Et køligere klima kan skabe øget biodiversitet
Et nyt danskledet studie påviser for første gang eksistensen af en 470 millioner år gammel istid, der falder sammen med starten på den største stigning i biodiversiteten i havene gennem Jordens historie.

 

COP21 er netop overstået med rimelig succes i Paris. Verdens ledere er endelig ved at forstå og blive enige om alvoren i truslen fra den globale opvarmning. Mange er dog endnu ikke overbevist om, at det er menneskets forbrug af fossile drivhusgasser, som har en direkte indvirkning på vores klima. Argumenterne for at klimaet ikke lader sig påvirke af øgede CO2 koncentrationer er ikke stærke.

Men ét argument har dog især understøttet denne teori: Jordens klima har tidligere – i mindst ét tilfælde – oplevet en kraftig istid på et tidspunkt, hvor kloden ellers tilsyneladende befandt sig i et super-drivhusmiljø med et estimeret CO2 tryk på op mod 16x det præindustrielle niveau. Dette forekom for 445 millioner år siden mod slutningen af den geologiske periode Ordovicium, hvor der indtrådte en kraftig, men kortlivet istid. Den var sammenfaldende med en af de tre største masseuddøender i Jordens historie, hvor ca. 85 procent af alle arter uddøde over geologisk set kort tid.

En dynamisk periode af Jordens historie

Kigger man i lærebøgerne kan man læse, at der gennem tidsperioderne Kambrium (541¬–485 mio. år siden) – de fleste har sikkert hørt om den ’Kambriske Eksplosion’ – og Ordovicium (485–444 mio. år siden) var et meget varmt klima med et ekstremt højt CO2 tryk. Det er imidlertid noget af en tilsnigelse at argumentere for et super-drivhus klima gennem hele dette interval, selv om der er nogen evidens for at dette var tilfældet gennem Kambrium og ind i den ældste del af Ordovicium. Isotopanalyser synes nemlig at bekræfte en gennemsnitlig overfladevandstemperatur på +40 grader celsius, hvilket reelt betyder at proteiner begynder at koge.

Fossildsamling i Putilovo Kalkbrud, Rusland. Forskerne bruger briller med indbygget lup for at kunne se selv meget små fossiler i felten. (Foto: David A. T. Harper)

Livet har således haft mere end svært ved at sprede sig de første 40–50 mio. år efter den Kambriske Eksplosion. Men den efterfølgelse periode, Ordovicium, fremstår i dag som en af de mest dynamiske perioder i Jordens historie. Forud for førnævnte masseuddøen mod slutningen af Ordovicium indtraf den såkaldte Ordoviciske Radiation. En radiation er en betegnelse for ekstremt hastig artsdannelse i et givent tidsinterval. 

Under den Ordoviciske Radiation eksploderede biodiversiteten målt på familieniveau med op mod 700 procent i løbet af kun ca. 15 mio. år – hvilket er meget hurtigt i geologisk perspektiv. Lærebøgerne giver således indtryk af, at disse meget kraftige udsving i biodiversiteten skete alt mens, kloden gennemlevede et rekordhøjt CO2-tryk. Det høje CO2-niveau er imidlertid primært estimeret på baggrund af modellering og kalibrering af forskellige metoder. Der er således ingen direkte evidens for, at det faktisk var tilfældet. Og det er noget, der bliver sat spørgsmålstegn ved i disse år.

 

Et klimatisk paradigmeskifte

I et nyt studie, udført primært i et samarbejde mellem universiteterne i København og Lund, påviser en danskledet forskergruppe det første klokkeklare bevis for, at Jorden allerede for 470 millioner år siden blev ramt af en fuldskala istid, der i størrelse og omfang kan måle sig med klodens seneste istidsperiode. Jorden var således allerede små 25 mio. år før den Sen Ordoviciske istid på vej ind i en lang kuldeperiode.

Oversigtsfigur visende hovedresultaterne i det nye studie: Kolonnen til venstre viser med røde og blå farver i hvilke intervaller det er henholdsvis varmere eller koldere. Som det ses viser iltisotoperne et pludseligt skift til det koldere klima. Dette kan korreleres med meget høj nøjagtighed til stigningen i diversiteten af brachiopoder (kolonne 2). Denne kollonne viser også at havniveauet faldt mindst 150 m op gennem det undersøgte interval, hvilket igen sammenfalder med iltisotop analysen. Kolonnen længst til højre angiver det undersøgte områdes vandring mod Ækvator gennem det undersøgte tidsinterval. Man ville således forvente at havvandet blev varmere efterhånden som området nærmede sig sub-troperne. Men det modsatte er tilfældet viser dette studie.

Forskningsresultaterne er netop offentliggjort i Nature’s Scientific Reports.

 

Fossilerne sladrer om urtidens klima

Forskerne har gennem de sidste 15 år bearbejdet og analyseret et kolossalt palæontologisk materiale indsamlet i det vestlige Rusland med det med det mål at dokumentere den Ordoviciske Radiation med en detaljegrad, der ikke er set før. Mere end 45.000 fossiler indgår derfor i studiet.

I Ordovicium var det vestlige Rusland en del af palæokontinentet Baltica, hvor også det danske område lå. Kontinentet lå på daværende tidspunkt langt syd for Ækvator, og store dele var dækket af et lavvandet hav.

Hypotetisk scenarie for havstrømscirkulationen i Sen Kambrium og Mellem Ordovicium. Hvor den Kambriske periode sandsynligvis har været præget af et dårligt iltet havbundsmiljø, forårsagede den pludselige nedisning midt i Ordovicium fundamentale ændringer i havstrømcirkulation. Dybe havstrømme bragte nu koldt næringsrigt vand rundt i oceanerne hvilket fik stor betydning for primærproduktiviteten og ikke mindst biodiversiteten.

Studiet fokuserer på dyregrupperne trilobitter og brachiopoder der – udover at dokumentere biodiversiteten – også afslører detaljer om fortidens klima. Brachiopoder minder overfladisk om muslinger, idet de har to skaller, men de tilhører faktisk en helt anden del af dyreriget. De lever imidlertid i de samme miljøer som muslinger, men er i dag fortrængt primært til dybhavet på grund af konkurrencen fra muslingerne. I Ordovicium var de imidlertid – sammen med trilobitterne, der i dag er uddøde - langt de mest dominerende skalbærende organismer i de lavvandede have.

På baggrund af forekomsten af bestemte arter fra de to dyregrupper, som statistisk kan vises at karakterisere forskellige havdybder, beviser forskerne i det nye studie, at der forekom et kraftigt havniveaufald på op mod 150 meter op gennem det undersøgte interval. Analysen af fossilerne blev suppleret med geokemiske analyser af stabile isotoper af grundstofferne kulstof og ilt. Stabile isotoper er naturligt forekommende og således ikke radioaktive.

Ved at udtrække mineralet calcit fra brachiopodernes skaller er det lykkedes forskerne, ved hjælp af udsving i forholdet mellem forskellige iltisotoper, at påvise et fald i havbundstemperaturen på minimum fem grader celsius i løbet af havniveau-faldet. Dette er i sig selv er et meget kraftigt temperaturudsving. Alligevel er det kun et minimumsestimat, idet det den Baltiske plade (og dermed Danmark) på dette tidspunkt bevægede sig mere end 1.000 km nærmere Ækvator, fra en position på ca. 40oS bredde til ca. 30oS bredde. Således ville man forvente at se en stigning i havbundstemperaturene, men det modsatte er altså tilfældet.

 

Opstod den conveyorbæltet midt i Ordovicium?

Russiske studerende assisterede de danske forskere med at nedbryde kalklagene, så forskerne kunne fokusere på at frigøre alle fossilerne fra kalken. (Foto: David A. T. Harper)

Sammenholdt med de op mod 40 grader celsius estimeret for havoverflade vandtemperaturen før denne periode indikerer dette et kraftigt skift i klimaet, som kan have forårsaget fundamentale ændringer i havstrømsmønstrene.

Vi ved fra udbredte fund af sorte skifre fra den Kambriske periode, at havene før og lige ind i den ældste del af Ordovicium var meget dårligt iltede. Der har næppe været cirkulation med dybe havstrømme, som det kendes i dag. Et temperaturfald på minimum fem grader celsius midt i Ordovicium kan derfor have forårsaget øgede temperatur og ilt gradienter ned gennem vandsøjlen, som igen kan have initieret den termohaline pumpe. Dette – også kaldet conveyorbæltet – sørger i dag for at vandlagene i oceanerne mikses ved at varmt overfladevand fra Golfstrømmen bliver kølet ned i Arktis. Det bliver derfor tungere, ligesom saltkoncentrationen ændres med temperaturskiftet. Derfor synker det ned mod bunden. Derved skabes en cirkulation rundt verdenshavene.

Samtidigt indeholder det kolde vand meget opløst ilt, hvilket bidrager til at ilte de dybere dele af nutidens oceaner. Dette kredsløb har enorm betydning for primærproduktionen i dag, hvor i sær upwelling zoner skaber en enorm opblomstring i phytoplankton, som hele fødekæden drager nytte af. Ligeledes er disse zoner i dag de primære områder, hvor der bindes CO2, grundet primærproducenternes enorme forbrug til opbygning af organisk materiale.

Eksempel på lagdelt kalk og mergelsekvens. Fossiler fra hvert enkelt lag er nøje blevet indsamlet og registreret. Skallerne fra brachiopoder i hvert enkelt lag er yderligere blevet analyseret for deres indhold af stabile kulstof og ilt isotoper. (Foto: David A. T. Harper)

Det er en tidlig Palæozoisk version af dette kredsløb – livets pumpe – som forskerne antager blev startet af den kraftige nedisning og som dermed har sat skub i primærproduktiviteten. Og det er denne proces forskerne mener ligger til grund for den markante Ordoviciske Radiation.

Således var det ikke – som tidligere antaget – under et super-drivhusklima, at den store stigning i biodiversiteten forekom, men derimod som følge af en kraftig afkøling af verdenshavene. Af samme grund kan den Sen Ordoviciske masseuddøen ikke længere betragtes som en kort istid i en ellers lang varmeperiode, men derimod som det klimatiske klimaks i en 25–30 mio. år lang kuldeperiode. Det er derfor vanskelligt at forestille et nævneværdigt højt CO2 tryk på dette tidspunkt af Jordens historie, hvorfor den pludseligt forekommende, kortlivede istid sidst i Ordovicium heller ikke længere kan fremføres som undtagelsen, der bekræfter at CO2 og klima ikke hænger sammen. 

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.