Wetenschap
Uit onderzoek blijkt dat klimaatverandering en kwikvervuiling planten al miljoenen jaren onder druk zetten
Het verband tussen het grootschalige basaltvulkanisme en de massale uitsterving aan het einde van het Trias (201 miljoen jaar geleden) wordt algemeen aanvaard. Hoe vulkanisme precies heeft geleid tot de ineenstorting van ecosystemen en het uitsterven van hele families van organismen is echter moeilijk vast te stellen.
Extreme klimaatverandering, van het vrijkomen van koolstofdioxide, de afbraak van de ozonlaag als gevolg van de injectie van schadelijke chemicaliën, en de uitstoot van giftige verontreinigende stoffen worden allemaal gezien als bijdragende factoren. Eén giftig element valt op:kwik. Als een van de meest giftige elementen op aarde is Hg een metaal dat in gasvorm door vulkanen wordt uitgestoten en daardoor het vermogen heeft zich over de hele wereld te verspreiden.
Een nieuw onderzoek in Natuurcommunicatie voegt nieuw overtuigend bewijs toe voor de gecombineerde effecten van de opwarming van de aarde en de wijdverbreide kwikvervuiling die planten onder druk bleven zetten lang nadat de vulkanische activiteit was opgehouden.
Een internationaal team van Nederlandse, Chinese, Deense, Britse en Tsjechische wetenschappers bestudeerde sedimenten uit Noord-Duitsland in een boorkern (Schandelah-1) die het bovenste Trias tot het lagere Jura overspant op zoek naar microfossielen en geochemische signalen. Een onderzoek naar de overvloed aan stuifmeel en sporen bracht een overvloed aan varensporen aan het licht die een reeks misvormingen vertoonden, van afwijkingen in de wandstructuur tot bewijs voor mislukte meiotische delingen, wat leidde tot niet-gescheiden, verkleinde en samengesmolten varensporen.
"Het is werkelijk verbazingwekkend om de enorme hoeveelheid en verschillende soorten misvormde varensporen te zien in sedimentmonsters van een kustlagune, die 201 miljoen jaar geleden dateren. Het betekent dat er heel veel varens onder stress moeten hebben gestaan", legt Remco Bos, een Ph. .D. kandidaat aan de Universiteit Utrecht en hoofdauteur van het onderzoek. "Het is ook niet iets dat we regelmatig zien tijdens andere perioden waarin ook veel varenfossielen voorkomen, waardoor het een echt signaal is dat verband houdt met de massa-uitstervingsgebeurtenis aan het einde van het Trias."
Ontbossing en varens
De resultaten van Bos en co-auteurs bevestigen eerder werk van co-auteurs Sofie Lindström (Universiteit van Kopenhagen), Hamed Sanei (Universiteit van Aarhus) en Bas van de Schootbrugge (Universiteit Utrecht), die eerder soortgelijke gegevens produceerden verkregen uit kernen uit Denemarken. en van nabijgelegen ontsluitingen in Zweden.
Volgens Sofie Lindström "vervingen varens bomen tijdens het uitstervingsinterval als reactie op dramatische veranderingen in het milieu die waarschijnlijk werden veroorzaakt door hittestress, sterk toegenomen moessonregens en toegenomen bosbrandactiviteit. Palynologische resultaten tonen aan dat baanbrekende varenvegetatie zich verspreidde over uitgestrekte laaglanden aan de kust in Noordwest-Europa, van Zweden en Denemarken tot Duitsland, Frankrijk, Luxemburg en Oostenrijk, als reactie op de wijdverbreide ontbossing."
Varens zijn winterharde planten, die vaak verstoorde omgevingen koloniseren, waaronder nieuw gevormde vulkanische eilanden of landschappen verwoest door vulkanisme of bosbranden. "Wat hier buitengewoon is, is dat de varens die al deze misvormde sporen op al deze verschillende locaties produceerden, niet zijn uitgestorven. Terwijl andere planten uitstierven, waren varens blijkbaar robuust genoeg om te blijven voortbestaan, wat ook verband zou kunnen houden met hun verschillende kwiktolerantie. "
Klimaatvariabiliteit
In deze nieuwe studie laten Bos en co-auteurs zien dat de varens, die profiteerden van het afsterven van bossen, zelf tot ver buiten het onmiddellijke uitstervingsinterval werden blootgesteld aan stress door Hg-vervuiling.
“We hebben in de 1,3 tot 2 miljoen jaar na het uitstervingsinterval nog vier intervallen gevonden met hoge Hg-concentraties en hoge aantallen misvormde sporen”, legt Remco Bos uit. Dit interval, bekend als het Hettangiaan, was een tijd van aanhoudende ongunstige omstandigheden in de oceanen, met over het algemeen lage diversiteit onder ongewervelde zeedieren, zoals ammonieten en tweekleppige dieren. Op het land leek de vegetatie zich echter sneller te hebben hersteld.
"We laten nu zien dat dit bosecosysteem herhaaldelijk verstoord bleef gedurende minstens 1,3 miljoen jaar, maar misschien wel 2 miljoen jaar", legt Bos uit.
Het was onwaarschijnlijk dat de vier extra episoden van hoge Hg-concentraties en hoge misvormingen van varensporen verband hielden met latere fasen van vulkanisme in de Centraal-Atlantische Magmatische Provincie. In plaats daarvan laten Bos en co-auteurs zien dat deze perioden nauw aansluiten bij de lange excentriciteitscyclus, de grote variatie in de vorm van de baan van de aarde die de aarde elke 405 duizend jaar dichter of verder van de zon brengt.
Tijdens excentriciteitsmaxima beweegt de aarde zich dichter bij de zon, waardoor meer zonlicht het aardoppervlak kan bereiken. Omdat de atmosfeer van de aarde al gevuld was met koolstofdioxide afkomstig van het grootschalige vulkanisme, veroorzaakte deze cyclische modulatie van het klimaatsysteem herhaaldelijk het afsterven van bossen, waardoor de hernieuwde verspreiding van pioniervarens mogelijk werd.
Zoals blijkt uit de correlatie met hoge Hg-gehaltes, waren misvormingen in varensporen tijdens deze episoden ook het gevolg van kwikvergiftiging. Maar waar komt dit Hg vandaan?
Hg-isotopen
Een cruciale dataset werd gegenereerd aan de Tianjin Universiteit (China) door Wang Zheng, een co-corresponderende auteur en geochemicus gespecialiseerd in onderzoek naar metaalisotopen, met name Hg-isotopen. Kwik heeft verschillende stabiele isotopen die zich verschillend gedragen in de omgeving.
Tijdens reacties in de natuur, bijvoorbeeld de verdrijving door vulkanisme, de afzetting uit de atmosfeer en de opname door organismen, kunnen Hg-isotopen gefractioneerd raken, waardoor de ene pool wordt verrijkt met zwaardere isotopen en de andere met lichtere isotopen. Sedimenten met verhoogde Hg-niveaus en misvormde sporen vertonen ook duidelijke variaties in Hg-isotopen.
"Gebaseerd op de Hg-isotoopvariaties konden we een initiële puls in Hg-verrijking op de Trias-Jura-grens koppelen aan de emissie van kwik door overstromingsbasaltvulkanisme", legt Wang Zheng uit. "De vier andere pulsen in kwik hadden echter een andere isotopensamenstelling, wat aangeeft dat ze voornamelijk werden veroorzaakt door Hg-input van bodemerosie en fotochemische reductie."
Klimaatverandering en giftige vervuiling
De gecombineerde geochemische en microfossiele gegevens schetsen dus een beeld van een veel complexere en langdurigere opeenvolging van gebeurtenissen, te beginnen met massaal vulkanisme dat de klimaatverandering veroorzaakt en giftige verontreinigende stoffen vrijgeeft, gevolgd door episodische pulsen van verstoring in de nasleep van het uitsterven van de aarde. minstens 1,3 miljoen jaar.
Dr. Tomas Navratil van de Tsjechische Academie van Wetenschappen, co-auteur van het artikel en specialist in de hedendaagse kwikvervuiling, is het met dit scenario eens. "Ons werk op vervuilde locaties in Tsjechië toont bewijs voor een episodische remobilisatie uit bosbodems, vooral tijdens hete zomers, en op plaatsen die meer aan zonlicht zijn blootgesteld, wat de fotochemische reductie van kwik veroorzaakt en opnieuw vrijkomt in de atmosfeer van voorheen opgeslagen kwik."
‘We weten dat massa-uitstervingsgebeurtenissen complexe en langdurige gebeurtenissen waren. Hier laten we zien dat een mix van broeikaseffect en vervuiling leidde tot voortdurende verstoring van het ecosysteem. Kustecosystemen hebben waarschijnlijk het meest geleden onder de ontvangst van grote hoeveelheden gemobiliseerd kwik uit uitgestrekte stroomgebieden. gebieden."
‘Uiteindelijk herstelde het systeem zich tijdens het Sinemurien, toen we stabiele beboste biomen zagen verschijnen. Het is waarschijnlijk dat de aarde tegen die tijd de rommel had opgeruimd, het kooldioxidegehalte was gedaald en het kwik voorgoed was begraven in offshore mariene sedimenten, besluit Bos.