Новые результаты, опубликованные на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, впервые убедительно показывают, что аноксия океана или кислородная недостаточность была глобальным, а не изолированным явлением. Исследование рисует мрачную картину того, как бескислородные условия снизили уровень кислорода в морской воде в 100 раз в начале массового вымирания. Затем уровень кислорода медленно повышался, возвращаясь к уровням до исчезновения только через 5 миллионов лет, что соответствует тому времени, когда климат стал более стабильным и жизнь вернула свое прежнее разнообразие.
«Объяснить 5-миллионную задержку в восстановлении системы Земли до условий до вымирания после пермского вымирания было непросто, – сказала Кимберли Лау, кандидат геологических наук в Стэнфордской школе наук о Земле, энергии и окружающей среде. "Наши результаты предлагают единое объяснение биологических и биогеохимических наблюдений, проистекающих из самого серьезного биотического кризиса в истории Земли."
Считается, что разрушительное стечение геологических событий вызвало Великое вымирание четверть миллиарда лет назад, включая массивное извержение изменяющего климат углекислого газа из вулканов, связанных с сибирскими ловушками. Многочисленные исследования показали, что аноксия океана играет роль как в фактическом вымирании, так и в его длительной фазе восстановления. Но до сих пор эти исследования не могли достоверно свидетельствовать за пределами местных условий о водах мира в целом.
Ключом к новому исследованию было определение аноксического сигнала, который можно было отследить независимо от региональных обстоятельств. Для этого исследователи из Стэнфорда обратились к новой технологии с использованием урана, хранящегося в известняке, который когда-то растворялся и равномерно смешивался в океанах. «Поскольку уран медленно циркулирует в океане, считается, что эти записи отражают глобальные изменения оксигенации», – сказал Лау.
Растворенный уран оказался в ловушке в породах морского дна, когда микробы химически преобразовали его в нерастворимую форму. Некоторые микробы также используют железо и серу для выработки энергии, создавая минералы, которые в дальнейшем вытягивают уран из воды. Атомы урана в природе встречаются в виде двух изотопов или версий с разным числом нейтронов, и эти изотопы по-разному ведут себя в химических реакциях.
Для удобства измерения аноксии скорости этих различных реакций, связанных с заменой урана, основаны на доступном кислороде.
«Когда вы начинаете поглощать кислород, вы действительно начинаете изменять химический состав воды», – сказала геохимик Кейт Махер, соавтор исследования и доцент Стэнфордской школы наук о Земле, энергии и окружающей среде. «Я думаю, это удивительно, что мы можем использовать эти очень тонкие химические ключи, чтобы рассказать нам об условиях в океане 250 миллионов лет назад, которые сильно повлияли на жизнь."
Разные сайты, та же история
Используя эту технику, Лау и его коллеги получили образцы горных пород из двух удаленных друг от друга участков, ныне расположенных на территории современного Китая и Турции.
Образцы древних морских отложений охватывают широкий временной интервал границы между перми и триасом и, учитывая географическое расстояние в тысячи миль, свидетельствуют о глобальных, а не местных характеристиках морской воды. «Мы исследовали известняки, возраст которых составляет около 17 миллионов лет, что действительно позволяет нам увидеть закономерности оксигенации до исчезновения, во время исчезновения и на протяжении всего периода восстановления», – сказал Лау.
Наблюдаемая закономерность снижения аноксии так хорошо согласуется с свидетельствами того, что жизнь снова встала на ноги через пять миллионов лет после вымирания из Пермского периода, исследователи из Стэнфорда стремятся применить свою методологию для лучшего понимания восстановления после четырех других крупных вымираний Земли. , самым известным из которых было мелово-палеогеновое событие 65 миллионов лет назад, которое привело к гибели динозавров.
«Техника, которую мы использовали в этом исследовании, – это абсолютно то, что мы хотим использовать для изучения других событий массового вымирания, многие из которых были связаны с кислородным голоданием океана», – сказал соавтор исследования Джонатан Пейн, доцент и заведующий кафедрой геологических наук в Стэнфордская школа наук о Земле, энергии и окружающей среде.
Многие исследователи теперь проявляют больший интерес к возрождению флоры и фауны во всем мире после бедствий, а не только к тому, как жизнь была отправлена пошатнувшись в первую очередь.
«Мы склонны уделять так много внимания событию исчезновения, а не столько восстановлению, – сказал Махер, – но восстановление также является действительно важным элементом, который закладывает основу для того, что произойдет в следующий период жизни."
«Новые открытия также имеют значение для нашего современного мира», – сказал Пейн.
«Эти результаты подчеркивают тот факт, что деоксигенация океана в 21 веке и далее может привести не только к потере популяций и видов морских животных, но и к неожиданным обратным связям в системе Земли», – добавил он. "Временные рамки этой обратной связи велики, а это означает, что последствия глубокой и обширной деоксигенации сегодня могут отражаться на протяжении многих столетий, тысячелетий или дольше."