Het leven op aarde heeft een lange, maar ook een uiterst turbulente geschiedenis. Bij meer dan een gelegenheid, de meerderheid van alle soorten stierf uit en een reeds sterk ontwikkelde biodiversiteit kromp weer tot een minimum, elke keer de loop van de evolutie veranderen. De meest uitgebreide massa-extinctie vond ongeveer 252 miljoen jaar geleden plaats. Het markeerde het einde van het Perm-tijdperk en het begin van het Trias. Ongeveer driekwart van al het landleven en ongeveer 95 procent van het leven in de oceaan verdween binnen slechts een paar duizend jaar.

Gigantische vulkanische activiteiten in het huidige Siberië en het vrijkomen van grote hoeveelheden methaan uit de zeebodem zijn lange tijd besproken als mogelijke oorzaken van het uitsterven van het Perm-Trias. Maar de exacte oorzaak en de opeenvolging van gebeurtenissen die leidden tot de massale uitsterving bleven zeer controversieel. Nutsvoorzieningen, wetenschappers uit Duitsland, Italië en Canada, in het kader van het door de EU gefinancierde project BASE-LiNE Earth onder leiding van Prof. Dr. Anton Eisenhauer van GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel in samenwerking met het Helmholtz Center Potsdam GFZ German Research Center for Geosciences, zijn voor het eerst in staat geweest om de hele cascade van gebeurtenissen op dat moment afdoende te reconstrueren met behulp van geavanceerde analytische technieken en innovatieve geochemische modellering. De studie is vandaag gepubliceerd in het internationale tijdschrift Natuur Geowetenschappen .

Voor hun studie het BASE-LiNE Earth-team gebruikte een voorheen vaak verwaarloosd milieuarchief:de schelpen van fossiele brachiopoden. "Dit zijn mosselachtige organismen die al meer dan 500 miljoen jaar op aarde bestaan. Voor onze analyses konden we goed bewaarde brachiopodenfossielen uit de Zuidelijke Alpen gebruiken. Deze schelpen werden afgezet op de bodem van de ondiepe zeeën van de Tethys-oceaan 252 miljoen jaar geleden en registreerde de omgevingsomstandigheden kort voor en aan het begin van uitsterven, " legt Dr. Hana Jurikova uit. Zij is de eerste auteur van de studie, die ze uitvoerde in het kader van het BASE-LiNE Earth-project en haar proefschrift bij GEOMAR.

Door verschillende isotopen van het element boor in de fossiele schelpen te meten, het team was in staat om de ontwikkeling van de pH-waarden in de oceaan 252 miljoen jaar geleden te traceren. Omdat de pH van zeewater nauw is gekoppeld aan de CO ₂ concentratie in de atmosfeer, de reconstructie van de laatste was ook mogelijk. Voor de analyses, het team gebruikte isotopenanalyses met hoge precisie bij GEOMAR, evenals microanalyses met hoge resolutie op de ultramoderne secundaire ionenmassaspectrometer met grote geometrie (SIMS) bij GFZ.

"Met deze techniek we kunnen niet alleen de evolutie van de atmosferische CO . reconstrueren ₂ concentraties, maar ook duidelijk terug te voeren op vulkanische activiteit. Het oplossen van methaanhydraten, die was gesuggereerd als een mogelijke verdere oorzaak, hoogst onwaarschijnlijk is op basis van onze gegevens, " legt Dr. Marcus Gutjahr van GEOMAR uit, co-auteur van de studie.

Als volgende stap, het team voedde hun gegevens van het boor- en aanvullende op koolstofisotoop gebaseerde onderzoeken naar een computergebaseerd geochemisch model dat de processen van de aarde op dat moment simuleerde. De resultaten toonden aan dat opwarming en verzuring van de oceaan geassocieerd met de immense vulkanische CO ₂ injectie in de atmosfeer was al dodelijk en leidde tot het uitsterven van mariene verkalkende organismen direct aan het begin van het uitsterven. Echter, de CO ₂ vrijlating bracht ook verdere gevolgen met zich mee; met verhoogde mondiale temperaturen als gevolg van het broeikaseffect, chemische verwering op het land nam ook toe.

Gedurende duizenden jaren, steeds meer nutriënten bereikten de oceanen via rivieren en kusten, die vervolgens overbemest werd. Het resultaat was een grootschalige zuurstofuitputting en de wijziging van volledige elementaire cycli. "Deze domino-achtige ineenstorting van de onderling verbonden levensondersteunende cycli en processen leidde uiteindelijk tot de waargenomen catastrofale omvang van massale uitsterving aan de Perm-Trias-grens, " vat Dr. Jurikova samen.

De studie werd uitgevoerd in het kader van het door de EU gefinancierde ITN-project BASE-LiNE Earth, waarin voor het eerst het gebruik van brachiopoden als milieuarchief systematisch werd bestudeerd, en relevante analysemethoden werden verbeterd en nieuw ontwikkeld. "Zonder deze nieuwe technieken zou het moeilijk zijn om milieuprocessen van meer dan 250 miljoen jaar geleden te reconstrueren in hetzelfde detailniveau als we nu hebben gedaan, " benadrukt Prof. Dr. Anton Eisenhauer van GEOMAR, de voormalige BASE-LiNE Earth-projectcoördinator en co-auteur van de nieuwe studie, "in aanvulling op, de nieuwe methoden kunnen worden toegepast voor andere wetenschappelijke toepassingen."