Water versamel op mosse. Daar is gedink dat die eerste landplante nie-vaskulêr was, soos mosse. Krediet: Katmai Preserve NPS Photo/Russ Taylor
Die aankoms van plante op land sowat 400 miljoen jaar gelede het moontlik die manier verander waarop die Aarde sy eie klimaat natuurlik reguleer, volgens ’n nuwe studie gelei deur navorsers by UCL (University College London) en Yale.
Die koolstofsiklus, die proses waardeur koolstof tussen rotse, oseane, lewende organismes en die atmosfeer beweeg, dien as die aarde se natuurlike termostaat en reguleer sy temperatuur oor lang tydperke.
In 'n nuwe studie, gepubliseer in die joernaal Aard, het navorsers gekyk na monsters van rotse wat oor die afgelope drie miljard jaar strek en bewyse gevind van 'n dramatiese verandering in hoe hierdie siklus ongeveer 400 miljoen jaar gelede gefunksioneer het, toe plante grond begin koloniseer het.
Die navorsers het spesifiek kennis geneem van 'n verandering in die chemie van seewater wat in die rots aangeteken is, wat 'n groot verskuiwing in die globale vorming van klei - die "kleimineraalfabriek" - van die oseane na die land aandui.
Monsterneming van Ordovicium (450 miljoen jaar oud) sedimente deur eerste skrywer Boriana Kalderon-Asael. Krediet: Ashleigh Hood
Aangesien klei wat in die see vorm (omgekeerde verwering) daartoe lei dat koolstofdioksied in die atmosfeer vrygestel word, terwyl klei op land 'n neweproduk is van chemiese verwering wat koolstofdioksied uit die lug verwyder, het dit die hoeveelheid koolstof in die atmosfeer verminder, wat gelei het tot ’n koeler planeet en ’n wipplankklimaat, met afwisselende ystydperke en warmer periodes.
Die navorsers het voorgestel dat die oorskakeling veroorsaak is deur die verspreiding van landplante wat grond en klei op land hou, keer dat koolstof in die see gespoel word, en deur die groei in seelewe wat silikon vir hul geraamtes en selwande gebruik, soos sponse, enkelvoudige -sellige alge en radiolariërs ('n groep protosoë), wat lei tot 'n daling in silikon in die seewater wat benodig word vir kleivorming.
Senior skrywer Dr. Philip Pogge von Strandmann (UCL Aardwetenskappe) het gesê: “Ons studie dui daarop dat die koolstofsiklus vir die grootste deel van die Aarde se geskiedenis op 'n fundamenteel ander manier gewerk het in vergelyking met die huidige dag.
“Die verskuiwing, wat geleidelik tussen 400 en 500 miljoen jaar gelede plaasgevind het, blyk te wees gekoppel aan twee groot biologiese innovasies destyds: die verspreiding van plante op land en die groei van mariene organismes wat silikon uit water onttrek om hul geraamtes te skep en selle mure.
“Voor hierdie verandering het atmosferiese koolstofdioksied hoog gebly, wat tot 'n stabiele kweekhuisklimaat gelei het. Sedertdien het ons klimaat heen en weer gebons tussen ystydperke en warmer tydperke. Hierdie soort verandering bevorder evolusie en gedurende hierdie tydperk het die evolusie van komplekse lewe versnel, met landgebaseerde diere wat vir die eerste keer gevorm het.
"'n Minder koolstofryke atmosfeer is ook meer sensitief vir verandering, wat mense in staat stel om die klimaat makliker te beïnvloed deur die verbranding van fossielbrandstowwe."
Eerste skrywer Boriana Kalderon-Asael, 'n PhD-student aan die Yale Universiteit, het gesê: "Deur litium-isotope te meet in gesteentes wat die meeste van die Aarde se geskiedenis strek, het ons gemik om te ondersoek of enigiets in die funksionering van die koolstofsiklus oor 'n groot tydskaal verander het. Ons het gevind dat dit het, en hierdie verandering blyk te wees gekoppel aan die groei van plantlewe op land en silikongebruikende dierelewe in die see.”
In die studie het navorsers litium-isotope gemeet in 600 monsters van rots wat van baie verskillende plekke regoor die wêreld geneem is. Litium het twee natuurlik voorkomende stabiele isotope – een met drie protone en drie neutrone, en een met drie protone en vier neutrone.
Wanneer klei stadig op land vorm, bevoordeel dit litium-6 sterk, en laat omliggende water verryk met die ander, swaarder isotoop, litium-7. Deur hul monsters met behulp van massaspektrometrie te ontleed, het die navorsers gevind dat 'n styging in die vlakke van litium-isotoop-7 in seewater wat in die rots aangeteken is tussen 400 en 500 miljoen jaar gelede plaasgevind het, wat 'n groot verskuiwing in die aarde se kleiproduksie voorstel wat saamval met die verspreiding van plante op land en opkoms van silikongebruikende seelewe.
Klei vorm op land as 'n oorblyfsel van chemiese verwering, die primêre langtermynproses waardeur koolstofdioksied uit die atmosfeer verwyder word. Dit vind plaas wanneer atmosferiese koolstof met water kombineer om 'n swak suur, koolsuur, te vorm, wat as reën op die grond val en rotse oplos, en ione vrystel, insluitend kalsiumione wat in die see vloei. Uiteindelik word die koolstof in rotse op die seebodem opgesluit. Daarenteen word koolstofonttrekking deur plantfotosintese ontken sodra die plante verval, en dit beïnvloed selde koolstofdioksiedvlakke op tydskale langer as 'n paar honderd jaar.
Wanneer klei in die see vorm, bly koolstof in die water en word uiteindelik in die lug vrygestel as deel van die voortdurende uitruiling van koolstof wat plaasvind wanneer lug water ontmoet.
Verwysing: "'n Litium-isotoop-perspektief op die evolusie van koolstof- en silikonsiklusse" deur Boriana Kalderon-Asael, Joachim AR Katchinoff, Noah J. Planavsky, Ashleigh v. S. Hood, Mathieu Dellinger, Eric J. Bellefroid, David S. Jones, Axel Hofmann, Frantz Ossa Ossa, Francis A. Macdonald, Chunjiang Wang, Terry T. Isson, Jack G. Murphy, John A. Higgins, A. Joshua West, Malcolm W. Wallace, Dan Asael en Philip AE Pogge von Strandmann , 14 Julie 2021, Aard.
DOI: 10.1038/s41586-021-03612-1
Die studie het ondersteuning van die Europese Navorsingsraad en NASA ontvang.
