Τοξικό αέριο εξαφάνισε σχεδόν τη μισή ζωή στον ωκεανό πριν εκατομμύρια χρόνια

Ένας όμορφα διατηρημένος τριλοβίτης 500 εκατομμυρίων ετών.

Τοξικό αέριο βρέθηκε να εξαφάνισε σχεδόν τη μισή ζωή στον ωκεανό πριν από εκατομμύρια χρόνια.

Πριν από περίπου 530 εκατομμύρια χρόνια, κατά την πρώιμη άνοδο της σύνθετης ζωικής ζωής, μια μαζική θαλάσσια εξαφάνιση εξαφάνισε περίπου το 45% των ωκεάνιων ειδών.

Πυρήνες ιζημάτων από την πλατφόρμα Yangtze στη Νότια Κίνα υποδεικνύουν υδρόθειο , ένα τοξικό αέριο που παράγεται σε νερό φτωχό σε οξυγόνο .

Τα χημικά αποτυπώματα σε αρχαία ιζήματα μπορούν να διαρκέσουν για αιώνες, επιτρέποντας στους ερευνητές να συμπεράνουν τις συνθήκες του θαλασσινού νερού όταν εξαφανίστηκαν τα ζώα.

Η έρευνα διεξήχθη από τον Chao Chang, γεωχημικό στο Πανεπιστήμιο Northwest στο Xi'an της Κίνας. Η έρευνά του επικεντρώνεται σε ιχνοστοιχεία που κινούνται με τη χημεία του νερού, επειδή αυτά τα στοιχεία συχνά παραμένουν κλειδωμένα σε στρώματα πετρωμάτων.

Τα απολιθώματα σηματοδοτούν μια ξαφνική απώλεια

Τα στρώματα βράχων μετά την έκρηξη της Κάμβριας περιόδου, μια έκρηξη νέων ζωικών μορφών, δείχνουν ότι η ποικιλομορφία αυξανόταν γρήγορα πριν ξεκινήσει η εξαφάνιση.

Οι τριλοβίτες και πολλά άλλα οστρακόδερμα εξαφανίζονται από το αρχείο περίπου 20 εκατομμύρια χρόνια αργότερα, συχνά σε δύο παλμούς.

Αυτές οι σταδιακές απώλειες καθιστούν δυνατή την αντιστοίχιση των χημικών αλλαγών στα ίδια στρώματα με την πραγματική βιολογική διαταραχή.

Γιατί το υδρόθειο σκοτώνει το υδρόθειο

Σε χαμηλά επίπεδα, το υδρόθειο μπορεί να προκαλέσει στρες στα ζώα, αλλά σε υψηλότερα επίπεδα σταματά τη χρήση οξυγόνου στους ιστούς τους.

Το αέριο μπλοκάρει ένα βασικό ένζυμο στα κύτταρα και το προφίλ του CDC περιγράφει την ταχεία έλλειψη οξυγόνου σε ευαίσθητα όργανα.

«Αυτή η χημική ουσία είναι θανατηφόρα για όλα τα θαλάσσια ζώα», είπε ο Τσανγκ.

Στα πετρώματα της πλατφόρμας Yangtze, υψηλά επίπεδα μολυβδαινίου εμφανίζονται στα στρώματα απόσβεσης. Όταν το θαλασσινό νερό περιέχει τόσο μολυβδαίνιο όσο και θείο, το μέταλλο σχηματίζει αδιάλυτες ενώσεις που βυθίζονται και γίνονται μέρος των ιζημάτων.

Τα υψηλά επίπεδα μολυβδαινίου δεν αποδεικνύονται από μόνα τους ένα παγκόσμιο δηλητήριο, αλλά σηματοδοτούν ότι η χημεία του νερού έχει αλλάξει με επικίνδυνους τρόπους.

Μολυβδαίνιο και υδρόθειο

Το μολυβδαίνιο εμφανίζεται σε μορφές με διαφορετική μάζα και ως ισότοπο, άτομα ενός στοιχείου με διαφορετικό βάρος, καταγραφές που αναμειγνύονται.

Τα ιζήματα από το διάστημα εξαφάνισης περιλαμβάνουν τιμές ισοτόπων μολυβδαινίου κοντά στις τιμές του σύγχρονου θαλασσινού νερού, γεγονός που υποδηλώνει νερό πλούσιο σε θείο και χαμηλής περιεκτικότητας σε οξυγόνο.

Άλλα δείγματα δείχνουν ένα ευρύτερο εύρος, που σημαίνει ότι οι τοπικές διεργασίες άλλαξαν επίσης το σήμα και πρέπει να ληφθούν υπόψη.

Το μολυβδαίνιο παραμένει στο θαλασσινό νερό για μεγάλα χρονικά διαστήματα και ο χρόνος παραμονής του έχει σημασία, δηλαδή ο μέσος χρόνος που μια ουσία παραμένει στο νερό.

Επειδή η κυκλοφορία των ωκεανών αναμειγνύει το νερό πιο γρήγορα από ό,τι απομακρύνεται το μολυβδαίνιο, τα ιζήματα μπορούν να συλλέξουν χημεία που αντανακλά περισσότερες από μία περιοχές.

Το πρόβλημα είναι ότι οι βραχύβιες τοπικές άνθισεις τοξικότητας ενδέχεται να εξομαλυνθούν στο τελικό αρχείο.

Σωματίδια που μεταφέρουν μέταλλα

Μικροσκοπικά σωματίδια από σίδηρο και μαγγάνιο μπορούν να δεσμεύσουν μολυβδαίνιο σε οξυγονωμένο νερό και να το απελευθερώσουν βαθύτερα.

Αυτή η ανακύκλωση αλλάζει την ποσότητα κάθε ισοτόπου που καταλήγει στη λάσπη, ειδικά όταν το όριο μεταξύ οξυγόνου και απουσίας οξυγόνου μετακινείται.

Επειδή η διαδικασία εξαρτάται από την τοπική κυκλοφορία, η ομάδα έπρεπε να ελέγξει αρκετούς χημικούς δείκτες μαζί, όχι έναν μόνο.

Ορισμένα διαστήματα δείχνουν τη χημειοκλινή, ένα στρώμα όπου η χημεία του νερού αλλάζει γρήγορα, να ανεβαίνει προς την ηλιόλουστη επιφάνεια.

Όταν αυτό το όριο κινείται προς τα πάνω, το οξυγόνο εξαφανίζεται από τα ρηχά νερά και το υδρόθειο εξαπλώνεται σε μέρη όπου ζουν ζώα.

Αυτές οι εισβολές στα επιφανειακά ύδατα εξηγούν γιατί ακόμη και οι κινητοί κολυμβητές δεν μπορούσαν απλώς να απομακρυνθούν από τα προβλήματα.

Παγκόσμια επίπεδα μολυβδαινίου

Οι αναλογίες ισοτόπων μολυβδαινίου χρησιμεύουν ως υποκατάστατο, ένα έμμεσο μέτρο της χημείας των ωκεανών στο παρελθόν, όταν τα απολιθώματα είναι σπάνια.

Επειδή ο κύκλος του μολυβδαινίου είναι αργός, τα σήματα σε ένα μέρος του Κάμβριου ωκεανού μπορούν να υποδηλώνουν ευρύτερες συνθήκες.

Παρόλα αυτά, η μέθοδος λειτουργεί καλύτερα όταν τα στρώματα ιζημάτων είναι καλά χρονολογημένα και όταν οι τοπικές λεκάνες δεν ήταν απομονωμένες.

Παλαιότερες εξηγήσεις επικεντρώνονταν στην απώλεια οξυγόνου, αλλά η νέα εργασία δείχνει ότι η ευξίνια, η χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο με υδρόθειο στο νερό, είναι η χειρότερη.

Υπό αυτές τις συνθήκες, τα ζώα αντιμετωπίζουν ταυτόχρονα έλλειψη οξυγόνου και χημική επίθεση, γεγονός που μειώνει τις πιθανότητες επιβίωσής τους.

Το βασικό σημείο είναι ότι το χαμηλό οξυγόνο ήταν μέρος της ιστορίας, αλλά δεν ήταν ολόκληρη η ιστορία.

Τα μικρόβια παρήγαγαν υδρόθειο

Στη λάσπη του πυθμένα της θάλασσας με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο, τα μικρόβια χρησιμοποιούν θειικό άλας, ένα κοινό ιόν άλατος του θαλασσινού νερού, για να διασπάσουν την οργανική ύλη που απομένει.

Αυτή η οδός παράγει υδρόθειο ως απόβλητο, και ένας ακμάζων μικροβιακός πληθυσμός μπορεί να αυξήσει το αέριο ταχύτερα από ό,τι η ανάμειξη το απομακρύνει.

Εάν το οξυγόνο επιστρέψει αργότερα, το υδρόθειο σταματά να σχηματίζεται και το σήμα μπορεί να εξασθενίσει, επομένως η καταγραφή μπορεί να χάσει σύντομες τοξικές εκρήξεις.

Οι σύγχρονες ακτές μερικές φορές αναπτύσσουν μια νεκρή ζώνη, μια περιοχή όπου το οξυγόνο μειώνεται πολύ, μετά από έντονη απορροή θρεπτικών συστατικών.

Στη συνέχεια, τα βακτήρια καταναλώνουν την επιπλέον τροφή και αφαιρούν το οξυγόνο από τα νερά του πυθμένα, γεγονός που μπορεί επίσης να επιτρέψει τον σχηματισμό υδρόθειου.

Η περίπτωση της Κάμβριας περιόδου ήταν πολύ μεγαλύτερη και πιο αργή, αλλά δείχνει πώς η βιολογία και η χημεία μπορούν να αλληλοενισχύονται.

Υδρόθειο, μολυβδαίνιο και εξαφάνιση

Τα στοιχεία για εκτεταμένες τοξικές θάλασσες εξηγούν γιατί η εξαφάνιση έπληξε τόσες πολλές ομάδες, ακόμη και σε μια εποχή αυξανόμενης ποικιλομορφίας.

Το εύρημα προειδοποιεί επίσης ότι τα επίπεδα οξυγόνου από μόνα τους μπορούν να κρύψουν την πιο επικίνδυνη χημεία, ειδικά σε ρηχά ηπειρωτικά νερά.

Οι μελλοντικές εργασίες θα χρειαστούν περισσότερες τοποθεσίες εκτός της Νότιας Κίνας, επειδή ένα ενιαίο περιθώριο δεν μπορεί να καλύψει κάθε μέρος ενός παγκόσμιου ωκεανού.

Μαζί, τα απολιθώματα και η γεωχημεία δείχνουν ότι η εξαφάνιση ακολούθησε μια άνθηση της ζωής και στη συνέχεια έγινε θανατηφόρα όταν το τοξικό νερό εξαπλώθηκε ευρέως.

Καλύτεροι χάρτες της χημείας των αρχαίων ωκεανών θα μπορούσαν να διευκρινίσουν ποιες τάσεις είχαν τη μεγαλύτερη σημασία, αλλά κάθε χάρτης εξαρτάται από προσεκτική δειγματοληψία.

Η μελέτη δημοσιεύεται στο Geophysical Research Letters .

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα Earth.com.

περισσότερα,

Mass Extinction Coincided With Expanded Continental Margin Euxinia During the Cambrian Age 4- Chao Chang, Wenxuan Hu, Kang-Jun Huang, Zhenfei Wang, Xingliang Zhang

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL105560

https://www.earth.com/news/molybdenum-levels-hydrogen-sulfide-wiped-out-ocean-life-530-million-years-ago/