Вулканите разкриват улики за това как човечеството ще причини собственото си масово изчезване

Всички животни, независимо дали живеят на сушата или във водата, изискват кислород да диша. Но днес световните океани губят кислород поради комбинация от повишаващи се температури и променящи се океански течения. И двата фактора се дължат на промяната на климата, предизвикана от човека.

Този процес има потенциал да наруши морските хранителни вериги. Вече знаем, че големи хипоксични зони или зони с ниско съдържание на кислород могат да бъдат смъртоносни. Ако хипоксията се разширява както по размер, така и по продължителност, е възможно да се предизвика широко разпространено изчезване на морския живот, което се е случвало преди това в историята на Земята.

Ние изследваме естествени, древни промени в окисляването на океана и биологичните ефекти като начин за разбиране на естествената реакция на потенциалните бъдещи климатични сценарии. В едно скорошно проучване ние изследвахме връзките между голямото вулканично събитие, което се случи преди милиони години, и промените в нивата на кислорода в океана. Подобно на човешката дейност днес, това събитие освободи огромни количества въглероден диоксид и други парникови газове в атмосферата.

Открихме, че този епизод е предизвикал значителни загуби на кислород в океана на света, който е продължил повече от един милион години. Нашите изследвания добавят към нарастващите доказателства, че съдържанието на морски кислород се влияе драматично от температурите на затопляне и други свързани с климата обратни връзки, причинени от освобождаването на парникови газове.

Задушават ли се океаните ни?

Учените са съгласни, че човешките дейности - главно изгаряне на изкопаеми горива, обезлесяването и земеделските практики - освобождават въглероден двуокис и метан в атмосферата с безпрецедентни темпове. През последните няколко десетилетия изследванията върху въздействията от изменението на климата се съсредоточиха върху глобалното затопляне, повишаването на морското равнище и окисляването на океана. Сега загубата на кислород в океана започва да получава внимание.

Световните океани са загубили повече от два процента от своя резервоар за разтворен кислород през последните пет десетилетия. На много места местните фактори като замърсяване с хранителни вещества правят проблема по-лош. В водите на САЩ главните хипоксични зони се формират редовно в Мексиканския залив, Големите езера и по крайбрежието на Тихия океан. Други крайбрежни води също са засегнати по целия свят.

Хипоксията може да опустоши улова на риба. Например, голяма риба убие във Филипините през 2002 г. е пряко свързано с намаляването на кислородните нива във водата. Подобно събитие се е случило в Redondo Beach, Калифорния, през 2011 г., когато хипоксичните условия в продължение на няколко дни унищожиха местната популация риба. В крайна сметка тези събития имат значително въздействие върху хората, тъй като 40% от населението на света живее в рамките на около 60 мили от океана. Милиони хора зависят от риба за храна, доход или и за двете.

Свързване на древна загуба на кислород към морска масова екстинкция

Миналите вулканични изригвания са може би единствените ни древни аналози на съвременното освобождаване на парникови газове от човешката дейност. За да разберем как тези събития са засегнали океаните, се обърнахме към древните морски скали, които могат да записват връзката между отделянето на въглероден диоксид от вулканите, нивата на морския кислород и събитията за изчезване.

Едно такова събитие, което се е случило преди 183 милиона години по време на ранната юра, се нарича Тоарчианско океанично аноксично събитие. Той е известен с големия вулканизъм и седмия по големина масово изчезване в историята на Земята, който се е случвал предимно в океаните. Възникналият вулканизъм е много по-мащабно от всички съвременни вулкани и би освободил огромни количества парникови газове в атмосферата, затопляйки планетата драматично.

Ние приложихме нов и нов инструмент - талиеви изотопи - за определяне на времето и количеството на загубите на кислород от океаните по време на това събитие. Талий е мек, сребрист метал, който се намира в различни руди, включително топчета манган на дъното на океана. Изотопите са атоми от същия елемент, които имат леки масови разлики, защото съдържат различен брой неутрони.

В океана се образуват много минерали, често чрез реакции, които включват кислород. Но количеството на свободния кислород в морската вода не е постоянно в съвременния океан и също варира във времето. Когато кислородът е в изобилие в океана, манганови окиси се отлагат на дъното на океана, а талийът - особено неговите по-тежки изотопи - се придържат към тях. Анализирайки древните морски седименти и търсейки промени в изотопната стойност на талиума, предположихме, че можем да проследим прогресивната загуба на кислород в океана.

За да направим това, събрахме специфични тъмни седиментни скали от този период в обекти в Канада и Германия, които представляват два различни древни океана. След това разтворихме всеки слой скала, за да образуваме течност, и изолирахме и пречистихме талий във всяка проба.

Открихме, че изотопите на талий се изместват в два етапа по време на това събитие. Първо, океаните станали по-малко окислени по време на началото на масивен вулканизъм, преди около 183.8 милиона години, преди 183.1 милиона години. Тогава океаните загубиха още повече кислород, съвпадайки с най-интензивната фаза на вулканизма, която се е случила от 183.1 милиона години до 182.6 милиона години.

Тази работа показва за първи път, че глобалният океан е изгубил кислород съвместно с началото на вулканизма. Важно е, че това се случи в началото на известно изчезване, наречено масово изчезване на Пленсбахиан-Тоарчиан. С други думи, първите признаци на изчезване в изкопаемите данни съвпадат с загубата на кислород в океаните.

Сега смятаме, че това състояние на морските условия с ниско съдържание на кислород е продължило повече от един милион години и през два пулса на изчезване. Втората фаза на деоксигениране е по-обширна, което води до по-голямо изчезване. Това се случи, въпреки че атмосферата съдържаше достатъчно кислород, за да поддържа живота, подобно на днес. Освен това, продължителността на условията с нисък кислород е подобна на друго събитие, което се е случило преди 94 милиона години с биологични последствия.

Глобален праг на затопляне?

Междуправителственият панел по изменение на климата наскоро публикува специален доклад за глобалното затопляне от 1,5 градуса по Целзий, който призова за незабавни действия за ограничаване на изменението на климата до нива, които ще сведат до минимум стреса на околната среда и екосистемата. Учените като цяло са съгласни, че това означава да се предотвратят средните световни температури от над 1,5 градуса по Целзий над прединдустриалните нива.

Докладът отбелязва, че ако температурите се повишат с 2 градуса С вместо 1,5 градуса С, в океаните ще настъпи значително повече загуба на кислород. Това прави важно продължаването на изучаването на древните въздействия на загубата на кислород в рекорд за изчезване, така че учените да могат по-добре да предскажат бъдещите климатични сценарии. Също така е важно да се идентифицират области, които ще бъдат най-засегнати от загубата на кислород в океана и да се ограничат въздействията върху околната среда, които ще настъпят, докато нашата планета продължи да се затопля.

Тази статия първоначално е била публикувана на разговора на Джереми Д. Оуенс и Теодор Р. II. Прочетете оригиналната статия тук.