Een verlies van zuurstof in het wereldwijde oceaanzeewater 94 miljoen jaar geleden leidde tot een massale uitsterving van het zeeleven dat ongeveer een half miljoen jaar duurde.

Wetenschappers hebben verschillende mogelijke verklaringen gevonden voor hoe het zuurstofverlies plaatsvond. Deze kunnen onder meer verhoogde vulkanische activiteit omvatten, verhoogde voedingsstoffen die de oceaan bereiken, stijgende zeespiegel, en opwarmende zee- en oppervlaktetemperaturen. Maar om met een vinger naar een oorzaak (of meerdere ervan) te wijzen, moet je weten hoe snel het zuurstofverlies plaatsvond.

Een nieuwe techniek, ontwikkeld door Chad Ostrander, afgestudeerde student van de Arizona State University, met collega's van Wood Hole Oceanographic Institution (WHOI) en Florida State University (FSU), heeft een tijdschema opgesteld voor het zuurstofverlies in verband met deze grote oceaanuitstervingsgebeurtenis, die bij de wetenschap bekend staat als Oceanic Anoxic Event 2.

Hun onderzoek werd op 9 augustus gepubliceerd. 2017, in het journaal wetenschappelijke vooruitgang .

"Het project begon toen ik een student Summer School Fellow was bij Woods Hole, " zegt Ostrander, een promovendus aan ASU's School of Earth and Space Exploration. Zijn co-auteurs op het papier zijn Jeremy Owens van Florida State en Sune Nielsen van Woods Hole.

"We waren in staat om veranderingen in het zuurstofgehalte van oud zeewater te volgen door isotopen van thallium te meten in oude zeebodemsedimenten, Ostrander legt uit. "Omdat de zuurstof in de rotsen die we meten niet echt waardevolle informatie zou opleveren, we gebruiken thallium en andere elementen als stand-ins, of volmachten."

Sedimenten behouden de thalliumisotoopsamenstelling van zeewater, die verandert afhankelijk van de hoeveelheid zuurstof in de diepe oceaan op het moment dat ze werden afgezet. De sedimenten stapelen zich in de loop van de tijd op, met diepere niveaus die overeenkomen met tijden verder in het verleden.

De sedimenten die het team bestudeerde, waren organisch-rijke zwarte schalies die in 2003 als kernmonsters werden verzameld door diepzeeboringen. De locatie was de Demerara Rise, een onderzees plateau in de Atlantische Oceaan voor de kust van Suriname en Frans Guyana.

"We hebben de stenen in ons lab opgelost, " legt Ostrander uit, "en vervolgens alles chemisch gescheiden behalve thallium, het element dat we nodig hadden voor analyse."

Dan met behulp van massaspectrometrie, het team mat variaties in thallium in sedimentair gesteente als een proxy voor veranderingen in zuurstofniveaus gedurende tienduizenden jaren.

Op basis van de analyse, de onderzoekers vermoeden dat tot de helft van de diepe oceaan zuurstofarm was geraakt tijdens Oceanic Anoxic Event 2, en bleef zo ​​voor ongeveer een half miljoen jaar voordat het herstelde.

"Het zuurstofverlies duurde 43, 000 jaar zal plaatsvinden, plus of min ongeveer 11, 000, "zegt Ostrander. "Noem het 50, 000 jaar of minder."

De primaire oorzaak van Oceanic Anoxic Event 2 is mogelijk een verhoogde levering van voedingsstoffen aan de oceanen, zeggen de onderzoekers. Een toename van nutriënten voedt de productie van organisch materiaal, en daaropvolgende remineralisatie door bacteriën die zich eraan voeden.

"Het is deze remineralisatie die specifiek verantwoordelijk is voor het zuurstofverlies, omdat deze bacteriën zuurstof verbruiken om het organische te oxideren, of koolstofhoudende, materie, " zegt Ostrander. "We zien een soortgelijk scenario in de moderne oceaan, opnieuw als gevolg van een verhoogde afgifte van voedingsstoffen, maar grotendeels aangedreven door meststoffen die in de landbouw worden gebruikt."

In feite, hij zegt, "de grootste 'dode zone' die in de Golf van Mexico is waargenomen, vindt op dit moment om deze reden plaats."

De onderzoekers trekken een duidelijke parallel tussen de snelheid van deoxygenatie in die tijd en moderne trends in zuurstofverlies in de oceanen.

Zegt co-auteur Nielsen, "Onze resultaten tonen aan dat de deoxygenatiesnelheid van de zee voorafgaand aan de oude gebeurtenis waarschijnlijk over tienduizenden jaren plaatsvond, en zijn verrassend vergelijkbaar met de twee procent zuurstofuitputtingstrend die we de afgelopen 50 jaar zien veroorzaakt door menselijke activiteiten."

Hij voegt toe, "We weten niet of de oceaan op weg is naar een ander wereldwijd zuurstofloos evenement, maar de trend is natuurlijk, zorgwekkend."

Ostrander zegt, "Op dit punt, we beginnen nog maar net te begrijpen hoe de zuurstofniveaus in de oceaan in het verleden zijn veranderd. Maar met onze nieuwe tool, we hebben al geleerd dat een van de meest extreme klimaatgebeurtenissen in het sedimentaire record een ongemakkelijk redelijk analoog biedt voor mogelijk toekomstig zuurstofverlies in de oceaan en daaropvolgende ecologische verschuivingen."

Hij voegt toe, "We hopen deze informatie te gebruiken om een ​​beter zicht te krijgen op de korte, toekomst op middellange en lange termijn voor het zuurstofgehalte in de oceanen van vandaag."