El paisaje del oxígeno marino es moldeado por las placas y la innovación biológica

Animales marinos antiguos
El oxígeno es crucial para la evolución de todas las criaturas, y especialmente para la evolución de organismos complejos.

La anoxia marina no siempre está asociada con una alta tasa de extinción de animales marinos

El contenido de oxígeno del agua de mar tiene un profundo impacto en el ciclo de elementos bioesenciales y la habitabilidad de la Tierra. Pero no está bien establecido cómo y por qué evolucionó el paisaje marino del oxígeno (es decir, el patrón espacial de los niveles de oxígeno) desde el inicio del Fanerozoico hace 538 millones de años.

Para abordar este problema, investigadores dirigidos por el Prof. Wang Xiangli del Instituto de Geología y Geofísica de la Academia China de Ciencias (IGGCAS) y el Prof. Li Chao de la Universidad Tecnológica de Chengdu, junto con colaboradores de la Universidad de Cincinnati y el Instituto de Geología y Paleontología de Nanjing, han reconstruido un registro casi continuo del patrón espacial de los niveles de oxígeno marino a lo largo del Fanerozoico basándose en un enfoque de aprendizaje automático.

Descubrieron que en escalas de tiempo de 10 a 100 millones de años, los niveles de oxígeno en el agua marina profunda de la plataforma continental estaban correlacionados negativamente con la tasa de producción de la corteza oceánica, un indicador de la velocidad del movimiento de las placas.

En escalas de tiempo más cortas (es decir, millones de años), los hitos del proceso de evolución del oxígeno reconstruido coinciden temporalmente con importantes innovaciones biológicas (como la colonización de plantas terrestres hace unos 400 millones de años y la revolución del zooplancton marino hace unos 250 millones de años) y ciclos de supercontinentes (como la fusión y ruptura de Pangea hace unos 420 y 200 millones de años, respectivamente).

"Los niveles de oxígeno atmosférico no siempre están correlacionados con los niveles de oxígeno marino", afirmó el profesor Wang.

niveles de oxígeno marino

Imagen: Patrón espacial de los niveles de oxígeno marino a lo largo del Fanerozoico. (a) hace más de 400 millones de años; (b) hace 400 a 300 millones de años; (c) desde hace 300 millones de años hasta el presente. El azul y el blanco indican agua anóxica y óxica, respectivamente. Ma: hace millones de años; pO2: niveles de oxígeno atmosférico; DO: oxígeno disuelto; DOM: materia orgánica disuelta; POM: materia orgánica particulada. Crédito: IGGCAS

Antes de la llegada de las plantas, la plataforma continental profunda estaba repleta de reductores como materia orgánica disuelta y hierro ferroso. Por lo tanto, a pesar del aumento significativo de los niveles de oxígeno atmosférico, la plataforma continental profunda permaneció en gran medida desprovista de oxígeno, con sólo efímeros eventos de oxigenación.

Después de que las plantas colonizaron los continentes, el oxígeno atmosférico pudo llegar a la plataforma continental profunda (principalmente a través de la circulación termohalina), lo que condujo gradualmente a una estructura de oxígeno marino "similar a un sándwich" en el área de la plataforma continental, donde una capa intermedia deficiente en oxígeno estaba intercalada entre las capas superficiales y profundas ricas en oxígeno. En este escenario, los niveles de oxígeno en la atmósfera y en los océanos de la plataforma continental profunda estaban correlacionados positivamente.

Con la llegada del zooplancton marino hace unos 250 millones de años, sus duros caparazones y gránulos fecales ayudaron a que la materia orgánica particulada se hundiera más rápido desde la parte superior del océano hasta las aguas profundas, eliminando así el oxígeno de las profundidades. Como resultado, a pesar de que el oxígeno atmosférico se mantuvo alto, los niveles de oxígeno en las plataformas continentales profundas variaron drásticamente debido a los altibajos de la bomba biológica.

Con frecuencia se ha sospechado que la anoxia marina (es decir, el agotamiento del oxígeno disuelto) es una de las causas de la mortandad de animales marinos. Este estudio, sin embargo, revela que el alcance de la anoxia marina no siempre está asociado con una alta tasa de extinción de animales marinos.

La correlación inesperada ocurre en períodos de tiempo con baja elevación del nivel del mar (por ejemplo, hace 300 a 170 millones de años), donde la tasa de extinción se correlaciona negativamente con la intensidad de la anoxia marina, lo que sugiere que la intensificación de la anoxia marina no fue el principal culpable de la mayor tasa de extinción de animales marinos durante este intervalo de tiempo.

Otros factores, como la pérdida de hábitat en la plataforma continental debido a una gran bajada del nivel del mar o un rápido cambio de temperatura, pueden haber estado relacionados con una alta tasa de extinción en épocas de bajo nivel del mar.

El estudio fue publicado en Nature Geoscience el 26 de octubre: Spatial pattern of marine oxygenation set by tectonic and ecological drivers over the Phanerozoic

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