10 april 2019

Klimaatschommelingen 2,5 miljard jaar terug

Aardwetenschappers van de Universiteit Utrecht en de Universiteit van Genève hebben voor het eerst aangetoond dat het klimaat op aarde regelmatige veranderingen onderging 2,5 miljard jaar geleden, toen de omstandigheden fundamenteel anders waren dan nu. Deze waren het gevolg van periodieke schommelingen in de vorm van de aardbaan. Ze publiceerden hun resultaten op 1 april in het vooraanstaande Nature Geosciences.

Milankovitch-cycli

De vorm van de aardbaan en de stand van de aardas ondergaan regelmatige schommelingen op tijdschalen van vele duizenden tot miljoenen jaren. Deze schommelingen heten Milankovitch-cycli (genoemd naar de Servische geofysicus Milutin Milankovitch) en hebben grote invloed op de verdeling van zonlicht over het aardoppervlak, en daarmee op het klimaat.

Zulke astronomisch-gestuurde veranderingen in het klimaat zijn vastgelegd in het gesteentearchief van de aarde van de afgelopen honderden miljoenen jaren, in de vorm van zeer regelmatige patronen in elkaar opeenvolgende gesteentelagen. Deze patronen zijn uitvoerig bestudeerd door wetenschappers, waardoor die veranderingen nauwkeurig in kaart zijn gebracht.

Foto: ‘Banded iron formation’ te zien in een boorkern.

Fundamenteel anders

Maar over veranderingen in het klimaat nóg verder terug in de tijd is nauwelijks iets bekend. Miljarden jaren geleden waren de omstandigheden op aarde fundamenteel anders dan nu: de atmosfeer bevatte nog geen vrije zuurstof, de vulkanische activiteit was heviger, en er bestond nog geen vegetatie of meercellig leven. Toch moeten er al wel schommelingen in de aardbaan en aardas plaats hebben gevonden die mogelijk invloed uitoefenden op het toenmalige klimaat, en daarmee op de vroege biosfeer en chemische samenstelling van de oceanen.

Banded iron formations

Aardwetenschapper Margriet Lantink en haar collega’s onderzochten of de Milankovitch-cycli terug te vinden zijn in zogeheten ‘banded iron formations’ (BIFs) van tweeënhalf miljard jaar oud. BIFs zijn zeer ijzerrijke en karakteristiek gelaagde gesteentes die destijds massaal werden afgezet op de bodem van de zee en nu voorkomen op de oudst bewaard gebleven stukken aardkorst - in dit geval in Zuid-Afrika.

Regelmatige, grootschalige afwisselingen (5m voor letters en 20m voor cijfers) in de banded iron formation veroorzaakt door klimaatschommelingen, die een identiek patroon vormen over 250km.

Wetenschappers verklaarden de afzetting van deze ijzerformaties en hun regelmatige gelaagdheid tot nu toe vooral door verhoogde activiteit van onderzeese vulkanen, de hydrothermale bron van het ijzer. Daarnaast zorgde de evolutie van fotosynthese mogelijk voor zuurstof in de ondiepste delen van de oceaan, waardoor het in de zeeën opgeloste ijzer werd geoxideerd en neersloeg.

Koppelen van gelaagdheid en cyclische veranderingen

De onderzoekers zijn er nu voor het eerst in geslaagd om de regelmatige gelaagdheid in deze BIFs te koppelen aan cyclische veranderingen in de baan van de aarde om de zon, met periodes van 405 duizend en 1,4 tot 1,6 miljoen jaar. Dit was mogelijk door de resultaten van het onderzoek te combineren met zeer nauwkeurige ouderdomsbepalingen aan de hand van de uraan-lood methode. Het gecombineerde onderzoek laat zien dat astronomische sturing 2,5 miljard jaar geleden al een sterke invloed had op het klimaat van onze planeet en de afzetting van ijzer in de oceanen. Nader onderzoek moet uitwijzen hoe dat precies in zijn werk ging.