Marine Anoxie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ozeane stark an gelöstem Sauerstoff verarmen, was sie giftig macht und somit verheerende Auswirkungen auf die darin lebenden Organismen hat. Ein solches Ereignis, bekannt als Oceanic Anoxic Event 2 (OAE2), ereignete sich vor etwa 93,5 Millionen Jahren an der Grenze zwischen Cenoman und Turon in der Oberkreide und dauerte bis zu 700.000 Jahre.
In solchen Szenarien wird organisches Material mit erhöhter Geschwindigkeit vergraben, wodurch in der geologischen Aufzeichnung charakteristische Schichten aus schwarzem Schiefer entstehen, die an dem isotopenschwereren Kohlenstoff-13 abgereichert sind, was für diese Studie zu einer positiven Kohlenstoffisotopenabweichung von ~6‰ führt Zeitraum.
Die spezifischen Faktoren, die OAE2 auslösen, werden immer noch diskutiert, aber am weitesten verbreitet ist der Vulkanismus aus der großen Igneous-Provinz in der Karibik und der großen Igneous-Provinz in der Hocharktis, der das atmosphärische Kohlendioxid erhöht und damit den Planeten erwärmt.
Zu den zahlreichen Auswirkungen eines wärmeren Planeten gehört die zunehmende Verwitterung des Landes, wobei Flussprozesse dieses Material in die Ozeane transportieren und so den Primärproduzenten im Oberflächenozean wichtige Nährstoffe liefern. Eine erhöhte Primärproduktivität produziert mehr Sauerstoff, aber trophische Nahrungsketten verbrauchen letztendlich mehr von diesem Sauerstoff in ihren Stoffwechselprozessen.
Zusammen mit der verringerten Löslichkeit von Sauerstoff in wärmeren Ozeanen führt dies zu einer weit verbreiteten Sauerstoffentzugserscheinung im Meeresbereich der Erde, die im Mittelpunkt neuer Forschungsergebnisse steht, die in veröffentlicht wurden Klimate der Vergangenheit.
Dr. Mohd Al Farid Abraham von der Universiti Malaysia Sabah, Malaysia, und Kollegen wandten sich Tiefseesedimenten zu, die während einer Erkundungsexpedition im Demerara Rise, dem äquatorialen Nordatlantik, erbohrt wurden, der sich während des Cenoman auf einer Breite von ~5°N befand .
Dr. Abraham verdeutlichte die Bedeutung der Arbeit und sagte: „Unsere Forschung befasst sich mit den Geheimnissen der alten Ozeane, insbesondere mit der Zeit vor 93,5 Millionen Jahren, als große Teile des Ozeans sauerstofffrei waren. Durch die Untersuchung natürlicher chemischer Fingerabdrücke, die in Meeressedimenten konserviert sind, Wir decken auf, wie vulkanische Aktivitäten und die Klimaerwärmung in der Vergangenheit zu einem drastischen Sauerstoffmangel in den Ozeanen geführt haben. Es ist von entscheidender Bedeutung, dies rechtzeitig zu verstehen, da sie die Herausforderungen widerspiegeln, denen wir heute durch die anhaltende Klimakrise gegenüberstehen, und uns dabei helfen, zukünftige Folgen vorherzusagen und abzumildern.“
Das Forschungsteam entnahm Proben organischer Substanz aus den Bohrkernen und isolierte Verbindungen biologischen Ursprungs, die über geologische Zeiträume von Millionen von Jahren stabil sind, sogenannte Biomarker. Dr. Abraham erklärt, dass Biomarker als „molekulare Fossilien“ bekannt sind, und fügt hinzu: „Biomarker sind chemische Verbindungen, die in Sedimentgesteinen vorkommen, die vor Millionen von Jahren von lebenden Organismen entstanden sind. Betrachten Sie sie als molekulare Fossilien, die im Gegensatz zu Knochen oder Muscheln nicht vorhanden sind.“ Mit bloßem Auge leicht sichtbar. Diese Verbindungen waren einst Teil lebender Organismen und blieben über große geologische Zeiträume hinweg chemisch stabil.
„Wir extrahieren sie sorgfältig mithilfe einer Reihe chemischer Verfahren und einer Technik namens Gaschromatographie-Massenspektrometrie im Labor, um diese Verbindungen aus den gebohrten Sedimenten zu isolieren und eine Kontamination zu vermeiden.“
„Die Analyse dieser Biomarker hilft uns, frühere Umweltbedingungen wie Temperatur und Sauerstoffgehalt in den Ozeanen zu rekonstruieren, aber ihre Anwesenheit mit spezifischen historischen Umweltbedingungen in Verbindung zu bringen, erfordert sorgfältige Laborarbeit und ein tiefgreifendes Verständnis geochemischer Prozesse.“
Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Prozentsatz des gesamten organischen Kohlenstoffgehalts der Proben im Laufe des Untersuchungszeitraums (3,8 Millionen Jahre) anstieg und bei OAE2 einen Höchstwert von ~28 Gewichtsprozent erreichte, ausgehend von anfänglichen Werten von 1–17 Gewichtsprozent. Dies geschah zusammen mit einem Anstieg der Meeresoberflächentemperatur um ca. 5–8 °C auf ca. 43 °C.
Wichtige Biomarker von 28,30-Dinorhopan und Lycopan weisen auf diese Erwärmung und den Sauerstoffrückgang hin und bilden im Cenoman eine Sauerstoffminimumzone, ähnlich denen, die heute im Schwarzen Meer beobachtet werden. Diese Daten gehen mit einer deutlichen Verringerung der Häufigkeit benthischer Foraminiferen (einzellige Mikroorganismen, die am Boden des Ozeans leben) im späten Cenomanium einher, da diese in der sauerstoffarmen Umgebung nicht überleben konnten.
Solche dauerhaften sauerstoffarmen Schichten nehmen mit zunehmender Erwärmung der Ozeane an Zahl und Größe zu und bilden in der Tiefe eine dicke Zone unter einer hochproduktiven dünnen Oberflächenschicht, die sauerstoffreich ist. Biomarker für C35-Hopanoide Thiophen und Isorenieratan zeigen, dass sich diese Wassersäulen-Euxinia (sowohl anoxisch als auch sulfidisch) ausdehnte, um schließlich die photische Oberflächenzone durch die Cenoman-Turon-Grenze bei OAE2 zu erreichen.
Die Bewegung von Wassermassen, wie zum Beispiel das Tethys-Meer, das warmes, salzhaltiges Demerara-Grundwasser verdrängt, spielte wahrscheinlich eine Rolle bei der Verteilung nährstoffreicher, aber sauerstoffarmer Bedingungen im Ozeanbecken. Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass bis zu 50 % der Ozeane der Erde vor ca. 93 Millionen Jahren während der OAE2 anoxisch waren, wobei dieser Prozess möglicherweise ca. 2 Millionen Jahre früher während des mittleren Cenoman-Ereignisses begann.
Schließlich ging dieses ozeanische anoxische Ereignis zu Ende, ein Ende, das Dr. Abraham und Kollegen auf die Erschöpfung der Nährstoffversorgung in Oberflächengewässern zurückführen, die zu einem Zusammenbruch der Primärproduktivität führte. Darüber hinaus könnte die Beendigung durch Veränderungen in der Paläogeographie des äquatorialen Atlantiktors beeinflusst worden sein. Dieses Tor, das zwischen dem heutigen Nordosten Südamerikas und Westafrika entstand, veränderte die Ozeanzirkulation im Nordatlantik und verhinderte so, dass dieser zu einer Nährstofffalle wurde, die die Primärproduktivität unterstützen könnte.
Mit Blick auf die Zukunft der Ozeane der Erde mit der Ausweitung der Sauerstoffminimumzonen sagt Dr. Abraham: „In der heutigen Welt sind die ozeanischen Bedingungen im Allgemeinen hypoxisch, haben aber in offenen Ozeanen noch keine anoxischen Werte erreicht. Geschlossene Becken oder Meere sind jedoch noch mehr.“ neigen dazu, anoxisch zu werden.
„Angesichts der anhaltenden globalen Erwärmung wird vorhergesagt, dass sich die Sauerstoffminimumzonen sowohl horizontal als auch vertikal ausdehnen werden. Wärmeres Wasser enthält weniger Sauerstoff und höhere Oberflächentemperaturen können zu einer stärkeren Schichtung der Meeresschichten führen, wodurch die Durchmischung verringert wird, die normalerweise in tieferen Gewässern Sauerstoff auffüllt.“ .
„Darüber hinaus kann die globale Erwärmung die biologische Aktivität in Oberflächengewässern verstärken, was dazu führt, dass mehr organische Stoffe in die Tiefe sinken, wo sie bei der Zersetzung Sauerstoff verbrauchen, ein Prozess, der bei OAE2 deutlich wird.“
„Sauerstoffminimumzonen gibt es heute hauptsächlich im Pazifik und im Indischen Ozean, wo die Bedingungen vielen Meereslebewesen das Leben schwer machen. Angesichts der aktuellen Trends der globalen Erwärmung wird erwartet, dass sich diese Zonen ausdehnen, was den bewohnbaren Meeresraum verringert und sich negativ auf die Artenvielfalt der Meere auswirkt.“ und Fischerei.
„Wenn sich die derzeitige Erwärmung und der Nährstoffabfluss bis zum Ende dieses Jahrhunderts fortsetzen, könnten wir eine deutliche Zunahme der anoxischen und euxinischen Bedingungen in unseren Ozeanen erleben, was die Meeresökosysteme und die Dienstleistungen, die sie für die Menschheit erbringen, bedroht.“
Es ist von entscheidender Bedeutung, die Rolle zu verstehen, die wärmere Ozeane beim Kreislauf von Sauerstoff und Nährstoffen durch die Wassersäule spielen könnten, insbesondere da die Ozeane der Erde aufgrund des anhaltenden Klimawandels in eine ungewisse Zukunft blicken. Antike Episoden mariner Anoxie (wie OAE2) lehren uns über die Geschichte der Erde und erinnern uns daran, wie wichtig es ist, sich um unsere Ozeane zu kümmern. Da wir mit dem Klima vor neuen Herausforderungen stehen, kann uns ein Rückblick auf vergangene Ereignisse dabei helfen, bessere Entscheidungen für die Zukunft unseres Planeten zu treffen.
„Es ist faszinierend und zugleich alarmierend, wie sich die Geschichte in unserer aktuellen Umweltkrise widerspiegelt“, erklärt Dr. Abraham.
„Die alten Ozeane erzählen eine Geschichte von Widerstandsfähigkeit und Wiedergeburt, bieten aber auch eine Warnung. Das OAE2-Ereignis, obwohl es sich über Millionen von Jahren abspielt, zeigt uns die tiefgreifenden Auswirkungen, die Veränderungen in der Atmosphäre auf das Leben im Meer haben können. Während wir uns unserer Herausforderung stellen Angesichts unserer eigenen Klimaherausforderungen ist es wichtiger denn je, diese Lehren aus der Vergangenheit zu ziehen. Bei unserer Forschung geht es nicht nur darum, die Geschichte zu verstehen; sie ist ein entscheidender Teil des Puzzles, um die Zukunft der Ozeane unseres Planeten zu sichern.“
Mehr Informationen:
Mohd Al Farid Abraham et al.: Die Erwärmung trieb die Ausbreitung der marinen Anoxie im äquatorialen Atlantik während des Cenomaniums voran, was zum ozeanischen anoxischen Ereignis 2 führte. Klima der Vergangenheit (2023). DOI: 10.5194/cp-19-2569-2023
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