본 기사는 ENN이 전하는 최신 환경뉴스입니다. 앞으로 본지는 ENN은 물론 전세계 환경전문 언론에서 전하는 세계 환경문제도 함께 전달, 보도할 예정입니다. (편집자주)
화산 폭발은 백악기 초기에 해양 산성화를 직접적으로 유발했다
[2020년 12월 21일 = ENN] 약 1억 2천만년 전, 지구는 바다의 산소를 막는 극심한 환경 파괴를 경험했다.
해양 무독성 현상(OAE) 1a로 알려진 산소가 부족한 물은 지구에 영향을 미치는 사소하지만 중요한 대량 멸종을 초래했다. 백악기 초기의 시대에는 바다에 서식하는 나노 플랑크톤 전체가 사실상 사라졌다.
나노플랑크톤 화석의 칼슘과 스트론튬 동위원소 함량을 측정함으로써 북서부 지구 과학자들은 Ontong Java Plateau 대형 화성 지방 (LIP)의 분화가 OAE1a를 직접 유발했다고 결론지었다.
대략 알래스카 크기인 Ontong Java LIP는 700만년 동안 분출되어 지금까지 알려진 가장 큰 LIP 사건 중 하나가되었다. 이 기간 동안 대기 중에 이산화탄소(CO2)를 내뿜어 바닷물을 산성화하고 질식시키는 온실기로 들어서게 하였다.
“지구가 또 다른 온실시기로 향하고 있기 때문에 우리는 온실시기를 연구하기 위해 시간을 거슬러 올라갑니다. 미래를 바라보는 유일한 방법은 과거를 이해하는 것입니다.”
“지구가 또 다른 온실시기로 향하고 있기 때문에 우리는 온실기를 연구하기 위해 시간을 거슬러 올라갑니다. 이 연구의 첫 번째 저자인 노스웨스턴 박사과정 학생인 Jiuyuan Wang은 말했다.
"미래를 보는 유일한 방법은 과거를 이해하는 것입니다."
이 연구는 지난주 (12월 16일) 지질학 저널에 온라인으로 게재되었다. 고대 해양 산소결핍 현상 연구에 안정적인 스트론튬 동위원소 측정을 적용한 최초의 연구이다.
Andrew Jacobson, Bradley Sageman and Matthew Hurtgen은 (Weinberg College of Arts and Sciences)의 논문을 공동 집필했다. Wang은 세 명의 교수 모두가 공동으로 지도하고 있다.
문제핵심의 실마리
나노 플랑크톤과 다른 많은 해양 생물은 탄산칼슘으로 껍질을 만든다. 탄산칼슘은 석탄, 석회암 및 일부 제산제(산도를 중화시키는 물질)와 동일한 광물질이다.
대기 중 CO2가 해수에 용해되면 탄산칼슘 생성을 억제 할 수 있는 약산을 형성하고 기존 탄산염을 용해시킬 수도 있다.
백악기 초기의 지구 기후를 연구하기 위해 북서부의 연구자들은 태평양 중부 산맥에서 채취 한 1,600m 길이의 퇴적 핵을 조사했다.
심해의 탄산염은 약 1억 2700 ~ 1억년 전에 얕은 강물, 열대 환경에서 형성되었으며 현재 심해에서 발견된다.
"지구의 탄소 순환을 고려할 때 탄산염은 탄소를 저장하는 가장 큰 저장소 중 하나입니다."라고 Sageman은 말했다. “바다가 산성화되면 기본적으로 탄산염을 녹입니다. 우리는 이 과정이 탄산염을 사용하여 껍질과 뼈대를 만드는 유기체의 무기질화 과정에 영향을 미치는 것을 볼 수 있으며, 이는 인간 활동으로 인한 대기 CO2의 증가가 관찰 된 결과입니다.”
확증적인 증거로서의 스트론튬
몇몇 이전 연구에서 지질학적 과거로부터 해양 탄산칼슘 동위원소 성분을 분석했다. 그러나 데이터는 다양한 방식으로 해석 될 수 있으며 탄산칼슘은 시간이 지남에 따라 변하여 형성 중에 획득한 신호를 가릴 수 있다. 이 연구에서 북서부 연구자들은 보다 완전한 그림을 얻기 위해 안정된 스트론튬 동위 원소 (탄산염 화석에서 발견되는 미량 원소)를 분석했다.
"칼슘 동위원소 데이터는 다양한 방식으로 해석 될 수 있습니다."라고 Jacobson은 말했다. “우리의 연구는 칼슘과 스트론튬 동위 원소가 탄산칼슘 형성되는 동안에는 유사하게 작용하지만 매몰시 발생하는 변화 중에는 그렇지 않다는 관측을 이용합니다. 이 연구에서 칼슘-스트론튬 동위 원소 '다중 프록시'는 신호가 '1차적'이라는 강력한 증거를 제시하며 OAE1a는 바닷물의 화학 작용과 관련이 있다.”
“안정적인 스트론튬 동위 원소는 시간이 지남에 따라 물리적 또는 화학적 변화를 겪을 가능성이 적습니다.” 라고 Wang 교수는 덧붙였다. “반면에 칼슘 동위 원소는 특정 조건에서 쉽게 변경 될 수 있습니다.”
연구팀은 노스 웨스턴에 있는 Jacobson의 청정 실험실에서 고정밀 기술을 사용하여 칼슘과 스트론튬 동위 원소를 분석했다.
이 방법에는 탄산염 샘플을 용해하고 원소를 분리 한 다음 열 이온화 질량 분석기를 사용한 분석이 포함된다.
연구원들은 LIP 분출이 해양 산성화를 유발한다고 오랫동안 의심해 왔다. Jacobson은 “해양 산성화와 대기 중 CO2 수치 사이에는 직접적인 연관성이 있습니다.”
“우리의 연구는 Ontong Java Plateau LIP의 분출과 해양 산성화를 연결하는 핵심 증거를 제공합니다. 이것은 사람들이 화석 기록의 단서를 기반으로 한 경우가 되어야 한다고 예상했지만 지구 화학적 자료는 부족했습니다.”
미래 온난화 모델링
해양이 극심한 온난화와 대기 CO2 증가에 어떻게 반응하는지 이해함으로써 연구자들은 지구가 현재 인위적 기후 변화에 어떻게 반응하는지 더 잘 이해할 수 있다. 인간은 현재 지구를 새로운 기후로 밀어 붙이고 있으며, 이는 바다를 산성화시키고 또 다른 대량 멸종을 일으킬 가능성이 있다.
“과거의 온난화 시기와 현재 인간이 유발 한 온난화의 차이는 시간 척도에 있습니다.”라고 Sageman은 말했다.
“과거의 사건은 수만에서 수백만 년에 걸쳐 전개되었습니다. 우리는 200 년 이내에 같은 수준의 온난화를 일으키고 있습니다.”
Jacobson은“미래를 이해하는 가장 좋은 방법은 컴퓨터 모델링을 이용하는 것입니다. "미래에 대한 보다 정확한 모델을 형성하려면 과거의 기후 데이터가 필요합니다."
“안정적인 Ca와 Sr 동위 원소는 해양 무산소 사건 1a 동안 화산으로 유발 된 생물학적 석회화 위기를 지원합니다.”라는 연구는 David and Lucile Packard 재단(2007-31757번 참고)과 국립과학재단(EAR-0723151번 참조)의 지원을 받았다.
이 연구는 기후를 위한 Ubben 그로그램의 지원을 받아 시작되어습니다. Northwestern University의 기후 및 탄소 과학은 이 주제와 관련된 연구를 후원했다.
Topics: Climate, Life Sciences, Research, Weinberg College of Arts and Sciences
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