De El Niño/Zuidelijke Oscillatie (ENSO) is een wereldwijd klimaatfenomeen dat het meest bekend is vanwege de El Niño-fase die wordt gekenmerkt door warme zeewatertemperaturen in de oostelijke Stille Oceaan, intense winterstormen en veel neerslag. El Niño treft planten, dieren en mensen over de hele wereld door de visserij in de Stille Oceaan te verwoesten, droogte te veroorzaken in sommige delen van de wereld en massale overstromingen in andere te veroorzaken.

Veel modellen voorspellen dat klimaatverandering zal leiden tot sterkere en frequentere El Niño-evenementen. Onze kennis van ENSO en zijn invloed op ecosystemen uit historische of instrumentale gegevens gaat echter slechts ongeveer 200 jaar terug, waardoor het moeilijk te begrijpen is wat de toekomst op lange termijn zal brengen voor een El Niño-dominante wereld.

Een team van onderzoekers onder leiding van de Universiteit van Utah heeft een fijnmazige analyse gemaakt van de impact van El Niño op dierengemeenschappen in de afgelopen 12.000 jaar. De studie werd online gepubliceerd in het tijdschrift Science op 8 september 2022.

In de nieuwe studie maakten de auteurs gebruik van een kustplaats genaamd Abrigo de los Escorpiones (Escorpiones), een van de grootste en best-gedateerde verzamelingen van gewervelde botten die zijn afgezet door mensen en roofvogels aan de Pacifische kust van Noord-Amerika. De site werd tussen 2000-2004 opgegraven door Ruth Gruhn en Alan Bryan van de Universiteit van Alberta. Voor deze studie concentreerden de auteurs zich op de vis- en vogelfauna en identificeerden ze soorten uit kleine fragmentarische stukjes bot. Vervolgens vergeleken ze de fauna-assemblages met de sedimentlagen van het Pallcacocha-meer in Ecuador, een van de meest toegepaste, continue registraties van prehistorische El Niño-gebeurtenissen.

Hun analyse onthulde een opvallend patroon:toen vijf of meer grote El Niño-gebeurtenissen per eeuw plaatsvonden, herstructureerden de mariene en terrestrische ecosystemen dramatisch tot een fase van lage mariene productiviteit en hoge terrestrische productiviteit. Het kantelpunt van vijf per eeuw deed zich voor het eerst voor ongeveer 7.000 jaar geleden en duurde enkele millennia voort, waardoor een periode van stabiele maar lage maritieme productiviteit ontstond.

Als sterke El Niño-gebeurtenissen in de toekomst toenemen, zoals veel klimaatmodellen nu voorspellen, suggereert deze ecologische drempel dat ENSO een steeds belangrijkere rol zal spelen bij het beheersen van de structuur van toekomstige terrestrische en mariene ecosystemen in de oostelijke Stille Oceaan, en de biosfeer van de aarde in het algemeen.

"Onze beperkte ervaring met El Niño doet ons denken dat meer El Niño gelijk staat aan meer variabiliteit, meer verandering, meer verschuivingen. Maar onze percepties zijn uitsluitend gebaseerd op een zeer smal tijdvenster in het moderne tijdperk dat op het grote schema van dingen, is een periode waarin El Niño zeer ongewoon is", zegt Jack Broughton, hoogleraar antropologie aan de Universiteit van Utah en senior auteur van het onderzoek. "We hebben aangetoond dat in het grote geheel veel El Niño gelijk staat aan veel stabiliteit. Voor kustgemeenschappen in de oostelijke Stille Oceaan betekent dit een stabiel stuk onproductieve mariene ecosystemen. En dat heeft enorme implicaties voor zoveel verschillende aspecten van het leven op aarde ."

In niet-El Niño-jaren wemelt de oostelijke Pacifische kust van het leven vanwege het koude, voedselrijke water dat naar de oppervlakte opwelt en de planktongemeenschappen ondersteunt waarop het zeeleven is gebaseerd. Tijdens El Niño wordt het zeeoppervlak veel warmer, waardoor de planktondichtheid daalt. Dit rimpelt door de bovenste trofische niveaus - de kleine vissen die het plankton eten, de grotere vissen die de kleine vissen eten, de vogels die de vissen eten, de zeezoogdieren die de vogels en de vissen eten. Daarentegen veroorzaakt El Niño zware regenval in de terrestrische ecosystemen van de regio, wat een productiviteitswinst oplevert voor de hulpbronnen op het land. Dit komt overeen met een onderzoek uit 2015 waarin Broughton en medewerkers ontdekten dat konijnenpopulaties sterk werden gecontroleerd door El Niño-variatie, gebaseerd op gegevens van Escorpiones en Lake Pallcacocha.

Samen met implicaties voor de toekomst, belichten de bevindingen belangrijke momenten in ons verleden, waaronder menselijke migratie naar Amerika, het variabele menselijke gebruik van kust- en binnenhabitats en het uitsterven van de loopeend Chendytes.

Een schuilkelder en een meerbodem:buitengewone archieven

Regen en water uit de omliggende hooglanden zijn de afgelopen 12.000 jaar in het Pallcacocha-meer gestroomd. Tijdens grote regenbuien die kenmerkend zijn voor El Niño-gebeurtenissen, stroomt een enorme hoeveelheid materiaal in het meer en bezinkt op de bodem in een dikke, lichtgekleurde laag. In de jaren met minder El Niño-gebeurtenissen bezinkt het sediment in veel dunnere, donkere lagen. Eerder werk dateerde elke laag met radiokoolstof en verdeelde ze in stappen van honderd jaar. De dikke bands correleerden precies met instrumentale en historische records van sterke El Niño-gebeurtenissen in de afgelopen ~200 jaar.

De schuilkelder van Escorpiones, gelegen aan de noordwestkust van Baja California, Mexico, bevat een 8 meter diepe afzetting van afgedankte schelpen, dierlijke botten en archeologische artefacten, met 97 radiokoolstofdata die een 12.000 jaar oude chronologische geschiedenis van de afzetting van mensen en roofvogels. Deze studie identificeerde 18.623 zeevissen en zee- en landvogelspecimens die 132 soorten vertegenwoordigden, nauwgezet werk dat de afgelopen 14 jaar is uitgevoerd. De onderzoekers organiseerden de specimens in stappen van 100 jaar om af te stemmen op het paleo-ENSO-record.

Pallcacocha onthulde een bijna afwezigheid van ENSO tussen 11.000 en 7.000 jaar geleden, waarbij de El Niño-frequentie dramatisch toenam tussen 7.000 en 5.000 jaar geleden. In het Escorpiones-record waren vogel- en vissoorten extreem variabel voordat ENSO opkwam. Toen El Niño de hoogfrequente fase inging, herstructureerden de dierengemeenschappen dramatisch en bleven daarna relatief stabiel. Zeevogels, zoals gewone zeekoeten en pijlstormvogels, en vissoorten die in verband worden gebracht met koud water, zoals roodbaars en kelpbaars, waren in overvloed aanwezig toen El Niño-gebeurtenissen zeldzaam waren, maar namen drastisch af nadat de hoogfrequente fase begon. Bovendien explodeerden terrestrische vogelsoorten tijdens de sterke El Niño-jaren.

"Dit magische getal is vijf sterke El Niño-evenementen per eeuw - we hebben er niet alleen naar gekeken. Het is gebaseerd op statistische tests die ons laten zien dat hele fauna's op deze manier veranderen, niet slechts een paar geïsoleerde soorten," zei Broughton.

Menselijke migratie, landgebruik en uitsterven van loopeenden

Dit ecologische kantelpunt heeft uiteenlopende implicaties, ook voor ons begrip van de menselijke kolonisatie van Amerika. De bevindingen ondersteunen de "Kelp Highway Hypothesis" die beweert dat vroege kolonisten gezonde kelpbossen zouden hebben gevolgd vanuit Noordoost-Azië, over de Beringstraat en naar Amerika. Volgens het Escorpiones-record had de oostelijke Pacifische kust ongeveer 12.000 jaar geleden El Niño-vrije, voedselrijke kelpbossen, toen mensen worden voorgesteld om de reis te hebben gemaakt.

De studie toont ook aan dat volkeren uit het verleden gevoelig waren voor deze veranderingen en veel meer tijd aan de kust doorbrachten - bij Escorpiones - in die periodes waarin El Niño zeldzaam was en het mariene milieu zeer productief was. Ze trokken weg van de locatie, vermoedelijk naar het binnenland, tijdens El Niño-jaren, toen terrestrische habitats floreerden.

"Dit record geeft een glimp van hoe populaties uit het verleden zich aanpasten aan specifieke uitdagingen veroorzaakt door klimaatverandering, in dit geval door te migreren naar productievere omgevingen toen kustecosystemen afnamen", zegt Brian Codding, hoogleraar antropologie aan de U en co-auteur van de studie. Het record van de frequentie van het gebruik van menselijke sites was gebaseerd op trends in de frequenties van artefacten die per eeuw werden teruggevonden.

De bevindingen suggereren ook dat El Niño een rol speelde bij het uitsterven van Chendytes , een loopeend ter grootte van een gans waarvan werd aangenomen dat hij door mensen werd overbejaagd. Escorpiones heeft het meest gedetailleerde verslag van de geschiedenis van de eend gegeven en suggereert dat hoewel mensen hem al minstens 6000 jaar aten, hij pas verdween rond de periode dat de El Niño-frequenties dramatisch toenam, en toen er tal van andere veranderingen waren in de mariene ecologie, inclusief depressies van andere zeevogels.

"Het gedetailleerde verslag van Escorpiones illustreert het belang van veranderingen in het milieu bij het uitsterven van Chendytes , dat millennia van menselijke predatie heeft doorstaan ​​om vervolgens te verdwijnen nadat El Niño-gebeurtenissen frequenter werden", zegt Tyler Faith, universitair hoofddocent antropologie aan de U, curator bij het Natural History Museum of Utah en co-auteur van het onderzoek.

Volgende stappen

Er zijn enkele beperkingen aan de studie. Het meer registreert alleen matige of sterke El Niño-gebeurtenissen, dus de auteurs konden niet beoordelen of zwakke El Niño-gebeurtenissen de fauna's beïnvloedden. Verder onderzoek naar patronen tussen zwakke en sterke El Niño-gebeurtenissen kan dit probleem ophelderen. Om deze patronen beter te begrijpen, analyseren de onderzoekers momenteel hoe zoogdieren zoals zeehonden, zeeotters en zeeleeuwen werden beïnvloed door El Niño en of er aanvullende El Niño-drempeleffecten op millenniumschaal aanwezig kunnen zijn.

Er zijn veel andere factoren die de mariene en terrestrische ecosystemen in het studiegebied beïnvloeden, waaronder andere klimatologische systemen en processen. De auteurs benadrukken dit, maar het lijkt erop dat El Niño de mariene/terrestrische ecosystemen beheerst als het veel gebeurt. Tijdens fasen waarin ENSO stil is, hebben andere oceanografische of klimaatsystemen (zoals de Pacific Decadal Oscillation, Noord-Amerikaanse moesson) belangrijke effecten.

"El Niño-gebeurtenissen hebben het meest controlerende effect op deze ecosystemen wanneer ze plaatsvinden boven de kritische drempel van vijf keer per eeuw", zei Broughton. "Als sterke El Niño-gebeurtenissen in de toekomst toenemen, suggereert onze analyse dat de terrestrische productiviteit zal toenemen, maar de mariene ecosystemen in het oostelijke deel van de Stille Oceaan zullen worden teruggedrongen naar een stabielere maar minder productieve toestand."

Andere co-auteurs van de studie zijn Joan Coltrain en Isaac Hart van de Universiteit van Utah, Kathryn Mohlenhoff van Paleowest en Ruth Gruhn van de Universiteit van Alberta. + Verder verkennen

De rol van ENSO-combinatiemodus bij het in stand houden van de afwijkende anticycloon boven de noordelijke Stille Oceaan in de boreale zomer