我们如何知道气候变化是地球最大灭绝的背后原因

我们如何知道气候变化是地球最大灭绝的背后原因

根据一项新的研究,全球变暖导致动物无法呼吸,导致二叠纪海洋大规模灭绝。

研究人员报告说,随着气温升高,海洋动物的新陈代谢加快,温暖的海水无法保持足够的氧气供他们生存。

地球历史上最大的灭绝标志着二叠纪时期的结束,这是一百万年前的一些252。 早在恐龙发生之前,西伯利亚发生的一系列大规模火山爆发大多消灭了我们星球上的植物和动物。

插图显示了在二叠纪末期以纬度,模型(黑线)和化石记录(蓝点)灭绝的海洋动物的百分比。 在热带地区,海洋动物的存活率高于两极。 水的颜色显示温度变化,红色是最严重的变暖和黄色变暖。

我们如何知道气候变化是地球最大灭绝的背后原因顶部是超大陆Pangea,大量火山喷发排放二氧化碳。 该线下方的图像代表了事件中死亡的一些海洋物种的96百分比。 [包括Ernst Haeckel / Wikimedia的化石图纸; 蓝蟹照片由Wendy Kaveney / Flickr拍摄; 大西洋鳕鱼照片由Hans-Petter Fjeld / Wikimedia; 由John White / CalPhotos拍摄的鹦鹉螺照片。](图片来源:Justin Penn和Curtis Deutsch / U.Washington)古代海底岩石中的化石展示了一个繁荣多样的海洋生态系统,然后是一大堆尸体。 在“大濒临死亡”期间,一些96百分比的海洋物种被消灭,随后数百万年,生命不得不再繁衍和多样化。

到目前为止所争论的正是使海洋变得生机勃勃的原因 - 水,金属和硫化物中毒的高酸度,完全缺氧或仅仅是更高的温度。

'逃亡或灭亡'

“这是我们第一次对可能直接用化石记录进行测试的灭绝原因进行机械预测,这使得我们可以预测未来灭绝的原因,”共同作者Justin Penn说。华盛顿大学海洋学博士生。


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研究人员在二叠纪期间运行了一个具有地球构造的气候模型,当时陆地群体被组合在Pangea超大陆。 在西伯利亚正在进行的火山爆发创造了一个温室气体行星之前,海洋的温度和氧气水平与今天相似。 然后研究人员将模型中的温室气体提高到使表面的热带海洋温度达到10摄氏度(20华氏度)所需的水平,与当时的匹配条件相符。

该模型再现了海洋中由此产生的巨大变化。 海洋失去了大约80的氧气百分比。 大约一半海洋的海底,大部分位于更深的海底,变得完全无氧。

为了分析对海洋物种的影响,研究人员利用公布的实验室测量结果,考虑了61现代海洋物种(包括甲壳类动物,鱼类,贝类,珊瑚和鲨鱼)对氧气和温度的敏感性。 现代动物对高温和低氧的耐受性预计与二叠纪动物相似,因为它们在相似的环境条件下进化。 然后研究人员将物种的特征与古气候模拟相结合,以预测灭绝的地理位置。

“很少有海洋生物停留在他们生活的相同栖息地 - 它要么逃跑要么死亡,”共同作者,海洋学副教授Curtis Deutsch说。

该模型显示受灾最严重的是对远离热带地区的氧气最敏感的生物。 生活在热带地区的许多物种也在该模型中灭绝,但它预测高纬度物种,特别是那些需氧量高的物种,几乎完全被消灭。

双重致命

为了测试这一预测,斯坦福大学的共同作者乔纳森佩恩和埃里克斯珀林分析了古海洋学数据库中的晚二叠世化石分布,该数据库是已发表化石集合的虚拟档案。 化石记录显示了灭绝前物种的位置,它们被完全消灭或限制在原来栖息地的一小部分。

化石记录证实,远离赤道的物种在事件中遭受的影响最大。

“这种杀灭机制的特征,气候变暖和氧气损失,是这种地理模式,由模型预测,然后在化石中发现,”佩恩说。 “两者之间的协议表明,这种气候变暖和氧气损失的机制是灭绝的主要原因。”

这项研究建立在以前的工作基础上,Deutsch领导表明,随着海洋变暖,海洋动物的新陈代谢速度加快,这意味着它们需要更多的氧气,而温暖的水则更少。 早期的研究表明,温暖的海洋如何将动物从热带地区赶走。

这项新研究将不断变化的海洋环境与不同温度下各种动物的新陈代谢需求相结合。 结果表明,氧气剥夺的最严重影响是生活在极地附近的物种。

“由于热带生物的代谢已经适应了相当温暖,低氧条件,它们可以远离热带地区,并在其他地方找到相同的条件,”Deutsch说。 “但如果一个生物体适应寒冷,富氧环境,那么那些条件就不再存在于浅海中。”

完全没有氧气的所谓“死区”大多低于物种生存的深度,并且在生存率中起着较小的作用。

“在一天结束时,事实证明死区的大小似乎并不是灭绝的关键,”德意志说。 “我们经常考虑缺氧,完全缺氧,这是你需要普遍无法适应的条件。 但是当你看到低氧的耐受性时,大多数生物可以被排除在海水之外,氧气水平不是接近缺氧的地方。“

与今天相似

变暖导致氧气不足导致海洋多样性损失的一半以上。 作者说,其他变化,如酸化或光合生物生产力的变化,可能是其他原因。

二叠纪晚期增加的大气中温室气体导致地球温度升高的情况与今天类似。

“在一切照旧的排放情景下,2100在上层海域的变暖将使二氧化碳年末的变暖达到20的百分比,到2300年,它将在35和50之间达到,”Penn说。

“这项研究强调了在人为气候变化下由类似机制引起的大规模灭绝的可能性。”

该研究出现在 科学。 戈登和贝蒂摩尔基金会和国家科学基金会资助了这项研究。

来源: 华盛顿大学

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