Trias-Inferno: Duizenden jaren lang woedden er branden in Europa tijdens opwarming van de aarde

Zo'n 201 miljoen jaar geleden zorgde vulkanisme voor een enorme uitstoot van CO₂ in de atmosfeer, als gevolg van het uiteenvallen van supercontinent Pangea. Dit veroorzaakte een extreme opwarming van de aarde van 5 tot 10 graden Celsius. Veel bomen overleefden dit niet en de sterk verstoorde landschappen werden overwoekerd door varens. Nieuw onderzoek van een internationaal team onder leiding van aardwetenschappers van de Universiteit Utrecht, gepubliceerd in Nature Geoscience op 21 juli, toont aan dat dit varenlandschap vatbaar was voor grootschalige branden. Hierbij fungeerden de varens mogelijk zelf als brandversnellers.

Hoe vind je een bosbrand in het verre verleden?

Het onderzoeksteam had toegang tot uitzonderlijk sedimentair materiaal uit vier boorkernen, waaronder een recent geboorde kern van 640 meter lang uit het Verenigd Koninkrijk. Het team genereerde data over de branden in het verre verleden op basis van de overvloed aan fossiele houtskool en organische moleculen die ontstaan in de rook die vrijkomt bij bosbranden, de zogenaamde polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK’s).

Tekst loopt door na de afbeelding.

Gecombineerd met vegetatiereconstructies gebaseerd op fossiel stuifmeel en varensporen, laten de data een periode zien van intense bosbrandactiviteit tijdens het belangrijkste uitstervingsinterval, wanneer vooral varens vaak voorkwamen. Maar, de interpretatie van houtskool- en PAK-data is soms lastig als grote stukken houtskool in kleinere fragmenten uiteenvallen in het monster. Evenzo komen de PAK’s die tijdens bosbranden vrijkomen niet per se in de buurt van de branden terecht, en de moleculen blijven mogelijk ook niet zo lang in de aarde aanwezig. Het team bedacht daarom een nieuwe manier om bosbrandactiviteit in het verre verleden te volgen.

“Het nieuwe aan dit onderzoek is de analyse van kleurveranderingen van organische microfossielen,” legt dr. Bas van de Schootbrugge van de Universiteit Utrecht, een van de hoofdauteurs van het artikel, uit. “We gebruikten een eenvoudige en betaalbare techniek die de verkleuring van deze microfossielen kwantificeert, een zogenaamde Palynomorph Darkness Index.”

We waren behoorlijk verbaasd over dit fenomeen.

Kleurpatronen​

Normaal gesproken kan de kleur van organische microfossielen veranderen wanneer ze in sedimenten worden begraven, als gevolg van druk- en temperatuurveranderingen. Naarmate sedimenten in de loop der tijd dieper worden begraven, neemt de temperatuur toe met de diepte, waardoor het ingesloten organische materiaal steeds meer verhit raakt. Hoe dieper, hoe donkerder.

“Maar hier vonden we een heel ander patroon,” zegt Van de Schootbrugge. In de oudste, en diepste monsters in de boorkernen zijn de pollen en sporen licht van kleur, maar tijdens de uitstervingsperiode zelf worden ze geleidelijk extreem donker. Na de uitstervingsperiode worden ze weer lichtgeel. “We waren behoorlijk verbaasd over dit fenomeen, omdat het in alle vier de boorkernen op exact hetzelfde moment voorkomt. Het kon dus niet komen door de begraving van de sedimenten, aangezien de vier boorgaten een zeer verschillende geologische geschiedenis hebben doorgemaakt,” legt Van de Schootbrugge uit.

Tekst loopt door na de afbeelding.

De ‘Dark Zone’

De Palynomorph Darkness Index gebruikt het RGB-kleurenspectrum, gemeten met een camera die aan een lichtmicroscoop is bevestigd, en zet dit om in een gemiddelde grijswaarde. Deze waarden kunnen worden vergeleken tussen monsters binnen boorkernen, maar ook tussen boorkernen van verschillende locaties. Het team analyseerde pollen en sporen van planten die voorkwamen vóór, tijdens en na de uitstervingsgolf. Door stuifmeel van bomen en sporen van varens te vergelijken, konden eventuele biologische effecten die specifiek waren voor bepaalde plantengroepen worden uitgesloten.

“Alle plantengroepen vertonen hetzelfde effect. Daarom is dit een sterke aanwijzing dat het het resultaat is van een externe kracht.” Door de kleurveranderingen in de microfossielen te vergelijken met andere brandindicatoren, realiseerde het team zich dat deze ‘Dark Zone’ een weerspiegeling was van langdurige en intense bosbranden in de periode waarin een verhoogde concentratie varensporen voorkomt. “De verdonkering valt precies samen met de toename van varens, de belangrijkste periode van massale uitsterving en een verhoogde concentratie van houtskool en PAK’s.”

De Dark Zone is ook in Nederland te vinden, in recent ontdekte lagen uit de tijd van de eind-Trias extinctie in de steengroeve in Winterswijk. De sedimenten die hier aan het oppervlak liggen bevatten dezelfde pollen en sporen met dezelfde kleurveranderingen.

Varens zijn bijzondere planten.

Trias-inferno

De explosieve groei van varens tijdens de belangrijkste uitstervingsperiode was het resultaat van een combinatie van factoren, waaronder ontbossing, bodemerosie en sterke opwarming door het broeikaseffect. Van de Schootbrugge: “Varens zijn bijzondere planten die vele crises in de geschiedenis van de aarde hebben doorstaan, en sommige soorten kunnen zich aanpassen aan de meest extreme omstandigheden. Ze kunnen worden beschouwd als ware rampensoorten.”

Sommige varens kunnen zich snel verspreiden over verstoorde landschappen, en bosbranden kunnen de verspreiding van varens nog verder en sneller stimuleren. Hoewel varens zelf opbranden, kunnen ze snel terug groeien vanuit ondergrondse wortelstelsels, waarbij ze andere planten verdringen. Dit effect speelde waarschijnlijk een belangrijke rol tijdens de periode dat varens veel voorkwamen, die naar schatting 40.000 tot 300.000 jaar heeft geduurd.

Tekst loopt door na de afbeelding.

Brandladders

Eén soort varen die veel voorkomt tijdens de eind-Trias extinctie, is verwant aan de hedendaagse onkruid- en pioniervarens die tegenwoordig de Everglades in Florida (VS) invasief overwoekeren. Deze zogenaamde klimvarens (Lygodium), kunnen tegen bomen op klimmen en fungeren daardoor als zogenaamde 'brandladders'. 

“Wanneer de varens uitdrogen, vormen ze dikke hangende matten de ideale brandstof om enorme bosbranden te veroorzaken,” legt Van de Schootbrugge uit. Tijdens de extinctie vormden woekerende varens weidse savannes, waarbij sommige soorten mogelijk fungeerden als brandladders. “Varens leverden de brandstof die die vlammen aanwakkerden, waardoor enorme herhaalde bosbranden ontstonden. Een werkelijk helse wereld.” 

“De les die we hieruit kunnen trekken, is dat de combinatie van klimaatverandering, uitsterving en de verspreiding van opportunistische plantensoorten alle ingrediënten vormen voor een gevaarlijke samenloop van omstandigheden,” concludeert Van de Schootbrugge.