Het klimaat warmde 56 miljoen jaar geleden bijna net zo snel op als nu. Toen er in een korte tijd enorm veel CO2 in de atmosfeer terecht kwam, leidde dat tot grootschalige bosbranden en erosie. Dat konden Mei Nelissen en haar collega’s van onder andere het NIOZ en de Universiteit Utrecht heel precies zien in de laagjes van sediment opgeboord voor de Noorse kust. Het onderzoek is 19 januari gepubliceerd in PNAS.
56 miljoen jaar geleden was de Aarde al warm. ‘Er was daardoor veel begroeiing, ook op hoge breedtegraden. Dat betekent dat er veel koolstof zat opgeslagen in bijvoorbeeld uitgestrekte coniferenbossen.’ Bioloog Mei Nelissen doet promotieonderzoek bij het NIOZ en de Universiteit Utrecht. Ze analyseerde stuifmeel en sporen in duidelijk gelaagd sediment dat haar begeleiders in 2021 uit de zeebodem in de Noorse Zee boorden. Daarin werd bijzonder gedetailleerd – zelfs per seizoen – unieke informatie zichtbaar over wat er gebeurde toen de wereld 56 miljoen jaar geleden in korte tijd vijf graden opwarmde.
Laagjes in boorkernen
Nelissen: ‘In maximaal driehonderd jaar vanaf de start van de explosieve CO2-toename verdween de door coniferen gedomineerde vegetatie op de onderzochte locatie en kwamen er veel varens. De ecosystemen op het land waren duizenden jaren ontregeld; een toename van houtskool laat zien dat er meer bosbranden plaatsvonden. Een toename van kleimineralen in het zee-sediment wijzen er bovendien op dat er hele stukken land de zee in spoelden door erosie.’ Dankzij de uitzonderlijk goed afgebakende laagjes in het sediment konden onderzoekers voor het eerst aantonen hoe snel bomen en planten reageren op de verstoring.
Over het grote effect op de zee was al meer bekend, vertelt Nelissen. ‘In boorkernen uit bijvoorbeeld de diepzee zien we dat er opeens geen kalk meer in zit, omdat het zeewater enorm verzuurde door alle CO2 die het water opnam. Daardoor werd het water te zuur voor organismen om kalkskeletjes of schelpen te maken.’
Nu nog snellere opwarming dan toen
Wat was er aan de hand? De periode rond 56 miljoen jaar geleden staat bekend als PETM: Paleocene-Eocene Thermal Maximum. Het was al warm en ‘plotseling’ werd het nog warmer. Nelissen: ‘De oorzaak is onbekend, het is waarschijnlijk een combinatie van factoren. Methaan hydraten in de zeebodem werden door de warmte instabiel, wat leidde tot methaanuitstoot. Er was ook veel vulkanisme in die periode.’ De huidige opwarming van de aarde komt hoofdzakelijk door de verbranding van fossiele brandstoffen. ‘De CO2 uitstoot gaat nu zo’n twee tot tien keer zo snel als in het PETM, maar het tempo waarmee de CO2-concentratie toen toenam in de atmosfeer, komt het dichtst bij dat van de huidige toename. Voor geologische begrippen is zo’n tempo ongekend.’
De verstoring versterkte de opwarming
Het is belangrijk om te weten welke gevolgen de verstoring van de koolstofcyclus en de opwarming toen hadden, omdat we eruit kunnen afleiden wat ons te wachten staat als de snelle opwarming van nu doorzet, schrijven de onderzoekers. We zien al meer bosbranden, maar verder denken we vooral aan extremer weer met intensere regenbuien, overstromingen en droogte. Nelissen: ‘We moeten dit serieus nemen. Onze resultaten komen overeen met bevindingen van andere onderzoekers op andere locaties. Nu weten we dat ecosystemen op het land snel en drastisch kunnen reageren op klimaatverandering. De koolstof die weer in de lucht komt door deze terrestrische verstoringen, inclusiefbranden en bodemerosie, kan de global warming verder versterken.’
Mijlpaal in het onderzoek
Nelissens begeleiders Joost Frieling (Universiteit van Oxford en Universiteit Gent) en Henk Brinkhuis (NIOZ en Universiteit Utrecht) gingen in 2021 op zee-expeditie met het ‘International Ocean Discovery Program’ om sedimentmonsters te nemen. De boorkernen bleken bijzonder duidelijk ‘gelamineerd’: ze lieten heel strakke laagjes zien, zelfs per seizoen. Toen ze de microfossielen aantroffen van de alg Apectodinium augustum, gingen ze samen blij op de foto. Nelissen: ‘Toen is mijn promotieplaats ontstaan. Dit microfossiel was namelijk het bewijs dat dit prachtig bewaarde sediment uit de PETM-periode komt, de periode waar onderzoekers graag meer over willen weten.’
Artikel
Widespread terrestrial ecosystem disruption at the onset of the Paleocene-Eocene Thermal Maximum, PNAS, Mei Nelissen, Debra A. Willard, Han van Konijnenburg-van Cittert, Gabriel J. Bowen, Teuntje Hollaar, Appy Sluijs, Joost Frieling, Henk Brinkhuis