniska inlandsisen, möjliggör en jämförelse mellan utsläckningshändelsen nära polen och nära ekvatorn.

Tillbaka i labbet, stenarna löstes i fluorvätesyra, frigör mikroskopiska växtsporer (som pollen, men från ormbunksliknande växter som inte hade frön eller blommor) som hade legat bevarade i hundratals miljoner år. Vid mikroskopisk undersökning, forskarna fann att många av sporerna hade bisarrt bildat taggar på ytan - ett svar på att UV -strålning skadade deras DNA. Också, många sporer hade mörka pigmenterade väggar, tros vara en slags skyddande "solbränna", på grund av ökade och skadliga UV -nivåer.

Forskarna drog slutsatsen att under en tid med snabb global uppvärmning, ozonskiktet kollapsade under en kort period, exponerar livet på jorden för skadliga nivåer av UV-strålning och utlöser en massutrotning på land och i grunt vatten vid gränsen mellan devon och karbon.

Efter inlandsisens smältning, klimatet var väldigt varmt, med den ökade värmen över kontinenterna som driver mer naturligt genererat ozon som förstör kemikalier i den övre atmosfären. Detta släpper in höga nivåer av UV-B-strålning i flera tusen år.

Ledande forskare professor John Marshall, vid University of Southamptons School of Ocean and Earth Science, som är en National Geographic Explorer, kommenterar:"Vår ozonsköld försvann en kort tid under denna gamla period, sammanfaller med en kort och snabb uppvärmning av jorden. Vårt ozonskikt befinner sig naturligtvis i ett flödestillstånd - ständigt skapas och förloras - och vi har visat att detta också har hänt tidigare, utan en katalysator som ett vulkanutbrott i kontinental skala. "

Under utrotningen, växter överlevde selektivt, men stördes enormt när skogens ekosystem kollapsade. Den dominerande gruppen pansarfiskar dog ut. De som överlevde – hajar och benfiskar – är än i dag den dominerande fisken i våra ekosystem.

Dessa utrotningar kom vid en nyckeltidpunkt för utvecklingen av våra egna förfäder, tetrapoderna. Dessa tidiga tetrapoder är fiskar som utvecklats till att ha lemmar snarare än fenor, men levde ändå mest i vatten. Deras lemmar hade många fingrar och tår. Utrotningen återställde riktningen för deras utveckling med de efterlevande som överlevde efter jorden och med antalet fingrar och tår reducerade till fem.

Professor Marshall säger att hans teams resultat har häpnadsväckande konsekvenser för livet på jorden idag:"Nuvarande uppskattningar tyder på att vi kommer att nå liknande globala temperaturer som för 360 miljoner år sedan, with the possibility that a similar collapse of the ozone layer could occur again, exposing surface and shallow sea life to deadly radiation. This would move us from the current state of climate change, to a climate emergency."

The remote locations visited in East Greenland are very difficult to access, with travel involving light aircraft capable of landing directly on the tundra. Transport within the vast field area was by inflatable boats equipped with outboard motors, all of which had to fit in the small aircraft.

All field logistics was organised by CASP, an independent charitable trust based in Cambridge specialising in remote geological fieldwork. Mike Curtis, Managing Director of CASP says:"We have a history of assisting research geologists such as John Marshall and colleagues to access remote field areas and we are particularly pleased that their research has proved to have such potentially profound implications."