För cirka 250 miljoner år sedan – långt innan dinosaurier strövade omkring på jorden – ledde den globala uppvärmningen och sura oceaner orsakade av de snabba vulkaniska utsläppen från de sibiriska fällorna till massutrotningen perm-trias, vilket resulterade i eliminering av över 95 % av marina och 70 % av livet på jorden.

Sedan gjorde Moder Natur vad den gör bäst – fylla på sig själv. Men varför tog det så lång tid för henne att göra det?

Det är vad ett internationellt team av forskare ledd av professor Xiao-Ming Liu (University of North Carolina, Earth, Marine and Environmental Sciences), hennes doktorsexamen. studenten Cheng Cao (nu postdoktor, Nanjing University) och hennes tidigare postdoktor Clément P. Bataille (nu docent, geo- och miljövetenskaper vid University of Ottawa), undersökte under en sexårsperiod. Deras resultat publiceras idag i Nature Geoscience .

Där understudien tar på sig en huvudroll

Deras studie visar det otroliga sambandet mellan liv, klimat och jordens förmåga att fylla på sig själv, tillsammans med den påverkan som försvinnandet av en enda organism (i det här fallet en enda grupp små marina organismer, radiolarianerna) bidrog till att göra jorden nästan obeboeligt i miljontals år.

Deras huvudbudskap är att varje enskild organism på denna planet spelar en ibland dold men ändå kritisk roll för att reglera biogeokemiska cykler, och att det bör uppmuntra oss att luta oss in i bevarandet och förvaltandet av vår planet.

Vi satte oss ner med professor Bataille för att lära oss mer om denna studie och dess effekter:

Professor Bataille, förklara vad din stora upptäckt var.

Clément Bataille: Med den här studien föreslår vi en lösning för att förklara den utdragna återhämtningen av liv efter den allvarligaste massutrotningen, Perm-Trias massutdöende (Perm-utdöendet orsakades av det massiva vulkanutbrottet av Sibiriska fällorna och den tillhörande uppvärmningen och havet försurning som eliminerade över 95 % av marina och 70 % av landlevande arter.).

I decennier har forskare varit förbryllade över frånvaron av återhämtning av liv efter denna massutrotning, kombinerat med den ihållande beboeliga miljöförhållandena på planeten. De typiska regleringsmekanismerna som observerades efter andra massutrotningshändelser, särskilt kemisk vittring, verkade ha varit misslyckade med att återställa jorden till mer beboeliga förhållanden efter massutrotningen perm-trias. Det tog mer än 5 miljoner år efter slutet på den massiva vulkanen Siberian Traps för livet att återhämta sig i det tidiga trias. Vi visar att denna utdragna återhämtning kan förklaras av en ökning av omvänd väderlek i havet som drivs av utrotningen av små mikroorganismer som kallas radiolarier. Denna understuderade mekanism skulle ha upprätthållit ett varmt växthusklimat och sura hav i miljontals år, vilket hindrat liv från att återhämta sig. Först när dessa radiolarier dök upp igen efter flera miljoner år kunde jorden återgå till beboeliga förhållanden och liv för att återhämta sig helt.

När och var ägde denna forskning rum?

C.B.: Denna forskning ägde rum mellan 2016 och 2022. De flesta analyserna utfördes i Xiao-Ming Lius laboratorium vid Institutionen för jord-, havs- och miljövetenskaper, University of North Carolina, mellan 2016 och 2019 av Cheng Cao och Clément P. Bataille. Modelleringen utfördes av Cheng Cao mellan 2018 och 2020. Uppsatsen skrevs i flera iterationer mellan 2020 och 2021 av Cheng Cao, Clément P. Bataille och Xiao-Ming Liu. Resultaten var så överraskande att det tog oss flera år att försvara vår hypotes ordentligt.

Vilka är dina huvudsakliga resultat? Vad förklaras som vi inte visste eller förstod tidigare?

C.B.: Massutrotningen perm-trias (251,9 miljoner år sedan), även kallad den stora döende, är den största kända massutrotningen i vår planets historia. Under denna händelse försvann majoriteten av marina och landlevande arter på kort tid. Denna massutdöende händelse utlöstes av massiv vulkanism, Siberian Traps, som släppte ut gigantiska mängder växthusgaser, ökande atmosfärisk koldioxid, höjd temperatur och försurande hav. Men till skillnad från andra massutrotningshändelser där livet återhämtade sig snabbt och omdiversifierades, tog det mer än 5 miljoner år för livet att återhämta sig från denna massutrotning. Marina och terrestra förhållanden förblev ogästvänliga för livet med ihållande varma temperaturer, havsförsurning och återkommande havsanoxi i miljontals år.

Fortsattheten av dessa tillstånd förbryllade forskarna i åratal eftersom de sibiriska fällornas vulkaniska aktivitet upphörde efter några hundratusentals år. Vanligtvis när utsläppen upphör har jorden en mekanism som kallas kemisk vittring som verkar för att reglera klimatet tillbaka till mer beboeliga förhållanden. Kemisk vittring omfattar alla reaktioner som förändrar stenar på jordens yta. När stenar förändras frigör de en del kalcium, som när de transporteras till havet kan kombineras med koldioxid för att bilda karbonater. Med den här mekanismen reglerar jorden sitt klimat, för när planeten värms upp försvinner stenar snabbare och mer karbonatstenar avsätts i havet, vilket i slutändan minskar atmosfärens koldioxid och kyler klimatet.

Men under det tidiga trias, trots bevis på ökad kemisk vittring, misslyckades denna mekanism med att minska atmosfärens koldioxid, klimatet förblev mycket varmt och haven [förblev] sura, vilket hindrade liv från att komma tillbaka. I den här studien lyckades vi förena dessa motsägelsefulla observationer för att förklara varför miljöförhållandena förblev obeboeliga så länge efter massutrotningen som nästan ledde till att livet på jorden försvann.

Och hur genomfördes denna forskning?

C.B.: I denna studie använde vi litiumisotoper i marina permiska och tidiga triaskarbonater för att rekonstruera litiumisotoper i havet under den perioden. Isotoper är de olika former av ett element som finns i naturen och andelen av dessa isotoper i substrat ger information om processer som sker på jorden. Karbonatbergarter faller ut direkt från havet och kan bevara isotopsammansättningen i havet under den period då de bildades. Vår första idé när vi använde litiumisotoper var att få lite insikter i de kemiska vittringsprocesser som inträffade på land under perm-triasperioden.

Det är välkänt att litiumisotopsammansättningen i havet reagerar på förändringar i kemisk vittring på land eftersom isotoperna särskiljs under kemiska vittringsreaktioner. Men när vi analyserade litiumisotoper i dessa forntida karbonater upptäckte vi att litiumisotopsammansättningen i havet minskade dramatiskt precis innan utrotningen och förblev på extremt låga värden under hela det tidiga trias. Vi verifierade först att denna signal var verklig genom att se till att vi registrerade den ursprungliga isotopsammansättningen från perm-triasperioderna.

När detta väl bekräftats kunde vi inte förklara den mycket låga litiumisotopsammansättningen som observerats i havet under denna period genom att endast åberopa förändringar i terrestra kemiska väderpåverkan. Något annat måste vara på gång. Så vi fokuserade vår uppmärksamhet på en annan, mycket mindre studerad mekanism som kallas omvänd vittring, som vi visste kunde ha en stor inverkan på den marina litiumisotopsammansättningen. Omvänd vittring sker på havsbotten och består av bildandet av marina leror genom utfällning av kiseldioxid och andra katjoner lösta i havsvatten.

Men för att denna reaktion av omvänd väderlek ska ske i hög hastighet, måste havet ha höga koncentrationer av löst kiseldioxid. I det moderna havet är koncentrationen av löst kiseldioxid mycket låg eftersom små organismer som kallas kiselmedel (kiselalger) tar upp nästan all denna kiseldioxid för att göra sina skal. Dessa låga koncentrationer av kiseldioxid begränsar avsevärt omvända väderleksreaktioner som inträffar på havsbotten. Men vi märkte att under den sena permperioden utrotades dessa små siliciderorganismer. När väl dessa organismer dog ut, ökade löst kiseldioxid i havet snabbt och ingenting hindrade havet från att bilda enorma mängder marina leror (d.v.s. ökade hastigheter för omvänd vittring).

Medan omvända väderleksreaktioner förbrukar löst kiseldioxid, avger de tyvärr också koldioxid. Därför, när omvända väderleksreaktioner ökade, ökade därför atmosfärens koldioxidnivåer som bibehöll den globala uppvärmningen och havsförsurningen även efter att Siberian Traps-vulkanerna slutade släppa ut koldioxid. Eftersom dessa små kiselmedel inte återhämtade sig förrän mer än 5 miljoner år efter massutrotningen perm-trias, förblev atmosfäriska koldioxidnivåer höga, havsförsurningen fortsatte och miljöförhållandena förblev i stort sett beboeliga. Intressant nog kunde detta ha inträffat även om graden av kemisk vittring på land var hög, vilket förklarar den paradoxala observationen av den höga vittringshastigheten och växthusklimatet i tidiga trias. Under den tidiga triasperioden misslyckades jorden med att minska de höga atmosfäriska koldioxidnivåerna eftersom omvänd väderlek fortsatte att släppa ut stora mängder koldioxid.

Är det något du vill lägga till?

C.B.: Denna studie visar de otroliga kopplingarna och återkopplingen mellan liv, klimat och jordens beboelighet. Det är fantastiskt att tänka på hur försvinnandet av en enda grupp små marina organismer (radiolarier) bidrog till att göra jorden nästan obeboelig i miljoner år. Det är en stor lektion för vår moderna tid. Människor bidrar för närvarande till den sjätte massutrotningen. Bland försvinnandet av ikoniska arter som stora landlevande däggdjur, försvinner hundratals andra ostuderade arter. Vi bör komma ihåg att varje enskild organism på denna planet kan spela en dold men avgörande roll för att reglera biogeokemiska cykler. Det borde uppmuntra var och en av oss att agera för att bevara och förvalta vårt vackra hem. + Utforska vidare

Mystiskt klimatbeteende under jordens allvarligaste massutrotning förklaras