Woensdag 29/06/2022

AchtergrondWetenschap

Zette een vulkaanuitbarsting de grootste uitsterving ooit in gang? Nieuw onderzoek wijst erop

null Beeld AP
Beeld AP

Hoe kon 250 miljoen jaar terug de ernstigste uitstervingsgolf uit de geschiedenis plaatsvinden? In China is een nieuw stukje gevonden om de puzzel mee te leggen: supervulkanisme.

Niels Waarlo

Het leven op aarde heeft de nodige klappen achter de kiezen, maar één ramp veegde bijna alles weg wat groeide en rondkroop. Complete wouden verdwenen, geen koraalrif hield stand. Voor de geharnaste, pissebedachtige trilobieten en de zeeschorpioenen, honderden miljoenen jaren lang volop aanwezig in zee, was het afgelopen. Naar schatting 80 à 90 procent van alle diersoorten: weg.

Het gebeurde aan het einde van de geologische periode die het perm heet, 250 miljoen jaar geleden. The Great Dying, noemen de Engelsen deze gebeurtenis niet voor niets. Wetenschappers spreken van de perm-trias-massa-extinctie.

Wat ging hier mis? Hoe heftig de massa-uitsterving ook was, de oorzaak is nog altijd in nevelen gehuld.

null Beeld DM
Beeld DM

Chinese onderzoekers leggen nu een nieuw puzzelstuk op tafel: supervulkanisme in wat nu China is. Daarbij moeten zulke grote hoeveelheden zwavel zijn vrijgekomen dat er wereldwijd een barre vulkanische winter aanbrak, schrijven ze in vakblad Science Advances.

Dat zo’n grote uitbarsting tot nu toe onder de radar kon blijven, heeft een eenvoudige reden: 250 miljoen jaar is zelfs voor de doorgewinterde geoloog lang geleden. Aanwijzingen moeten komen uit steenlagen die indertijd zijn gevormd en daar zijn er niet veel meer van over. En als je al gesteente uit die tijd vindt, vergt het aantonen van een grote vulkaanuitbarsting het betere detectivewerk.

Kwik en koper

De Chinese onderzoekers troffen hun bewijzen aan in laagjes versteende klei en zand, afgezet in oeroude meren, rivieren en moerassen. Die lagen zitten eerst nog vol overblijfselen van een florerend tropisch regenwoud – en dan, ineens, niet meer.

Opvallend is de plotse toename van de concentraties kwik en koper op hetzelfde moment. De chemische signatuur van deze metalen duidt op een vulkanische oorsprong, van het soort waarbij veel zwavel de lucht in gaat, schrijven de onderzoekers. Dat er in de regio as-afzettingen en vulkanische gesteenten zijn gevonden uit dezelfde periode, sterkt ze in hun conclusie.

Op basis van de grote hoeveelheden gevonden koper, een maat voor de heftigheid van het vulkanisme, schatten de onderzoekers dat er zó veel zonlichtblokkerende zwaveldeeltjes in de lucht belandden, dat het meerdere graden kouder werd op aarde. Daarbij gaat het wel om een zeer ruwe schatting en het is niet te zeggen of de afkoeling een paar jaar of eerder honderden jaren aanhield.

Nadat de zwaveldeeltjes waren uitgeregend, nam de temperatuur rap weer toe, waarbij de extra CO2 die door het vulkanisme in de atmosfeer is gepompt een extra zetje gaf. Het leven kreeg zo een dubbele klap.

Een aannemelijk en goed onderbouwd verhaal, vinden paleo-ecoloog Cindy Looy (Universiteit van Californië, Berkeley) en aardwetenschapper Bas van de Schootbrugge (Universiteit Utrecht), die beiden massa-extincties bestuderen. Maar de zaak is bepaald niet gesloten. Want zoals Looy het uitdrukt: “Je probeert een puzzel te maken terwijl je tien van de honderd stukjes hebt.”

De trilobiet modocia typicalis. Voor de pissebed­achtige schaaldieren was het afgelopen na de perm-trias-massa-extinctie.  Beeld Getty
De trilobiet modocia typicalis. Voor de pissebed­achtige schaaldieren was het afgelopen na de perm-trias-massa-extinctie.Beeld Getty

Zo ligt in Siberië nog altijd een smoking gun zo groot dat hij heel Australië zou kunnen bedekken: kilometers dikke plakken gestolde lava, de zogeheten Siberische Trappen. In de loop van honderdduizenden jaren is deze lava door vulkanen uitgespuwd, rond de tijd dat de massa-extinctie plaatsvond. Dat kan haast geen toeval zijn.

Alleen was dat vulkanisme in Siberië ook al honderdduizenden jaren aan de gang toen planten en dieren het loodje begonnen te leggen, legt Cindy Looy uit. “Mogelijk stonden ecosystemen al onder druk door de effecten van de Siberische Trappen. En gaf het nieuw ontdekte vulkanisme in China een laatste zetje, in elk geval in de buurt van Zuid-China.”

Klimaat op hol

Zo liggen er nog meer vragen open rond deze periode. Waarom was er op land bijvoorbeeld sprake van een herhaaldelijk instorten van bossen gedurende de crisis, in de loop van vele duizenden jaren, terwijl het oceaanleven schijnbaar één genadeklap te verwerken kreeg? Looy: “Telkens als je denkt het een beetje te begrijpen, duikt er weer wat nieuws op waardoor de zaak verandert.”

Eén ding is wel helder: de aarde was aan het einde van het perm geen plezierige plek. Volgens een dit jaar gepubliceerde studie in Nature sloeg het klimaat compleet op hol. De onderzoekers baseren zich op de forse verschuiving in de verhouding van lichte en zware koolstofatomen gedurende de crisis, wat te verklaren is met het vrijkomen van heel veel lichte koolstof.

Daaruit leiden ze af dat er zoveel CO2 de lucht in ging dat de concentratie op een tijdschaal van tienduizenden jaren meerdere malen lijkt te zijn vermenigvuldigd, met alle opwarming van dien. Mogelijk veroorzaakte vulkanisme eerst uitstoot en opwarming, waarna het sterke broeikasgas methaan vrijkwam uit smeltend permafrost of de opgewarmde oceaanbodem, opperen ze.

Of neem de overblijfselen van groene zwavelbacteriën, die een tamelijk unieke combinatie van eigenschappen hebben: ze leven in zuurstofloos water én hebben zonlicht nodig. Meestal blijft zuurstofloosheid beperkt tot grotere dieptes, vertelt Bas van de Schootbrugge. Aan het einde van het perm reikte het verstikkende water mogelijk dus tot vlak onder de oppervlakte, waar het licht nog doordrong.

Als we het dan toch proberen, om de puzzel te leggen, welk beeld ontstaat er dan? Van de Schootbrugge denkt dat er eerst problemen op het land ontstonden door klimaatverandering, vervuiling en andere ellende als gevolg van vulkanisme − waaraan de nieuw ontdekte uitbarsting in Zuid-China kan hebben bijgedragen. “Daardoor stierven bossen af en kwamen grote gebieden min of meer braak te liggen.”

Algen

Troosteloos genoeg, maar voor het zeeleven begon de crisis hiermee pas, schetst hij. Zonder de stevigheid van boomwortels spoelden de bodems weg, de rivieren in, naar zee. Daardoor belandden er grote hoeveelheden voedingsstoffen in de oceaan. Het was alsof een gigantische bak mest leeg werd gekieperd: algen begonnen massaal te bloeien.

Voor het afbreken van dood algenmateriaal is zuurstof nodig, waardoor het zuurstof uit de oceaan werd getrokken. Een vergelijkbaar proces is in zoetwatermeertjes in Australië uit die tijd waargenomen, zegt Van de Schootbrugge: “Je krijgt een beetje wat we kennen uit onze zomers, met blauwalg in de zwemmeertjes. Maar dan op veel grotere schaal.”

Oceaanverzuring, een gevolg van de toegenomen hoeveelheid CO2 die oplost in water, kwam hier waarschijnlijk bovenop. Het gehele proces heeft zich waarschijnlijk voltrokken in de loop van enkele honderdduizenden jaren, even sluipend als verwoestend.

Het is een ruw plaatje, geeft Van de Schootbrugge toe. “De belangrijkste kwestie, waar we in Utrecht ook mee bezig zijn, is op dit moment hoe je vulkanisme nu écht kunt linken aan planten en dieren die de pijp uit gaan.”

Zelf is hij betrokken bij onderzoek naar de vraag of het heftige vulkanisme tot kwikvergiftiging kon leiden. “Op de perm-triasgrens zie je veel varensporen en boompollen met genetische afwijkingen. Die lijken te koppelen aan hogere kwikconcentraties.”

Cindy Looy buigt zich intussen over het idee dat er gaten vielen in de ozonlaag, waardoor plant en dier op land werden bestraald met dodelijk uv-licht. Bij het ontstaan van de Siberische Trappen zouden zoutafzettingen en steenlagen vol organisch materiaal zijn verhit door het magma. Mogelijk kwamen daardoor dezelfde gassen vrij die in recentere jaren het gat in de ozonlaag veroorzaakten, legt ze uit.

En inderdaad: gooi je het desbetreffende gesteente in de oven, zoals Noorse onderzoekers deden, dan komen deze ozonverwoestende gassen vrij. Over de hele wereld zijn bovendien plantenpollen uit de tijd van de massa-extinctie gevonden met misvormingen die sterk lijken op hedendaagse pollen die zijn bestraald met uv-licht, blijkt uit onderzoek van onder anderen Looy.

null Beeld DM
Beeld DM

Kantelpunten

Waarom zou je als wetenschapper eigenlijk zoveel moeite steken in een uitstervingsgolf van zó lang geleden? “Het gaat om kantelpunten in het aardse systeem”, antwoordt Van de Schootbrugge. “We hebben vijf grote extincties gehad, waarvan dit de allergrootste is. Lang dacht men dat het scherpe grenzen waren: in één klap veranderde alles. We zijn er inmiddels achter dat het heel complexe gebeurtenissen waren, met een aanlooptijd en gevolgen die lang nagloeiden.”

Interessant, want ook nu zit er mogelijk een kantelpunt aan te komen, zegt hij, met het oog op klimaatverandering, milieuvervuiling, ontbossing en bodemerosie. Zo dramatisch als aan het einde van het perm zal het niet worden. “Maar uit het verleden kunnen we leren hoe erg het kán worden op aarde en hoe processen elkaar door terugkoppelingseffecten kunnen versterken.”

Wat daaruit blijkt: als veel soorten verdwijnen, kan het lang duren voordat de natuur zich herstelt. “Na de perm-trias-extinctie, maar ook na de bescheidenere trias-jura-extinctie, zat je nog miljoenen jaren met verstoorde ecosystemen.”

Het is moeilijk om concrete lessen te trekken van toen over nu, zegt Cindy Looy. Maar als de rampen uit het verleden haar één ding hebben laten zien, is het dat er niet zo veel nodig is om het aardse systeem uit balans te brengen. “Het is vrij makkelijk om de atmosfeer te veranderen. Mensen hebben vaak niet in de gaten hoe dun en kwetsbaar die eigenlijk is. Sommigen denken: wij zijn toch niet groot genoeg om de aarde te beïnvloeden? Maar de mens is een geologische kracht.”

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234