Die Forscher führten ein Klimamodell mit der Konfiguration der Erde während des Perm durch, als die Landmassen auf dem Superkontinent Pangaea kombiniert wurden. Bevor die anhaltenden Vulkanausbrüche in Sibirien einen Treibhausgasplaneten hervorbrachten, hatten die Ozeane ähnliche Temperaturen und Sauerstoffwerte wie heute. Die Forscher erhöhten dann die Treibhausgase im Modell auf das Niveau, das erforderlich war, um die tropischen Ozeantemperaturen an der Oberfläche um etwa 10 Grad Celsius (20 Grad Fahrenheit) zu erhöhen, was den damaligen Bedingungen entsprach.,
Das Modell reproduziert die daraus resultierenden dramatischen Veränderungen in den Meeren. Ozeane verloren etwa 80 Prozent ihres Sauerstoffs. Etwa die Hälfte des Meeresbodens der Ozeane, meist in tieferen Tiefen, wurde völlig sauerstofffrei.
Um die Auswirkungen auf Meeresarten zu analysieren, untersuchten die Forscher die unterschiedlichen Sauerstoff – und Temperaturempfindlichkeiten von 61 modernen Meeresarten – einschließlich Krebstieren, Fischen, Schalentieren, Korallen und Haien-anhand veröffentlichter Labormessungen., Es wird erwartet, dass die Toleranz moderner Tiere gegenüber hohen Temperaturen und niedrigem Sauerstoffgehalt den Perm-Tieren ähnlich ist, da sie sich unter ähnlichen Umweltbedingungen entwickelt haben. Die Forscher kombinierten dann die Merkmale der Art mit den Paläoklima-Simulationen, um die Geographie des Aussterbens vorherzusagen.
„Sehr wenige Meeresorganismen blieben in den gleichen Lebensräumen, in denen sie lebten – es war entweder fliehen oder zugrunde gehen“, sagte zweiter Autor Curtis Deutsch, ein UW Associate Professor für Ozeanographie.,
Laut Studienmitautor Jonathan Payne, Professor für Geowissenschaften an der Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences (Stanford Earth), “ war die konventionelle Weisheit in der paläontologischen Gemeinschaft, dass das Aussterben von Perm in tropischen Gewässern besonders schwerwiegend war.“Doch das Modell zeigt, dass die am stärksten betroffenen Organismen am empfindlichsten auf Sauerstoff reagieren, der weit weg von den Tropen gefunden wurde., Viele Arten, die in den Tropen lebten, sind im Modell ebenfalls ausgestorben, aber es wird prognostiziert, dass Arten mit hohem Breitengrad, insbesondere solche mit hohem Sauerstoffbedarf, fast vollständig ausgelöscht wurden.
Die Studie baut auf früheren Arbeiten von Deutsch auf, die zeigen, dass der Stoffwechsel von Meerestieren beschleunigt wird, wenn sich die Ozeane erwärmen, was bedeutet, dass sie mehr Sauerstoff benötigen, während wärmeres Wasser weniger hält. Diese frühere Studie zeigt, wie wärmere Ozeane Tiere von den Tropen wegschieben.,
Um diese Vorhersage zu testen, analysierten Payne und Co-Autor Erik Sperling, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Stanford Earth, spätpermische Fossilienverteilungen aus der Paläobiologie-Datenbank, einem virtuellen Archiv veröffentlichter Fossiliensammlungen. Der Fossilienbestand zeigt, wo sich Arten vor dem Aussterben befanden und die vollständig ausgelöscht oder auf einen Bruchteil ihres früheren Lebensraums beschränkt waren.
Der Fossilienbestand bestätigt, dass Arten, die weit vom Äquator entfernt sind, während des Ereignisses am meisten gelitten haben., „Die Signatur dieses Abtötungsmechanismus, der Klimaerwärmung und des Sauerstoffverlusts, ist dieses geografische Muster, das vom Modell vorhergesagt und dann in den Fossilien entdeckt wird“, sagte Penn. „Die Vereinbarung zwischen den beiden zeigt, dass dieser Mechanismus der Klimaerwärmung und des Sauerstoffverlusts eine Hauptursache für das Aussterben war.“
„Wir konnten noch nie genau herausfinden, wie und warum verschiedene Stressoren verschiedene Teile des globalen Ozeans beeinflusst haben“, sagte Sperling, Assistenzprofessor für Geowissenschaften an der Stanford Earth. „Das war wirklich aufregend zu sehen.,“
Die neue Studie kombiniert die sich ändernden Meeresbedingungen mit den Stoffwechselbedürfnissen verschiedener Tiere bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Ergebnisse zeigen, dass die schwersten Auswirkungen von Sauerstoffmangel sind für Arten Leben in der Nähe der Pole.
„Da die Metabolismen tropischer Organismen bereits an ziemlich warme, sauerstoffarme Bedingungen angepasst waren, konnten sie sich von den Tropen entfernen und die gleichen Bedingungen woanders finden“, sagte Deutsch. „Aber wenn ein Organismus an eine kalte, sauerstoffreiche Umgebung angepasst war, dann hörten diese Bedingungen in den flachen Ozeanen auf zu existieren.“