我們如何知道氣候變化是地球最大滅絕的背後原因

我們如何知道氣候變化是地球最大滅絕的背後原因

根據一項新研究,全球變暖導致動物無法呼吸,導致二疊紀海洋大規模滅絕。

研究人員報告說,隨著氣溫升高,海洋動物的新陳代謝加快,溫暖的海水無法保持足夠的氧氣供他們生存。

地球歷史上最大的滅絕標誌著二疊紀時期的結束,一些年前的252。 早在恐龍發生之前,西伯利亞發生了一系列大規模的火山爆發,大部分地消滅了我們星球上的植物和動物。

插圖顯示了在二疊紀末期以緯度,模型(黑線)和化石記錄(藍點)滅絕的海洋動物的百分比。 在熱帶地區,海洋動物的存活率高於兩極。 水的顏色顯示溫度變化,紅色是最嚴重的變暖,黃色變暖。

我們如何知道氣候變化是地球最大滅絕的背後原因頂部是超大陸的Pangea,大量的火山爆發會釋放出二氧化碳。 該線下方的圖像代表了事件中死亡的一些海洋物種的96百分比。 [包括Ernst Haeckel / Wikimedia的化石圖紙; 藍蟹照片由Wendy Kaveney / Flickr拍攝; 大西洋鱈魚照片由Hans-Petter Fjeld / Wikimedia; 由John White / CalPhotos拍攝的鸚鵡螺照片。](圖片來源:Justin Penn和Curtis Deutsch / U.Washington)古代海底岩石中的化石展示了一個繁榮多樣的海洋生態系統,然後是一大堆屍體。 在“大瀕臨死亡”期間,一些96百分比的海洋物種被消滅,隨後數百萬年,生命不得不再繁衍多樣化。

到目前為止所爭論的正是使海洋不適於生命的原因 - 水,金屬和硫化物中毒的高酸度,完全缺氧或僅僅是更高的溫度。

'逃亡或滅亡'

“這是我們第一次對可能直接用化石記錄進行滅絕的滅絕原因進行機械預測,這使得我們可以預測未來滅絕的原因,”共同作者Justin Penn說。華盛頓大學海洋學博士生。


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研究人員在二疊紀期間運行了一個具有地球構造的氣候模型,當時陸地群體被組合在Pangea超大陸。 在西伯利亞正在進行的火山爆發形成溫室氣體行星之前,海洋的溫度和氧氣水平與今天相似。 研究人員然後將模型中的溫室氣體提高到使表面的熱帶海洋溫度高出一些10攝氏度(20華氏度)所需的水平,這與當時的匹配條件相符。

該模型再現了海洋中由此產生的巨大變化。 海洋失去了大約80的氧氣百分比。 大約一半海洋的海底,大部分位於更深的海底,變得完全無氧。

為了分析對海洋物種的影響,研究人員利用公佈的實驗室測量結果,考慮了61現代海洋物種(包括甲殼類動物,魚類,貝類,珊瑚和鯊魚)對氧氣和溫度的不同敏感性。 現代動物對高溫和低氧的耐受性預計與二疊紀動物相似,因為它們在相似的環境條件下進化。 然後研究人員將物種的特徵與古氣候模擬相結合,以預測滅絕的地理位置。

“很少有海洋生物停留在他們居住的同一棲息地 - 它要么逃跑要么死亡,”共同作者,海洋學副教授柯蒂斯·德奇說。

該模型顯示受災最嚴重的是對遠離熱帶地區的氧氣最敏感的生物。 生活在熱帶地區的許多物種也在該模型中滅絕,但它預測高緯度物種,特別是那些需氧量高的物種,幾乎完全被消滅。

雙重致命

為了測試這一預測,斯坦福大學的共同作者喬納森佩恩和埃里克斯珀林分析了古海洋數據庫中的晚二疊世化石分佈,該數據庫是已發表化石集合的虛擬檔案。 化石記錄顯示物種在滅絕之前的位置,並且完全被消滅或限制在它們以前棲息地的一小部分。

化石記錄證實,遠離赤道的物種在事件中遭受的影響最大。

“這種殺滅機制的特徵,氣候變暖和氧氣損失,是這種地理模式,由模型預測,然後在化石中發現,”佩恩說。 “兩者之間的協議表明,這種氣候變暖和氧氣流失的機制是滅絕的主要原因。”

這項研究建立在以前的工作基礎上,Deutsch領導表明,隨著海洋變暖,海洋動物的新陳代謝速度加快,這意味著它們需要更多的氧氣,而溫暖的水則更少。 早期的研究表明,溫暖的海洋如何將動物從熱帶地區趕走。

這項新研究將不斷變化的海洋環境與各種動物在不同溫度下的代謝需求相結合。 結果表明,氧氣剝奪的最嚴重影響是生活在極地附近的物種。

“由於熱帶生物的代謝已經適應了相當溫暖,低氧條件,它們可以遠離熱帶地區,並在其他地方找到相同的條件,”Deutsch說。 “但如果一個生物體適應寒冷,富氧環境,那麼那些條件就不再存在於淺海中。”

完全沒有氧氣的所謂“死區”大多低於物種生存的深度,並且在生存率中起著較小的作用。

“在一天結束時,事實證明死區的大小似乎並不是滅絕的關鍵,”德意志說。 “我們經常考慮缺氧,完全缺氧,這是你需要普遍不適應的條件。 但是當你觀察低氧的耐受性時,大多數生物可以被排除在氧氣水平以下的海水中,而氧氣水平並非接近缺氧。“

與今天相似

氣候變暖導致氧氣不足導致超過一半的海洋多樣性損失。 作者說,其他變化,如酸化或光合生物生產力的變化,可能是其他原因。

二疊紀晚期增加的大氣中溫室氣體導致地球溫度升高的情況與今天類似。

“在一切照舊的排放情景下,2100在上層海域的變暖將使二氧化碳年末的變暖達到20百分比,到2300年,它將在35和50之間達到,”Penn說。

“這項研究強調了在人為氣候變化下由類似機制引起的大規模滅絕的可能性。”

該研究出現在 科學。 戈登和貝蒂摩爾基金會和國家科學基金會資助了這項研究。

資源: 華盛頓大學

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