En ny analys av strontiumisotoper i marina sediment har gjort det möjligt för forskare att rekonstruera fluktuationer i havskemin relaterade till förändrade klimatförhållanden under de senaste 35 miljoner åren.

Resultaten, publicerad 26 mars in Vetenskap , ge nya insikter om hur det globala kolkretsloppet fungerar och, särskilt, de processer genom vilka kol avlägsnas från miljön genom avsättning av karbonater.

"Strontium är mycket likt kalcium, så det blir inkorporerat i kalciumkarbonatskalen hos marina organismer, " förklarade huvudförfattaren Adina Paytan, forskningsprofessor vid Institutet för marina vetenskaper vid UC Santa Cruz.

Paytan och hennes medförfattare tittade på förhållandet mellan olika isotoper av strontium, inklusive radiogena isotoper (framställda genom radioaktivt sönderfall) och stabila isotoper, som ger kompletterande information om geokemiska processer. De fann att det stabila isotopförhållandet för strontium i havet har förändrats avsevärt under de senaste 35 miljoner åren, och det förändras fortfarande idag, vilket innebär stora förändringar i koncentrationen av strontium i havsvatten.

"Det är inte i ett stabilt tillstånd, så vad som kommer ut i havet och vad som lämnar stämmer inte överens, " Sa Paytan. "Strontiumsammansättningen av havsvatten förändras beroende på hur och var karbonater deponeras, och det påverkas av förändringar i havsnivå och klimat."

Fluktuationerna i strontiumisotopförhållanden som analyseras i denna studie återspeglar den kombinerade effekten av förändringar i den globala balansen av geologiska processer inklusive vittring av stenar på land, hydrotermisk aktivitet, och bildandet av karbonatsediment i både djuphavs- och grunt hav, havsnära miljöer.

Karbonatavlagring i det öppna havet kommer från marint plankton som kokkolitoforer och foraminifer, som bygger sina skal av kalciumkarbonatmineralet kalcit. På grunt vatten på kontinentalsockeln, hårda koraller är rikligare, och de bygger sina skelett av ett annat mineral av kalciumkarbonat, aragonit, som innehåller mer strontium än vad kalcit gör.

"När koraller bildas, de tar bort strontium, och när de blir utsatta, detta strontium sköljs ut och går tillbaka i havet, " sade Paytan. "Med förändringar i havsnivån, mer eller mindre av kontinentalsockeln där koraller växer är utsatt, så det påverkar strontiumsammansättningen av havsvatten."

Karbonatdeposition matas också tillbaka till klimatsystemet, eftersom havet absorberar koldioxid från atmosfären, och karbonatavsättning på geologiska tidsskalor tar bort kol från systemet. Den globala kolcykeln och atmosfärens koldioxid är tätt kopplade till klimatförändringarna, både på lång sikt och under de senaste istidscyklernas återkommande upp- och nedgångar.

"Den nya typen av information vi kan läsa från de stabila strontiumisotoperna gör att vi nu kan ta en närmare titt på affärsslutet av den globala kolcykeln, när kol avlägsnas från miljön och läggs ner i marina karbonatbäddar, " sa medförfattaren Mathis Hain, biträdande professor i jord- och planetvetenskap vid UCSC.

"Dessa fynd öppnar ett nytt fönster för att låta oss se hur den globala kolcykeln anpassade sig till havsnivån och klimatförändringarna genom geologisk tid, ", tillade han. "Vi kommer att behöva dessa insikter för att vägleda vårt svar på vår nuvarande klimatkris och för att mildra de värsta effekterna av havsförsurningen."

Forskarna kunde rekonstruera en robust och detaljerad registrering av strontiumisotopvariationer i havsvatten baserat på en analys av marin baryt extraherad från djuphavssedimentkärnor.

"Sådana rekord är avgörande för att förstå hur vår jord fungerar under geologiska tider, " sa medförfattare Elizabeth Griffith vid Ohio State University. "Vårt internationella team arbetade tillsammans för att både skapa denna unika skiva och förklara dess betydelse genom matematisk modellering, så vi kan rekonstruera förändringar i det förflutna när klimatförhållandena var annorlunda. Förhoppningen är att få insikt i hur vår blå planet kan fungera i framtiden."