Stabiele isotopengeochemie van vis-otolieten: een methode voor het ontrafelen van Paleogene temperatuurschommelingen en seizoenale variaties in het zuidelijke Noordzeebekken

Daan
Vanhove

 

Tropisch Vlaanderen

Fossiele overblijfselen van vissen leren ons over het klimaat van vroeger

 

Droom je tijdens een gure herfststorm of kille winterdag ook wel eens van een leven in een tropisch paradijs? Een oord waar muts en sjaal overbodig zijn, omdat het er gemiddeld genomen niet kouder is dan twintig graden? Zo’n dromen zijn minder onwerkelijk dan je wellicht vermoedt, want dat het ooit jaar in jaar uit zo warm wordt bij ons is niet uitgesloten. Zelfs niet als we met zijn allen hard werken aan het terugschroeven van onze uitgestoten broeikasgassen. En mocht dit nogal ongeloofwaardig klinken, ooit wás dit al eens het geval in onze regio.

 

Voor paleoklimatologen, wetenschappers die vroegere klimaten bestuderen, is het inmiddels duidelijk dat het klimaat op Aarde onophoudelijk verandert. Nu eens op lange tijdschaal, van tienduizenden jaren, door onder meer langetermijnsvariaties in de stand van de Aarde ten opzichte van zon. Dan weer op korte tijdschaal, door bijvoorbeeld de gevolgen van een grote meteorietimpact. Ze gaan daartoe op zoek naar nuttige aanwijzingen in het ‘geologisch archief’, de verschillende gesteentelagen in de ondergrond. In die lagen zitten vaak een heleboel gegevens opgeslagen, die zij weten te ontcijferen en te vertalen naar bruikbare informatie. Ook de vele lagen in onze Vlaamse ondergrond bevatten een schat aan gegevens. Al sinds ca. 1850 werden ze intensief bestudeerd, door onder andere sir Charles Lyell, de grondlegger van de moderne geologie en een kennis van Darwin.

Veel informatie komt voort uit de fossielen die in die lagen te vinden zijn, de overblijfselen van organismen. Sommige daarvan hebben het geluk een tweede leven te leiden als wetenschappelijk waardevol object. Ze doen daarbij vaak voortreffelijk dienst als zogenaamde paleoklimaatsproxies, benaderingsmethodes voor de reconstructie van klimaten tot ver in de verleden van de Aarde. Een nieuwe en veelbelovende proxy is de chemische analyse van fossiele vis-otolieten. Otoliet is de wetenschappelijke benaming voor ‘gehoorsteentje’. Ook wij mensen hebben otolieten in onze oororganen, maar bij vissen zijn ze doorgaans groter en bevatten ze groeiringen. Ze zijn opgebouwd uit aragoniet (CaCO3), ook wel bekend als kalk. Uit de chemische formule kan je afleiden dat kalk zuurstof bevat. Het element zuurstof kan voorkomen onder drie vormen, die elk een verschillend aantal neutrale deeltjes in hun kern hebben. Dat zijn de drie isotopen van zuurstof, en twee daarvan zijn heel belangrijk voor het onderzoeken van vroegere klimaten: het lichte 16O en het zware 18O. De verhouding tussen beide types isotopen in het kalk van een fossiele otoliet, staat in verband met de temperatuur van het water waarin een vis leefde. Dus ken je die verhouding, dan kan je een omrekening maken naar zeewatertemperaturen. Als je dat doet voor een heleboel otolieten, met verschillende ouderdommen en afkomstig van verschillende plaatsen, krijg je een idee over de aard van het klimaat van een welbepaalde periode in het verleden.

Een thesisstudent van de KULeuven heeft deze nieuwe methode toegepast op otolieten verzameld uit enkele gesteentelagen van de Vlaamse ondergrond. Zo was het mogelijk om meer te weten te komen over het klimaat tijdens de periode van 52 tot 50 miljoen jaar geleden (gedurende het vroege Eoceen). Uit eerdere studies was reeds gebleken dat het toen erg warm moet zijn geweest in onze regio. Bewijzen zijn onder meer de fossiele overblijfselen van palmbomen en van tropische diersoorten als krokodillen en landschildpadden. Waarschijnlijk gaat het zelfs om het warmste klimaat sinds het uitsterven van de dinosauriërs, 65 miljoen jaar geleden.

Hoe warm het exact was blijft evenwel nog moeilijk om te berekenen, omdat de zuurstofisotopenverhouding van otolieten niet alleen van de temperatuur afhangt, maar ook van het toenmalige zoutgehalte van de oceaan. En die is nauwelijks gekend. Maar in elk geval was het een pak warmer dan nu het geval is. Er heerste een stabiel tropisch klimaat, met gemiddelde jaartemperaturen die meer dan het dubbele van de hedendaagse gemiddeldes moeten hebben bedragen. Dat is even warm als nu in het evenaargebied.      

Maar dat is slechts het halve verhaal. Het is al langer bekend dat de groeiringen van otolieten overeen komen met seizoenen, net zoals bij boomringen het geval is. Otolieten groeien immers tijdens het hele leven van een vis aan. Met een hightech boorapparaat zijn microscopisch kleine stalen kalk genomen van groeiringen van enkele otolieten. Ook daar is telkens de zuurstofisotopenverhouding van berekend. Hierdoor was het mogelijk om seizoensverschillen te detecteren in zeewatertemperatuur. Het verschil tussen de gemiddelde zomertemperatuur en de gemiddelde wintertemperatuur bedroeg volgens de berekeningen slechts 8,5° C. Met andere woorden, ook in de winter was het nog aangenaam vertoeven in wat nu Vlaanderen is.   

Naar de oorzaak van deze zeer warme periode blijft het voorlopig gissen, maar het aanmeren van India tegen het Aziatische continent met de vorming van de Himalaya tot gevolg lijkt een goede kanshebber. Daarbij kwamen immers enorme hoeveelheden CO2 vrij, die een broeikaseffect kunnen hebben veroorzaakt.  

 

Een gedetailleerde kennis van klimaten uit lang vervlogen tijden is niet alleen interessant, maar ook nuttig. Dankzij die kennis kunnen we te weten komen hoe het klimaatsysteem precies werkt, en hoe het zich gedraagt in bepaalde situaties. Zoals bijvoorbeeld wanneer er hoge concentraties broeikasgassen in de atmosfeer terecht komen. Zo krijgen we een beter zicht op wat een door de mens in de hand gewerkte klimaatsverandering wel eens zou kunnen teweegbrengen: hoe hoog de temperatuur zou kunnen oplopen, en of er dan ook nog seizoenen zullen zijn. Die kennis leert ons ook dat er een reële kans is dat we in de toekomst in een zelfde situatie terecht zullen komen als deze van omstreeks 52 tot 50 miljoen jaar geleden. Welke oorzaak daar dan ook mag verantwoordelijk voor zijn. Het klimaat heeft immers steeds veranderd, en zal dat ook blijven doen. Al moet je er wel rekening mee houden dat zelfs de snelste veranderingen over het algemeen zó traag verlopen, dat ze nauwelijks merkbaar zijn tijdens een mensenleven. Zonder wondermiddeltjes of teletijdsmachines die écht werken zit de kans er dik in dat we slechts kunnen blijven dromen van onze Vlaamse tropen.

 

Bibliografie

VANHOVE, D.  (2009)  Stabiele  isotopengeochemie  van  vis-otolieten.  Een methode  voor  het

ontrafelen van Paleogene  temperatuurschommelingen en  seizoenale klimaatsvariaties

in  het  zuidelijke  Noordzeebekken.  Niet  gepubliceerde  Master  of  Science  thesis.

Katholieke Universiteit Leuven, Leuven, 118 pp.

Download scriptie (9.54 MB)
Universiteit of Hogeschool
KU Leuven
Thesis jaar
2009