De inslag van een asteroïde of komeet wordt erkend als de belangrijkste oorzaak van de massale uitsterving die 66 miljoen jaar geleden de meeste dinosauriërs en ongeveer driekwart van de planten- en diersoorten op aarde heeft gedood.

Maar massale vulkaanuitbarstingen in India kunnen ook hebben bijgedragen aan het uitsterven. Wetenschappers hebben lang gedebatteerd over de betekenis van de uitbarstingen van de Deccan Traps, die begon voor de impact en duurde, aan en uit, bijna een miljoen jaar, onderbroken door de impactgebeurtenis.

Nutsvoorzieningen, een door de Universiteit van Michigan geleide geochemische analyse van fossiele mariene weekdierschelpen van over de hele wereld biedt nieuwe inzichten in zowel de klimaatreactie als de milieuverontreiniging met kwik ten tijde van het Deccan Traps-vulkanisme.

Van dezelfde schaalexemplaren, de onderzoekers vonden wat een wereldwijd signaal lijkt te zijn van zowel abrupte opwarming van de oceaan als duidelijk verhoogde kwikconcentraties. Vulkanen zijn de grootste natuurlijke bron van kwik die de atmosfeer binnenkomt.

De dubbele chemische vingerafdrukken beginnen vóór de impactgebeurtenis en komen overeen met het begin van de uitbarstingen van de Deccan Traps.

Toen de onderzoekers de kwikniveaus van de oude schelpen vergeleken met concentraties in zoetwaterschelpen verzameld op een huidige locatie van industriële kwikvervuiling in de Shenandoah-vallei in Virginia, de niveaus waren ongeveer gelijk.

Bewijs uit de studie, die is gepland voor publicatie op 16 december in het tijdschrift Natuurcommunicatie , ondersteunt het idee dat het vulkanisme van Deccan Traps ingrijpende klimatologische en ecologische effecten had, langdurig en wereldwijd, concluderen de onderzoekers.

"Voor de eerste keer, we kunnen inzicht verschaffen in de verschillende klimaat- en milieueffecten van Deccan Traps-vulkanisme door een enkel materiaal te analyseren, " zei Kyle Meyer, hoofdauteur van de nieuwe studie. "Het was ongelooflijk verrassend om te zien dat exact dezelfde monsters waar de zeetemperaturen een abrupt opwarmingssignaal vertoonden, ook de hoogste kwikconcentraties vertoonden, en dat deze concentraties van vergelijkbare omvang waren als een locatie met aanzienlijke moderne industriële kwikverontreiniging."

Meyer voerde het onderzoek uit als onderdeel van zijn proefschrift bij het U-M Department of Earth and Environmental Sciences. Hij is nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Portland State University in Oregon.

Kwik is een giftig sporenmetaal dat een bedreiging vormt voor de gezondheid van de mens, vissen en dieren in het wild. Door mensen gegenereerde bronnen van kwik zijn onder meer kolengestookte elektriciteitscentrales en ambachtelijke goudmijnen. Op de industrieel verontreinigde locatie South River in Virginia, waar de onderzoekers zoetwaterschelpen verzamelden, borden waarschuwen bewoners om geen vis uit de rivier te eten.

"De moderne site heeft een visverbod voor mensen vanwege het hoge kwikgehalte. Dus, stel je de milieu-impact voor van het hebben van dit niveau van kwikverontreiniging wereldwijd gedurende tien tot honderdduizenden jaren, " zei UM-geochemicus en co-auteur Sierra Petersen, die Meyer's co-adviseur was.

De onderzoekers veronderstelden dat de gefossiliseerde schelpen van weekdieren, voornamelijk tweekleppigen zoals oesters en mosselen, zou tegelijkertijd zowel de temperatuurreacties van de kustzee als de variërende kwiksignalen kunnen registreren die verband houden met het vrijkomen van enorme hoeveelheden warmtevasthoudend koolstofdioxide en kwik uit de Deccan Traps.

De langlevende uitbarstingen van Deccan Traps vormden een groot deel van West-India en waren gericht op de tijd van het Krijt-Paleogeen (K-Pg) massale uitsterven, 66 miljoen jaar geleden.

De studie gebruikte fossiele schelpen verzameld op Antarctica, de Verenigde Staten (Alabama, Alaska, Californië en Washington), Argentinië, Indië, Egypte, Libië en Zweden. De onderzoekers analyseerden de isotopensamenstelling van het schaalcarbonaat om de zeetemperaturen te bepalen, met behulp van een recent ontwikkelde techniek genaamd carbonaat geklonterde isotoop paleothermometrie.

Ze maten ook de hoeveelheid kwik in de opmerkelijk goed bewaarde fossiele schelpen en verzamelden het allereerste diepe tijdrecord van kwik dat bewaard is gebleven in gefossiliseerde biomineralen.

In eerdere onderzoeken is records van milieukwik zijn gereconstrueerd uit mariene sedimenten, geeft inzicht in de timing en schaal van het Deccan Traps-evenement. Maar die gegevens misten zo'n direct verband met de klimaatreactie. In de nieuwe studie beide signalen zijn aanwezig in dezelfde exemplaren - een belangrijke primeur, volgens de auteurs.

"Kwikafwijkingen zijn gedocumenteerd in sedimenten, maar nooit eerder in schelpen. Het vermogen om zowel het klimaat als een vulkanisme-indicator in exact dezelfde materialen te reconstrueren, helpt ons veel problemen met betrekking tot relatieve datering te omzeilen, " zei Petersen, een assistent-professor bij de UM-afdeling Aard- en Milieuwetenschappen. "Dus, een van de grote primeurs in deze studie is de technische proof of concept."

De nieuwe techniek zal naar verwachting brede toepassingen hebben voor de studie van massale uitstervingen en klimaatverstoringen in het geologische record, volgens de onderzoekers.