Die Ankunft der Landpflanzen vor 400 Millionen Jahren veränderte das Klimasystem der Erde

Eine neue Studie unter der Leitung von Forschern des UCL (University College London) und Yale zeigt, dass die Ankunft der Pflanzen auf der Erde vor etwa 400 Millionen Jahren die natürliche Klimaregulierung der Erde verändert hat.

Der Kohlenstoffkreislauf, der Prozess, bei dem sich Kohlenstoff zwischen Gesteinen, Ozeanen, Lebewesen und der Atmosphäre bewegt, wirkt wie der natürliche Thermostat der Erde und reguliert seine Temperatur über lange Zeiträume.

In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurde NaturIn der Studie untersuchten die Forscher Gesteinsproben aus den letzten drei Milliarden Jahren und fanden Beweise für eine dramatische Veränderung in der Art und Weise, wie dieser Zyklus vor etwa 400 Millionen Jahren funktionierte, als Pflanzen begannen, die Erde zu besiedeln.

Konkret beobachteten die Forscher eine Veränderung der im Gestein aufgezeichneten Meerwasserchemie, was auf eine signifikante Veränderung der Gesamtzusammensetzung des Schlamms – der „Schlammfabrik“ – von Ozeanen auf Land hindeutet.

Probenahme der ordovizischen Sedimente (die 450 Millionen Jahre alt sind) durch die Erstautorin Boriana Kalderon-Asael. Bildnachweis: Ashley Hood

Da Schlamm, der sich im Ozean bildet (Reverse Weathering), Kohlendioxid in die Atmosphäre freisetzt, während Schlamm an Land ein Nebenprodukt der chemischen Verwitterung ist, die Kohlendioxid aus der Luft entfernt, reduziert dies die Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre, was zu einer kühlere Temperatur. Ein oszillierender Planet und Klima, mit abwechselnden Eiszeiten und wärmeren Perioden.

Die Forscher schlugen vor, dass diese Veränderung auf die Ausbreitung von Landpflanzen zurückzuführen ist, die Boden und Schlamm an Land erhalten, das Stoppen der Kohlenstoffdrift im Ozean und das Wachstum von Meereslebewesen, die Silizium für ihre Skelette und ihre Zellwände, wie Schwämme, verwenden. draußen. Belüftete und radioaktive Algen (eine Gruppe von Protozoen), was zu einem geringen Siliziumgehalt im Meerwasser führt, der für die Schlammbildung benötigt wird.

Hauptautor Dr. Philipp Pugh von Strandmann (UCL Earth Sciences) sagte: „Unsere Studie zeigt, dass der Kohlenstoffkreislauf während des größten Teils der Erdgeschichte ganz anders funktionierte als heute.

„Die Verschiebung, die vor 400 bis 500 Millionen Jahren allmählich stattfand, scheint damals mit zwei großen biologischen Innovationen verbunden zu sein: der Vermehrung von Pflanzen an Land und dem Wachstum von Meeresorganismen, die Silizium aus dem Wasser extrahieren, um ihre Skelette zu bilden, und Zellwände.

Vor dieser Änderung blieb das atmosphärische Kohlendioxid erhöht und stabilisierte die globale Erwärmung. Seitdem hat sich unser Klima zwischen Eiszeiten und wärmeren Perioden erholt. Diese Art von Veränderung unterstützt die Evolution und während dieser Zeit beschleunigte sich die Evolution des komplexen Lebens, wobei sich zum ersten Mal Landtiere bildeten.

“Eine weniger kohlenstoffreiche Atmosphäre reagiert auch empfindlicher auf Veränderungen, was es dem Menschen erleichtert, das Klima durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe zu beeinflussen.”

„Durch die Messung von Lithiumisotopen in Gesteinen, die den größten Teil der Erdgeschichte abdecken, wollten wir überprüfen, ob sich im Laufe der Zeit etwas an der Funktionsweise des Kohlenstoffkreislaufs geändert hat“, sagte die Erstautorin der Studie, Boriana Calderon Asyl, eine Doktorandin in Yale Universität. lang”. Universität. Diese Veränderung scheint mit dem Wachstum von Pflanzen an Land und Tieren zusammenzuhängen, die Silizium im Meer verwenden.”

In der Studie haben die Forscher Lithiumisotope in 600 Gesteinsproben gemessen, die an vielen verschiedenen Orten auf der ganzen Welt entnommen wurden. Lithium hat zwei von Natur aus stabile Isotope – eines mit drei Protonen und drei Neutronen und eines mit drei Protonen und vier Neutronen.

Wenn sich Ton an Land langsam bildet, begünstigt er Lithium-6 stark, sodass das umgebende Wasser reich an dem schwereren Isotop Lithium-7 bleibt das vor 400 bis 500 Millionen Jahren stattfand, was auf eine signifikante Veränderung der Tonproduktion auf der Erde in Verbindung mit der Ausbreitung von Pflanzen an Land und der Entstehung von Meereslebewesen mit Silizium hindeutet.

Schlamm bildet sich auf der Erde als Rest chemischer Verwitterung, dem wichtigsten langfristigen Prozess, durch den Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt wird. Dies geschieht, wenn sich Kohlenstoff in der Atmosphäre mit Wasser zu einer schwachen Säure, der Kohlensäure, verbindet, die in Form von Regen zu Boden fällt und Gesteine ​​auflöst, wobei Ionen freigesetzt werden, darunter Kalziumionen, die in den Ozean fließen. Schließlich wird Kohlenstoff in Gesteinen am Meeresboden eingeschlossen. Im Gegensatz dazu wird die Dekarbonisierung durch Pflanzenphotosynthese inaktiviert, sobald sich Pflanzen zersetzen, und dies beeinflusst selten den Kohlendioxidgehalt über einen Zeitraum von mehr als einigen hundert Jahren.

Wenn sich im Ozean Schlamm bildet, bleibt der Kohlenstoff im Wasser und wird schließlich im Rahmen des fortlaufenden Kohlenstoffaustauschs, der auftritt, wenn Luft auf Wasser trifft, in die Luft abgegeben.

Referenz: „The Lithium-Isotope Perspective on the Evolution of Carbon and Silicon Cycles“ von Boriana Calderon-Asyl, Joachim AR Kacchinov, Noah J. Blanavsky, Ashley v. S. Hood, Matthew Dillinger, Eric J. Belfreud, David S. Jones, Axel Hoffmann, Frantz USA, Frances A. McDonald, Zhongyang Wang, Terry T. Eason, Jack J. Murphy, John A. Higgins, A. Joshua West , Malcolm W. Wallace, Dan Asel und Philip AE Pugh von Strandmann, 14. Juli 2021, Natur.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03612-1

Die Studie wurde vom Europäischen Forschungsrat und der NASA unterstützt.

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