Een nieuwe studie van de Universiteit van Michigan die fossiele oesterschelpen als paleothermometers gebruikte, ontdekte dat de ondiepe zee die 95 miljoen jaar geleden een groot deel van het westen van Noord-Amerika bedekte, net zo warm was als de tropen van vandaag.

De studie levert de eerste directe temperatuurgegevens van die uitgestrekte zee op de middelste breedtegraad tijdens het hoogtepunt van het Krijt Thermisch Maximum, een van de heetste klimaatintervallen ter wereld van de afgelopen paar honderd miljoen jaar.

De bevindingen, online gepubliceerd op 9 mei in het tijdschrift Geology , wijzen ook op wat toekomstige generaties in petto kunnen hebben, tenzij de uitstoot van warmte-ophoudende broeikasgassen wordt beperkt.

"Deze gegevens geven aan dat het Noord-Amerikaanse binnenland tijdens het hoogtepunt van de Krijtkas net zo warm was als de heetste omstandigheden in de moderne tropen - stel je het klimaat voor van Bali, Indonesië, in plaatsen zoals Utah of Wyoming", zei hoofdauteur van de studie. Matt Jones, voormalig postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Michigan, nu verbonden aan het National Museum of Natural History van het Smithsonian Institution.

Uit de studie bleek dat de gemiddelde watertemperatuur in de westelijke binnenzee in het midden van het Krijt varieerde van 28 tot 34 graden Celsius (82 F tot 93 F), zo warm als moderne tropische extremen zoals de Indo-Pacific Warm Pool, die consequent de hoogste watertemperaturen over de grootste uitgestrektheid op het aardoppervlak.

Atmosferische kooldioxideconcentraties in het midden van het Krijt zijn nog steeds een onderwerp van discussie onder onderzoekers, maar veel onderzoeken hebben niveaus van meer dan 1.000 delen per miljoen aangetoond. De niveaus van vandaag zijn iets meer dan 420 ppm, maar zouden tegen het einde van deze eeuw de 1.000 kunnen overschrijden, tenzij de uitstoot van fossiele brandstoffen wordt beperkt, volgens klimaatwetenschappers.

"Deze nieuwe bevindingen helpen bij het oplossen van temperaturen in Noord-Amerika tijdens een piekkaswarmte-interval in het geologische verleden, wat ons op zijn beurt kan helpen om beter te voorspellen hoe warm de aarde in de toekomst zal zijn onder de verwachte hogere atmosferische CO₂ condities", zegt UM-geochemicus en co-auteur Sierra Petersen, een assistent-professor bij de afdeling Aard- en Milieuwetenschappen.

Om te bepalen hoe heet Noord-Amerika was tijdens de piek van de Krijt-kaswereld 95 miljoen jaar geleden, analyseerden de onderzoekers 29 goed bewaarde oesterschelpen uit een fossielencollectie van de U.S. Geological Survey.

De fossielen waren afkomstig van zandsteen en schalie-ontsluitingen in Wyoming, Colorado, Utah, New Mexico en Arizona - locaties die op dezelfde breedtegraad lagen als vandaag, maar tijdens het Krijt onder water waren. In die tijd strekte de Western Interior Seaway zich uit van de Golf van Mexico tot de Noordpool en van het huidige Utah tot Iowa.

Fossielen die in het westelijke binnenland van de VS zijn verzameld, tonen aan dat de zeeweg wemelde van het zeeleven, waaronder enorme mosselen, ammonieten met spiraalvormige dop en uitgestorven soorten oesters. Dinosaurussen zwierven door de aangrenzende kustvlakten.

Voor de huidige studie gebruikten onderzoekers fossiele oesterschelpen die gedurende meerdere decennia werden verzameld door Bill Cobban, een van de meest vooraanstaande Amerikaanse paleontologen van de 20e eeuw, en zijn collega's. Terwijl de oesters groeiden, bevatten hun schelpen verschillende vormen, of isotopen, van de elementen zuurstof en koolstof, in verhoudingen die de temperatuur van het omringende zeewater onthullen.

Met een kleine Dremel-boor bemonsterde Jones de fossiele schelpen en verzamelde het poedervormige calciet. Met behulp van een ultramoderne massaspectrometer in het UM-lab van Petersen maten de onderzoekers de isotopenverhoudingen van koolstof en zuurstof. In het bijzonder keken ze naar het voorkomen van de zware koolstofisotoop koolstof-13 en de zware zuurstofisotoop zuurstof-18, en hoe vaak ze samengebonden werden aangetroffen in de calcietkristalstructuur.

Deze frequentie van binding van de twee zware isotopen, isotopische klontering genoemd, is zeer gevoelig voor de omgevingstemperatuur wanneer een mineraal wordt gevormd, waardoor wetenschappers temperaturen uit het verleden kunnen reconstrueren door middel van een recent ontwikkelde techniek genaamd klonterende isotoop paleothermometrie.

"Vele generaties geologen hebben de paleontologie en stratigrafie van de Western Interior Seaway bestudeerd, waardoor ze verschillende ideeën hebben opgeleverd over het klimaat in het verleden en een basis van kennis die deze studie mogelijk hebben gemaakt," zei Jones. "Er waren echter tot nu toe geen directe paleothermometermetingen vanuit het binnenland van Noord-Amerika voor de top van deze Krijt-kaswereld.

"Dit gebrek aan gegevens heeft een goed begrip van de temperatuurevolutie van Noord-Amerika door het Krijt en de invloed van de temperatuur op de mariene biota's van het continent in de zeewegen belemmerd, evenals op de terrestrische fauna zoals de dinosaurussen die de aangrenzende kustvlakten bewonen."

Noord-Amerikaanse gegevens van de nieuwe studie komen overeen met eerdere studies die traditionele zuurstofisotoop-paleothermometrietechnieken gebruikten op open-oceaanlocaties wereldwijd, aldus de auteurs. Die eerdere studies, die de verhouding van stabiele isotopen van zuurstof hebben gemeten, leidden tot de temperatuur van het zeeoppervlak in de hoge 20s C (lage 80s F) van de sub-Antarctische wateren tot het midden van de 30s C (bovenste 90s F) van de tropen en het zuiden midden breedtegraden.

Naast de specifieke bevindingen die de globale warmte in het verleden in de Western Interior Seaway kwantificeren, laat de nieuwe studie ook zien hoe deze specifieke geochemische techniek kan worden gebruikt om klimaatomstandigheden in het diepe verleden te onthullen, waar eerdere technieken het moeilijk hadden.

"Zelfs na 15 jaar met de samengeklonterde isotoop-paleothermometer te hebben gewerkt, is het voor mij nog steeds verbazingwekkend dat we, met de juiste monsters, in wezen een thermometer in een 95 miljoen jaar oude oceaan kunnen dopen en erachter komen hoe warm het was," aldus Petersen. "Als we beter willen kunnen voorspellen hoe verschillend leven op aarde kan reageren op toekomstige opwarming, kunnen concrete temperatuurschattingen in warme perioden in het verleden ons helpen om bovengrenzen te stellen aan de overlevingskansen."