Kalciumkarbonatprover från en sedimentkärna borrad från mitten av Stillahavsbergen. Kredit:Northwestern University
För cirka 120 miljoner år sedan, jorden upplevde en extrem miljöstörning som kvävde syre från dess hav.
Känd som oceanisk anoxisk händelse (OAE) 1a, det syrefattiga vattnet ledde till en mindre – men betydande – massutrotning som påverkade hela jordklotet. Under denna ålder i den tidiga kritaperioden, en hel familj av havslevande nannoplankton nästan försvann.
Genom att mäta mängden kalcium- och strontiumisotop i fossiler av nannoplankton, Forskare från nordvästra jorden har kommit fram till att utbrottet av Ontong Java Plateau stora magmatiska provinsen (LIP) direkt utlöste OAE1a. Ungefär lika stor som Alaska, Ontong Java LIP bröt ut i sju miljoner år, vilket gör det till ett av de största kända LIP-evenemangen någonsin. Under denna tid, det spydde ut massor av koldioxid (CO 2 ) i atmosfären, driva jorden in i en växthusperiod som försurade havsvatten och kvävde haven.
"Vi går tillbaka i tiden för att studera växthusperioder eftersom jorden är på väg mot en annan växthusperiod nu, " sa Jiuyuan Wang, en Northwestern Ph.D. student och första författare till studien. "Det enda sättet att se in i framtiden är att förstå det förflutna."
Studien publicerades online förra veckan (16 december) i tidskriften Geologi . Det är den första studien som tillämpar stabila strontiumisotopmätningar för studier av forntida anoxiska händelser i havet.
Andrew Jacobson, Bradley Sageman och Matthew Hurtgen – alla professorer i jord- och planetvetenskap vid Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences – var medförfattare till uppsatsen. Wang samråds av alla tre professorerna.
Kalciumkarbonatprover från en sedimentkärna borrad från mitten av Stillahavsbergen visar bevis på försurning av havet för 127 till 100 miljoner år sedan. Kredit:Northwestern University
Ledtrådar inuti kärnor
Nannoplanktonskal och många andra marina organismer bygger sina skal av kalciumkarbonat, som är samma mineral som finns i krita, kalksten och några antacida tabletter. När atmosfärisk CO 2 löses i havsvatten, det bildar en svag syra som kan hämma kalciumkarbonatbildning och kan till och med lösa upp redan existerande karbonat.
Att studera jordens klimat under den tidiga kritatiden, forskarna från Northwestern undersökte en 1, 600 meter lång sedimentkärna tagen från mitten av Stillahavsbergen. Karbonaterna i kärnan bildas i ett grunt vatten, tropisk miljö för cirka 127 till 100 miljoner år sedan och finns för närvarande i djuphavet.
"När man tänker på jordens kolcykel, karbonat är en av de största reservoarerna för kol, Sageman sa. "När havet försuras, det smälter i princip karbonatet. Vi kan se denna process påverka biomineraliseringsprocessen för organismer som använder karbonat för att bygga sina skal och skelett just nu, och det är en konsekvens av den observerade ökningen av atmosfärisk CO 2 på grund av mänsklig verksamhet."
Strontium som styrkande bevis
Flera tidigare studier har analyserat kalciumisotopsammansättningen av marint karbonat från det geologiska förflutna. Uppgifterna kan tolkas på en mängd olika sätt, dock, och kalciumkarbonat kan förändras över tiden, döljande signaler som förvärvats under dess bildande. I den här studien, forskarna från Northwestern analyserade också stabila isotoper av strontium – ett spårämne som finns i karbonatfossiler – för att få en mer fullständig bild.
"Kalciumisotopdata kan tolkas på en mängd olika sätt, ", sa Jacobson. "Vår studie utnyttjar observationer att kalcium- och strontiumisotoper beter sig på liknande sätt under kalciumkarbonatbildning, men inte under ändring som sker vid begravning. I den här studien, kalcium-strontium-isotopen 'multi-proxy' ger starka bevis för att signalerna är 'primära' och relaterar till havsvattnets kemi under OAE1a."
Kalciumkarbonatprover från en sedimentkärna borrad från mitten av Stillahavsbergen visar bevis på försurning av havet för 127 till 100 miljoner år sedan. Kredit:Northwestern University
"Stabila strontiumisotoper är mindre benägna att genomgå fysiska eller kemiska förändringar över tiden, " tillade Wang. "Kalciumisotoper, å andra sidan, kan lätt ändras under vissa förhållanden."
Teamet analyserade kalcium- och strontiumisotoper med hjälp av högprecisionstekniker i Jacobsons rena laboratorium i Northwestern. Metoderna går ut på att lösa upp karbonatprover och separera grundämnena, följt av analys med en termisk joniseringsmasspektrometer.
Forskare har länge misstänkt att LIP-utbrott orsakar havsförsurning. "Det finns ett direkt samband mellan havsförsurning och atmosfärisk koldioxid 2 nivåer, "Sade Jacobson. "Vår studie ger nyckelbevis som länkar utbrottet av Ontong Java Plateau LIP till havsförsurning. Detta är något som folk förväntade sig skulle vara fallet baserat på ledtrådar från fossilregistret, men geokemiska data saknades."
Modellera framtida uppvärmning
Genom att förstå hur haven reagerade på extrem uppvärmning och ökad atmosfärisk koldioxid 2 , forskare kan bättre förstå hur jorden reagerar på ström, mänskligt orsakade klimatförändringar. Människor driver just nu jorden in i ett nytt klimat, som försurar haven och sannolikt orsakar ytterligare en massutrotning.
"Skillnaden mellan tidigare växthusperioder och nuvarande uppvärmning orsakad av människor ligger i tidsskalan, Sageman sa. "Tidigare händelser har utspelats under tiotusentals till miljoner år. Vi får samma nivå av uppvärmning (eller mer) att hända på mindre än 200 år."
"Det bästa sättet vi kan förstå framtiden är genom datormodellering, " tillade Jacobson. "Vi behöver klimatdata från det förflutna för att hjälpa till att forma mer exakta modeller för framtiden."
