Je leest:

De eeuwenoude relatie tussen planten en klimaatverandering

De eeuwenoude relatie tussen planten en klimaatverandering

Auteurs: en | 28 februari 2001

Planten verklappen wat voor weer het is. Vegetatie is daarmee een prima indicator voor klimaatverandering door de eeuwen heen. Amsterdamse onderzoekers gebruiken plantenresten in de bodem om mondiale klimaatmodellen tegen het licht te houden.

Veel van wat we weten over klimaatveranderingen in het verleden komt uit planten en plantenresten. Een plant kan zich niet zelfstandig verplaatsen en elke plantensoort stelt zijn eigen specifieke eisen aan de omgeving. Het bodemtype en klimaatfactoren zoals temperatuur, vochtigheid en seizoenswisseling bepalen of een plant kan overleven. Ook de mogelijkheden om te bloeien en zich te reproduceren zijn afhankelijk van omgevingsfactoren. Planten komen dan ook niet voor buiten hun ecologische grenzen, een enkele uitzondering daargelaten.

Bergbossen. Het koel-altijd-groen-bosbioom in Bolivia op 2800 meter hoogte. Met boomvarens van het geslacht Cyathea, een bloeiende Inga-boom en de pionierboom Cecropia.

Dat maakt planten tot goede indicatoren voor het klimaat door de eeuwen heen, zo blijkt uit onderzoek aan de Universiteit van Amsterdam. Boomvarens groeien niet in Nederland en bladverliezende eiken niet in het regenwoud. Zou je resten of sporen vinden van boomvarens in Nederland, dan heb je een goede aanwijzing dat het klimaat hier ooit subtropisch of zelfs tropisch was. Het is een extreme veronderstelling, maar het illustreert het onderzoek naar het reconstrueren van vroegere milieu- en klimaatomstandigheden en klimaatvariabiliteit. De Amsterdamse onderzoeksgroep Palynologie en Paleo/actuo-ecologie van het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica is daarin gespecialiseerd.

Door de groeigebieden van vele plantensoorten over elkaar heen te leggen, ontstaan vegetatie-eenheden of ecosystemen. Die kunnen vervolgens tot biomen, worden samengevoegd. Een bioom is een gemeenschap van planten en dieren waarvan de levensomstandigheden aan dezelfde voorwaarden voldoen. Als milieucondities veranderen, nu of lang geleden, wordt dat zichtbaar in de samenstelling van de vegetatie en in de verandering van de geografische verbreiding van het bioom.

Fossiel archief

Pollenanalyse. Stuifmeelkorrels (pollen) van Colombiaanse planten en bomen, duizendmaal vergroot. Ze vormen de nalatenschap van de vroegere begroeiing en worden in veenpakketten en sedimenten op de bodem van meren gevonden. De goed bewaard gebleven stuifmeelkorrels hebben een karakteristieke vorm en typische openingen in het oppervlak. Verder zijn een eindeloze variatie van minuscule stekels, nopjes en netwerken te zien. Meestal kun je een stuifmeelkorrel onder de microscoop identificeren tot op het niveau van het plantengeslacht, soms alleen tot de plantenfamilie.

Venen en sedimenten op de bodem van meertjes accumuleren vaak onder meer bladresten, zaden en stuifmeelkorrels. Zo’n sediment vormt een natuurlijk archief van gedeeltelijk gefossiliseerd en daardoor bewaard gebleven plantenmateriaal. Een paleo-ecoloog kan veranderingen in de samenstelling van deze fossielen door de tijd heen, gebruiken om een profiel te geven van de veranderende vegetatie. Zo reconstrueert hij plantengemeenschappen uit het verleden. Met koolstofdatering kan de leeftijd van iedere laag sediment in een fossielarchief worden bepaald.

De samenstelling van het fossiel stuifmeel in het sediment levert een snapshot van het verleden. Een serie van deze kiekjes rijgen zich aaneen tot een ware film die laat zien hoe milieu en klimaat in de loop van de tijd evolueren. Studies in het Amazoneregenwoud en het aangrenzende gebied laten zien dat delen van het huidige regenwoud ooit bedekt waren met bossavannen. Dit was 18.000 jaar geleden het geval, in de koudste en droogste periode die de aarde sinds die tijd heeft gekend. Studies aan lange boorkernen – dat zijn monsters uit diepgelegen lagen – opgeboord uit bodems van meren in het Colombiaanse Andesgebergte, laten zien dat er boomloze, koude graslanden lagen in gebieden waar op dit moment koele bergbossen groeien. Boomloze koude graslanden en koele bergbossen zijn twee voorbeelden van biomen. Van beide is bekend binnen welk bereik van klimaatfactoren ze kunnen voorkomen. Dat maakt het mogelijk om het verleden te reconstrueren.

Als je zulke reconstructies voor een aantal ‘tijdschijven’ uit het verleden maakt, heb je de individuele beeldjes van een tekenfilm. Toon je de beeldjes snel na elkaar, dan heb je een film uit het verleden waarmee je door de tijd reist. Je ziet hoe de vegetatie verandert als gevolg van een veranderend klimaat. Deze methode, om klimaatveranderingen af te leiden uit vegetatieveranderingen, heeft echter beperkingen. Vegetatietypen reageren soms verschillend op klimaatverandering. Een betrouwbaardere reconstructie vraagt om het combineren van fossiele plantengegevens uit meer locaties.

Seizoenswisselingen

Regenwoudbiomen. In het Amazonegebied, langs de kust van de Stille Oceaan en in Midden-Amerika ligt het zogenaamde regenwoudbioom, waar de temperatuur en de neerslag het gehele jaar door hoog zijn. In de koudste maanden van het jaar is de gemiddelde dagtemperatuur nog altijd tussen de twintig en de vijfentwintig graden. De luchtvochtigheid blijft op vele plaatsen boven de 95 procent.

In het BIOME 6000-project bestuderen we veranderingen in de verbreiding van ecosystemen en biomen tijdens het recente verleden. Het is een internationaal project dat startte in 1994 als onderdeel van het International Geosphere Biosphere Program, en heeft als doel klimaatveranderingen te reconstrueren en gegevens te verzamelen van fossiel pollen (stuifmeel). We zijn geïnteresseerd in een periode van zesduizend jaar geleden, het klimaatoptimum in het Holoceen, en in een periode van achttienduizend jaar geleden (de koudste fase van de laatste ijstijd).

Voor de samenstelling van de gegevensbestanden hebben we de wereld verdeeld in tien gebieden, meestal samenvallend met een continent of een regio waar een bestaande onderzoeksgroep al werkzaam is. Op elk continent kunnen we grote en kleine biomen benoemen. Zo komt het regenwoudbioom voor in het Amazonegebied, langs de Pacifische kust en in Midden-Amerika. Dat zijn plaatsen waar zowel temperatuur als neerslag het gehele jaar door hoog zijn. Anders gezegd: er is weinig seizoenswisseling.

Op plaatsen met een kortdurend droog seizoen ontstaat een bioom met half-loofverliezend bos. Daarin komen nog enkele soorten bomen voor met een ecologisch bereik tot in het regenwoud. Boomsoorten met zulke fysiologische aanpassingen moeten het echter gauw afleggen tegen bomen die toleranter zijn voor droogte.

Droogtetolerantie uit zich in kleine, met was afgedekte bladeren en een dikke bast. Deze typische aanpassingen zijn vooral algemeen in meer woestijnachtige biomen. Latijns-Amerika kenmerkt zich, meer dan enig ander continent, door een complexe variatie aan biomen, omdat het zich uitstrekt van Antarctica via de evenaar tot aan Noord-Amerika. Latijns-Amerika strekt zich daarmee uit over meer dan honderd breedtegraden. Daarnaast heeft het continent een grote verticale gradiënt, doordat de Andes tot zevenduizend meter hoogte reikt.

Ecologische vingerafdruk

Vertaling. Fossiel stuifmeel afkomstig van ruim honderd locaties in Latijns-Amerika, vertaald naar biomen die daar voorkwamen.

Van meer dan honderd locaties in Latijns-Amerika vertaalden we vondsten van fossiel stuifmeel naar de biomen die er voorkwamen. Die vertaalslag hanteert een methode die is voortgekomen uit het BIOME 6000-project, gebaseerd op het principe dat biomen zijn samengesteld uit vele fysiologisch aangepaste plantensoorten, de functionele planttypen. Het tropisch-regenwoudbioom is samengesteld uit tropische, altijd groene bomen en struiken, boomvarens en tropische kruiden. Het tropisch-seizoensbosbioom telt regengroene bomen en struiken en tropische kruiden. Elk bioom heeft zo zijn eigen vingerafdruk. Je herkent het aan een specifieke combinatie van fossiel stuifmeel.

Oorspronkelijk zijn biomen samengesteld om de huidige vegetatie te karakteriseren. Voor het onderzoek naar de historische relatie tussen vegetatie en klimaatverandering is de methode toegepast op fossiel stuifmeel afkomstig van het veenoppervlak en de bovenste lagen sediment uit meren. Beide zijn plaatsen waar je recent gefossiliseerde pollenkorrels kunt verzamelen die de vegetatie in de jaren daarvoor produceerde. We noemen dat wel de ‘recente pollenregen’.

We vergelijken de kaart van de vegetatiereconstructie met die van de potentiële vegetatie, om zo te bepalen hoe goed de reconstructie op basis van fossiel stuifmeel de werkelijkheid benadert. De biomen van de Andes die we met fossiel stuifmeel hebben gereconstrueerd, geven de verticale zonering van de huidige vegetatie weer.

De huidige geografische verbreiding van biomen bleken we aan de hand van fossiel stuifmeel correct weer te geven. Het koel-graslandbioom en het koel-grasland-en-struikenbioom vinden hun plaats boven de 3800 meter, in overeenstemming met de werkelijkheid. Op vele plaatsen ligt op deze hoogte de boomgrens. Op lagere hoogten vinden we het bioom ‘warm-altijd-groen-bos’, samen met de biomen ‘tropisch-droog-bos’ en ‘tropisch-seizoenbos’. Het warm-gemengd-bosbioom plaatsen we op correcte wijze in het hoogland van Mexico, en het bioom ‘xerofytische-bomen-en-struiken’ op het schiereiland Yucatan. Het is hieruit duidelijk dat de methode in Latijns-Amerika goed werkt en dat we hem probleemloos kunnen toepassen op het verleden.

Zesduizend jaar

Boomloos. Boomloze koude graslanden zoals ze ooit voorkwamen in de gebieden waar nu koele bergbossen groeien.

Vergelijken we de situatie nu met de tijdschijf van zesduizend jaar geleden, dan zien we een patroon van verandering. Vooral de biomen die drogere omstandigheden aangeven, worden algemener. We interpreteerden de verandering van biomen dan ook als een klimaatverandering, al blijkt die niet overal invloed te hebben op de biomen. De oorzaak daarvan kan zijn dat de respons van de vegetatie op het klimaat niet altijd even rechtlijnig is, of omdat het klimaat op verschillende plaatsen anders verandert.

Voor de tijdschijf van 18.000 jaar geleden is het beeld eenvormiger. Overal reconstrueren we een koel en droog klimaat uit vondsten die wijzen op de aanwezigheid van de biomen met koel gemengd bos, koel en altijd groen bos en koel grasland met struiken. Dit laatste bioom is vooral duidelijk aanwezig in Zuid-Oost-Brazilië, hetgeen overeenkomt met de grotere droogte daar tijdens de koudste fase van de laatste ijstijd, 18.000 jaar geleden.

Op andere locaties, vooral in centraal Mexico en in het laagland van Colombia, blijven de biomen onveranderd. Deze ‘afwijkingen’ illustreren dat de lokale bodemgesteldheid een belangrijke rol speelt in de aanwezigheid van vegetatietypen. Als we informatie van een aantal locaties combineren, kunnen we wel kleine veranderingen in de vegetatie vaststellen. Mogelijk hangen die inderdaad samen met klimaatveranderingen.

Invloed van de mens

Naast dat we met fossiel stuifmeel vegetatiepatronen hebben gereconstrueerd, zijn we ook modellen gaan hanteren die de verbreiding van biomen voorspellen. Ook hiervoor zijn de ecologische voorwaarden die planten aan hun omgeving stellen, het belangrijkste uitgangspunt. De voorspelling van de modellen blijkt overeen te komen de werkelijke vegetatieverbreiding, zoals we die hebben afgeleid uit de recente pollenregen.

Bij de reconstructies van recente natuurlijke vegetatie moeten we overigens rekening houden met het feit dat de inrichting van het meeste landoppervlak beïnvloed is door de mens. Zo is in Europa vrijwel geen natuurlijke vegetatie meer over. En in de delen van de wereld waar nog natuurlijke vegetatie voorkomt, zoals het regenwoud in het Amazonegebied, staat deze onder toenemende druk. De bevolking wil de natuurlijke rijkdommen exploiteren, soms voor zichzelf maar vaker in opdracht van multinationale ondernemingen uit de ontwikkelde landen. Steeds vaker leidt het menselijk ingrijpen tot een complete verandering van de vegetatie. Brazilianen hebben bijvoorbeeld grote delen tropisch bos gekapt om er grasland van de maken voor het vee. Andere voorbeelden zijn te vinden in Europa, waar op vele plaatsen het loofverliezend-bosbioom moest wijken voor grasland.

Reizen door de tijd

Behalve voor het klimaat kan een veranderende vegetatiesamenstelling ook wijzen op het ingrijpen van de mens. Door in de modellen van BIOME 6000 een categorie ‘verstoorde vegetatie’ als een functioneel planttype in te voeren, kun je nagaan waar, wanneer en in welke mate de mens de vegetatie verstoorde. Planten uit de groep ‘verstoorde vegetatie’ stellen niet zozeer eisen aan het klimaat; hun voorkomen wordt juist bepaald doordat het gedrag van de mens een storende factor is. Indien gecombineerd met archeologische informatie is het mogelijk om het verband te bepalen tussen klimaatverandering en de ontwikkeling van culturen. Je kunt zo nagaan welke invloed klimaatverandering op de mens, zijn cultuur en zijn landbouwactiviteiten heeft gehad. Om dat goed te kunnen registreren is een nauwkeurig gedateerd pollenarchief nodig.

Om klimaatmodellen op hun betrouwbaarheid te toetsen, is het cruciaal om een methode te hebben die hun voorspellingen onafhankelijk kan testen. Hoe goed zijn hun voorspellingen eigenlijk? Zijn ze accuraat? Waarom? En waarom laten ze op onderdelen steken vallen?

Vele klimaatmodellen doen voorspellingen voor dezelfde perioden waarvoor gegevens van fossiel stuifmeel ter beschikking staan, zesduizend en achttienduizend jaar geleden. De verbreidingskaarten van de vegetatie, die uit de stuifmeelmethode rollen en waarvan de betrouwbaarheid een bewezen feit is, gebruiken we om te testen welke van de ongeveer twintig huidige klimaatmodellen het meest accuraat is. Blijkt een model aan te sluiten bij de fossiele gegevens, dan kunnen we het tevens gebruiken om andere veranderingen te bestuderen, zoals de invloed van hogere temperatuur of hogere CO2-concentratie.

Veertig jaar

Tijdreis. Locaties gerangschikt op hoogte uitgezet tegen een aantal perioden van zesduizend jaar geleden tot nu. De biomen zijn samengesteld uit plantensoorten die zijn achterhaald uit de vondst van fossiel stuifmeel. Te zien is dat naarmate de moderne tijd nadert, het areaal gedegradeerde vegetatie toeneemt.

Colombia is een land dat al veertig jaar intensief is bestudeerd door de medewerkers van de Universiteit van Amsterdam. De datasynthese die de nieuwe methode mogelijk maakte, laat zien hoe de vegetatie in de afgelopen eeuwen veranderde. In deze periode is ook de invloed van de mens op zijn omgeving toegenomen. De op basis van pollenanalyse geconstrueerde biomen in het gebied van Colombia geven de samenstelling en geografische verbreiding van de vegetatie weer.

De biomen die we zesduizend jaar geleden vinden, wijzen op warmere omstandigheden. Die condities duurden voort tot tenminste drieduizend jaar geleden. Na die tijd verschoof de zaak naar nattere vegetatietypen, wat op een toename van neerslag wijst. Tussen vijfentwintighonderd en duizend jaar geleden vond weinig verandering plaats. Dit lijkt een periode met een stabiel klimaat te zijn. De invloed van de mens op de vegetatie begint zo’n vijfduizend jaar geleden in het laagland van Zuid-Amerika. Vanaf tweeduizend jaar geleden neemt de menselijke invloed sterk toe en worden verstoringen steeds hoger in de Andes waargenomen.

Dankzij de vorming van een continentdekkend gegevensbestand van fossiel stuifmeel, nieuwe technieken voor de verwerking van dit materiaal en nieuwe gegevens in klimaatmodellen, zijn we in staat een beeld samen te stellen van de vegetatie- en klimaatveranderingen in het verleden. Als het ware kunnen we door de tijd te reizen en klimaatveranderingen waarnemen die we onderweg tegenkomen. De virtuele tijdreis levert aanwijzingen voor toekomstige invloed van klimaatveranderingen op verschillende ecosystemen.

Bioomonderzoek en klimaatdiscussie

De laatste jaren worden we ons in toenemende mate bewust van een klimaat dat verandert. Het weer is vaker onvoorspelbaar en weerstypen lijken zich niet altijd meer aan vaste seizoenen te houden. Het onderzoek naar de achterliggende oorzaken van klimaatveranderingen stuit steeds vaker op feitelijke veranderingen, zoals een stijgende temperatuur, het afsmelten van gletsjers en een verhoogd CO2-gehalte van de atmosfeer. Hoewel de processen in het klimaatsysteem erg complex zijn en nog lang niet worden begrepen, staat vast dat een ingrijpende verandering van het klimaat gevolgen heeft voor de ecosystemen op aarde.

Het bewustwordingsproces heeft naast wetenschappelijke ook politieke gevolgen. Zo wordt de rol van de mens, die zijn omgeving sterk verandert, in toenemende mate als een belangrijke factor in het proces van klimaatverandering gezien. Oorzaak en gevolg zijn weliswaar moeilijk van elkaar te scheiden, de klimaatdiscussie leidt dan ook altijd tot vurige debatten in de politieke en wetenschappelijke arena’s. Zo is er veel discussie over de oorzaak en het gevolg van de oplopende temperatuur, de zogenaamde global warming. Deze discussie is niet alleen van academisch belang. Veranderingen in onze leefomgeving hebben immers voor iedereen op aarde gevolgen.

Hoe, waar en wanneer de gevolgen voelbaar worden, is moeilijk te voorspellen. Daarvoor is het systeem Aarde te ingewikkeld. Bovendien kunnen we niet in de toekomst kijken. Eén van de basisprincipes bij het ontrafelen van mondiale klimaatprocessen en de gevolgen ervan, is het uniformitarisme. Dat is het idee dat het heden de sleutel is tot het verleden. Wanneer we proberen om het verleden te begrijpen kunnen we ons vervolgens naar de toekomst richten om antwoorden te vinden op vragen zoals: Wat gebeurt er als de temperatuur op aarde toeneemt? Bioom-onderzoek levert een wetenschappelijke bijdrage aan een beter begrip van het verleden.

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 februari 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.