Ett stenbrott som illustrerar band av skiktad kalksten från den antika havsbotten i det som nu är Mercato San Severino i Italien. Kredit: Mariano Remírez, George Mason University
För cirka 183 miljoner år sedan, under Toarcian Oceanic Anoxic Event (T-OAE), släppte vulkanutbrott i det som nu är Sydafrika ut cirka 20 500 gigaton koldioxid (CO2) i atmosfären och haven under ett intervall på 300 till 500 tusen år . Detta betydande inflöde av CO2 ledde till allvarlig syrebrist i marina miljöer, vilket resulterade i en omfattande utrotning av marint liv.
Mänsklig aktivitet sedan den industriella revolutionen har redan resulterat i kumulativa CO2-utsläpp som representerar 12 procent av den totala CO2 som släpps ut under hela T-OAE, på mindre än 0,1 procent av tiden. T-OAE förebådar vad som kan hända med våra hav om utsläppen av växthusgaser fortsätter att öka.
Vetenskaplig analys av syrebrist i havet
”Du kan se massor av fossiler i havssediment före T-OAE, och sedan plötsligt försvinner de”, säger Caltechs Francois Tissot, professor i geokemi och utredare vid Heritage Medical Research Institute. Tissot är medförfattare till en ny studie, som visas den 24 juni i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, som beskriver omfattningen av havsanoxin under T-OAE.
Under ledning av forskare från George Mason University samlade teamet in trettio prover av stratifierad kalksten från Mercato San Severino-regionen i södra Italien för att bedöma svårighetsgraden av syrebrist i havet under T-OAE.
Teamet analyserade proverna för deras uraninnehåll och isotopsammansättning. Isotoper är tvillingversioner av ett grundämne med olika antal neutroner, och därmed väldigt lite olika massor. Den relativa mängden av isotoper av uran i havet beror på mängden anoxi. Detta innebär att genom att mäta den isotopiska sammansättningen av uran i havet kan forskare sluta sig till mängden anoxi i havet. I avsaknad av faktiska havsvattenprover från det förflutna kan forskare använda en proxy för det, såsom karbonatstenar, som troget registrerar havsvattensammansättningen.
När det finns mycket syre i havet, förblir uran gärna i sin lösliga form, löst i havsvattnet. Men när syre i vattnet blir mindre, börjar uran fällas ut ur havsvattnet och lägger sig i sediment på havsbotten. Genom noggrann modellering utvecklad av tidigare Caltech-postdoktor Michael Kipp, Tissot och medarbetare, kan mängden uran i havsbottenprover indikera procentandelen syre i havet vid tidpunkten för T-OAE.
Effekten av anoxi på havsbotten
”Med den här modellen fann vi att anoxin nådde en topp på 28 till 38 gånger av det moderna havet”, säger Tissot. ”Idag är bara cirka 0,2 procent av havsbotten täckt av syrefria sediment, liknande de som finns i Svarta havet. Vid tiden för T-OAE, för 183 miljoner år sedan, var det 6 till 8 procent av havsbotten som var täckt av anoxiskt sediment.”
Resultaten indikerar att tidigare OAE-händelser kan förebåda effekterna av antropogena CO2-utsläpp på marina ekosystem.
”Om vi inte dämpar koldioxidutsläppen och fortsätter på en ökande CO2-bana kan vi tydligt se att det kommer att bli allvarliga negativa effekter på havets ekosystem”, säger Tissot.