Klimat Dla ZiemiiSzkoła z klimatem
Newsletter

Bądź na bieżąco? Zapisz sie do newslettera!

Partnerzy i przyjaciele
Partnerzy i przyjaciele
Licznik odwiedzin: 8387610

Siarkowodorowa Ziemia: Anoksja oceaniczna i wielkie wymieranie
Jak może dojść do zagłady życia poprzez nagromadzenie w atmosferze wielkich ilości siarkowodoru w wyniku wzrostu temperatury planety? Naukowcy są zdania, że może to nastąpić w wyniku namnożenia się fotosyntetyzujących bakterii siarkowych, produkujących wielkie ilości tego gazu, a zjawiska takie miały już miejsce kilkukrotnie w historii Ziemi. W każdym z okresów wielkich wymierań – z wyjątkiem końca kredy – oceany co najmniej raz osiągały stan anoksji (skrajnego zubożenia wody w tlen).

Anoksja oceaniczna w praktyce – jak to było?

W okresach wielkich wymierań zidentyfikowano duże ilości substancji pochodzących od fotosyntetyzujących zielonych bakterii siarkowych. Dziś bakterie te, wraz z fotosyntetyzującymi purpurowymi bakteriami siarkowymi, występują w beztlenowych środowiskach słonowodnych, na przykład w pewnych rejonach bezodpływowych słonych jezior czy w Morzu Czarnym. Energię uzyskują w procesie utleniania siarkowodoru (H2S), gazu trującego dla większości organizmów, a produktem tej reakcji jest siarka. W taki sposób odkrywanie w utworach skalnych licznych pozostałości po tych bakteriach umożliwiło nową interpretację przyczyn wymierań.
Naukowcy od dawna wiedzieli, że w okresach wielkich wymierań stężenie tlenu było niższe niż obecnie, a biomarkery (unikalne związki organiczne pochodzące od konkretnych gatunków istot żywych, umożliwiające stwierdzenie, że określony gatunek występował masowo na Ziemi w danym okresie) znalezione w skałach z końca permu, a także z końca triasu, wskazują, że w tamtych okresach światowy ocean został zdominowany przez bakterie utleniające siarkowodór. Mikroorganizmy te żyją wyłącznie w środowisku beztlenowym, ale jednocześnie potrzebują światła do fotosyntezy, a więc ich obecność jest dowodem, że nawet powierzchniowe warstwy wód morskich były ubogie w tlen i zawierały dużo siarkowodoru.

Obecnie w oceanach tlen występuje w niemal identycznym stężeniu na wszystkich głębokościach, także w strefie przydennej. Tylko w wyjątkowych okolicznościach – jak w Morzu Czarnym – na dużych głębokościach dochodzi do powstania strefy anoksycznej, w której mogą rozwijać się organizmy nie znoszące tlenu. Beztlenowe bakterie wytwarzają ogromne ilości siarkowodoru, a ten rozpuszcza się w wodzie. W miarę jak jego stężenie rośnie, dyfunduje on ku powierzchni i napotyka wędrujący w dół tlen. Dopóki między tymi gazami panuje równowaga, wody nasycone siarkowodorem oraz wody zawierające rozpuszczony tlen tworzą dwie oddzielne warstwy, a granica między nimi (tzw. chemoklina) jest stabilna. Zielone i purpurowe bakterie siarkowe żyją zwykle właśnie w strefie chemokliny, gdzie mają zarówno dopływ siarkowodoru od dołu, jak i światła z góry.

Z obliczeń wynika, że gdy natlenienie wód oceanu się zmniejsza, powstają warunki korzystne dla przydennych bakterii beztlenowych – a te namnażają się i produkują jeszcze większe ilości siarkowodoru. Symulacje wskazują, że jeśli stężenie siarkowodoru w strefie przydennej przekroczy pewną krytyczną wartość – tak jak podczas okresów globalnej anoksji – chemoklina może bardzo szybko przesunąć się aż do powierzchni oceanu. Zjawisko to miałoby straszliwy skutek: wydostawanie się ogromnych ilości trującego siarkowodoru do atmosfery.

Pod koniec permu wskutek „morskich erupcji” do atmosfery trafiło dość tego gazu, by spowodować wymieranie zarówno w morzach, jak i na lądach. Siarkowodór nie jest jednak jedynym zabójcą. Z modeli wykonanych w University of Arizona wynika, że siarkowodór atakuje również powłokę ozonową w górnych warstwach ziemskiej atmosfery, która chroni żywe organizmy przed promieniowaniem ultrafioletowym. Dowodem na takie zniszczenie warstwy ozonowej pod koniec permu są odkryte na Grenlandii skamieniałe zarodniki dawnych roślin, zdeformowane w wyniku długotrwałego naświetlania ultrafioletem o wysokim natężeniu. Obecnie również obserwuje się zanik planktonu pod dziurami ozonowymi, zwłaszcza w Antarktyce. A gdy pierwszy składnik łańcucha pokarmowego przestaje istnieć, w niedługim czasie zagłada spotyka również kolejne organizmy.

Ocenia się, że pod koniec permu powietrze tak bardzo nasyciło się siarkowodorem, że zabijał on zarówno zwierzęta, jak i rośliny, zwłaszcza że wraz z temperaturą rośnie toksyczne działanie tego gazu. A wiele mniejszych i większych wymierań zdarzyło się w tym samym czasie, co okresy globalnego ocieplenia.
Uważa się, że przyczyną ocieplania się klimatu w tamtych okresach mogła być wulkaniczna emisja gazów cieplarnianych – dwutlenku węgla i metanu, być może zapoczątkowana skruszeniem skorupy ziemskiej przez uderzenie asteroidu lub komety.
Powiązanie wysokiej koncentracji gazów cieplarnianych z wymieraniem istot żywych potwierdzają obecność siarki na wszystkich stanowiskach oraz pomiary izotopowe węgla wykazujące, że koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze gwałtownie rosła tuż przed początkiem wymierania i utrzymywała się na wysokim poziomie przez setki tysięcy, a nawet kilka milionów lat.

Najprawdopodobniej to oceany były czynnikiem decydującym. Im bowiem cieplej, tym mniej tlenu rozpuszcza się w wodzie. Jeśli w wyniku erupcji wulkanicznych podniosło się stężenie CO2 w atmosferze, obniżyło się stężenie tlenu, a globalne ocieplenie utrudniało wprowadzanie pozostałego tlenu do wód oceanicznych, to mogły zaistnieć warunki korzystne dla głębokomorskich bakterii beztlenowych. One zaś wkrótce potem wyprodukowały gigantyczne ilości siarkowodoru. W takich warunkach zaczęły masowo ginąć oddychające tlenem organizmy morskie. Doskonale natomiast funkcjonowały w nich fotosyntetyzujące zielone i purpurowe bakterie siarkowe, które mogły namnażać się już na samej powierzchni anoksycznego oceanu. Gdy siarkowodór zaczął dusić organizmy na lądzie i niszczyć warstwę ozonową planety, właściwie żadna forma życia nie była już na Ziemi bezpieczna.

Co więcej, zaproponowana tu sekwencja zdarzeń pasuje nie tylko do śladów z końca permu. Mniejsze wymieranie u schyłku paleocenu, 54 mln lat temu, zostało już uznane za wynik oceanicznej anoksji, wywołanej przez krótkotrwałe globalne ocieplenie. Obecność biomarkerów i skał osadowych charakterystycznych dla środowiska beztlenowego wskazuje, że taka sama gigantyczna katastrofa ekologiczna mogła wydarzyć się pod koniec triasu, środkowej kredy i dewonu. To dowodzi, że wielkie wymierania związane są z okresowo powtarzającym się w historii Ziemi ociepleniem klimatu.



Tak Ziemia wygląda dziś

A tak nasza planeta może się zmienić,
jeśli opisany tu scenariusz dojdzie do skutku.

 

 

Trudno jest odpowiedzieć na pytanie, czy naszemu gatunkowi również jest pisana zagłada w siarkowodorowej atmosferze? Skoro wymieranie zdarzyło się już tyle razy, to czy znowu się powtórzy? Choć wciąż nie wiemy, jak szybko dwutlenek węgla wydzielał się do atmosfery w trakcie każdego z tych dramatycznych okresów, znamy jego stężenia podczas wymierań. Wiemy, że zagłady pod koniec ocieplenia paleoceńskiego i pod koniec triasu zaczęły się przy stężeniu CO2 wynoszącym około 1000 ppm. Taką koncentrację dwutlenku węgla w atmosferze możemy osiągnąć już w ciągu niecałych 100 lat!
A to może wystarczyć, by rozpoczął się nowy okres oceanicznej anoksji. Nie jesteśmy pewni, przy jakich dokładnie warunkach może dojść do takiego przejścia fazowego.

Czy podejmiemy działania, aby uniknąć takiego scenariusza? Czy zmienimy sposób życia, ograniczymy trochę swoją wygodę, zainwestujemy w zmianę technologii?
A może uznamy, że byłoby to zbyt uciążliwe? A dla usprawiedliwienia będziemy się pocieszać, że może to wcale nie nastąpi, że w sumie wcale nie wiemy, czy zagłada na pewno nastąpi...

A kiedy już najgorsze nadejdzie, ostatni ludzie, przegrawszy walkę o przetrwanie, przeklną pokolenie, które miało jeszcze szansę uratować Ziemię, ale nad przyszłość swoich dzieci i wnuków przedłożyło własną wygodę...