Lang voordat mensen op de planeet rondliepen, deden planten stilletjes het zware werk voor de koolstofcyclus van de aarde. Ze zuigen koolstofdioxide op. Ze sloten het op in hun weefsels. En toen ze stierven, bleef die koolstof zitten, bewaard in de rotsen.
Jarenlang vertrouwden wetenschappers op de oceanen om ons te vertellen hoe de atmosfeer er miljoenen jaren geleden uitzag. Mariene fossielen. Schelpfragmenten. Sediment lagen. Betrouwbaar, zeker. Maar ze hebben grenzen. Hun resolutie wordt vaag voorbij het Midden-Eoceen, ongeveer 45 miljoen jaar geleden. En daarvoor? Het record verdwijnt grotendeels.
Dit is waar een nieuwe aanpak van onderzoekers van de Universiteit van Michigan het spel verandert. Door het analyseren van gefossiliseerd plantenmateriaal uit Wyoming hebben Nathan Sheldon en Katarina Keating een deur naar het diepe verleden geopend. Concreet hebben ze aangetoond dat hoe gefossiliseerde planten de vroegere atmosfeer van de aarde kunnen onthullen niet alleen theoretisch is, maar ook meetbaar en accuraat.
De koolstof-13-aanwijzing
De sleutel hier zijn niet de planten zelf. Het zijn de isotopen. Specifiek Delta Carbon-13 (δ¹³C).
Koolstof-12 is lichter. Koolstof-13 is zwaarder. Planten geven de voorkeur aan de lichtere isotoop wanneer ze fotosynthetiseren. De verhouding tussen deze twee koolstofatomen in een bladfossiel vertelt dus een verhaal. Een verschuiving in die verhouding weerspiegelt hoe koolstof zich door de mondiale koolstofcyclus beweegt. Het is een fluxmeter.
Traditioneel gebruikten onderzoekers hiervoor mariene proxy’s. Oceaan sedimenten. Foraminifera-schelpen. Deze gegevens gaan terug tot het Krijt, ongeveer 145 miljoen jaar geleden. Maar het signaal wordt luidruchtig. Een suboptimale resolutie is een plaag voor de gegevens. We kunnen het niet duidelijk zien. En we kunnen zeker geen oudere platen met enig vertrouwen bekijken.
De kloof is problematisch. De tijd tussen het uitsterven van de K-Pg (de gebeurtenis waarbij dinosauriërs werden gedood) en de moderne tijd bevat lessen voor onze huidige klimaatcrisis. In de tijdperken van het Paleoceen en het Eoceen waren er pieken in de opwarming van de aarde die er griezelig bekend uitzagen. Als we willen voorspellen waar we naartoe gaan, moeten we begrijpen hoe de koolstofcyclus zich gedroeg toen de planeet heet was.
Maar zonder goede data vliegen we blind.
De tijdcapsule van Wyoming
Sheldon, Keating en hun team gingen graven in het Hoback Basin van Wyoming. Ze hebben niet alleen het oppervlak bekrast. Ze gingen meters onder de grond en haalden monsters uit rotsformaties die tussen de 50 en 60 miljoen jaar geleden dateerden. Dat plaatst ze precies in het late Paleoceen en het vroege Eoceen.
Ze haalden organisch materiaal uit de grond. Ze analyseerden het voor δ¹³C.
De logica is eenvoudig maar krachtig. Planten vangen CO₂ uit de lucht. Als de lucht een bepaalde isotopische signatuur had, weerspiegelen de planten deze. Wanneer die planten gefossiliseerd raken, blijft die signatuur bestaan. Het is een directe link naar de atmosferische koolstofflux op dat exacte moment in de geologische tijd.
Maar kwam het overeen met de mariene gegevens? Of was het gewoon lokaal geluid?
De onderzoekers vergeleken hun terrestrische metingen met mondiale terrestrische gegevens uit de literatuur. Vervolgens vergeleken ze alles met fossielen van mariene organismen uit het Cenozoïcum, die 66 miljoen jaar teruggaan. Ze moesten weten of landplanten een geldige maatstaf waren voor atmosferische δ¹³C op wereldschaal.
Het resultaat was opvallend.
Een match gemaakt in de geologische tijd
De atmosferische δ¹³C-waarden gereconstrueerd uit planten uit Wyoming kwamen nauw overeen met die afgeleid van oude mariene organismen.
Dit is geen marginale correlatie. Het is een validatie. Het bewijst dat gefossiliseerde planten op betrouwbare wijze oude atmosferische omstandigheden kunnen reconstrueren met een betrouwbaarheid die de oceaanrecords kan evenaren. En aangezien planten al bestonden lang voordat moderne maritieme proxy’s duidelijke gegevens konden leveren, verlengt dit onze tijdlijn aanzienlijk.
Het team verdiepte zich in de details om te zien wat er tijdens deze verschuivingen met het klimaat gebeurde. Ze vergeleken de gereconstrueerde waarden met een basislijn.
Vulkanen zijn een belangrijke bron van koolstof en stoten deze uit bij een constante δ¹³C-waarde van ongeveer -5,4‰.
Ongeveer 53 miljoen jaar geleden (Eoceen) vertoonde de atmosfeer een waarde van -6,30‰. Dat is lager. Het betekent dat er een overvloed aan lichtere koolstof-12 in de lucht was. Meer lichte koolstof correleert meestal met warmere temperaturen. De planeet was heet.
Kijk dan naar het late Paleoceen, ongeveer 57 miljoen jaar geleden. De waarde veranderde naar -4,37‰. Hoger. Zwaarder. Dit suggereert dat lichte koolstof elders werd opgeslagen – waarschijnlijk opgesloten in de oceanen of begraven in sediment. Door deze verwijdering van lichte koolstof bleven de zwaardere isotopen in de atmosfeer achter. Het netto-effect? Een verkoelend klimaat.
Zowel de land- als de zeegegevens lieten dezelfde verschuiving zien. Er was een gemeenschappelijk proces aan het werk. De mondiale koolstofstromen waren de drijvende kracht achter de temperatuurveranderingen. De planten en het plankton vertelden hetzelfde verhaal.
Complicaties van regenval
Het verliep niet allemaal van een leien dakje. Het team merkte iets vreemds op bij het vergelijken van hun gegevens uit Wyoming met andere sites wereldwijd.
De resultaten varieerden afhankelijk van de regenval.
Locaties die historisch gezien natter waren, vertoonden metingen met minder zware koolstof. De drogere locaties, waaronder het Hoback Basin, kwamen overeen met de verwachte mariene waarden.
Waarom is neerslag belangrijk? Waarschijnlijk omdat de beschikbaarheid van water van invloed is op de manier waarop planten koolstof opnemen en hoe organisch materiaal wordt afgebroken voordat het wordt begraven. Als u zich in een natte zone bevindt, wordt het signaal verdund of gewijzigd.
De onderzoekers zijn duidelijk over deze beperking. Om nauwkeurig te krijgen hoe gefossiliseerde planten de koolstoffluxen weerspiegelen, moeten wetenschappers rekening houden met neerslag. Natte locaties vereisen mogelijk aanpassing of uitsluiting van bepaalde modellen.
Maar dit verbreekt de methode niet. Het verfijnt het.
Waarom dit er nu toe doet
“Wij bieden een methode om de bronnen en putten van CO2 te begrijpen zolang er planten bestaan”, schreven Sheldon en Keating.
Dat is een grote verklaring.
Momenteel vertrouwen we op mariene gegevens om de koolstofcyclus door het Cenozoïcum en het Mesozoïcum te volgen. Maar die gegevens zijn schaars in bepaalde tijdvensters. Ze hebben beperkingen. Ze hebben gaten.
Deze nieuwe aanpak waarbij gebruik wordt gemaakt van gefossiliseerd plantaardig materiaal kan deze leemten opvullen. Het vormt een aanvulling op de mariene gegevens. Het werkt in regio’s met weinig data. En cruciaal is dat het reconstructies mogelijk maakt voor perioden waarin mariene beperkingen eenvoudigweg niet bestaan.
We worden geconfronteerd met ongekende veranderingen in de CO2-uitstoot in de atmosfeer. Het begrijpen van de mechanismen uit het verleden is niet langer alleen academisch. Het is een overlevingsvaardigheid. We moeten weten hoe de planeet reageerde toen de koolstofniveaus piekten. We moeten weten waar de hitte naartoe is gegaan. En nu hebben we, dankzij de gefossiliseerde bladeren van Wyoming, een duidelijkere kaart van het diepe verleden.
De planten onthouden het. We moeten ze alleen goed lezen.
