Aardwetenschappers kunnen ver terug in de tijd reizen om het geologische verleden en paleoklimaat te reconstrueren om betere voorspellingen te doen over toekomstige klimaatomstandigheden. Met behulp van het organische molecuul fytaan, een afvalproduct van chlorofyl, wetenschappers van het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) en de Universiteit Utrecht zijn erin geslaagd een nieuwe indicator (proxy) van oud CO te ontwikkelen ₂ niveaus. Deze nieuwe organische proxy biedt niet alleen de meest continue registratie van CO ₂ concentraties ooit, het beslaat ook een recordbrekend half miljard jaar. De gegevens bevestigen het idee dat de CO .-stijging ₂ niveaus die vroeger miljoenen jaren duurden, vinden nu plaats in een eeuw. Deze bevindingen zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang op 28 november.

als CO ₂ neemt vandaag toe, het is van vitaal belang om te begrijpen welke impact deze veranderingen zullen hebben. Om de toekomst beter te kunnen voorspellen, we moeten langetermijnveranderingen in CO . begrijpen ₂ over de geologische geschiedenis. Directe metingen van CO . uit het verleden ₂ zijn beschikbaar, bijvoorbeeld, bellen in ijskernen die oude gassen bevatten. Echter, ijskernen hebben een beperkte tijdspanne van 1 miljoen jaar. Om verder terug in de tijd te gaan, aardwetenschappers hebben verschillende indirecte metingen van CO . ontwikkeld ₂ van proxy's b.v. van algen, bladeren, oude bodems en chemicaliën opgeslagen in oude sedimenten om vroegere omgevingsomstandigheden te reconstrueren.

Fytaan, een nieuwe manier om in de tijd te reizen

Een nieuwe volmacht, met behulp van een afbraakproduct van chlorofyl, stelt geochemici in staat om een ​​continu record van historische CO . af te leiden ₂ niveaus in diepe tijd. Wetenschappers van het NIOZ hebben onlangs fytaan ontwikkeld als een veelbelovende nieuwe organische proxy die een half miljard jaar CO blootlegt ₂ niveaus in de oceanen, van het Cambrium tot recente tijden.

Met behulp van de nieuwe proxy, ze waren in staat om de meest continue registratie van oude koolstofdioxideniveaus ooit te maken. "We hebben een nieuwe manier van tijdreizen ontwikkeld en gevalideerd:verder terug in de tijd en naar meer plaatsen, " zegt NIOZ-wetenschapper Caitlyn Witkowski. "Met fytaan, we hebben nu de langste CO ₂ -record met één enkele maritieme proxy. Deze nieuwe gegevens zijn van onschatbare waarde voor modelbouwers die nu nauwkeuriger voorspellingen voor de toekomst kunnen doen."

Witkowski en collega's selecteerden meer dan 300 monsters van mariene sedimenten uit diepzeekernen en oliën van over de hele wereld, als gevolg van de meeste geologische perioden in de afgelopen 500 miljoen jaar.

fossiele moleculen

Chemische reacties uit het verleden kunnen worden 'opgeslagen' in fossiele moleculen, en dus kunnen ze verschillende oude omgevingsomstandigheden weerspiegelen. Geochemici kunnen deze voorwaarden afleiden, zoals zeewatertemperatuur, pH, zoutgehalte en CO ₂ niveaus. Organisch materiaal, zoals fytaan, weerspiegelt de druk van CO ₂ in oceaanwater of de atmosfeer (pCO ₂ ).

Hoewel alle organische stof het potentieel heeft om CO . te reflecteren ₂ , fytaan is speciaal. Fytaan is het pigment dat verantwoordelijk is voor onze groene wereld. Alles dat fotosynthese gebruikt om zonlicht te absorberen, inclusief planten, algen en sommige soorten bacteriën hebben chlorofyl, waarvan fytaan een bestanddeel is. Planten en algen nemen CO . op ₂ en zuurstof produceren.

Omdat chlorofyl overal ter wereld voorkomt, fytaan is ook overal, en is een belangrijk bestanddeel van vergane en versteende biomassa. "Fytaan verandert niet chemisch in de loop van de tijd, ook al is het miljoenen jaren oud, ', zegt Witkowski.

Koolstofisotoopfractionering

CO ₂ van het verleden wordt geschat op basis van organische stof, zoals fytaan, door het fenomeen van koolstofisotoopfractionering tijdens fotosynthese. Bij het opnemen van CO ₂ , planten en algen geven de voorkeur aan de lichte koolstofisotoop (12C) boven de zware koolstofisotoop (13C). Ze gebruiken de zware koolstofisotoop alleen als CO ₂ niveaus in het omringende water of de atmosfeer laag zijn. De verhouding tussen deze twee isotopen weerspiegelt dus het niveau van koolstofdioxide in het milieu op het moment van groei.

Dit verklaart ook waarom Witkowski geen terrestrische planten als bron voor haar onderzoek gebruikte, uitsluitend gebruikmakend van fytaan uit (gefossiliseerde) mariene bronnen. De plantenwereld is opgedeeld in zogenaamde C3- en C4-planten, elk met hun eigen unieke verhouding van licht tot zwaar koolstof. Fytoplankton hebben allemaal zeer vergelijkbare verhoudingen in vergelijking met hun plantaardige tegenhangers. Witkowski:"Door alleen mariene bronnen te kiezen, we zouden de onzekerheid van de fytaanbron in de dataset kunnen beperken."

"In onze gegevens we zien hoge niveaus van koolstofdioxide, het bereiken van 1000 ppm in tegenstelling tot de huidige 410 ppm. In dit opzicht, huidige niveaus zijn niet uniek, maar de snelheid van deze veranderingen is nog nooit eerder gezien. Veranderingen die normaal gesproken miljoenen jaren duren, vinden nu plaats in een eeuw. Deze extra CO ₂ -gegevens kunnen ons helpen de toekomst van onze planeet te begrijpen." In toekomstig onderzoek, fytaan kan worden gebruikt om nog verder terug in de tijd te gaan dan het Phanerozoïcum, de vroegste gevonden in twee miljard jaar oude monsters.