无论是大陆还是海洋,都不像现在这样。这些“古地图”显示了大陆和海洋如何出现(顶部)和(底部)“改变世界的碰撞”,当现在印度次大陆的陆地向北撞向亚洲,关闭特提斯海并建造喜马拉雅山。当时全球海洋水平较高,形成咸浅海(淡蓝色),覆盖了北非的大部分地区和每个大陆的部分地区。普林斯顿大学的一个研究小组利用在三个星级地点收集的样本,创造了前所未有的海洋氮和氧水平记录,从七千万年前到三千万年前,显示了印度 - 亚洲碰撞后海洋化学的重大转变。另一个转变发生在3500万年前,当时南极洲开始积冰,全球海平面下降。信用
图片来源:普林斯顿大学Emma Kast创作的图像,使用深度时间地图的古地理重建,并获得他们的许可
当现在印度次大陆的陆地大约在5000万年前闯入亚洲时,这次碰撞改变了大陆的构造,景观,全球气候等等。现在,普林斯顿大学的一个科学家团队已经发现了另一个影响:世界海洋中的氧气增加,改变了生活条件。
“这些结果与人们以前见过的任何结果都不同,”地球科学研究生,4月26日科学论文的第一作者艾玛·卡斯特说。“重建改变的程度让我们感到意外。”
Kast利用微观贝壳创造了一个海洋氮的记录,这个记录是在7000万年前 - 恐龙灭绝前不久 - 直到3000万年前。普林斯顿大学地球科学副教授,该论文的共同作者约翰希金斯说,这一记录是对全球气候研究领域的巨大贡献。
希金斯说:“在我们的领域,你有一些记录是基本的,需要通过任何想要进行生物地球化学联系的假设来解释。” “这些是寥寥无几的,部分是因为很难创造出可追溯到很久以前的记录。五十万岁的岩石不愿意放弃他们的秘密。我当然会认为艾玛的记录是一个那些基本记录。从现在开始,那些想要了解地球在过去七千万年中如何变化的人将不得不参与艾玛的数据。
除了是大气中最丰富的天然气之外,氮气是地球上所有生命的关键。普林斯顿杜森伯里地质和地球物理科学教授,该论文的高级作者丹尼尔西格曼说:“我研究氮气,以便我可以研究全球环境。”西格曼与希金斯和当时的普林斯顿博士后研究员丹尼尔斯托尔珀一起发起了这个项目,他现在是加州大学伯克利分校的地??球和行星科学助理教授。
地球上的每个生物体都需要“固定的”氮 - 有时称为“生物可利用的氮”。氮占地球大气的78%,但很少有生物可以通过将气体转化为生物有用的形式来“固定”它。在海洋中,地表水中的蓝细菌为所有其他海洋生物固定氮。随着蓝细菌和其他生物死亡并向下沉,它们会分解。
氮有两种稳定的同位素,15N和14N。在贫氧水中,分解会消耗“固定”的氮。这种情况略微偏向于较轻的氮同位素14N,因此海洋的15N至14N比率反映了其氧含量。
这个比例被纳入生命中被称为有孔虫的微小海洋生物中,然后在它们死亡时保存在它们的壳中。通过分析他们的化石 - 由北大西洋,北太平洋和南大西洋的海洋钻探计划收集 - Kast和她的同事们能够重建古海洋的15N到14N的比例,因此确定过去的变化在氧气水平。
氧气控制着海洋生物的分布,缺氧水域对大多数海洋生物都是不利的。许多过去的气候变暖事件导致海洋氧气减少,限制了海洋生物的栖息地,从微观浮游生物到以它们为食的鱼和鲸鱼。试图预测当前和未来全球变暖影响的科学家警告说,低水平的海洋氧气可能会破坏海洋生态系统,包括重要的鱼类种群。
当研究人员收集他们前所未有的海洋氮气地质记录时,他们发现在恐龙灭绝后的1000万年中,15N至14N的比例很高,这表明海洋氧气含量很低。他们首先认为当时温暖的气候是负责任的,因为氧气在较温暖的水中溶解较少。但时机又讲了另一个故事:在气候持续变暖的时期,大约5500万年前海洋氧气的变化发生了。
“与我们的初步预期相反,全球气候并不是海洋氧气和氮气循环变化的主要原因,”卡斯特说。罪魁祸首更可能?板块构造。印度与亚洲的碰撞 - 被传说中的地球科学家Wally Broecker(现代气候研究的创始人)称为“改变世界的碰撞” - 封闭了一个叫做特提斯的古老海洋,扰乱了大陆架及其与露天的联系海洋。
“数百万年来,构造变化有可能对海洋环流产生巨大影响,”西格曼说。但他补充说,这并不意味着气候变化可以打折扣。 “在数千年的时间尺度上,气候占上风。”
——文章发布于2019年4月26日