Oksygentap førte til jordens første masseutryddelse

Danske forskere viser at den første masseutryddelsen av dyrelivet på jorda skyldtes et massivt oksygentap.

Publisert
Oksygentap blir ikke bare framprovosert av varmere vær. Det kan også oppstå når det blir kaldere. Det var nettopp det som skjedde under dyrelivets første masseutryddelse. (Foto: Colourbox)
Oksygentap blir ikke bare framprovosert av varmere vær. Det kan også oppstå når det blir kaldere. Det var nettopp det som skjedde under dyrelivets første masseutryddelse. (Foto: Colourbox)

Masseutryddelser:

Siden de flercellede dyrene oppsto for om lag 550 millioner år siden, har livet på jorden vært utsatt for masseutryddelse minst fem ganger.

En av de største foregikk under overgangen mellom perm og trias for om lag 245 millioner år siden. Over 90 prosent av alle arter døde ut.

En annen skjedde på grensen mellom kritt og tertiær, for om lag 65 mill. år siden, da 75 prosent av artene forsvant.

Denne artikkelen handler om den første masseutryddelsen, som foregikk i slutten av ordovicum, for 440 millioner år siden, og som førte til at 86 prosent av alle arter døde ut.

For 440 millioner år siden hadde dyrelivet nettopp inntatt verdenshavene. Kloden var et godt sted å være for de mange dyrene, med et varmt klima og massevis av mat. Men så skjedde det plutselig noe som i løpet av bare en halv million år utryddet nesten 86 prosent av alle havdyrarter.

Forskerne har grublet mye over hva denne katastrofen, som inntraff i slutten av den geologiske perioden ordovicum, var forårsaket av.

Den vanlige forestillingen har vært at det var et resultat av et kjøligere klima som førte til en mer effektiv oppblanding av atmosfæreluft i sjøvann og derfor en stigning i havenes oksygenkonsentrasjon. (Se faktaboks)

Men nå tegner det seg for første gang et annet bilde.

Utfordrer populær teori

Biolog og geokjemiker Emma Hammarlund fra forskningssenteret for jordens utvikling (NordCEE) har gransket den kjemiske sammensetningen av datidens havbunn. Resultatene tyder på at det kjølige klimaet snarere framprovoserte oksygentap.

Arbeidet er nettopp publisert i tidsskriftet Earth and Planetary Science Letters.

– Målingene forteller at det var utbredt oksygentap i havene, ikke en oksygenøkning, som var årsaken til jordens første masseutryddelse. Det snur opp ned på forestillingen om hva som hendte, forteller Hammarlund.

Den gamle havbunnen finnes fortsatt

I dag er dyrelivet for lengst kommet på fote igjen. Jorden har imidlertid ikke glemt katastrofen, for mange av begivenhetene ble meislet inn i havbunnen og senere presset sammen til bergarten skifer.

Den gamle havbunnen er ikke lenger intakt, men brutt opp i mindre biter som forskyvning av kontinenter og andre geologiske prosesser har trukket, skjøvet og dultet rundt på jordoverflaten.

Hammarlund og kollegene hennes har gjennom de siste årene oppsøkt områder i Skottland, Østerrike og Bornholm og tatt ut prøver fra den gamle havbunnen ved hjelp av hakke og bor.

Ved å analysere prøvene i laboratoriet har de klart å vri hemmelighetene ut av skiferen og dermed få en langt bedre forståelse av den verdensomspennende katastrofen. Skiferen inneholder mange stoffer, blant annet metall, svovel og kull, som på hver sin måte forteller om katastrofen. Gjennom en presis kartlegging av skiferens kjemiske sammensetning forteller den 440 millionene år gamle havbunnen om den store katastrofen.

Kartet viser kontinentenes plassering i den geologiske perioden ordovicum, da katastrofen fant sted. (Foto: (Kart: Naturhistoriska Riksmuseet))
Kartet viser kontinentenes plassering i den geologiske perioden ordovicum, da katastrofen fant sted. (Foto: (Kart: Naturhistoriska Riksmuseet))

Svovelen forteller 

Det grunnstoffet som gir mest informasjon, er svovel, som oftest opptrer i to forskjellige varianter (isotoper). Den ene er lett og den andre er tung.

Hammarlunds analyser viser at havbunnen for 440 millioner år siden lagret svovelforbindelser som var betydelig tyngre enn tidligere.

– Dette tyder på et voldsomt forbruk av svovel, fra svovelelskende mikroorganismene som bare kan leve i oksygenfrie miljøer. Det at oksygenet i havene plutselig forsvant, vil ha gitt disse bakteriene optimale livsbetingelser, forteller hun.

Oksygenmangel en logisk forklaring

Teorien er basert på det man vet om datidens klima og hva som skjedde på jorden i perioden opp mot selve katastrofen.

Det er velkjent at selve katastrofen strakte seg over rundt en million år. Man vet også ut fra tidligere studier at katastrofen skjedde i to omganger.

  1. For 440 millioner år siden døde de frittsvømmende dyrene samt de som lever på dypt vann.
  2. En halv million år senere døde de som levde på grunt vann.

De to dramaene falt sammen med to voldsomme endringer i havenes vannstand. Under første akt falt vannstanden med opp til 100 meter, mens den senere steg like mye.

Fallet i vannstanden førte til et voldsomt oksygentap som drepte mange havdyr på dypt vann. Da vannstanden steg, skylte det nå oksygenfattige vannet inn over de områdene med grunt vann og kvalte resten av havdyrene.

Finner næring langs kystene

Emma Hammarlund viser til beregninger av geolog Christian Bjerrum ved Instituttet for Geografi og Geologi ved Københavns Universitet:

Havene får tilført næringsstoffer som fosfor og jern fra kystområdene. Derfor foretrekker mange havdyr å leve langs kysten. Døde dyr og planter faller raskt ned på havbunnen, hvor de begraves som nye lag organisk materie. Det er så grunt at bakteriene ikke rekke å fortære alt.

Forråtnelsesprosesser krever oksygen

Når vannstanden synker 100 meter, rykker kyststrekningene ut i områder som tidligere var åpent hav. Plutselig ble vannet mange steder plutselig dypt helt inne ved kysten. Næringsstoffene fra kysten skylles ut i havet og tas av opp alger, og det tar mye lenger tid for de døde algene synker ned til bunnen.

Det betyr at mikroorganismer rekker å spise opp det meste før det når bunnen. Næringsstoffene frigjøres raskt og kan brukes om igjen, noe som får nye alger til å blomstre opp.

Etter hvert ble havbunnen dekket av store mengder døde alger. Forråtnelsesprosessen krevde store mengder oksygen, som ble trukket ut av vannet – og resultatet var oksygentap.

De strålende grønne og blå virvlene midt i det dype, blå Atlanterhavet utenfor Argentina er skapt av bittesmå havplanter (fotoplankton) som trekker karbondioksid fra atmosfæren. Tilfører man jern til havet, vil fotoplankton blomstre opp. Dette kunne i prinsippet bidra til å redusere opphopningen av drivhusgasser. (Foto: NASA)
De strålende grønne og blå virvlene midt i det dype, blå Atlanterhavet utenfor Argentina er skapt av bittesmå havplanter (fotoplankton) som trekker karbondioksid fra atmosfæren. Tilfører man jern til havet, vil fotoplankton blomstre opp. Dette kunne i prinsippet bidra til å redusere opphopningen av drivhusgasser. (Foto: NASA)

De første landplantene ga kjøligere klima

Forskerne må fremdeles besvare  mange åpne spørsmål før de kan si at de forstår begivenheten til bunns. En av de store gåtene er hvorfor vannstanden falt så drastisk.

Emma Hammarlund har tro på en hypotese fra en forskergruppe som foreslår at plantenes utbredelse på landjorda utløste et ustabilt klima. Landplantene øker nemlig nedbrytningen av stein og mineraler.

Planternes rotsystemer, og samarbeid med sopp, startet en nedbrytningsprosess som trakk store mengder av drivhusgassen karbondioksid ut av atmosfæren. Konsekvensen var et kjøligere klima.

Ingen vet hva som venter oss

Den synkende temperaturen fikk isen omkring polene til å vokse. Det gjorde at vannstand i havene falt med opp mot 100 meter.

– Dette er et mulig scenarium, som man kan teste og undersøke i kommende studier. Det var også avgjørende at oksygenkonsentrasjonen i ordovicium allerede var ganske lav, sier hun.

Detaljene rundt den første massedøden er fortsatt uklare.

– Vi vet fortsatt ikke hvordan de forskjellige faktorene helt nøyaktig spiller sammen. Det er åpenbart fremdeles prosesser i klimaet vi ikke helt har forstått, og det er avgjørende å få klarhet i dette hvis vi skal kunne spå hva kommende klimaskifter vil gjøre med oss og andre levende organismer, sier Hammarlund.

Den nye teorien utfordrer gamle hypoteser

Teorien til Emma Hammarlund vekker nå røre blant forskere innen feltet, for den utfordrer den mest populære teorien om jordens første masseutryddelse.

Ifølge teorien skyldtes katastrofen at klimaet over hele kloden med ett ble betydelig kaldere. Det har man koblet til en stigning i havenes oksygenkonsentrasjon, siden oksygen i tilstrekkelig høye doser virker som gift på mange dyrearter.

Dette er basert på at mye av skiferen i datidens havbunn er grå og ikke svart. Skifer består av alt det organiske materialet som falt ned på havbunnen og ble presset sammen.

I et oksygenfattig miljø vil mikroorganismene være ute av stand til å fortære karbonpartiklene, slik at skiferen svart blir svart. I et oksygenrikt miljø vil karbonet derimot raskt ruste og bli grått.

– I flere tiår har den grå skiferen fått oss til å tro at det var mye oksygen i havene. Men jeg tror ikke det henger slik sammen, sier hun.

Det kan nemlig også skyldes at den svarte skiferen fantes på dypere vann og har vært mer sårbar overfor platetektonikk og geologiske prosesser, eller at den svarte skiferen finnes andre steder enn der man har lett.

– Ved å bare se på den grå skiferen risikerer man å få et helt feil bilde, sier Hammarlund.

____________________

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no

Referanse:

Emma U. Hammarlund et.al., A Sulfidic driver for the end-Ordovician mass extinction, Earth and Planetary Science Letters, Volumes 331–332, 15 May 2012, Pages 128–139 (sammendrag)