เรารู้ได้อย่างไรว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอยู่เบื้องหลังการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่สุดของโลก

ภาวะโลกร้อนที่ทำให้สัตว์ไม่สามารถหายใจได้ทำให้มวล Permian สูญพันธุ์ในมหาสมุทรตามการศึกษาใหม่

เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นและการเผาผลาญของสัตว์ทะเลเพิ่มขึ้น น้ำทะเลที่อุ่นขึ้นก็ไม่สามารถเก็บออกซิเจนเพียงพอสำหรับพวกมันที่จะอยู่รอด นักวิจัยรายงาน

การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์โลกเป็นจุดสิ้นสุดของยุคเพอร์เมียน เมื่อประมาณ 252 ล้านปีก่อน นานก่อนไดโนเสาร์ การปะทุของภูเขาไฟขนาดมหึมาในไซบีเรียส่วนใหญ่ทำลายพืชและสัตว์ที่อาศัยอยู่บนโลกของเรา

ภาพประกอบด้านล่างแสดงเปอร์เซ็นต์ของสัตว์ทะเลที่สูญพันธุ์เมื่อสิ้นสุดยุค Permian ตามละติจูด จากแบบจำลอง (เส้นสีดำ) และจากบันทึกฟอสซิล (จุดสีน้ำเงิน) เปอร์เซ็นต์ของสัตว์ทะเลที่รอดชีวิตในเขตร้อนได้มากกว่าที่ขั้วโลก สีของน้ำทะเลแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ โดยสีแดงคือภาวะโลกร้อนที่รุนแรงที่สุด และสีเหลืองอบอุ่นน้อยกว่า

เรารู้ได้อย่างไรว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอยู่เบื้องหลังการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่สุดของโลกที่ด้านบนสุดคือ Pangaea มหาทวีปที่มีการปะทุของภูเขาไฟขนาดใหญ่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ภาพด้านล่างเส้นแสดงถึงสัตว์ทะเลบางส่วนจากร้อยละ 96 ที่เสียชีวิตระหว่างงาน [รวมภาพวาดฟอสซิลโดย Ernst Haeckel/Wikimedia; ภาพปูสีน้ำเงินโดย Wendy Kaveney / Flickr; ภาพปลาค็อดแอตแลนติกโดย Hans-Petter Fjeld/Wikimedia; ภาพถ่ายหอยโข่งโดย John White/CalPhotos] (เครดิต: Justin Penn และ Curtis Deutsch/U. Washington) ฟอสซิลในโขดหินโบราณของก้นทะเลแสดงถึงระบบนิเวศทางทะเลที่เจริญรุ่งเรืองและมีความหลากหลาย จากนั้นจึงกลายเป็นแนวซากศพ สัตว์ทะเลประมาณ 96 เปอร์เซ็นต์ถูกกำจัดออกไปในช่วง "การตายครั้งใหญ่" ตามมาด้วยเวลาหลายล้านปีที่ชีวิตต้องทวีคูณและหลากหลายอีกครั้ง


กราฟิกสมัครสมาชิกภายในตัวเอง


สิ่งที่เป็นที่ถกเถียงกันจนถึงตอนนี้คือสิ่งที่ทำให้มหาสมุทรไม่เอื้ออำนวยต่อการดำรงชีวิต—ความเป็นกรดสูงของน้ำ พิษจากโลหะและซัลไฟด์ การขาดออกซิเจนโดยสมบูรณ์ หรือเพียงแค่อุณหภูมิที่สูงขึ้น

'หนีหรือพินาศ'

ผู้เขียนร่วม Justin Penn กล่าวว่า "นี่เป็นครั้งแรกที่เราได้คาดการณ์กลไกเกี่ยวกับสาเหตุของการสูญพันธุ์ซึ่งสามารถทดสอบได้โดยตรงกับบันทึกฟอสซิล ซึ่งจะทำให้เราสามารถคาดการณ์เกี่ยวกับสาเหตุของการสูญพันธุ์ในอนาคตได้" นักศึกษาปริญญาเอกสาขาสมุทรศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

นักวิจัยได้ใช้แบบจำลองสภาพภูมิอากาศโดยมีการกำหนดค่าของโลกในช่วงเปอร์เมียน เมื่อมวลของแผ่นดินรวมกันในมหาทวีปของปังเกีย ก่อนการระเบิดของภูเขาไฟในไซบีเรียจะทำให้เกิดดาวเคราะห์ก๊าซเรือนกระจก มหาสมุทรมีอุณหภูมิและระดับออกซิเจนใกล้เคียงกับในปัจจุบัน จากนั้นนักวิจัยได้เพิ่มก๊าซเรือนกระจกในแบบจำลองจนถึงระดับที่จำเป็นในการทำให้อุณหภูมิมหาสมุทรเขตร้อนที่พื้นผิวสูงขึ้นประมาณ 10 องศาเซลเซียส (20 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่งเป็นสภาวะที่ตรงกันในขณะนั้น

โมเดลจำลองการเปลี่ยนแปลงอันน่าทึ่งที่เกิดขึ้นในมหาสมุทร มหาสมุทรสูญเสียออกซิเจนประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์ ประมาณครึ่งหนึ่งของพื้นมหาสมุทรของมหาสมุทร ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ที่ระดับความลึกที่ลึกกว่า กลายเป็นว่าปราศจากออกซิเจนโดยสมบูรณ์

เพื่อวิเคราะห์ผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล นักวิจัยได้พิจารณาความไวต่อออกซิเจนและความไวต่ออุณหภูมิของสัตว์ทะเลสมัยใหม่ 61 ชนิด รวมทั้งสัตว์น้ำที่มีเปลือกแข็ง ปลา หอย ปะการัง และปลาฉลาม โดยใช้การวัดผลในห้องปฏิบัติการที่เผยแพร่ ความทนทานของสัตว์สมัยใหม่ต่ออุณหภูมิสูงและออกซิเจนต่ำนั้นคาดว่าจะใกล้เคียงกับสัตว์ Permian เพราะพวกมันวิวัฒนาการภายใต้สภาวะแวดล้อมที่คล้ายคลึงกัน จากนั้นนักวิจัยได้รวมลักษณะของสปีชีส์เข้ากับการจำลองแบบ Paleoclimate เพื่อทำนายภูมิศาสตร์ของการสูญพันธุ์

Curtis Deutsch รองศาสตราจารย์ด้านสมุทรศาสตร์กล่าวว่า "สิ่งมีชีวิตในทะเลน้อยมากที่อาศัยอยู่ในแหล่งอาศัยเดียวกันกับที่พวกมันอาศัยอยู่ - มันอาจจะหนีหรือพินาศ

แบบจำลองนี้แสดงให้เห็นว่าการโจมตีที่รุนแรงที่สุดคือสิ่งมีชีวิตที่ไวต่อออกซิเจนมากที่สุดซึ่งอยู่ห่างไกลจากเขตร้อน หลายสายพันธุ์ที่อาศัยอยู่ในเขตร้อนก็สูญพันธุ์ในแบบจำลองเช่นกัน แต่คาดการณ์ว่าสปีชีส์ละติจูดสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งชนิดที่มีความต้องการออกซิเจนสูง เกือบจะสูญพันธุ์ไปหมดแล้ว

มรณะทวีคูณ

เพื่อทดสอบการคาดการณ์นี้ ผู้เขียนร่วม Jonathan Payne และ Erik Sperling จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดได้วิเคราะห์การกระจายฟอสซิล Permian ช่วงปลายจากฐานข้อมูล Paleoceanography ซึ่งเป็นที่เก็บถาวรเสมือนของคอลเลกชันฟอสซิลที่ตีพิมพ์ บันทึกซากดึกดำบรรพ์แสดงให้เห็นว่าสปีชีส์อยู่ที่ไหนก่อนการสูญพันธุ์ และชนิดพันธุ์ใดถูกกำจัดไปจนหมดหรือถูกจำกัดให้เหลือเพียงเศษเสี้ยวของถิ่นที่อยู่เดิม

บันทึกฟอสซิลยืนยันว่าสายพันธุ์ที่อยู่ห่างไกลจากเส้นศูนย์สูตรได้รับความเดือดร้อนมากที่สุดในระหว่างเหตุการณ์

"ลายเซ็นของกลไกการฆ่า ภาวะโลกร้อน และการสูญเสียออกซิเจน คือรูปแบบทางภูมิศาสตร์ที่แบบจำลองทำนายไว้และค้นพบในฟอสซิล" เพนน์กล่าว "ข้อตกลงระหว่างทั้งสองบ่งชี้ว่ากลไกของภาวะโลกร้อนและการสูญเสียออกซิเจนนี้เป็นสาเหตุหลักของการสูญพันธุ์"

การศึกษานี้สร้างขึ้นจากงานก่อนหน้าของ Deutsch ที่แสดงให้เห็นว่าในขณะที่มหาสมุทรมีความอบอุ่น การเผาผลาญของสัตว์ทะเลจะเร็วขึ้น ซึ่งหมายความว่าพวกมันต้องการออกซิเจนมากขึ้น ในขณะที่น้ำอุ่นจะมีน้ำน้อยกว่า การศึกษาก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่ามหาสมุทรที่อุ่นกว่าผลักสัตว์ออกจากเขตร้อนได้อย่างไร

การศึกษาครั้งใหม่นี้รวมสภาพมหาสมุทรที่เปลี่ยนแปลงไปพร้อมกับความต้องการการเผาผลาญของสัตว์หลายชนิดที่อุณหภูมิต่างกัน ผลการศึกษาพบว่าผลกระทบที่ร้ายแรงที่สุดจากการขาดออกซิเจนคือสปีชีส์ที่อาศัยอยู่ใกล้ขั้ว

"เนื่องจากการเผาผลาญของสิ่งมีชีวิตในเขตร้อนได้รับการปรับให้เข้ากับสภาวะที่ค่อนข้างอบอุ่นและมีออกซิเจนต่ำกว่า พวกมันจึงสามารถย้ายออกจากเขตร้อนและพบสภาวะเดียวกันที่อื่นได้" Deutsch กล่าว “แต่ถ้าสิ่งมีชีวิตถูกดัดแปลงให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นและอุดมด้วยออกซิเจน สภาวะเหล่านั้นก็จะหยุดอยู่ในมหาสมุทรตื้น”

ที่เรียกว่า “เขตมรณะ” ซึ่งไม่มีออกซิเจนโดยสมบูรณ์นั้นส่วนใหญ่อยู่ต่ำกว่าระดับความลึกที่สปีชีส์อาศัยอยู่ และมีบทบาทน้อยกว่าในอัตราการรอดชีวิต

“ในตอนท้ายของวัน ปรากฏว่าขนาดของโซนอันตรายดูเหมือนจะไม่ใช่สิ่งสำคัญสำหรับการสูญพันธุ์” Deutsch กล่าว “เรามักนึกถึง anoxia การขาดออกซิเจนอย่างสมบูรณ์ เนื่องจากเป็นเงื่อนไขที่คุณต้องการเพื่อให้ไม่สามารถอยู่อาศัยได้อย่างกว้างขวาง แต่เมื่อคุณดูที่ความทนทานต่อออกซิเจนต่ำ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่สามารถแยกออกจากน้ำทะเลได้ในระดับออกซิเจนที่ไม่ใกล้เคียงกับออกซิเจน”

คล้ายกับวันนี้

ภาวะโลกร้อนที่นำไปสู่ออกซิเจนไม่เพียงพอทำให้เกิดการสูญเสียความหลากหลายทางทะเลมากกว่าครึ่งหนึ่ง ผู้เขียนกล่าวว่าการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ เช่น การทำให้เป็นกรดหรือการเปลี่ยนแปลงในผลผลิตของสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง น่าจะเป็นสาเหตุเพิ่มเติม

สถานการณ์ในช่วงปลายเปอร์เมียน—การเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศที่สร้างอุณหภูมิที่อุ่นขึ้นบนโลก—มีความคล้ายคลึงกับในปัจจุบัน

"ภายใต้สถานการณ์การปล่อยมลพิษทางธุรกิจตามปกติ ภายในปี 2100 ภาวะโลกร้อนในมหาสมุทรตอนบนจะเข้าใกล้ร้อยละ 20 ของภาวะโลกร้อนในช่วงปลายเปอร์เมียน และภายในปี พ.ศ. 2300 จะสูงถึงระหว่าง 35 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์" เพนน์กล่าว

"การศึกษาครั้งนี้เน้นย้ำถึงศักยภาพในการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่เกิดจากกลไกที่คล้ายคลึงกันภายใต้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศของมนุษย์"

การศึกษาปรากฏ วิทยาศาสตร์. มูลนิธิกอร์ดอนและเบตตี้มัวร์และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติให้ทุนสนับสนุนการศึกษา

ที่มา: มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

{youtube}y6ig6zKiNTc{/youtube}

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

at ตลาดภายในและอเมซอน