Geochemisch en biologisch onderzoek biedt academici een kijkje in de geschiedenis van de aarde, waardoor ze gebeurtenissen konden samenvoegen die plaatsvonden voordat de registratie begon. Veel van ons begrip van klimaatverandering in het verleden is gebaseerd op geologie, in het bijzonder de studie van sedimentaire gesteenten die in de oceanen zijn afgezet.

De paper die voor het eerst Oceanic Anoxic Events (OAE's) herkende en definieerde, geschreven door Oxford professor Hugh Jenkyns en een Amerikaanse collega, wordt beschouwd als een baanbrekende bijdrage aan de geologische geschiedenis, dat leidde tot talloze onderzoeken naar de effecten van zuurstofgebrek in de oceanen.

De ontdekking van organisch-rijke sedimenten, vaak beschreven als zwarte leisteen, op tal van diepzeeboorlocaties in het begin van de jaren zeventig, leidde tot de bredere erkenning van de oceanische impact van klimaatverandering. Met bepaalde tussenpozen tijdens het Jura-tijdperk, enorme uitbarstingen van vulkanische activiteit veroorzaakten verhoogde concentraties kooldioxide in de atmosfeer. Dit veroorzaakte vervolgens een domino-broeikaseffect, verhoging van de temperatuur van het zeeoppervlak en verlaging van het zuurstofgehalte in grote delen van de oceaan.

Op hetzelfde, oceanen profiteerden van verhoogde nutriëntenniveaus, en als gevolg daarvan bloeiden zeealgen en bacteriën. Toen ze stierven, deze organismen werden bewaard in sedimenten die zich op de zeebodem vormden en na verloop van tijd veranderden in brongesteenten voor olie. Het zijn deze verschijnselen die de oorzaken en gevolgen van OAE's illustreren.

Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , heeft voor het eerst de impact van dit soort sedimentafzetting in meren onderzocht. De studie toont aan dat de omgeving van meren op een vergelijkbare manier reageerde op klimaatverandering, dezelfde zuurstofloze omstandigheden ontwikkelen als in de oceanen.

Onder leiding van postdoctorale student Aardwetenschappen Weimu Xu, het werk biedt inzicht in hoe omgevingsfactoren de vorming van meren door de eeuwen heen hebben beïnvloed. Weimu en het team bestudeerden sedimenten van een van de grootste meren in de geschiedenis van de aarde - twee keer zo groot als Engeland en drie keer zo groot als Lake Superior - het grootste meer (in oppervlakte) ter wereld van vandaag. Dit oude meer vormde zich snel in het Sichuan-bekken, China, als gevolg van Toarcian (Vroege Jura) klimaatverandering, ongeveer 183 miljoen jaar geleden.

Weimu sprak met Science Blog over de belangrijkste bevindingen van het onderzoek en wat ze ons kunnen vertellen over klimaatverandering vandaag.

Wat is de belangrijkste bevinding die u wilt dat mensen uit dit onderzoek halen?

De extreme effecten van klimaatveranderingen in het verleden zijn niet uitsluitend beperkt tot oceanen. Door de sedimenten van het meer te dateren in de vroege Jura (Toarcien) periode, we konden aantonen dat grote meren gevormd werden en op dezelfde manier werden aangetast als oceanen tijdens een OAE.

Naarmate het klimaat warmer werd, de continenten kregen te maken met meer regen, het creëren van meerreservoirs, die zich in wezen als mini-oceanen gedroegen. Er kwamen meer organismen in het meer, enorme hoeveelheden kooldioxide uit de atmosfeer halen, die uiteindelijk in sedimenten werd afgezet. Overuren, deze sedimenten werden brongesteenten voor olie.

Lake-omgevingen vertegenwoordigen hun eigen unieke uitdagingen. Ben je er specifiek tegengekomen?

De grootste uitdaging voor ons was het vaststellen van de ouderdom van de sedimenten in het Sichaun-bekken, en bewijzen dat ze van dezelfde leeftijd waren als degenen die zich tijdens de Toarcian OAE in de oceanen vormden. De rijkdom aan organisch materiaal in mariene omgevingen maakt het vrij eenvoudig om een ​​gebeurtenis te dateren, door het te baseren op de geologische leeftijd van een fossiel. Maar meren hebben zulke fossielen niet, waardoor het veel moeilijker is om de ouderdom van de gevonden sedimenten te bepalen.

Een studie van deze aard brengt een enorme hoeveelheid werk met zich mee. Hoe heb je zo'n omvangrijke onderneming geleid?

Gelukkig werkte ik met een geweldig team. Dit werk werd geleid door mijzelf, mede ontworpen door M. Ruhl, HC Jenkyns en S.P. Hesselbo en waren in totaal 11 personen betrokken. Het project is een goed voorbeeld van gezamenlijk onderzoek.

We gebruikten drie verschillende methodieken, die voor geen enkele onderzoeker onder de knie te krijgen zou zijn. Collega's van de Universiteit van Durham pasten radio-isotopische datering toe om de ouderdom van de sedimenten vast te stellen en collega's van de British Geological Survey bestudeerden het stuifmeel, sporen en algen bewaard in de sedimenten. Eindelijk, om ons nog meer details te geven om de ouderdom van de sedimenten te ondersteunen, samen met collega's van de Universiteit van Bristol en bij Shell Global Solutions International B.V., we hebben stabiele koolstof-isotoop toegepast om de sedimenten te analyseren, planten- en algenresten. Deze gevarieerde technieken toonden overtuigend aan dat de gevonden sedimenten, had gevormd op hetzelfde moment als de Toarcian OAE.

We hadden het geluk om samen te werken met experts op deze drie gebieden, en natuurlijk onze industriële partner Shell.

Hoe lang heeft het onderzoek geduurd?

Het onderzoek duurde van de eerste bemonsteringsreis in november 2013 tot de voltooiing van dit manuscript in september 2016. We moesten ook rekening houden met de tijd om toestemming te krijgen om de bevindingen te publiceren, van de oliemaatschappijen die de gegevens verstrekken.

Zijn er langetermijneffecten verbonden aan uw bevindingen?

Er zijn duidelijke verbanden tussen de klimaatgebeurtenis die in het Toarcian is geïdentificeerd en de huidige opwarming van de aarde. Een beter begrip van klimaatsystemen uit het verleden kan helpen bij het voorspellen van ecologische en ecologische veranderingen in een toekomstige kaswereld. Terwijl het meer dat we bestudeerden bestond in de vroege Jura-periode, er zijn tegenwoordig meren in bijvoorbeeld Afrika en Brits-Columbia, die zijn getroffen door de opwarming van de aarde. Ze worden steeds zuurstofarmer en sommigen verliezen daardoor hun visbestanden. Mensen fixeren zich op warmte, maar anoxie gaat hand in hand met warmte.

Er zit een zekere ironie in het feit dat de omstandigheden die miljoenen jaren geleden olie- en gasvoorraden creëerden, veel sneller worden nagebootst door deze fossiele brandstoffen te verbranden.

Hoe zou je dit werk in de toekomst gebruikt willen zien?

Onze studie koppelt de vorming van meren en sedimentafzetting rechtstreeks aan de Toarcian OAE. Door andere meersedimenten te bestuderen die er op dat moment waren, onderzoekers konden nagaan of ze ook naar dit evenement linken. Voor een beter begrip van belangrijke klimaatveranderingen in andere perioden van de geschiedenis van de aarde, mensen kunnen ook kijken of er andere grote meerreservoirs waren die op dezelfde manier werkten.

Het zou ook nuttig zijn om de impact te begrijpen, niet alleen van koolstofafzetting, maar koolstof begraven, in tijden van grote klimaatverandering, en hoe dat de steenkoolvorming beïnvloedde. Dit is iets waar ik me heel erg op wil focussen.