Vulkaner avslöjar hur mänskligheten kommer att orsaka sin egen massautrotning

Alla djur, oavsett om de bor på land eller i vattnet, kräver att syre andas. Men idag förlorar världens oceaner syre på grund av en kombination av stigande temperaturer och förändrade havsströmmar. Båda faktorerna drivs av mänskligt inducerade klimatförändringar.

Denna process har potential att störa marina matkedjor. Vi vet redan att stora hypoxiska eller zoner med låg syre kan vara dödliga. Om hypoxi expanderar både i storlek och längd, är det möjligt att orsaka utbredd utrotning av det marina livet som tidigare har hänt i jordens historia.

Vi undersöker naturliga, forntida förändringar i oceanenoxideringen och de biologiska effekterna som ett sätt att förstå det naturliga svaret på potentiella framtida klimatscenarier. I en nyligen genomförd studie undersökte vi kopplingar mellan en stor vulkanhändelse som inträffade för miljontals år sedan och förändringar i oceanens syrehalt. Precis som mänskliga aktiviteter idag släppte den här händelsen massiva mängder koldioxid och andra växthusgaser i atmosfären.

Vi fann att detta avsnitt tycktes utlösa betydande syreförluster i världens hav som varade över en miljon år. Vår forskning bidrar till ökande bevis på att syreinnehållet påverkas drastiskt av uppvärmningstemperaturer och andra klimatrelaterade återkopplingar som orsakas av utsläpp av växthusgaser.

Är våra hav sugande?

Forskare är överens om att mänskliga aktiviteter - främst förbränningen av fossila bränslen, avskogning och jordbruksmetoder - släpper ut koldioxid och metan i atmosfären vid oöverträffade priser. Under de senaste decennierna har forskning om klimatpåverkan inriktats på global uppvärmning, havsnivåhöjning och havsyring. Nu börjar förlusten av syre syre att få uppmärksamhet.

Världens oceaner har förlorat mer än två procent av sin löst syrereservoar de senaste fem decennierna. På många ställen gör lokala problem som näringsämnesföroreningar problemet sämre. I amerikanska vatten bildas stora hypoxiska zoner regelbundet i Mexikanska golfen, de stora sjöarna och längs Stilla havet. Andra kustvatten påverkas på samma sätt runt om i världen.

Hypoxi kan förstöra fiskfångster. Till exempel var en stor fiskdöd i Filippinerna år 2002 direkt förknippad med minskande syrehalter i vattnet. En liknande händelse inträffade i Redondo Beach, Kalifornien, 2011 då hypoxiska förhållanden över flera dagar decimerade den lokala fiskpopulationen. I slutändan har dessa händelser betydande effekter på människor, eftersom 40 procent av världens befolkning bor inom ungefär 60 miles från havet. Millioner människor är beroende av fisk för mat, inkomst eller båda.

Koppling av gammalt syreförlust till en marinmassadminering

Tidigare vulkanutbrott är antagligen våra enda antika analoger till den moderna utsläpp av växthusgaser från mänskliga aktiviteter. För att förstå hur dessa händelser påverkade oceanerna vände vi oss till gamla marina bergarter som kan registrera förhållandet mellan koldioxidutsläpp från vulkaner, marina syrenivåer och utrotningshändelser.

En sådan händelse, som inträffade 183 miljoner år sedan under den tidiga Jurassic, kallas Toarcian Oceanic Anoxic Event. Det är känt för stor vulkanism och den sjunde största massutrotningen i jordens historia, som framförallt skedde i oceanerna. Vulkanen som inträffade var mycket större i skala än alla moderna vulkaner, och skulle ha släppt massiva mängder växthusgaser i atmosfären och värmde planeten dramatiskt.

Vi tillämpade ett nytt och nytt verktyg - thalliumisotoper - för att bestämma tid och mängd syreförlust från oceanerna under denna händelse. Thallium är en mjuk silversmält metall som finns i olika malmer, inklusive manganbullar på havsbotten. Isotoper är atomer av samma element som har lätta massskillnader eftersom de innehåller varierande antal neutroner.

Många mineraler bildar sig i havet, ofta genom reaktioner som involverar syre. Men mängden fritt syre i havsvatten är inte konstant i det moderna havet och har också varierat i tid. När syre är rikligt i havet, lägger manganoxider på havsbotten och tallium - i synnerhet dess tyngre isotoper - fast vid dem. Genom att analysera forntida marina sediment och leta efter skift i thalliums isotopvärde antydde vi att vi kunde spåra den progressiva förlusten av havsyresyre.

För att göra detta samlade vi specifika mörkfärgade sedimentära bergarter från denna tidsperiod på platser i Kanada och Tyskland, som representerade två olika gamla oceaner. Vi löstes sedan varje lager av sten för att bilda en vätska och isolerade och renade tallium i varje prov.

Vi fann att thalliumisotoper skiftes i två steg under denna händelse. Först blev oceanerna mindre syrgaserade under massiv vulkanism, ungefär 183,8 miljoner år sedan till 183,1 miljoner år sedan. Sedan förlorade oceanerna ännu mer syre, som sammanföll med den mest intensiva fasen av vulkanismen, som inträffade från 183,1 miljoner år sedan till 182.6 miljoner år sedan.

Detta arbete visar för första gången att det globala havet förlorade syre tillfälligt med vulkanismens början. Det är viktigt att detta hände vid början av en känd utrotning som kallades Pliensbach-Toarcian-massutrotningsevenemanget. Med andra ord sammanfaller de första tecknen på utrotningen i den fossila skivan med syreförlust i oceanerna.

Vi tror nu att detta tillstånd av marina förhållanden med låg syre varade i över en miljon år och över två utrotningsimpulser. Den andra fasen av deoxigenering var mer expansiv, vilket medför en större utrotning. Det hände även om atmosfären innehöll tillräckligt med syre för att stödja livet, mycket som idag. Vidare var varaktigheten av låga syreförhållanden liknar en annan händelse som inträffade 94 miljoner år sedan med biologiska konsekvenser.

En global uppvärmnings tröskel?

Den mellanstatliga panelen för klimatförändringar släppte nyligen en särskild rapport om global värme på 1,5 grader C, vilket krävde omedelbar åtgärd för att begränsa klimatförändringen till nivåer som kommer att minimera miljö och ekosystemstress. Forskare är överens om att detta innebär att de globala genomsnittstemperaturerna stiger från att öka över 1,5 grader Celsius över preindustriella nivåer.

Rapporten noterar att om temperaturen ökar med 2 grader C istället för 1,5 grader C, kommer väsentligt mer syreförlust att uppstå i oceanerna. Detta gör det viktigt att fortsätta studera de gamla effekterna av syreförlust på utrotningsrekordet, så att forskare bättre kan förutsäga framtida klimatscenarier. Det är också viktigt att identifiera områden som kommer att påverkas mest av syreförlusten i havet och begränsa de miljöpåverkan som kommer att inträffa när vår planet fortsätter att värma.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation av Jeremy D. Owens och Theodore R. Them II. Läs den ursprungliga artikeln här.