Massale kooldioxide-uitbarstingen veroorzaakten wijdverspreide zuurstofgebrek in de oceaan 300 miljoen jaar geleden, volgens sedimentmonsters

Onderzoek onthult de impact van kooldioxide-emissies op oceaanzuurstof

Nieuw onderzoek van de Universiteit van Californië, Davis, de Chinese Academie van Wetenschappen en Texas A&M Universiteit onthult dat enorme emissies, of ‘boertjes’, van kooldioxide uit natuurlijke aardsystemen leidden tot significante afnames van de zuurstofconcentraties in de oceaan, ongeveer 300 miljoen jaar geleden.

Door geochemische analyses van sedimentkernen te combineren met geavanceerde klimaatmodellen, benadrukt de studie, gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences, vijf periodes waarin significante afnames van de zuurstofniveaus in de oceaan (met 4% tot 12%) samenvielen met aanzienlijke stijgingen van de kooldioxide-niveaus in de atmosfeer. Dergelijke zuurstofloze, of anoxische, gebeurtenissen staan bekend om hun schadelijke effecten op het zeeleven en de biodiversiteit.

Hoewel deze bevindingen hun oorsprong in het verre verleden hebben, zijn ze relevant voor het huidige wereldklimaat en de toekomst. Als vergelijkbare gebeurtenissen vandaag de dag zouden plaatsvinden, zouden ze waarschijnlijk invloed hebben op kustgebieden die belangrijk zijn voor de visserij en de mariene biodiversiteit.

“Dit is onze enige analogie voor grote veranderingen in kooldioxide op niveaus die vergelijkbaar zijn met wat we vandaag de dag meemaken, waar we verdubbelingen en verdrievoudigingen van de niveaus zien,” zei senior auteur Isabel P. Montañez, een onderscheiden professor aan de afdeling Aarde- en Planetaire Wetenschappen van UC Davis.

Wat echter anders is, is de bron van het kooldioxide. Terwijl de kooldioxide-niveaus van vroegere klimaten beïnvloed werden door natuurlijke systemen zoals vulkaanuitbarstingen, hebben menselijk geproduceerde en mensgerelateerde kooldioxide-emissies een sterke invloed op de huidige niveaus.

“We creëren nu een ‘boertje’ en dat gebeurt met een snelheid die twee, misschien drie, ordes van grootte sneller is dan in het verleden,” zei Montañez.

Analyse van sedimentkernen en klimaatmodellen

In de studie gebruikte het team sedimentkernen afkomstig uit een geologische formatie in Zuid-China, genaamd de Naqing-succesie. Door de geochemische samenstelling van deze diepzeekernen te analyseren, met name de koolzuur-uraniumisotopen, documenteerde het team de milieomstandigheden op aarde van 310 tot 290 miljoen jaar geleden.

“Door die analyse zien we deze ‘boertjes’ niet alleen in kooldioxide, maar ook in de uraniumisotoopsignatuur van de oceaan,” zei Montañez. “Ze zijn volledig op elkaar afgestemd, en de grootte van die uraniumspikes vertelt ons iets over de omvang van de oceaananoxie.”

Het team gebruikte vervolgens die informatie om geavanceerde klimaatmodellen te ontwikkelen die zijn ontworpen om beter inzicht te krijgen in oude klimaten.

“Het is een wiskundig kader waarin we al onze proxy-informatie invoeren en we draaien het honderden duizenden keren op een supercomputer,” zei Montañez. “Het modelleert in wezen wat het meest realistisch is, gegeven alle onzekerheden en bekende informatie.”

Op basis van de modellering vond het team vijf gevallen van afgenomen zuurstof in de wereldwijde oceaan met 4% tot 12% van 290 tot 310 miljoen jaar geleden. Elke periode duurde ongeveer 100.000 tot 200.000 jaar.

Hoewel de afname van zuurstof in de oceaan niet lijkt samen te vallen met bekende massa-extincties, is er wel een correlatie met pauzes in biodiversiteit die zichtbaar zijn in de geologische geschiedenis.

“We zien deze pauzes in biodiversiteit telkens wanneer deze boertjes plaatsvinden,” zei Montañez. “Het had een impact. Waarschijnlijk waren kustgebieden het meest getroffen.”

Les uit het verleden, waarschuwing voor de toekomst

De aarde van 300 miljoen jaar geleden was aanzienlijk anders dan de aarde van vandaag. Zo was de zuurstof in de atmosfeer 40% tot 50% hoger dan nu. Ondanks de verschillen tussen verleden en heden zijn de magnitudes van de stijgingen in kooldioxide-niveaus vergelijkbaar.

Dit zou geïnterpreteerd kunnen worden als een waarschuwing, volgens Montañez.

“Dit is een enorme ontdekking, omdat het vraagt: hoe kun je een oceaan onder een atmosfeer met veel meer zuurstof dan vandaag de dag toestaan dat dit gebeurt?” zei Montañez. “De boodschap voor ons is: ‘Wees niet zo zeker dat we dit niet opnieuw kunnen doen met onze huidige door de mens veroorzaakte uitstoot van kooldioxide.'”