Ongeveer 120 miljoen jaar geleden, de aarde ondervond een extreme verstoring van het milieu die zuurstof uit de oceanen verstikte.

Bekend als oceanische anoxische gebeurtenis (OAE) 1a, het zuurstofarme water leidde tot een kleine - maar significante - massale uitsterving die de hele wereld trof. Tijdens deze periode in het Vroege Krijt, een hele familie van in de zee levend nannoplankton is vrijwel verdwenen.

Door calcium- en strontiumisotoop-abundanties in nanoplanktonfossielen te meten, Noordwestelijke aardwetenschappers hebben geconcludeerd dat de uitbarsting van het Ontong Java Plateau grote stollingsprovincie (LIP) direct OAE1a veroorzaakte. Ongeveer zo groot als Alaska, de Ontong Java LIP barstte zeven miljoen jaar lang uit, waardoor het een van de grootste bekende LIP-evenementen ooit is. Gedurende deze periode, het spuwde tonnen koolstofdioxide (CO ₂ ) in de atmosfeer, de aarde in een broeikas-periode duwen die het zeewater verzuurde en de oceanen verstikte.

"We gaan terug in de tijd om kasperioden te bestuderen, omdat de aarde nu op weg is naar een nieuwe kasperiode, " zei Jiuyuan Wang, een Noordwestelijke Ph.D. student en eerste auteur van de studie. "De enige manier om in de toekomst te kijken, is door het verleden te begrijpen."

De studie werd vorige week (16 december) online gepubliceerd in het tijdschrift Geologie . Het is de eerste studie die stabiele strontiumisotoopmetingen toepast op de studie van anoxische gebeurtenissen in de oceaan.

Andreas Jacobson, Bradley Sageman en Matthew Hurtgen - allemaal professoren in de aard- en planeetwetenschappen aan het Weinberg College of Arts and Sciences in Northwestern - waren co-auteur van het artikel. Wang wordt medegeadviseerd door alle drie de hoogleraren.

Aanwijzingen in kernen

Nannoplanktonschelpen en vele andere mariene organismen bouwen hun schelpen uit calciumcarbonaat, dat is hetzelfde mineraal dat in krijt wordt gevonden, kalksteen en sommige antacidumtabletten. Wanneer atmosferische CO ₂ lost op in zeewater, het vormt een zwak zuur dat de vorming van calciumcarbonaat kan remmen en zelfs reeds bestaand carbonaat kan oplossen.

Om het klimaat op aarde tijdens het Vroege Krijt te bestuderen, de noordwestelijke onderzoekers onderzochten een 1, 600 meter lange sedimentkern genomen uit het midden van de Stille Oceaan. De carbonaten in de kern vormden zich in ondiep water, tropische omgeving ongeveer 127 tot 100 miljoen jaar geleden en worden momenteel gevonden in de diepe oceaan.

"Als je kijkt naar de koolstofcyclus van de aarde, carbonaat is een van de grootste reservoirs voor koolstof, "Zei Sageman. "Als de oceaan verzuurt, het smelt in feite het carbonaat. We kunnen zien dat dit proces het biomineralisatieproces beïnvloedt van organismen die carbonaat gebruiken om hun schelpen en skeletten op dit moment te bouwen, en het is een gevolg van de waargenomen toename van atmosferische CO ₂ door menselijke activiteiten."

Strontium als bevestigend bewijs

Verschillende eerdere studies hebben de calciumisotoopsamenstelling van marien carbonaat uit het geologische verleden geanalyseerd. De gegevens kunnen op verschillende manieren worden geïnterpreteerd, echter, en calciumcarbonaat kan in de loop van de tijd veranderen, verduisterende signalen verkregen tijdens de vorming ervan. In dit onderzoek, de noordwestelijke onderzoekers analyseerden ook stabiele isotopen van strontium - een sporenelement dat wordt gevonden in carbonaatfossielen - om een ​​vollediger beeld te krijgen.

"Calciumisotoopgegevens kunnen op verschillende manieren worden geïnterpreteerd, " Zei Jacobson. "Onze studie maakt gebruik van waarnemingen dat calcium- en strontiumisotopen zich op dezelfde manier gedragen tijdens de vorming van calciumcarbonaat, maar niet tijdens de wijziging die optreedt bij de begrafenis. In dit onderzoek, de calcium-strontiumisotoop 'multi-proxy' levert sterk bewijs dat de signalen 'primair' zijn en betrekking hebben op de chemie van zeewater tijdens OAE1a."

"Stabiele strontiumisotopen ondergaan minder snel fysieke of chemische veranderingen in de tijd, " voegde Wang toe. "Calciumisotopen, anderzijds, kan onder bepaalde omstandigheden gemakkelijk worden gewijzigd."

Het team analyseerde calcium- en strontiumisotopen met behulp van zeer nauwkeurige technieken in het schone laboratorium van Jacobson in Northwestern. De methoden omvatten het oplossen van carbonaatmonsters en het scheiden van de elementen, gevolgd door analyse met een thermische ionisatie massaspectrometer.

Onderzoekers vermoeden al lang dat LIP-uitbarstingen oceaanverzuring veroorzaken. "Er is een direct verband tussen verzuring van de oceaan en atmosferische CO ₂ niveaus, "Zei Jacobson. "Onze studie levert belangrijk bewijs dat de uitbarsting van het Ontong Java Plateau LIP in verband brengt met verzuring van de oceaan. Dit is iets wat mensen verwachtten op basis van aanwijzingen uit het fossielenarchief, maar geochemische gegevens ontbraken."

Toekomstige opwarming modelleren

Door te begrijpen hoe oceanen reageerden op extreme opwarming en verhoogde atmosferische CO ₂ , onderzoekers kunnen beter begrijpen hoe de aarde reageert op stroom, door de mens veroorzaakte klimaatverandering. De mens duwt de aarde momenteel een nieuw klimaat in, wat de oceanen verzuurt en waarschijnlijk een nieuwe massale uitsterving veroorzaakt.

"Het verschil tussen eerdere kasperiodes en de huidige door de mens veroorzaakte opwarming zit in de tijdschaal, " zei Sageman. "Gebeurtenissen uit het verleden hebben zich over tienduizenden tot miljoenen jaren ontvouwd. We zorgen voor hetzelfde niveau van opwarming (of meer) in minder dan 200 jaar."

"De beste manier waarop we de toekomst kunnen begrijpen, is door computermodellering, " voegde Jacobson toe. "We hebben klimaatgegevens uit het verleden nodig om nauwkeurigere modellen van de toekomst vorm te geven."