Wie wir wissen, dass der Klimawandel hinter dem größten Aussterben der Erde steckte

Wie wir wissen, dass der Klimawandel hinter dem größten Aussterben der Erde steckte

Laut einer neuen Studie verursachte die globale Erwärmung, die Tiere nicht atmen konnte, das Aussterben der Perm in den Ozeanen.

Als die Temperaturen anstiegen und der Stoffwechsel der Meerestiere schneller wurde, konnten die wärmeren Gewässer nicht genug Sauerstoff für ihr Überleben halten, berichten die Forscher.

Das größte Aussterben in der Geschichte der Erde markierte das Ende der Perm-Zeit vor 252 Millionen Jahren. Lange vor den Dinosauriern löschte eine Reihe massiver Vulkanausbrüche in Sibirien meist die Pflanzen und Tiere aus, die unseren Planeten bevölkerten.

Die Abbildung zeigt den Prozentsatz der Meerestiere, die am Ende der Perm-Zeit nach Breitengrad, vom Modell (schwarze Linie) und vom Fossilienbestand (blaue Punkte) ausgestorben sind. In den Tropen überlebte ein größerer Prozentsatz der Meerestiere als an den Polen. Die Farbe des Wassers zeigt die Temperaturänderung, wobei Rot die stärkste Erwärmung und Gelb die Erwärmung weniger ist.

Wie wir wissen, dass der Klimawandel hinter dem größten Aussterben der Erde steckteAn der Spitze steht der Superkontinent Pangaea, bei dem massive Vulkanausbrüche Kohlendioxid ausstoßen. Die Bilder unterhalb der Linie zeigen einige der 96-Prozent der während des Ereignisses gestorbenen Meerestiere. [Enthält fossile Zeichnungen von Ernst Haeckel / Wikimedia; Blaukrebsfoto von Wendy Kaveney / Flickr; Atlantischer Kabeljau Foto von Hans-Petter Fjeld / Wikimedia; Nautilus-Foto von John White / CalPhotos. (Quelle: Justin Penn und Curtis Deutsch / U. Washington) Fossilien in alten Meeresbodenfelsen zeigen ein florierendes und vielfältiges Ökosystem der Meere, dann einen Schwarm Leichen. Einige 96-Prozent der Meerestiere wurden während des „Großen Todes“ ausgerottet, gefolgt von Millionen von Jahren, in denen sich das Leben erneut vermehren und diversifizieren musste.

Was bisher diskutiert wurde, ist genau das, was die Ozeane unwirtlich gemacht hat - der hohe Säuregehalt des Wassers, die Metall- und Sulfidvergiftung, der völlige Sauerstoffmangel oder einfach höhere Temperaturen.

'Flucht oder Untergang'

"Dies ist das erste Mal, dass wir mechanistisch vorhergesagt haben, was das Aussterben verursacht hat, das direkt mit dem Fossilienbestand getestet werden kann. Dadurch können wir in Zukunft Vorhersagen über die Ursachen des Aussterbens in der Zukunft treffen", sagt Koautor Justin Penn. Doktorandin in Ozeanographie an der University of Washington.

Die Forscher führten ein Klimamodell mit der Konfiguration der Erde während des Perm aus, als die Landmassen auf dem Superkontinent Pangaea zusammengefasst wurden. Bevor die anhaltenden Vulkanausbrüche in Sibirien einen Treibhausgasplaneten schufen, hatten die Ozeane Temperaturen und Sauerstoffgehalte, die den heutigen ähnlich waren. Die Forscher erhöhten dann die Treibhausgase im Modell auf das Niveau, das erforderlich war, um die Temperaturen des tropischen Ozeans an der Oberfläche um 10-Grad Celsius (20-Grad Fahrenheit) höher zu machen, und dies mit den damaligen Bedingungen.

Das Modell reproduziert die daraus resultierenden dramatischen Veränderungen in den Ozeanen. Ozeane verloren etwa 80 Prozent ihres Sauerstoffs. Etwa die Hälfte des Meeresbodens der Meere, meist in tieferen Tiefen, wurde völlig sauerstofffrei.

Um die Auswirkungen auf Meerestiere zu analysieren, untersuchten die Forscher die unterschiedlichen Sauerstoff- und Temperaturempfindlichkeiten moderner 61-Meerestiere - darunter Krebstiere, Fische, Muscheln, Korallen und Haie - anhand veröffentlichter Labormessungen. Es wird erwartet, dass die Toleranz moderner Tiere gegenüber hohen Temperaturen und niedrigem Sauerstoffgehalt den permianischen Tieren ähnlich ist, da sie sich unter ähnlichen Umweltbedingungen entwickelt haben. Die Forscher kombinierten dann die Merkmale der Art mit den Paläoklimasimulationen, um die Geographie des Aussterbens vorherzusagen.

"Sehr wenige Meeresorganismen blieben in denselben Lebensräumen, in denen sie lebten - entweder flüchteten oder gingen sie zugrunde", sagt Mitautor Curtis Deutsch, ein außerordentlicher Professor für Ozeanographie.

Das Modell zeigt, dass die am stärksten betroffenen Organismen am empfindlichsten für Sauerstoff waren, der weit entfernt von den Tropen gefunden wurde. Viele Arten, die in den Tropen lebten, starben ebenfalls im Modell aus, es sagt jedoch voraus, dass Arten mit hohem Breitengrad, insbesondere solche mit hohem Sauerstoffbedarf, fast vollständig ausgelöscht wurden.

Doppelt tödlich

Um diese Vorhersage zu testen, analysierten die Koautoren Jonathan Payne und Erik Sperling von der Stanford University die Verteilung spät fossiler Fossilien aus der Paleoceanography Database, einem virtuellen Archiv veröffentlichter Fossilsammlungen. Der Fossilienbestand zeigt, wo sich die Arten vor dem Aussterben befanden und die vollständig ausgelöscht wurden oder auf einen Bruchteil ihres früheren Lebensraums beschränkt waren.

Der Fossilienbestand bestätigt, dass Arten, die weit vom Äquator entfernt waren, während des Ereignisses am stärksten litten.

"Die Signatur dieses Tötungsmechanismus, Klimaerwärmung und Sauerstoffverlust ist dieses geographische Muster, das vom Modell vorhergesagt und dann in den Fossilien entdeckt wird", sagt Penn. "Die Übereinstimmung zwischen den beiden zeigt, dass dieser Mechanismus der Klimaerwärmung und des Sauerstoffverlusts eine Hauptursache für das Aussterben war."

Die Studie baut auf früheren Arbeiten auf, die zeigen, dass der Metabolismus von Meerestieren bei warmen Ozeanen schneller wird, was bedeutet, dass sie mehr Sauerstoff benötigen, wärmeres Wasser dagegen weniger. Diese frühere Studie zeigt, wie wärmere Ozeane Tiere aus den Tropen verdrängen.

Die neue Studie kombiniert die wechselnden Meeresbedingungen mit den Stoffwechselbedürfnissen verschiedener Tiere bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Ergebnisse zeigen, dass die schwerwiegendsten Auswirkungen des Sauerstoffmangels auf in der Nähe der Pole lebende Arten wirken.

"Da der Stoffwechsel der tropischen Organismen bereits an relativ warme, sauerstoffarme Bedingungen angepasst wurde, könnten sie sich von den Tropen entfernen und die gleichen Bedingungen woanders finden", sagt Deutsch. "Aber wenn ein Organismus für eine kalte, sauerstoffreiche Umgebung angepasst wurde, dann haben diese Bedingungen in den flachen Ozeanen aufgehört."

Die so genannten „totalen Zonen“, die völlig sauerstofffrei sind, befanden sich meistens unterhalb der Tiefe, in der die Arten lebten, und spielten bei den Überlebensraten eine geringere Rolle.

"Am Ende des Tages stellte sich heraus, dass die Größe der Totzonen wirklich nicht der Schlüssel für das Aussterben zu sein scheint", sagt Deutsch. „Wir denken oft an Anoxie, den völligen Sauerstoffmangel, als die Bedingung, die erforderlich ist, um weit verbreitet zu werden. Wenn man sich jedoch die Toleranz gegenüber niedrigem Sauerstoffgehalt ansieht, können die meisten Organismen bei einem Sauerstoffgehalt, der nicht annähernd anoxisch ist, aus dem Meerwasser ausgeschlossen werden. “

Ähnlich wie heute

Erwärmung, die zu unzureichendem Sauerstoff führt, erklärt mehr als die Hälfte der marinen Diversitätsverluste. Die Autoren sagen, dass andere Veränderungen, wie Versauerung oder Produktivitätsverschiebungen von photosynthetischen Organismen, wahrscheinlich als zusätzliche Ursache fungierten.

Die Situation in den späten Perm-Zeiten - steigende Treibhausgase in der Atmosphäre, die wärmere Temperaturen auf der Erde erzeugen - ist ähnlich wie heute.

"Unter den üblichen Emissionsszenarien des Unternehmens wird die Erwärmung im oberen Ozean durch 2100 im späten Perm von 20 zu einem Prozentsatz der Erwärmung geführt und im Jahr 2300 zwischen 35 und 50 Prozent liegen", sagt Penn.

"Diese Studie zeigt das Potenzial für ein Massensterben auf, das sich aus einem ähnlichen Mechanismus unter dem anthropogenen Klimawandel ergibt."

Die Studie erscheint in Wissenschaft. Die Gordon und Betty Moore Foundation und die National Science Foundation finanzierten die Studie.

Quelle: Universität von Washington

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