Extinción masiva marina del Pérmico vinculada a la anoxia inducida por el vulcanismo

vulcanismo en el Capitaniano

Liberó grandes cantidades de CO2 a la atmósfera y convirtió los océanos en tóxicos para la vida marina

Las extinciones masivas son rápidas disminuciones globales de la biodiversidad de la Tierra, con cinco eventos clave identificados a lo largo de la historia del planeta, posiblemente el más famoso de los cuales ocurrió hace ~66 millones de años durante el Cretácico, que puso fin al reinado de los dinosaurios. Sin embargo, la mayor extinción masiva se atribuye al Pérmico, durante el cual se estima que se erradicó >95% de toda la vida en la Tierra.

Aún se debate la causa de este devastador evento, con defensores tanto del gran impacto de un asteroide que provocó que el polvo se elevara hacia la atmósfera, bloqueando la luz solar y generando lluvia ácida, o significativo vulcanismo que liberó grandes cantidades de CO2 a la atmósfera y convirtió los océanos en tóxicos para la vida marina.

Una nueva investigación brinda más apoyo a esta última teoría. Yu Wang, de la Universidad de Nanjing, y sus colegas realizaron experimentos geoquímicos en muestras de sedimentos obtenidas de la cantera Zhigao, en la región del alto río Yangtze, China. Dentro de las muestras, los científicos identificaron una importante anomalía de mercurio, alojada en la materia orgánica, asociada con un pico de isótopos de carbono.

cantera de ZhigaoImagen derecha: Sitio de estudio de campo en la cantera de Zhigao, China, y diapositivas de sección delgada de muestras de sedimentos visualizadas usando un microscopio petrográfico para identificar organismos marinos microscópicos como radiolarios, foraminíferos y algas. Crédito: Wang et al 2024

Se interpreta que esta excursión negativa del isótopo de carbono 13 es causada por liberaciones masivas de carbono a la atmósfera, probablemente debido a erupciones volcánicas, y estos eventos también son una importante fuente de mercurio en la naturaleza. De hecho, el momento de esta excursión coincide con la actividad volcánica conocida de las trampas de Emeishan, Sichuan, una vasta área (>250.000 km2) de basaltos inundados que crean una gran provincia ígnea.

Los oligoelementos como el molibdeno, el uranio y el vanadio dentro de las muestras de sedimento son susceptibles a condiciones reductoras y oxidantes, con tres picos notables que indican condiciones anóxicas cuando los océanos se quedaron sin oxígeno disuelto.

Además de esto, la importante caída global del nivel del mar durante el Capitaniano (hace ~264-259 millones de años) se evidencia en el carbono orgánico de origen terrestre, mientras que proporciones más bajas de los elementos cadmio y molibdeno sugieren un debilitado o estacional afloramiento de aguas frías y ricas en nutrientes.

Los datos geoquímicos y la disminución de algas calcáreas y foraminíferos fusulináceos en las muestras de pedernal, lutita y caliza indican anoxia marina y una estratificación más pronunciada de la columna de agua. En tales condiciones, probablemente se desarrollaron zonas mínimas de oxígeno, con áreas persistentes de condiciones pobres en oxígeno que habrían inhibido la supervivencia de los organismos.

El equipo de investigación propone un modelo volcánico-climático-oceánico de tres pasos para explicar cómo el vulcanismo a gran escala condujo a una crisis biótica en los océanos durante el Capitaniano que condujo a la extinción masiva definitiva del final del Pérmico.

evolución paleoambiental del Alto YangtzeImagen derecha: Diagrama esquemático de un modelo de tres etapas para la evolución paleoambiental del Alto Yangtze, China, durante el Pérmico medio-tardío. Crédito: Wang et al 2024

En la etapa 1, el sitio de estudio era parte de una plataforma de carbonato conectada al océano Paleo-Tetis, ubicada a lo largo del margen norte del antiguo supercontinente Gondwana. Este entorno marino poco profundo y rico en oxígeno experimentó una vigorosa circulación oceánica con afloramiento de aguas ricas en nutrientes que eran ideales para que prosperara la vida marina, con evidencia de algas, braquiópodos y corales en las secciones del Alto Yangtze.

Durante la etapa 2, el inicio del vulcanismo comenzó a principios del Capitaniano, con una significativa liberación de gases de efecto invernadero que resultó en un calentamiento climático de 3°C a 5°C. Esto coincidió con la subida del nivel del mar causado por el hundimiento regional, exacerbando así la estratificación de la columna de agua y la anoxia marina a medida que los océanos más cálidos redujeron la concentración de oxígeno disuelto. Si bien la actividad volcánica llevó los nutrientes a la superficie, la productividad primaria en la superficie del océano utilizó la mayor parte de este oxígeno para la respiración y la descomposición de la materia orgánica, generando zonas mínimas de oxígeno agotadas debajo.

La etapa 3 se caracteriza por una disminución del vulcanismo y un retorno a condiciones marinas menos profundas, con un mayor transporte de materia orgánica desde la tierra al océano, así como una circulación marina vigorizada que trajo condiciones óxicas una vez más. Esto permitió a los organismos marinos recuperarse de las condiciones anóxicas hostiles y evolucionar hacia nuevos nichos ecológicos.

Podría decirse que los científicos sugieren que ahora estamos en medio de una sexta extinción masiva, y que es de vital importancia continuar explorando el papel que el vulcanismo puede desempeñar para inclinar la balanza hacia otra crisis en nuestro reino marino.

La investigación ha sido publicada en Chemical Geology: Coupled volcanic activity and marine anoxia in the Upper Yangtze region prior to the Capitanian mass extinction

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