In een nieuwe studie, Stanford-onderzoekers hebben de theorie sterk ondersteund dat een gebrek aan zuurstof in de oceanen van de aarde ongeveer 444 miljoen jaar geleden heeft bijgedragen aan een verwoestende afsterving. De nieuwe resultaten geven verder aan dat deze zuurstofloze (weinig tot geen zuurstof) omstandigheden meer dan 3 miljoen jaar aanhielden - aanzienlijk langer dan vergelijkbare perioden die de biodiversiteit verpletteren in de geschiedenis van onze planeet.

Naast het verdiepen van het begrip van oude massa-extincties, de bevindingen zijn relevant voor vandaag:de wereldwijde klimaatverandering draagt ​​bij aan het dalende zuurstofgehalte in de open oceaan en kustwateren, een proces dat waarschijnlijk de ondergang betekent voor een verscheidenheid aan soorten.

"Onze studie heeft een groot deel van de resterende onzekerheid over de omvang en intensiteit van de anoxische omstandigheden weggedrukt tijdens een massale afsterving die honderden miljoenen jaren geleden plaatsvond, " zei hoofdauteur Richard George Stockey, een afgestudeerde student in het lab van studie co-auteur Erik Sperling, een assistent-professor geologische wetenschappen aan Stanford's School of Earth, Energie- en milieuwetenschappen (Stanford Earth). "Maar de bevindingen zijn niet beperkt tot die ene biologische ramp."

De studie, gepubliceerd in Natuurcommunicatie 14 april gecentreerd op een gebeurtenis die bekend staat als de Late Ordovician Mass Extinction. Het wordt erkend als een van de "Big Five" grote sterfgevallen in de geschiedenis van de aarde, met als bekendste het Krijt-Paleogeen-evenement dat zo'n 65 miljoen jaar geleden alle niet-vogeldinosaurussen heeft uitgeroeid.

Water wereld

Aan het begin van de Laat-Ordovicium-gebeurtenis, ongeveer 450 miljoen jaar geleden, de wereld was een heel andere plaats dan nu, of zelfs in het tijdperk van de dinosauriërs. De overgrote meerderheid van het leven vond uitsluitend plaats in de oceanen, met planten die net op het land zijn begonnen te verschijnen. De meeste hedendaagse continenten waren opeengepakt als een enkel supercontinent, genaamd Gondwana.

Een eerste impuls van uitsterven begon als gevolg van wereldwijde afkoeling die een groot deel van Gondwana onder gletsjers in zijn greep hield. Ongeveer 444 miljoen jaar geleden, een tweede puls van uitsterven begon toen op de grens tussen de geologische stadia van Hirnantien en Rhuddan, grotendeels - zij het niet overtuigend - toegeschreven aan oceaananoxie. Ongeveer 85 procent van de mariene soorten was uit het fossielenbestand verdwenen tegen de tijd dat het Laat-Ordovicium-evenement uiteindelijk voorbij was.

De Stanford-onderzoekers en hun studiecollega's keken specifiek naar de tweede puls van uitsterven. Het team probeerde de onzekerheid te beperken over waar in de zeeën van de aarde een tekort aan opgeloste zuurstof optrad - even cruciaal voor de oceanische biologie als nu -, en in welke mate en voor hoe lang. Eerdere studies hebben oceaanzuurstofconcentraties afgeleid door analyses van oude sedimenten die isotopen van metalen zoals uranium en molybdeen bevatten, die verschillende chemische reacties ondergaan in zuurstofarme versus goed geoxygeneerde omstandigheden.

elementair bewijs

Stockey leidde de constructie van een nieuw model dat eerder gepubliceerde metaalisotoopgegevens bevatte, evenals nieuwe gegevens van monsters van zwarte schalie afkomstig uit het Murzuq-bekken in Libië, afgezet in het geologische record tijdens de massale uitsterving. Het model wierp een breed net uit, rekening houdend met 31 verschillende variabelen met betrekking tot de metalen, inclusief de hoeveelheden uranium en molybdeen die van het land uitspoelen en via rivieren de oceanen bereiken om zich op de zeebodem te vestigen.

De conclusie van het model:in elk redelijk scenario, ernstige en langdurige oceaananoxie moet hebben plaatsgevonden over grote volumes van de oceaanbodems van de aarde. "Dankzij dit model we kunnen vol vertrouwen zeggen dat een lange en diepgaande wereldwijde zuurstofloze gebeurtenis verband houdt met de tweede puls van massale uitsterving in het Laat-Ordovicium, " zei Sperling. "Voor het meeste oceaanleven, de Hirnnantian-Rhuddanian grens was inderdaad een heel slechte tijd om te leven."

Effecten op biodiversiteit

De lessen uit het verleden suggereren dat de deoxygenatie die steeds vaker wordt gedocumenteerd in de moderne oceanen, vooral op de bovenste hellingen van het continentaal plat dat grote landmassa's omvat, zal veel soorten organismen onder druk zetten - mogelijk op de rand van uitsterven. "Er is geen manier dat lage zuurstofcondities geen ernstig effect zullen hebben op diversiteit, ' zei Stocky.

Op deze manier, naast het licht werpen op de aarde van een ver verleden, de bevindingen van de studie kunnen onderzoekers helpen de planeet beter te modelleren zoals die nu is.

"We hebben eigenlijk een groot probleem met het modelleren van oxygenatie in de moderne oceaan, "Zei Sperling. "En door ons denken over hoe oceanen zich in het verleden hebben gedragen uit te breiden, we zouden vandaag wat inzicht in de oceanen kunnen krijgen."

Co-auteurs van de studie zijn bij het Georgia Institute of Technology, Yale universiteit, University of Portsmouth en Czech University of Life Sciences Praag.