[미국] 온난한 팔레오세-에오세의 해양을 보여주는 해양미생물
시라큐스 대학교(Syracuse University)의 예술과학대학 연구자들은 미고생물학(微古生物學) 연구를 수행하면서 5500만 년 이전에 발생했던 급속한 온난화 이벤트가 지구해양생물에 어떻게 영향을 미쳤는지를 밝혀내고 있다. 이 같은 내용의 연구가 고해양학(Paleoceanography) 저널에 최근 발표됐다.
시라큐스 대학교의 지구과학교수이며 물 과학 및 공학 이니셔티브(Water Science and Engineering Initiative) 회원인 준리 루(Zunli Lu)는 “기후변화는 복합적인 방식으로 해양생물에 영향을 미쳤고 용존산소의 손실에 대한 관심이 높아지고 있다”고 말하고 “과거의 지질을 이해하지 않고 탄소배출이 야기한 미래의 탈산소화를 예측하는 것은 어렵다”고 전했다.
루 교수는 이러한 유형의 탈산소 현상이 크고 두꺼운 산소극소대역(oxygen minimum zones, OMZs)을 만든다고 말한다. 산소극소대역은 산소포화도가 가장 낮은 해양의 수층이다.
그는 팔레오세-에오세 최대 온도기(PETM, Paleocene-Eocene Thermal Maximum)와 관련된 많은 연구를 수행했다. 이 기간에 산소극소대역의 팽창을 증명하는 것은 어려운데, 그 이유는 정밀하면서도 널리 이용되는 용존산소 인디케이터가 부족하기 때문이다.
이 문제를 해결하기 위해 루와 그의 동료들은 산화된 물에서만 존재하는 요오드 형태의 요오드산염을 연구하고 있다. 미생물 화석의 요오드와 칼슘 비율을 분석함으로써 그들은 한때 미생물이 살았던 주변 해수에 존재하는 산소 수준을 산정할 수 있다.
한편 유공충류(foraminifera)로 알려진 원생동물 군의 화석 골격은 고(古) 환경을 재현하기 위해 오랫동안 이용되고 있다. 팝콘을 닮은 이 유기물은 고대, 현대 해양에 풍부하므로 산소극소대역을 3차원으로 연구하기 위해서는 유공충을 대신할 산소를 개발하는 것이 루 교수에게 중요한 일이다.
그는 “우리의 화석자료와 기후모델이 시뮬레이션한 산소 수준을 비교함으로써 산소극소대역이 오늘날 보다 5500만 년 전에 매우 크게 우세했다고 생각하며 이 대역이 팔레오세-에오세 최대온도기에 팽창했던 것 같다”고 말하면서 “온난화 및 산성화와 마찬가지로 탈산소화도 이 시기에 해양생물에게 극적인 영향을 미쳐 해저생물의 대멸종을 촉진시켰다”고 전했다.
루 교수는 미고생물학과 기후모델링을 결합시킨 분석시설이 해양 탈산소화의 경향을 예상하는데 도움이 될 것이라고 생각한다. 이미 태평양 동부 등에 있는 산소극소대역은 팽창하기 시작한다고 보고되고 있다. 그는 산소극소대역은 해양 산소수준과 기후변화 사이의 상호작용과 관련된 자연연구실이라고 말했다.
(참조: Xiaoli Zhou, Ellen Thomas, Rosalind E.M. Rickaby, Arne M.E. Winguth, Zunli Lu. I/Ca evidence for upper ocean deoxygenation during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Paleoceanography, 2014; DOI: 10.1002/2014PA002702)
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 10월 22일]
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Microfossils reveal warm oceans had less oxygen
Researchers in Syracuse University's College of Arts and Sciences are pairing chemical analyses with micropaleontology -- the study of tiny fossilized organisms -- to better understand how global marine life was affected by a rapid warming event more than 55 million years ago.
Their findings are the subject of an article in the journal Paleoceanography.
"Global warming impacts marine life in complex ways, of which the loss of dissolved oxygen [a condition known as hypoxia] is a growing concern" says Zunli Lu, assistant professor of Earth sciences and a member of Syracuse's Water Science and Engineering Initiative. "Moreover, it's difficult to predict future deoxygenation that is induced by carbon emissions, without a good understanding of our geologic past."
Lu says this type of deoxygenation leads to larger and thicker oxygen minimum zones (OMZs) in the world's oceans. An OMZ is the layer of water in an ocean where oxygen saturation is at its lowest.
Much of Lu's work revolves around the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), a well-studied analogue for modern climate warming. Documenting the expansion of OMZs during the PETM is difficult because of the lack of a sensitive, widely applicable indicator of dissolved oxygen.
To address the problem, Lu and his colleagues have begun working with iodate, a type of iodine that exists only in oxygenated waters. By analyzing the iodine-to-calcium ratios in microfossils, they are able to estimate the oxygen levels of ambient seawater, where microorganisms once lived.
Fossil skeletons of a group of protists known as foraminiferas have long been used for paleo-environmental reconstructions. Developing an oxygenation proxy for foraminifera is important to Lu because it could enable him study the extent of OMZs "in 3-D," since these popcorn-like organisms have been abundant in ancient and modern oceans.
"By comparing our fossil data with oxygen levels simulated in climate models, we think OMZs were much more prevalent 55 million years ago than they are today," he says, adding that OMZs likely expanded during the PETM. "Deoxygenation, along with warming and acidification, had a dramatic effect on marine life during the PETM, prompting mass extinction on the seafloor."
Lu thinks analytical facilities that combine climate modeling with micropaleontology will help scientists anticipate trends in ocean deoxygenation. Already, it's been reported that modern-day OMZs, such as ones in the Eastern Pacific Ocean, are beginning to expand. "They're natural laboratories for research," he says, regarding the interactions between oceanic oxygen levels and climate changes."
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