Zo'n 250 miljoen jaar geleden - lang voordat dinosaurussen over de aarde zwierven - leidden de opwarming van de aarde en zure oceanen, veroorzaakt door de snelle vulkanische emissie van de Siberische vallen, tot het Perm-Trias massale uitsterving, wat resulteerde in de eliminatie van meer dan 95% van de mariene en 70 % van het aardse leven.

Toen deed Moeder Natuur waar ze het beste in is:zichzelf aanvullen. Maar waarom heeft ze er zo lang over gedaan?

Dat is wat een internationaal team van onderzoekers onder leiding van professor Xiao-Ming Liu (University of North Carolina, Earth, Marine and Environmental Sciences), haar Ph.D. student Cheng Cao (nu postdoctoraal fellow, Nanjing University) en haar voormalige postdoctoraal onderzoeker Clément P. Bataille (nu universitair hoofddocent aard- en milieuwetenschappen aan de universiteit van Ottawa), onderzochten gedurende een periode van zes jaar. Hun bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in Nature Geoscience .

Waar de understudy een hoofdrol op zich neemt

Hun onderzoek toont het ongelooflijke verband aan tussen leven, klimaat en het vermogen van de aarde om zichzelf aan te vullen, samen met de impact die de verdwijning van een enkel organisme (in dit geval een enkele groep kleine mariene organismen, de radiolariërs) heeft bijgedragen aan het maken van de aarde miljoenen jaren bijna onbewoonbaar.

Hun belangrijkste boodschap is dat elk organisme op deze planeet een soms verborgen maar cruciale rol speelt bij het reguleren van biogeochemische cycli, en dat het ons zou moeten aanmoedigen om ons in te zetten voor het behoud en het beheer van onze planeet.

We gingen aan tafel met professor Bataille om meer te weten te komen over deze studie en de impact ervan:

Professor Bataille, leg uit wat uw grote ontdekking was.

Clément Bataille: Met deze studie stellen we een oplossing voor om het langdurige herstel van het leven te verklaren na de meest ernstige massa-extinctie, de Perm-Trias massa-extinctie (de Perm-extinctie werd veroorzaakt door de enorme vulkaanuitbarsting van de Siberische vallen en de daarmee gepaard gaande opwarming en oceaan verzuring die meer dan 95% van de mariene en 70% van de terrestrische soorten heeft geëlimineerd.

Decennialang hebben wetenschappers zich verbaasd over het uitblijven van herstel van het leven na deze massale uitsterving, in combinatie met het voortbestaan ​​van bewoonbare milieuomstandigheden op de planeet. De typische regulatiemechanismen die werden waargenomen na andere massale uitstervingsgebeurtenissen, met name chemische verwering, leken niet succesvol te zijn geweest bij het terugbrengen van de aarde naar meer bewoonbare omstandigheden na het Perm-Trias massa-extinctie. Het duurde meer dan 5 miljoen jaar na het einde van het enorme vulkanisme van de Siberische vallen voordat het leven in het vroege Trias herstelde. We laten zien dat dit langdurige herstel kan worden verklaard door een toename van omgekeerde verwering in de oceaan, veroorzaakt door het uitsterven van kleine micro-organismen die radiolariërs worden genoemd. Dit onderbelichte mechanisme zou miljoenen jaren een warm broeikasklimaat en zure oceanen in stand hebben gehouden, waardoor het leven niet kon herstellen. Pas toen die radiolariërs na enkele miljoenen jaren weer verschenen, was de aarde in staat om terug te keren naar bewoonbare omstandigheden en om volledig te herstellen.

Wanneer en waar vond dit onderzoek plaats?

CB: Dit onderzoek vond plaats tussen 2016 en 2022. De meeste analyses werden tussen 2016 en 2019 uitgevoerd in het laboratorium van Xiao-Ming Liu bij het Department of Earth, Marine and Environmental Sciences, de University of North Carolina, door Cheng Cao en Clément P. Bataille. De modellering werd uitgevoerd door Cheng Cao tussen 2018 en 2020. De paper werd tussen 2020 en 2021 in verschillende iteraties geschreven door Cheng Cao, Clément P. Bataille en Xiao-Ming Liu. De resultaten waren zo verrassend dat het ons enkele jaren kostte om onze hypothese goed te verdedigen.

Wat zijn uw belangrijkste bevindingen? Wat wordt uitgelegd dat we eerder niet wisten of begrepen?

CB: De Perm-Trias massa-extinctie (251,9 miljoen jaar geleden), in de volksmond ook wel de Grote Sterven genoemd, is de grootste bekende massa-extinctie in de geschiedenis van onze planeet. Tijdens deze gebeurtenis zijn de meeste mariene en terrestrische soorten in korte tijd verdwenen. Deze massale uitstervingsgebeurtenis werd veroorzaakt door enorm vulkanisme, de Siberische vallen, die gigantische hoeveelheden broeikasgassen uitstoten, de atmosferische kooldioxide verhogen, de temperatuur verhogen en de oceanen verzuren. In tegenstelling tot andere massale uitstervingsgebeurtenissen waarbij het leven zich snel herstelde en opnieuw gediversifieerd werd, duurde het meer dan 5 miljoen jaar voordat het leven herstelde van deze massale uitsterving. De omstandigheden op zee en op het land bleven miljoenen jaren onherbergzaam met aanhoudend hoge temperaturen, verzuring van de oceaan en terugkerende anoxie in de oceaan.

Het voortbestaan ​​van deze omstandigheden bracht wetenschappers jarenlang in verwarring omdat de vulkanische activiteit van de Siberische vallen na een paar honderdduizend jaar stopte. Meestal wanneer de emissie stopt, heeft de aarde een mechanisme dat chemische verwering wordt genoemd en dat het klimaat regelt naar meer bewoonbare omstandigheden. Chemische verwering omvat alle reacties die rotsen op het aardoppervlak veranderen. Als rotsen worden veranderd, geven ze wat calcium af, dat wanneer het naar de oceaan wordt getransporteerd, kan worden gecombineerd met koolstofdioxide om carbonaten te vormen. Met dit mechanisme reguleert de aarde het klimaat, want als de planeet opwarmt, verweren rotsen sneller en worden er meer carbonaatgesteenten in de oceaan afgezet, waardoor uiteindelijk de koolstofdioxide in de atmosfeer afneemt en het klimaat afkoelt.

Tijdens het vroege Trias slaagde dit mechanisme er echter niet in om, ondanks bewijzen van verhoogde chemische verwering, de kooldioxide in de atmosfeer te verminderen, het klimaat bleef erg heet en de oceanen [bleven] zuur, waardoor het leven niet terugkeerde. In deze studie zijn we erin geslaagd om deze tegenstrijdige waarnemingen met elkaar te verzoenen om te verklaren waarom de omgevingsomstandigheden zo lang onbewoonbaar bleven na de massale uitsterving die bijna leidde tot de verdwijning van het leven op aarde.

En hoe is dit onderzoek uitgevoerd?

CB: In deze studie hebben we lithiumisotopen in Perm- en Vroeg-Trias-mariene carbonaten gebruikt om lithiumisotopen in de oceaan in die periode te reconstrueren. Isotopen zijn de verschillende vormen van een element die in de natuur voorkomen en het aandeel van deze isotopen in substraten geeft informatie over processen die op aarde plaatsvinden. Carbonaatrotsen precipiteren rechtstreeks uit de oceaan en kunnen de isotopensamenstelling van de oceaan behouden in de periode waarin ze gevormd zijn. Ons eerste idee bij het gebruik van lithiumisotopen was om inzicht te krijgen in de chemische verweringsprocessen die op het land plaatsvonden tijdens de Perm-Trias-periode.

Het is bekend dat de samenstelling van lithiumisotoop in de oceaan reageert op veranderingen in chemische verwering op het land, omdat de isotopen worden onderscheiden tijdens chemische verweringsreacties. Toen we echter lithiumisotopen in die oude carbonaten analyseerden, ontdekten we dat de samenstelling van lithiumisotopen van de oceaan dramatisch afnam vlak voor het uitsterven en tijdens het vroege Trias op extreem lage waarden bleef. We hebben eerst geverifieerd dat dit signaal echt was door ervoor te zorgen dat we de originele isotopensamenstelling van de Perm-Trias-periodes registreerden.

Toen dit eenmaal was bevestigd, konden we de zeer lage lithiumisotoopsamenstelling die in deze periode in de oceaan werd waargenomen, niet verklaren door alleen veranderingen in terrestrische chemische verwering op te roepen. Er moest iets anders spelen. Dus richtten we onze aandacht op een ander, veel minder bestudeerd mechanisme genaamd omgekeerde verwering, waarvan we wisten dat het een grote invloed zou kunnen hebben op de samenstelling van mariene lithiumisotoop. Omgekeerde verwering vindt plaats op de oceaanbodem en bestaat uit de vorming van zeeklei door precipitatie van silica en andere kationen opgelost in zeewater.

Om deze reactie van omgekeerde verwering echter in een hoog tempo te laten plaatsvinden, moet de oceaan hoge concentraties opgelost silica hebben. In de moderne oceaan is de concentratie opgeloste silica erg laag, omdat kleine organismen die silicifiers (diatomeeën) worden genoemd, bijna al deze silica opnemen om hun schelpen te maken. Deze lage concentraties silica beperken de omgekeerde verweringsreacties op de oceaanbodem aanzienlijk. We merkten echter dat tijdens het Laat-Perm die kleine kieuwende organismen uitstierven. Toen deze organismen eenmaal uitgestorven waren, nam het opgeloste silica in de oceaan snel toe en niets verhinderde de oceaan om enorme hoeveelheden zeeklei te vormen (d.w.z. de snelheid van omgekeerde verwering te verhogen).

Terwijl omgekeerde verweringsreacties opgelost silica verbruiken, stoten ze helaas ook koolstofdioxide uit. Daarom namen, naarmate de omgekeerde weersreacties toenamen, ook de atmosferische kooldioxidegehaltes toe, waardoor de opwarming van de aarde en de verzuring van de oceaan in stand bleven, zelfs nadat de vulkanen van de Siberische Traps stopten met het uitstoten van kooldioxide. Omdat deze kleine silicifiers pas meer dan 5 miljoen jaar na het Perm-Trias massa-extinctie herstelden, bleven de atmosferische kooldioxideniveaus hoog, bleef de verzuring van de oceaan bestaan ​​en bleven de omgevingsomstandigheden grotendeels bewoonbaar. Interessant is dat dit zelfs had kunnen gebeuren als de snelheid van chemische verwering op het land hoog was, wat de paradoxale waarneming van de hoge verwering en het broeikasklimaat van het vroege Trias verklaart. Tijdens de vroege Trias-periode slaagde de aarde er niet in de hoge atmosferische kooldioxidegehalten te verminderen omdat omgekeerde verwering grote hoeveelheden kooldioxide bleef uitstoten.

Is er iets dat je zou willen toevoegen?

CB: Deze studie demonstreert de ongelooflijke verbanden en feedback tussen het leven, het klimaat en de bewoonbaarheid van de aarde. Het is verbazingwekkend om te bedenken hoe de verdwijning van een enkele groep kleine mariene organismen (radiolariërs), ertoe heeft bijgedragen dat de aarde miljoenen jaren bijna onbewoonbaar is geworden. Het is een grote les voor onze moderne tijd. De mens draagt ​​momenteel bij aan de zesde massa-extinctie. Onder de verdwijning van iconische soorten zoals grote landzoogdieren, verdwijnen honderden andere niet-bestudeerde soorten. We moeten niet vergeten dat elk organisme op deze planeet een verborgen maar cruciale rol kan spelen bij het reguleren van biogeochemische cycli. Het zou ieder van ons moeten aanmoedigen om op te treden voor het behoud en het beheer van ons prachtige huis. + Verder verkennen

Mysterieus klimaatgedrag tijdens de zwaarste massa-extinctie van de aarde verklaard