Các vụ phun trào núi lửa trực tiếp kích hoạt đẩy nhanh quá trình axit hóa đại dương trong kỷ Phấn trắng

Được gọi là sự kiện thiếu oxy đại dương (OAE) 1a, nước thiếu oxy đã dẫn đến một vụ tuyệt chủng hàng loạt nhỏ – nhưng đáng kể – ảnh hưởng đến toàn cầu. Trong thời đại này ở Đầu kỷ Phấn trắng, toàn bộ họ sinh vật phù du sống ở biển hầu như biến mất.

Bằng cách đo lượng canxi và đồng vị stronti phong phú trong hóa thạch sinh vật phù du, các nhà khoa học trái đất Tây Bắc đã kết luận sự phun trào của tỉnh đá lửa lớn trên Cao nguyên Ontong Java (LIP) đã trực tiếp kích hoạt OAE1a. Có kích thước gần bằng Alaska, Ontong Java LIP đã phun trào trong bảy triệu năm, khiến nó trở thành một trong những sự kiện LIP lớn nhất từng được biết đến. Trong thời gian này, nó phun ra hàng tấn carbon dioxide (CO ₂ ) vào bầu khí quyển, đẩy Trái đất vào thời kỳ nhà kính khiến nước biển bị axit hóa và làm nghẹt thở các đại dương.

“Chúng tôi quay ngược thời gian để nghiên cứu các thời kỳ nhà kính bởi vì Trái đất đang hướng tới một thời kỳ nhà kính khác”, Jiuyuan Wang, một Tiến sĩ Tây Bắc cho biết. sinh viên và tác giả đầu tiên của nghiên cứu. “Cách duy nhất để nhìn vào tương lai là hiểu quá khứ.”

Nghiên cứu đã được công bố trực tuyến vào tuần trước (ngày 16 tháng 12) trên tạp chí Geology . Đây là nghiên cứu đầu tiên áp dụng phép đo đồng vị stronti ổn định để nghiên cứu các sự kiện thiếu khí đại dương cổ đại.

Andrew Jacobson, Bradley Sageman và Matthew Hurtgen – tất cả các giáo sư về khoa học trái đất và hành tinh tại Đại học Khoa học và Nghệ thuật Weinberg của Northwestern – đồng tác giả bài báo. Wang được đồng cố vấn bởi cả ba giáo sư.

Manh mối bên trong lõi

Vỏ sinh vật phù du và nhiều sinh vật biển khác xây dựng vỏ của chúng từ canxi cacbonat, là khoáng chất tương tự được tìm thấy trong phấn, đá vôi và một số viên thuốc kháng axit. Khi CO ₂ trong khí quyển hòa tan trong nước biển, nó tạo thành một axit yếu có thể ức chế sự hình thành canxi cacbonat và thậm chí có thể hòa tan cacbonat đã tồn tại từ trước.

Để nghiên cứu khí hậu trái đất trong kỷ Phấn trắng sớm, các nhà nghiên cứu Tây Bắc đã kiểm tra lõi trầm tích dài 1.600 mét lấy từ dãy núi giữa Thái Bình Dương. Các cacbonat trong lõi được hình thành trong môi trường nhiệt đới, nước nông khoảng 127 đến 100 triệu năm trước và hiện được tìm thấy trong đại dương sâu.

Sageman nói: “Khi bạn xem xét chu trình carbon của Trái đất, carbonate là một trong những nguồn dự trữ carbon lớn nhất. “Khi đại dương axit hóa, về cơ bản nó sẽ làm tan chảy cacbonat. Chúng ta có thể thấy quá trình này tác động đến quá trình khoáng hóa sinh học của các sinh vật sử dụng cacbonat để xây dựng vỏ và bộ xương của chúng ngay bây giờ, và nó là hậu quả của sự gia tăng quan sát được trong khí quyển CO ₂ do các hoạt động của con người.”

Stronti làm bằng chứng xác thực

Một số nghiên cứu trước đây đã phân tích thành phần đồng vị canxi của cacbonat biển từ quá khứ địa chất. Tuy nhiên, dữ liệu có thể được giải thích theo nhiều cách khác nhau và canxi cacbonat có thể thay đổi theo thời gian, che khuất các tín hiệu thu được trong quá trình hình thành nó. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu Tây Bắc cũng phân tích các đồng vị ổn định của stronti – một nguyên tố vi lượng được tìm thấy trong hóa thạch cacbonat – để có được bức tranh đầy đủ hơn.

Jacobson nói: “Dữ liệu về đồng vị canxi có thể được giải thích theo nhiều cách khác nhau. “Nghiên cứu của chúng tôi khai thác các quan sát rằng đồng vị canxi và stronti hoạt động tương tự trong quá trình hình thành canxi cacbonat, nhưng không phải trong quá trình biến đổi xảy ra khi chôn cất. Trong nghiên cứu này, đồng vị canxi-stronti ‘đa proxy’ cung cấp bằng chứng mạnh mẽ rằng các tín hiệu là ‘chính’ và liên quan đến hóa học của nước biển trong OAE1a. “

Wang nói thêm: “Các đồng vị stronti ổn định ít bị biến đổi vật lý hoặc hóa học theo thời gian. “Mặt khác, các đồng vị canxi có thể dễ dàng thay đổi trong những điều kiện nhất định.”

Nhóm nghiên cứu đã phân tích các đồng vị canxi và stronti bằng các kỹ thuật chính xác cao trong phòng thí nghiệm sạch của Jacobson ở Northwestern. Các phương pháp liên quan đến việc hòa tan các mẫu cacbonat và tách các nguyên tố, tiếp theo là phân tích bằng máy khối phổ ion hóa nhiệt. Các nhà nghiên cứu từ lâu đã nghi ngờ rằng các vụ phun trào LIP gây ra hiện tượng axit hóa đại dương. Jacobson nói: “Có một mối liên hệ trực tiếp giữa quá trình axit hóa đại dương và mức CO ₂ trong khí quyển . “Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp bằng chứng chính liên kết sự phun trào của LIP trên cao nguyên Ontong Java với quá trình axit hóa đại dương. Đây là điều mà mọi người mong đợi là trường hợp dựa trên manh mối từ hồ sơ hóa thạch, nhưng dữ liệu địa hóa lại thiếu.”

Mô hình hóa sự ấm lên trong tương lai

Bằng cách hiểu được cách các đại dương phản ứng với sự nóng lên cực độ và tăng CO ₂ trong khí quyển , các nhà nghiên cứu có thể hiểu rõ hơn cách trái đất đang phản ứng với sự thay đổi khí hậu do con người gây ra. Con người hiện đang đẩy trái đất vào một khí hậu mới, làm axit hóa các đại dương và có khả năng gây ra một vụ tuyệt chủng hàng loạt khác.

Sageman nói: “Sự khác biệt giữa thời kỳ nhà kính trong quá khứ và sự ấm lên do con người gây ra hiện nay là ở khoảng thời gian. “Các sự kiện trong quá khứ đã diễn ra trong hàng chục nghìn đến hàng triệu năm. Chúng tôi đang làm cho mức độ ấm lên tương tự (hoặc hơn) xảy ra trong vòng chưa đầy 200 năm.”

Jacobson nói thêm: “Cách tốt nhất chúng ta có thể hiểu về tương lai là thông qua mô hình hóa máy tính. “Chúng tôi cần dữ liệu khí hậu từ quá khứ để giúp định hình các mô hình chính xác hơn trong tương lai.”