Когда около 50 миллионов лет назад массив суши, который сейчас является Индийским субконтинентом, врезался в Азию, столкновение изменило конфигурацию континентов, ландшафт, глобальный климат и многое другое. Теперь группа ученых из Принстонского университета выявила еще один эффект: содержание кислорода в Мировом океане увеличилось, что изменило условия для жизни.
«Эти результаты отличаются от всего, что люди видели ранее», - сказала Эмма Каст, аспирант геолого-геофизических наук и ведущий автор статьи, опубликованной в журнале Science 26 апреля. нас врасплох."
Каст использовал микроскопические морские ракушки, чтобы записать данные о содержании азота в океане за период от 70 миллионов лет назад - незадолго до вымирания динозавров - до 30 миллионов лет назад. «Этот отчет является огромным вкладом в изучение глобального климата», - сказал Джон Хиггинс, адъюнкт-профессор геонаук в Принстоне и соавтор статьи.
«В нашей области есть записи, которые вы считаете фундаментальными, которые необходимо объяснять любой гипотезой, которая хочет установить биогеохимические связи», - сказал Хиггинс. «Таких очень мало, отчасти потому, что очень трудно создавать записи, которые уходят далеко в прошлое. Камни возрастом пятьдесят миллионов лет не раскрывают по своей воле своих секретов. из этих фундаментальных записей. Отныне людям, которые хотят узнать, как Земля изменилась за последние 70 миллионов лет, придется обращаться к данным Эммы».
Помимо того, что азот является самым распространенным газом в атмосфере, он является ключом к жизни на Земле. «Я изучаю азот, чтобы изучать глобальную окружающую среду», - сказал Дэниел Сигман, профессор геологических и геофизических наук в Принстонском университете в Дусенбери и старший автор статьи. Сигман инициировал этот проект вместе с Хиггинсом и тогдашним исследователем с докторской степенью в Принстоне Дэниелом Столпером, который сейчас является доцентом кафедры наук о Земле и планетах в Калифорнийском университете в Беркли.
Каждому организму на Земле требуется «фиксированный» азот, который иногда называют «биологически доступным азотом». Азот составляет 78% атмосферы нашей планеты, но немногие организмы могут «исправить» его, преобразовав газ в биологически полезную форму. В океанах цианобактерии в поверхностных водах фиксируют азот для всех других обитателей океана. Когда цианобактерии и другие существа умирают и опускаются вниз, они разлагаются.
Азот имеет два стабильных изотопа, 15N и 14N. В бедных кислородом водах при разложении расходуется «связанный» азот. Это происходит с небольшим предпочтением более легкого изотопа азота, 14N, поэтому отношение 15N к 14N в океане отражает уровень кислорода в нем.
Это соотношение заложено в крошечных морских существах, называемых фораминиферами, в течение их жизни, а затем сохраняется в их раковинах, когда они умирают. Анализируя их окаменелости, собранные Программой бурения океана в Северной Атлантике, Северной части Тихого и Южной Атлантики, Каст и ее коллеги смогли реконструировать соотношение 15N к 14N в древнем океане и, следовательно, определить прошлые изменения в кислороде. уровни.
Кислород контролирует распространение морских организмов, а бедные кислородом воды вредны для большей части океанской жизни. Многие прошлые события потепления климата вызвали уменьшение содержания кислорода в океане, что ограничило среду обитания морских существ, от микроскопического планктона до рыб и китов, которые ими питаются. Ученые, пытающиеся предсказать влияние глобального потепления в настоящее время и в будущем, предупреждают, что низкий уровень кислорода в океане может уничтожить морские экосистемы, включая важные популяции рыб.
Когда исследователи собрали свои беспрецедентные геологические данные об азоте океана, они обнаружили, что через 10 миллионов лет после вымирания динозавров соотношение 15N к 14N было высоким, что свидетельствует о низком уровне кислорода в океане. Сначала они думали, что виноват теплый климат того времени, поскольку кислород менее растворим в более теплой воде. Но время сказало другую историю: переход к более высокому содержанию кислорода в океане произошел около 55 миллионов лет назад, во времена постоянного теплого климата.
«Вопреки нашим первоначальным ожиданиям, глобальный климат не был основной причиной этого изменения в круговороте кислорода и азота в океане», - сказал Каст. Более вероятный виновник? Тектоника плит. Столкновение Индии с Азией, названное легендарным геологом Уолли Брокером, основателем современных исследований климата, «столкновением, изменившим мир», закрыло древнее море под названием Тефия, нарушив континентальные шельфы и их связи с открытым океаном.
«За миллионы лет тектонические изменения могут оказать огромное влияние на циркуляцию океана», - сказал Сигман. Но это не означает, что изменение климата можно сбрасывать со счетов, добавил он. «На временных шкалах от лет до тысячелетий климат имеет преимущество».