Noordzee subtropisch en zuurstofloos 56 miljoen jaar geleden

29-03-2013   Een toename van de concentratie CO2 in de atmosfeer heeft in het verleden geleid tot verzuring van de oceanen en mondiale klimaatverandering. Petra Schoon van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) ontdekte dat een dergelijke toename grote gevolgen had voor het klimaat in Noord-Europa, zoals een opwarming van 5-8?C en een subtropisch klimaat. Bovendien werd het water van de Noordzee vrijwel zuurstofloos. Schoon hoopt hierop te promoveren op 3 april aan de Universiteit Utrecht.

Behalve de beter bekende gevolgen van klimaatverandering, zoals de opwarming van de aarde, is de huidige toename van CO2 in de atmosfeer ook verantwoordelijk voor een verandering van de chemische samenstelling van het zeewater. Sinds de start van de industriële revolutie is ongeveer 50% van de uitgestoten CO2 door de oceanen opgenomen. Deze verhoogde concentratie in CO2 heeft geleid tot verzuring van het zeewater, ook wel “het andere CO2-probleem” genoemd. De gevolgen voor het milieu zijn echter nog niet geheel duidelijk. Een manier om dit te onderzoeken is door te kijken wat er in het geologische verleden is gebeurd tijdens vergelijkbare snelle toenames in CO2.

Schoon heeft verschillende tijdsperioden onderzocht, zoals het Paleoceen-Eoceen Thermale Maximum (PETM; ~56 miljoen jaar geleden). Deze periode werd gekenmerkt door een enorme toename in de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer, waarschijnlijk door het vrijkomen van methaan uit de diepzee. Dit leidde destijds ook tot een verzuring van de oceanen op grote schaal, zoals te zien is aan het oplossen van kalk uit de oceaanbodem. Om meer inzicht te verkrijgen in de effecten op het milieu in Noord-Europa tijdens het PETM, bestudeerde Schoon verschillende sedimenten uit Denemarken, die tijdens deze periode zijn afgezet op de bodem van de Noordzee.

Schoon vond sterke aanwijzingen dat tijdens het PETM de Noordzee vrijwel helemaal zuurstofloos was, oftewel anoxisch. Ze baseerde dit op de aanwezigheid van isorenierataan, een molecuul dat door bacteriën wordt gevormd die wel licht nodig hebben, maar die niet tegen zuurstof kunnen. Vóór het PETM was er genoeg zuurstof in het water van de Noordzee, maar de meeste zuurstof verdween op het moment dat de aarde begon op te warmen, doordat warmer water minder zuurstof kan opnemen én door een verhoogde activiteit van micro-organismen. Door andere fossiele moleculen te gebruiken, was Schoon in staat om de watertemperatuur van de Noordzee te herleiden: deze steeg tijdens het PETM van zo’n 24 tot 30 °C, veel warmer dan de huidige gemiddelde temperatuur van 11 °C. Een vergelijkbare temperatuurstijging van ongeveer 7 °C vond plaats op het land. Door gebruik te maken van stabiele isotopen van specifieke fossiele moleculen heeft ze verder aangetoond dat de atmosferische CO2 concentraties tijdens deze periode 2 à 3 keer hoger waren dan tegenwoordig.

Dit proefschrift kwam tot stand met steun van het Darwin Centrum voor Biogeowetenschappen en het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee NIOZ.

Petra Schoon, geboren in Rotterdam, heeft biogeologie gestudeerd aan de Universiteit Utrecht. Petra startte haar promotieonderzoek bij het NIOZ in 2008. Tegenwoordig werkt ze aan de Universiteit van Californië Riverside, waar ze fossiele moleculen onderzoekt van meer dan 2,5 miljard jaar oud, die informatie bevatten over de ontwikkeling van het vroegste leven op aarde.

Proefschrift: “Impact of CO2 and pH on the distribution and stable carbon isotopic composition of microbial biomarker lipids”.

Fotobijschriften:
Petra bij de Ølst-Hinge sedimentafzettingen in Denemarken, die in het Paleoceen-Eoceen in de Noordzee lagen.

Tijdens het Paleoceen-Eoceen Thermale Maximum bevatte de bodem veel organisch materiaal, dat bewaard bleef door het gebrek aan zuurstof. Dit organisch materiaal is te herkennen aan de donkere kleur in de potjes uit die periode.