Grootste extinctie kwam door kooldioxide uit de diepzee; Massaal uitsterven

De vondst van een bijzonder kalkgesteente heeft de aanzet gegeven tot een geheel nieuwe hypothese over het uitsterven van soorten aan het einde van het Perm, zo'n 250 miljoen jaar geleden. Deze hypothese is de tweede die in korte tijd wordt gelanceerd over deze tot voor kort zo raadselachtige, meest massale uitsterving in de geschiedenis van de aarde.

Er zijn twee momenten in het geologische verleden waarop uitzonderlijk veel soorten tegelijk uitstierven. De eerste en grootste is die aan het einde van het Perm, toen in zeer korte tijd zo'n 90 procent van alle geslachten van in zee levende dieren verdween. (Het landleven was toen nog nauwelijks ontwikkeld.) Dit moment kenmerkt de overgang van het Palaeozoïcum (het tijdperk van het 'oude leven', gekarakteriseerd door de dominantie van ongewervelde organismen) naar het Mesozoïcum (de era van het 'middelste leven', gekarakteriseerd door de opkomst van reptielen, waaronder de dinosauriërs).

Het tweede moment van massaal uitsterven kenmerkt de overgang van het Mesozoïcum (waarvan het Krijt de jongste periode vormt) naar het Kenozoïcum (de era van het 'nieuwe leven'), zo'n 65 miljoen jaar geleden.

Beide uitstervingen hebben geleid tot speculaties over de oorzaak. Daarbij speelt op de achtergrond de vraag mee of ons een soortgelijke catastrofe te wachten staat en of de mens de uitvoering van een dergelijk doemscenario zou kunnen verhinderen.

Dat laatste leek al onwaarschijnlijk, gezien wat er tot nu toe bekend was over de uitsterving aan het einde van het Krijt: veel deskundigen geloven in de inslag van een grote meteoriet als oorzaak. Aanwijzingen voor een dergelijke inslag met wereldwijde gevolgen zijn ruimschoots voorhanden, onder meer in de vorm van een opmerkelijke concentratie van het metaal iridium in gesteenten die het einde van het Krijt kenmerken. Iridium is op aarde een zeldzaam element, maar komt in veel meteorieten in hogere concentraties voor.

Toen de gegevens over de 'iridium-horizon' bekend werden, is naar een soortgelijk laagje ook gezocht op de overgang van het Perm naar het Trias (de eerste periode van het Mesozoïcum), maar die is nooit aangetroffen. Toch moet het massale uitsterven van zeedieren ook toen het gevolg zijn geweest van een proces dat wereldwijd een catastrofale uitwerking had.

Opmerkelijk is dat nu, binnen slechts enkele maanden, twee hypothesen over de mogelijke oorzaak naar buiten zijn gebracht, beide gebaseerd op nieuwe geologische ontdekkingen.

De eerste hypothese is gebaseerd op de vondst in Siberië van vulkanische activiteit aan het einde van het Perm. Alles wijst erop dat het daarbij gaat om de grootste uitbarsting die ooit op land heeft plaatsgevonden. Wie zich het effect op het klimaat voor de geest haalt van de uitbarsting van de Tambora in 1815, met het uitvallen van de oogst in New England aan de andere kant van de wereld, zal zich kunnen voorstellen dat een dergelijke eruptie grote gevolgen moet hebben gehad. Het zonlicht werd langdurig door de in de atmosfeer uitgeworpen stofwolken getemperd en de gemiddelde temperatuur op aarde was lange tijd verlaagd. Hoe dat een massaal uitsterven van het leven in zee tot gevolg had, blijft echter een punt van speculatie.

Exotischer

De tweede hypothese, die naar buiten werd gebracht op de jaarlijkse bijeenkomst van de Geological Society of America, is haast nog exotischer, nog angstaanjagender en nog bedreigender. Dat laatste vooral in het kader van de huidige inzichten in de wereldwijde invloed die het grootschalig verstoken van fossiele brandstoffen heeft op ons leefmilieu.

Het begon allemaal met een stuk kalksteen dat dateerde van het einde van het Perm. Het vertoonde een onregelmatige, gelaagde structuur, zoals die veel voorkomt bij kalkstenen uit die tijd. Zulke structuren ontstaan gewoonlijk door de werking van primitieve blauwgroene algen, die sediment vangen en langzamerhand een onregelmatige opeenstapeling vormen die door paleontologen als 'stromatoliet' wordt aangeduid.

Twee paleontologen die het stuk kalksteen in handen kregen, constateerden echter dat er geen sprake was van algen; samen met een sedimentoloog kwamen ze tot de conclusie dat de kalksteen moest zijn gevormd door chemisch neerslag, zonder tussenkomst van een levend organisme. Een dergelijke neerslag is niet alleen nu zeer uitzonderlijk (het gebeurt op enkele plaatsen op de Bahamabank, in de Kara Bogaz Gul aan de oostzijde van de Kaspische Zee en in sommige sebkha's langs de Perzische Golf), maar was dat ook in het Perm.

Omdat kalkneerslag in ondiepe zeeën vereist dat de hoeveelheid opgelost koolzuurgas aanzienlijk hoger is dan thans het geval is, onderzochten de betrokkenen of dat tijdens het Perm het geval kon zijn geweest.

Bekend is dat het klimaat op aarde tijdens het grootste deel van het Perm warm was en dat er geen of nauwelijks polaire ijskappen waren. Die konden dus ook geen koud smeltwater naar de diepzee laten zakken (zoals nu bij Antarctica gebeurt). Er was dus ook geen mechanisme dat de watermassa's in de diepzee in beweging kon brengen.

Ook uitwisseling tussen zuurstofrijk oppervlaktewater en zuurstofarm dieptewater kon door gebrek aan convectie nauwelijks optreden. Aan het zee-oppervlak onttrok fytoplankton koolzuurgas aan de atmosfeer; bij afsterven zonk het naar de bodem, waar het ging rotten en de nog aanwezige zuurstof omzette in koolzuurgas. In feite was er dus een mechanisme dat koolzuurgas uit de atmosfeer naar de diepzee pompte.

Convectiestromen

De onttrekking van koolzuurgas aan de atmosfeer leidde tot een soort omgekeerd broeikaseffect, wat zou hebben geleid tot de permische ijstijden. Daarbij ontstonden polaire ijskappen, en tenslotte oceanische convectiestromen die werden ingezet door het wegzakken van koud polair water. Door deze convecties kwam in betrekkelijk korte tijd de grote hoeveelheid koolzuurgas uit de diepzee weer vrij. Een deel kwam in de atmosfeer terecht, maar een deel verbleef ook in de ondiepe kustwateren, waar de hoge concentratie chemische neerslag van kalk mogelijk maakte: de genoemde kalksteen aan het einde van het Perm. Een ander gevolg was dat het dierlijk leven op grote schaal werd verstikt door de plotseling hoge concentratie koolzuurgas.

Het lijkt een gewaagde hypothese, maar er zijn wel degelijk aanwijzingen dat een dergelijke serie gebeurtenissen kan hebben plaatsgevonden. Zo blijkt dat de geslachten van diergroepen met een hoog metabolisme (en een lagere gevoeligheid voor koolzuurgas) voor minder dan 50 procent uitstierven, terwijl dat voor groepen met een lager metabolisme (bijvoorbeeld koralen) veel hoger lag en soms 100 procent bedroeg. Verder wijst ook de verhouding van koolstof-isotopen (C/C) in de kalksteen uit die tijd erop dat het koolzuurgas een langdurige reis door de diepte maakte voor het weer naar boven kwam en in de vorm van carbonaat werd afgezet.

Deze aanwijzingen zijn nog niet voldoende om de 'oceanische CO2-ophoesting' definitief aan te wijzen als hoofdschuldige aan het massale permische uitsterven. Mogelijk speelde het proces een rol of speelde de hiervoor genoemde vulkaanuitbarsting ook een rol, mogelijk versterkten ze elkaars effect. Of waren er toch andere oorzaken. In elk geval zet de hypothese aan het denken over de opslag van CO2 in de oceanen. Nu prijzen we ons gelukkig dat de helft van de uitgestoten kooldioxide door de diepzee wordt opgenomen. Dat vermindert het broeikaseffect. Maar een groot reservoir herbergt dus ook gevaren.