Forntida stenar från Tennessee avslöjade att jordens rotation och bana runt solen styrde tidpunkten för oceaniska döda zoner vid en massutrotning av marint liv för cirka 370 miljoner år sedan.

Leds av forskare vid University of Alabama, fynden har viktiga konsekvenser för moderna hav. Resultaten av studien publicerades online denna vecka i Earth and Planetary Science Letters . Studien visar att syreförbrukningen i havet inte var permanent under massutrotningen, ganska döda zoner inträffade i periodiska episoder som reglerades av astronomisk tvång.

"Att studera gamla döda zoner hjälper oss att förstå hur moderna döda zoner orsakade av mänsklig verksamhet formar utvecklingen av marina ekosystem under en lång tid, "sa Dr Yuehan Lu, UA docent i geologiska vetenskaper och motsvarande författare till uppsatsen.

Döda zoner är vatten med låg syrehalt där de flesta marina liv dör. Idag är det känt att döda zoner hotar kustnära ekosystem, men de anses också vara den direkta orsaken till den massiva utrotningen i slutet av Devon som inträffade för 370 till 360 miljoner år sedan, en av fem inspelade massutrotningar på jorden.

Forskningen identifierade en koppling mellan det som kallas astronomisk tvång och massutrotning av grunt marint liv under perioden. Det är den första studien i sitt slag som identifierar cyklerna mellan land-havsinteraktioner under evenemanget.

"Vi samlade prover med högsta möjliga upplösning, och provtagningsstrategin gjorde det möjligt för oss att identifiera periodiciteten kopplad till astronomisk tvång, "sa Dr Man Lu, en postdoktor vid UA och huvudförfattare till uppsatsen.

Under perioden av jordens historia, känd som sen Devonian, fanns det tre stora landmassor, med dagens Nordamerika sammanfogade med Grönland och stora delar av Europa. Det var under denna tidsperiod som en av de "stora fem" utrotningshändelserna inträffade som ett stort antal marina djur som lever närmare land, som trilobiter och koraller, dog i två vågor. Anledningen till dessa utrotningar diskuteras fortfarande intensivt.

Astronomisk tvingning är den långsamma effekten av förändringarna i jordens rotation, rörelse, luta och kretsa runt solen över tid, orsakar cyklisk variation i fördelningen av solenergi som når jorden. Följaktligen, cykliska förändringar i klimatmönster sker på jorden. Fenomenet förekommer regelbundet i så kallade Milankovitch -cykler.

Detektivarbetet av forskarna innebar att samla prover varje centimeter och analysera spårbiomarkörer som lämnats kvar på berget. Dessa biomarkörer, även känd som "molekylära fossiler, "kommer från markväxter, marina alger och bakterier som trivs i miljöer med låg syrehalt. De innehåller kärnstrukturer som är tillräckligt motståndskraftiga för att bevaras under hundratals miljoner år, tillåter återuppbyggnad av land- och havsmiljöerna för cirka 370 miljoner år sedan.

Forskargruppen beräknade cykler av biomarkörer genom tiden. De fann astronomiska tvingar sätter cykler på 17, 000 och 21, 000 år för marina döda zoner genom att ta fram flödena av material från land som når havet. Dessa markbundna flöden ger ytterligare näringsämnen och orsakar överdriven tillväxt av marina alger och bakterier, som leder till syreutarmning i devoniska kusthav.

"Vi upptäckte att det största utrotningsintervallet under den sena devonska massutrotningen kunde utvecklas med en rad marina anoxiska händelser vars tidpunkt styrs av jordens orbitalforcerande, "sa Dr Takehito Ikejiri, en paleontolog med UA:s geologiska vetenskaper och Alabama Museum of Natural History som arbetade med detta projekt.