Fossiele muggenhoofden, stuifmeelkorrels, eencellige zeebewoners met een kalkskelet… Op het eerste gezicht hebben ze weinig met elkaar gemeen, maar vanuit geologisch oogpunt is dat anders: alle drie zijn het namelijk voorbeelden van ‘oerthermometers’: middelen om klimaatschommelingen in het verleden mee te achterhalen. Zo kwamen sommige muggensoorten, planten en eencelligen juist voor bij warme temperaturen, en andere bij koude. Hun aanwezigheid in fossiele bodemlagen zegt dus iets over vroegere weersomstandigheden.
Zeebodemarchief
Een van de nieuwste klimaatproxies bestaat uit de celwanden van bepaalde bodembacteriën. In de celwanden zitten namelijk bepaalde vetten die variëren in samenstelling afhankelijk van de gemiddelde luchttemperatuur. “Het verband zit hem in de vorm waarin de lipiden voorkomen”, aldus onderzoekster Francien Peterse van het NIOZ. “Er zijn negen verschillende soorten, die verschillen in de hoeveelheid vertakkingen en in de hoeveelheid ringen. Hoe warmer, hoe minder vertakkingen.”
Heetwaterbronnen
Helemaal nieuw is de paleothermometer niet: de Nederlandse promovendus Johan Weijers gebruikte de vetten al in 2007 als temperatuurindicator bij een onderzoek in tropisch Afrika. Peterse heeft nu de nauwkeurigheid van de geologische thermometer uit verschillende omstandigheden getest. Ze nam bodemmonsters op plekken die aan sterke temperatuurverschillen waren blootgesteld, variërend van Chinese berghellingen tot bodems nabij Californische heetwaterbronnen. De thermometer bleek de sterke variaties in temperatuur goed te registreren.
Voorzichtigheid geboden
De paleothermometer is in 2007 gekalibreerd met behulp van honderddertig wereldwijd verspreide bodems. Peterse: “Zelf heb ik opnieuw een kalibratie gedaan, op basis van 278 bodems. Na vergelijking blijkt dat de absolute temperaturen iets afwijken van de in 2007 gevonden resultaten. Het probleem is alleen dat we niet weten hoe warm of hoe koud het vroeger precies was, dus kunnen we niet achterhalen of de eerste of de tweede kalibratie beter was.”
Bovendien blijkt dat de berekende temperaturen voor gebieden met heel weinig neerslag vaak ruim worden onderschat. “Vandaar dat voorzichtigheid geboden blijft met het interpreteren van absolute temperaturen.” Om de betrouwbaarheid van de onderzoeksresultaten zo hoog mogelijk te maken, is het raadzaam de berekende temperaturen te vergelijken met die van andere klimaatproxies.
Koude gebieden
Peterse heeft de paleothermometer zelf al gebruikt bij een reconstructie van de luchttemperatuur van de laatste 34.000 jaar in Zuidoost-Azië. “Andere toepassingen beginnen langzaam te komen; zo is op Groenland gekeken naar de afkoeling rond de Eoceen-Oligoceen overgang.”
Daarnaast heeft ze bodemmonsters op Spitsbergen onderzocht, om na te gaan of de geologische thermometer ook geschikt is voor koude gebieden.
In koude streken is de bodemvorming gering en de concentratie van vertakte etherlipiden relatief laag, maar de met de paleothermometer berekende temperatuur in de landbodem was ook hier goed in overeenstemming met het werkelijk gemeten jaargemiddelde.
Regionaal klimaatsignaal
Toch biedt de proxy juist in zeebodems de beste perspectieven. Wanneer de bodem erodeert, worden de vetten door rivieren naar zee vervoerd en daar afgezet. Op die manier ontstaat in de zeebodem bij riviermondingen een archief van vroegere landtemperaturen.
De bodems op land eroderen echter doorlopend en geven daarom geen goed continu overzicht. Bovendien spoelt in de riviermonding een grote hoeveelheid sediment samen, waardoor het verkregen klimaatsignaal niet lokaal maar regionaal is. Peterse: “Ik beveel wel aan om de paleothermometer alleen in zeebodems toe te passen, als je er zeker van kunt zijn dat het materiaal dat je meet inderdaad van het land afkomstig is, zoals bijvoorbeeld bij riviermondingen. In de zee zelf ontstaan ook vertakte etherlipiden, maar daar is de relatie tussen vertakkingen en temperatuur minder eenduidig.”
Paleo-pH-strookje
Interessant is dat de thermometer gelijktijdig als een pH-indicator kan functioneren. Op basis van de hoeveelheid vetten in een bodemmonster kan de vroegere zuurgraad van een bodem worden achterhaald: hoe minder vetten, des te zuurder. Omdat deze trend ook te zien is in hedendaagse acidobacteriën, vermoedt Peterse dat de fossiele celwanden ook afkomstig zijn van acidobacteriën. “Maar vooralsnog weten we nog niet zeker door welke bacteriën de vertakte etherlipiden precies gemaakt werden.”
Toekomstig gebruik van de proxy is veelbelovend: de thermometer heeft al bewezen temperaturen tot 55 miljoen jaar geleden te kunnen reconstrueren. “Maar wie weet zitten de vertakte etherlipiden ook wel in oudere monsters. Die moet je alleen maar net tot je beschikking hebben!”
Bron
- Peterse, F. Environmental controls on the distribution of bacterial tetraether membrane lipids: Constraints on the MBT-CBT paleothermometer,144 pp. ISBN 978-90-8570-839-1