Vulkanen onthullen aanwijzingen voor hoe de mensheid haar eigen massale uitsterving zal veroorzaken

Alle dieren, of ze nu op het land leven of in het water, hebben zuurstof nodig om te ademen. Maar vandaag verliezen de oceanen van de wereld zuurstof door een combinatie van stijgende temperaturen en veranderende zeestromingen.Beide factoren worden aangedreven door door de mens veroorzaakte klimaatverandering.

Dit proces heeft het potentieel om mariene voedselketens te ontwrichten. We weten al dat grote hypoxische of zuurstofarme zones dodelijk kunnen zijn. Als de hypoxie zowel in omvang als in duur uitbreidt, is het mogelijk om het zeeleven op grote schaal uit te roeien, wat eerder in de geschiedenis van de aarde is gebeurd.

We onderzoeken natuurlijke, oude veranderingen in oceaanoxygenatie en de biologische effecten als een manier om de natuurlijke reactie op mogelijke toekomstige klimaatscenario's te begrijpen. In een recente studie onderzochten we de verbanden tussen een grote vulkanische gebeurtenis die miljoenen jaren geleden plaatsvond en veranderingen in de zuurstofniveaus van de zee. Net als menselijke activiteiten vandaag, bracht dit evenement enorme hoeveelheden kooldioxide en andere broeikasgassen in de atmosfeer.

We ontdekten dat deze episode significante zuurstofverliezen veroorzaakte in de oceaan van de wereld die meer dan een miljoen jaar duurde. Ons onderzoek draagt ​​bij aan het groeiende bewijs dat het zuurstofgehalte in zeeën dramatisch wordt beïnvloed door opwarmtemperaturen en andere klimaatgerelateerde feedback veroorzaakt door de uitstoot van broeikasgassen.

Zijn verstikkende oceanen?

Wetenschappers zijn het er in brede kring over eens dat menselijke activiteiten - voornamelijk verbranding van fossiele brandstoffen, ontbossing en landbouwpraktijken - koolstofdioxide en methaan in ongekende hoeveelheden in de atmosfeer vrijgeven. De afgelopen decennia heeft onderzoek naar de effecten van klimaatverandering zich geconcentreerd op de opwarming van de aarde, de zeespiegelstijging en verzuring van de oceaan. Het verlies van oceaanzuurstof begint nu aandacht te krijgen.

De oceanen in de wereld hebben de afgelopen vijf decennia meer dan twee procent van hun reservoir met opgeloste zuurstof verloren. Op veel plaatsen maken lokale factoren zoals nutriëntenverontreiniging het probleem erger. In de Amerikaanse wateren komen regelmatig grote hypoxische zones voor in de Golf van Mexico, de Grote Meren en langs de Pacifische kust. Andere kustwateren worden overal ter wereld op dezelfde manier beïnvloed.

Hypoxie kan visvangsten verwoesten. Bijvoorbeeld, een grote visdood in de Filippijnen in 2002 was direct geassocieerd met dalende zuurstofniveaus in het water. Een soortgelijke gebeurtenis deed zich voor in 2011 in Redondo Beach, Californië, toen door hypoxische omstandigheden de plaatselijke vispopulatie gedurende verschillende dagen was gedecimeerd. Uiteindelijk hebben deze gebeurtenissen aanzienlijke gevolgen voor de mens, aangezien 40 procent van de wereldbevolking leeft binnen ongeveer 60 mijl van de oceaan. Miljoenen mensen zijn afhankelijk van vis voor voedsel, inkomen of beide.

Oude zuurstofverlies koppelen aan een mariene massale uitsterving

Vroegere vulkaanuitbarstingen zijn waarschijnlijk onze enige oude analogen voor de moderne uitstoot van broeikasgassen door menselijke activiteiten. Om te begrijpen hoe deze gebeurtenissen de oceanen beïnvloedden, hebben we ons gekeerd tot oude zee-rotsen die de relatie kunnen registreren tussen kooldioxide-uitstoot van vulkanen, mariene zuurstofniveaus en extinctie-evenementen.

Eén zo'n gebeurtenis, die 183 miljoen jaar geleden plaatsvond tijdens het vroege Jura, wordt het Toarcian Oceanic Anoxic Event genoemd. Het staat bekend om het grote vulkanisme en de zevende grootste massa-uitsterving in de geschiedenis van de aarde, die voornamelijk in de oceanen plaatsvond. Het vulkanisme dat plaatsvond was veel groter in omvang dan alle moderne vulkanen en zou enorme hoeveelheden broeikasgassen in de atmosfeer hebben vrijgemaakt, waardoor de planeet dramatisch werd opgewarmd.

We hebben een nieuw en nieuw hulpmiddel - thallium-isotopen - toegepast om de timing en hoeveelheid zuurstofverlies uit de oceanen tijdens dit evenement te bepalen. Thallium is een zacht, zilverachtig metaal dat wordt aangetroffen in verschillende ertsen, waaronder ballen van mangaan op de oceaanbodem. Isotopen zijn atomen van hetzelfde element die geringe verschillen in massa hebben omdat ze verschillende aantallen neutronen bevatten.

Talrijke mineralen vormen zich in de oceaan, vaak door reacties waarbij zuurstof betrokken is. Maar de hoeveelheid vrije zuurstof in zeewater is niet constant in de moderne oceaan en varieert ook in de tijd. Wanneer zuurstof overvloedig aanwezig is in de oceaan, neerslaan mangaanoxides op de bodem van de oceaan en blijven thallium - en dan vooral de zwaardere isotopen - aan hen kleven. Door oude mariene sedimenten te analyseren en te zoeken naar verschuivingen in de isotope waarde van thallium, hebben we de hypothese geopperd dat we het progressieve verlies van zuurstof uit de oceaan kunnen volgen.

Om dit te doen, verzamelden we specifieke donkere sedimenten uit deze periode op locaties in Canada en Duitsland, die twee verschillende oceanen uit de oudheid vertegenwoordigden. Vervolgens hebben we elke laag gesteente opgelost om een ​​vloeistof te vormen en het thallium in elk monster geïsoleerd en gezuiverd.

We vonden dat thallium-isotopen verschoven in twee fasen tijdens dit evenement. Eerst werden de oceanen minder zuurstofrijk tijdens het begin van massief vulkanisme, ongeveer 183,8 miljoen jaar geleden tot 183,1 miljoen jaar geleden. Toen verloren de oceanen nog meer zuurstof, samenvallend met de meest intense fase van vulkanisme, die zich voordeed van 183,1 miljoen jaar geleden tot 182,6 miljoen jaar geleden.

Dit werk toont voor de eerste keer dat de oceaan wereldwijd zuurstof verloor, toevallig met het begin van vulkanisme. Belangrijk is dat dit gebeurde aan het begin van een bekende uitroeiing, de Pliensbachian-Toarcian massa extinctie gebeurtenis. Met andere woorden, de eerste tekenen van het uitsterven in het fossielenverslag vallen samen met zuurstofverlies in de oceanen.

We denken nu dat deze staat van zuurstofarme mariene omstandigheden meer dan een miljoen jaar duurde en over twee uitsterven pulsen. De tweede fase van deoxygenatie was meer expansief, waardoor een grotere extinctie werd veroorzaakt. Het gebeurde ook al bevatte de atmosfeer genoeg zuurstof om het leven te ondersteunen, net zoals vandaag. Bovendien was de duur van zuurstofarme omstandigheden vergelijkbaar met een andere gebeurtenis die 94 miljoen jaar geleden plaatsvond met biologische gevolgen.

Een Global Warming Threshold?

De Intergouvernementele Werkgroep inzake klimaatverandering heeft onlangs een speciaal rapport uitgebracht over opwarming van de aarde van 1,5 graden Celsius, waarin werd opgeroepen tot onmiddellijke actie om de klimaatverandering te beperken tot niveaus die de stress van het milieu en het ecosysteem minimaliseren. Wetenschappers zijn het er in grote lijnen over eens dat dit betekent dat voorkomen moet worden dat de wereldwijde gemiddelde temperaturen meer dan 1,5 graden Celsius boven de pre-industriële niveaus stijgen.

Het rapport merkt op dat als de temperatuur met 2 graden C stijgt in plaats van 1,5 graden C, er aanzienlijk meer zuurstofverlies zal optreden in de oceanen. Dit maakt het belangrijk om oude effecten van zuurstofverlies op het uitroeiingsrecord verder te bestuderen, zodat wetenschappers toekomstige klimaatscenario's beter kunnen voorspellen. Het is ook belangrijk om gebieden te identificeren die het meest zullen worden beïnvloed door zuurstofverlies door de oceaan en om de milieueffecten te beperken die zullen optreden als onze planeet blijft opwarmen.

Dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation door Jeremy D. Owens en Theodore R. Them II. Lees hier het originele artikel.