De vulkaan boven water op 14 november 2006.

NASA

NASA

Gesteente vloog in het rond in het zuiden van de Stille Oceaan. De vulkaan van het eiland Home Reef was na 22 jaar weer ontwaakt in augustus 2006. Door de vulkanische activiteit kwam de berg weer boven het wateroppervlak, tot maximaal 75 meter. Het in de lucht geschoten en daar afgekoelde puimsteen kwam in groten getale op het oceaanwater terecht, waar het bleef drijven. Langzaam maar zeker kwam het gesteente tot leven, want organismen bleken de stenen massaal te koloniseren. Dit blijkt een niet op zichzelf staand fenomeen te zijn, maar komt vaker voor. En niet alleen op puimsteen…

Puimstenen vol leven

Toen de uitbarsting bij het Home Reef voorbij was, was meer dan 440 km² van het oppervlaktewater bedekt met steen. Groot was dit puimsteen niet met gemiddeld iets meer dan 1 cm³, al zaten er ook veel grotere brokken bij. In totaal kwamen er bijna drie biljoen (een miljoen keer een miljoen) steentjes in de oceaan. Je zou verwachten dat steen meteen naar de oceaanbodem zinkt, maar niets is minder waar in dit geval. Puimsteen zit namelijk vol holten door de snelle afkoeling van gashoudend lava.

Door wind en de stroming van het oppervlaktewater spreidde de gesteentemassa zich uit; een deel bewoog zich met 20 km per dag naar het westen. Na meer dan 7 maanden en meer dan 5000 km strandde uiteindelijk een derde van de puimsteentjes bij de Oost-Australische kuststreek.

Verspreiding van de puimsteenmassa vanaf de uitbarsting.

Bryan et al. (2012) in PLoS ONE

Veel van de puimstenen waren wezenlijk veranderd: ze zaten vol leven. Hoofdauteur Scott Bryan (Kingston University in Groot Brittannië en Queensland University of Technology in Australië) vertelt aan Kennislink naar aanleiding van zijn artikel in PLoS ONE: “Op elk stukje bestudeerd puimsteen uit oostelijk Australië vonden we enige planten en/of dieren.” In meer dan de helft van de gevallen waren het ongewervelden.

Op de bovenkant van de in het water gelegen stenen zaten vooral diverse algen zoals blauwalgen en kalkalgen. Aan de onderkant – de kant die in het water ligt – kwam nog veel meer leven voor, onder meer mosdiertjes, zeepokken, tweekleppigen, algen, slakken, kokerwormen, zeeanomonen én koralen.

Bryan: “In totaal hebben we meer dan 80 soorten gevonden op het puimsteen, en op een enkel brok soms meer dan 10 soorten.” De soorten hebben dus duizenden kilometers afgelegd in een tijdsbestek van maanden. “Zonder het vasthechten aan het puimsteen zou dit onmogelijk zijn.”

Puimsteen is ‘boot’ voor organismen

Waarom niet? Er zijn natuurlijke barrières zoals diepe delen van de oceanen. Daar zijn compleet andere ecosystemen en zeker veel minder koraalsoorten aanwezig. Niet veel organismen die in ondiepe wateren leven, kunnen ook in diepe oceaanwateren overleven omdat veel soorten afhankelijk zijn van licht. Om je via deze route te verspreiden als organisme is dus zo goed als onmogelijk. Toch komen ondiep levende koralen en veel andere ondiepe soorten voor rondom bijvoorbeeld Hawaii, een geologische gezien jong eiland omringd door 3-4 km diepe wateren in het midden van de Stille Oceaan.

Bryan: “Puimstenen zorgen voor een mechanisme waardoor de larven in de levenscyclus van een koraal en andere soorten zich kunnen vasthechten aan het puimsteen en getransporteerd kunnen worden over de diepe oceanen en zo overleven om een nieuw habitat te koloniseren.” Dat gaat sneller dan de verspreiding door de langzamere oceaanstromen onder het oppervlaktewater. Het heeft blijkbaar gewerkt voor Hawaii en zal ook werken voor de zuidwestelijke regio van de Stille Oceaan.

“Elk stukje was een ‘boot’ voor een organisme en dus waren er miljoenen tot miljarden individuen/kolonies van plant- (algen) en diersoorten die tegelijk aankwamen in oostelijk Australië. Dat betekent dat ze een goede kans hebben om zich te vestigen in dit gebied”, vertelt Bryan.

Diverse organismen hechten zich vast aan puimsteen. Het totaalgewicht neemt aanzienlijk toe.

Bryan et al. (2012) in PLoS ONE

Dat vestigen in een nieuw gebied is vrij gemakkelijk voor organismen die zichzelf kunnen voortbewegen zoals slakken, wormen en krabben. Zij kunnen op ieder moment de sprong wagen of wachten totdat ze op het strand terechtkomen. Voor organismen die vastgehecht zitten aan het puimsteen is het een ander verhaal. Zij moeten eerst volwassen zijn om larven te produceren zoals bij mosdiertjes en zeepokken.

Bryan ziet nog andere mogelijkheden: “Delen van de koraal kunnen losraken als ze over een [ondiep] koraalrif heen raken. De gebroken stukken kunnen zich dan vestigen in een nieuwe omgeving. Puimsteen kan ook te zwaar worden (doordat er water in de holten komt en door het gewicht van alle dieren en planten die vastgehecht zitten) en zinken naar de oceaanbodem.” Ook noemt Bryan eitjes die honderden kilometers later uit kunnen komen.

Martin Thiel (Universidad Catolica del Norte, Chili), niet verbonden aan de studie en reviewer van het artikel vertelt aan Kennislink: “Dit is echt de eerste studie die puimstenen heeft gevolgd gedurende hun reis van de eruptie en het terechtkomen op het oceaanoppervlak tot het strand van het Great Barrier Reef (GBR) en Oost-Australië.” In het verleden gingen de meeste studies over puimsteen gevonden op het strand. Niet tevens over puimsteen dat nog onderweg naar het strand was. “Organismen met zachte delen zoals anemonen, algen of organismen die de steen verlaten of eraf vallen (krabben, wormen, zee-egels etc.) waren niet bekend van puimstenen die al een lange tijd op het strand hadden gelegen.”

Biodiversiteit

Er komen dus veel organismen naar het GBR van de oostelijke delen van de Stille Oceaan. “Onze studie ondersteunt eerdere vermoedens dat het GBR haar oorsprong als koraalrif te danken heeft aan gebieden ver weg. In plaats van dat het koraalrif een wieg van biodiversiteit van koralen is [zoals vaak gedacht wordt], is het een ontvanger ervan”, aldus Bryan. Dat geldt ook voor andere rifbouwers zoals kalkalgen en mosdiertjes; ook zij worden meegevoerd met het puimsteen uit het oosten.

Er lijkt dus een verbinding te zijn tussen de riffen in het zuidwestelijke deel van de Stille Oceaan (Nieuw Caledonië, Vanuatu, Fiji en Tonga) en het enorme Australische rif. “De gezondheid van het GBR zou af kunnen hangen van die van andere riffen, vooral in de toekomst”, vertelt Bryan. Bij het beschadigen van het GBR door cyclonen of het bleken van koralen, komen er weer snel nieuwe koralen vanuit het oosten met een stroom van puimsteen. Tenminste als de riffen ten westen in de toekomst nog leven.

Toga in de Stille Oceaan.

TUBS, via Wikimedia commons, CC BY-SA 3.0

TUBS, via Wikimedia commons, CC BY-SA 3.0

Meer puimsteenvloten

Dit voorbeeld vanuit het zuidwesten van de Stille Oceaan is niet uniek. Soortgelijke uitbarstingen zijn vaker te vinden in deze regio. Dat was goed te zien in de afgelopen decennia met ongeveer twee uitbarstingen per tien jaar. Dat zal in het verleden niet anders zijn geweest, want het gebied bij Toga is al voor ten minste twee miljoen jaar vulkanisch actief. Ook op andere plaatsen ter wereld komen deze vloten van puimsteen voor.

“Puimsteen is slechts heel onregelmatig beschikbaar”, weet Thiel. “Als een uitbarsting plaatsvindt, hebben we veel puimsteen voor een aantal maanden of jaren, maar dan kan het honderden tot duizenden jaren duren voordat een andere uitbarsting komt [in hetzelfde gebied].”

Bekende uitbarstingen die een deken van puimsteen opleverden in de laatste 200 jaar en de richting waarin het puimsteen stroomde. Voor de zuidwestelijke Stille Oceaan zijn alleen de uitbarstingen van de laatste 50 jaar weergegeven. Duidelijk een gebied waar dit relatief veel voorkomt dus.

Bryan et al. (2012) in PLoS ONE

Thiel: “Deze lage frequentie van puimsteenverspreidingen is zeer relevant voor evolutionaire processen. Dus drijvend puimsteen heeft invloed gehad op de evolutie van organismen vanaf het begin van de eerste organismen tot vandaag de dag.” Soorten worden namelijk verspreid tot op plaatsen waar ze normaal gesproken niet zouden komen. Op die nieuwe plaatsen kunnen ze zich aanpassen aan de nieuwe omstandigheden en verder evolueren.

Veel onderzoek is er niet gedaan naar de organismen op puimsteenvloten buiten het zuidwesten van de Stille Oceaan. Eendenmosselen (een type zeepok) zijn gevonden op puimsteen van een uitbarsting van de Surtsey bij IJsland en ook op puimsteen van de uitbarsting van een vulkaan op Montserrat in het Caraïbische gebied. Deze zeepokken kwamen ook voor op de puimstenen van de 2006 uitbarsting bij Home Reef.

Plastic op de bodem van de Noordzee in 1999. Het aantal plastic-items per hectare is gegeven op de verticale as aan de rechtenkant.

Bewerkt naar Barnes et al. (2009)

Bewerkt naar Barnes et al. (2009)

Onnatuurlijke verspreiding

Organismen gebruiken niet alleen puimsteen om zichzelf van de ene plaats naar de andere plaats te verspreiden, maar gebruiken tegenwoordig ook plastic, piepschuim en schepen. De hoeveelheid plastic in de oceanen is in de afgelopen decennia enorm gestegen. Bovendien blijft plastic lang bewaard: honderden tot duizenden jaren, maar waarschijnlijk nog veel langer in de diepzee en in poolstreken, volgens een wetenschappelijk artikel uit 2009 in Philosophical Transactions of the Royal Society B. Ook in de Noordzee is plastic te vinden.

Al dat plastic kan ook prima gebruikt worden door organismen. Thiel: “Plastic heeft erg vergelijkbare eigenschappen als puimsteen (vanuit het perspectief van de reizigers). Het probleem is dat plastic nu overal en altijd te vinden is.”

Aangespoeld plastic op het strand van Hawaii.

NOAA via wikimedia commons, public domain

NOAA via wikimedia commons, public domain

Niet alleen is plastic veelvuldig aanwezig, ook is plastic bijzonder geliefd onder organismen, zo bleek uit onderzoek uitgevoerd in Chili en gepubliceerd in 2011 in Marine Ecology Progress Series. Op plastic potten zaten meer soorten organismen en het bedekte oppervlak was groter in vergelijking met puimsteen en piepschuim. Omdat er zoveel plastic is, is de kans groter om organismen sneller te verspreiden. Volgens Thiel kunnen daarom evolutionaire processen beïnvloed worden.

Bryan en collega’s noemden in hun artikel ook dat invasieve, mogelijk schadelijke soorten (zoals sommige sponzen) snel verspreid konden worden door puimsteen. Wat dan wel niet te denken van de organismen op al het plastic in de oceanen. Een puimsteenvloot is oncontroleerbaar en komt niet zo vaak voor. Nee, het mogelijke gevaar zit hem in plastic en in mindere mate piepschuim, dat naast dat het in de voedselketen terechtkomt, ook schadelijke soorten kan verspreiden. Via de vele biljoenen plastic vlotten van biodiversiteit.

Zie ook:

• Dossier vulkanen (Kennislinkdossier)
• Dossier riffen in gevaar (Kennislinkdossier)
• Tsunamitroep dobbert in Pacific (Kennislinknieuws)
• Vruchtbare vijvertjes (Wetenschap24)
• Sleutelen aan de planeet (Wetenschap24)