Varför minskade produktiviteten i haven för 4,6 miljoner år sedan?

Genom att borra djupt ner i sedimenten på havets botten kan forskare resa i tiden. I en ny studie, som letts från Uppsala universitet, presenteras nya ledtrådar till varför en period som ofta kallas ”the biogenic bloom” hastigt avslutades. Förändringar i jordens bana runt solen kan ha spelat en roll i den dramatiska förändringen.

Välmående havssystem innehåller välmående växtplankton, till exempel kiselalger och kokkolitoforider, som försörjer allt annat liv i havet genom de marina näringsvävarna. Genom så kallad primärproduktion producerar växtplankton också syre och reglerar klimatet genom att ta upp CO₂ och binda kol till fast material som sedan begravs i sediment på djuphavsbotten. Det är en effektiv och långsiktig lösning för att ta hand om kol från atmosfären.

De flesta av dessa marina alger använder solljus, CO₂ och oorganiska näringsämnen för att bygga upp sin kroppsmassa. De här näringsämnena försvinner dock fort från det solbelysta ytvattnet om de inte ersätts med hjälp av havets cirkulation eller via tillförsel från floder.

Paleoceanografer rekonstruerar förändringar i primärproduktion genom jordens historia genom att titta på alglämningar begravda i sediment på havsbotten. Bara en liten del av ytvattnet lämnar avtryck i marina sediment, men på en geologisk tidsskala är ansamlingen av biogena sediment (inklusive skal från kiselalger och små kalkplattor från kokkolitoforider) kopplade till tidigare förändringar i havsproduktivitet.

Det är viktigt att förstå vilka faktorer som påverkar havsproduktiviteten på en global skala, men också hur snabbt eller långsamt det här komplexa systemet kan reagera på miljöförändringar.

I många årtionden har geoforskare känt till att det funnits en lång period då produktiviteten i haven var mycket högre än idag. Det här inträffade under sen miocen och tidig pliocen (från 9 till 3,5 miljoner år sedan) och perioden kallas ofta ”the biogenic bloom”. Forskare har dock fortfarande inte helt förstått varför produktiviteten var så mycket högre förr, eller varför den här perioden slutade.

En grupp forskare som samarbetat med Boris-Theofanis Karatsolis, doktorand vid Uppsala universitet, analyserade borrkärnor med djuphavssediment från alla världens större hav för att undersöka vad som orsakade slutet på perioden med hög produktivitet. Genom att använda vetenskaplig djuphavsborrning kan forskarna hämta prover en kilometer ner i sedimenten på platser där vattnet är upp till fyra kilometer djupt. På det här sättet kommer de åt miljontals år av havshistoria.

Sedimenten som analyserades av Boris-Theofanis Karatsolis och hans kollegor kom från 200-350 meter under havsbotten på den nordvästra australiska kontinentalsockeln. Forskarna mätte ansamlingen av biogena partiklar och kombinerade sin data med data som samlats in tidigare med liknande metoder på 16 andra platser. Forskarna kontrollerande noggrant att åldern på varje dataset stämde innan de fick ingå i studien, för att försäkra sig om att jämförelsen mellan olika regioner skulle bli rättvisande.

Resultaten visar att produktiviteten i tropiska områden sjönk abrupt för 4,6 miljoner år sedan. En möjlig förklaring till denna hastiga minskning kan ha att göra med svagare monsunregn i östra Asien och minskat inflöde av näringsämnen från floder. Dessa förändringar sammanföll med förändringar i formen på jordens omloppsbana kring solen.

Den nya studien bidrar med en ny bit till det större pusslet men mer forskning behövs för att vi helt ska kunna förstå mekanismerna bakom den här stora förändringen i haven.

– Om vi förstår den naturliga takten för stora miljöförändringar av det här slaget får vi en bra måttstock för att kunna tolka förändringar vi ser på jorden idag, säger Boris-Theofanis Karatsolis.

Karatsolis et al. (2022) Abrupt conclusion of the late Miocene-early Pliocene biogenic bloom at 4.6-4.4 Ma, Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-021-27784-6

För mer information kontakta:

Boris-Theofanis Karatsolis, doktorand vid institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet, e-post: boris.karatsolis@geo.uu.se (engelska)

Jorijntje Henderiks, professor vid institutionen för geovetenskaper, e-post: Jorijntje.Henderiks@geo.uu.se (svenska, engelska)