Opinie

Texelse thermometer voor miljoenen jaren oud zeewater

Paleoklimaatonderzoek Archaea werden altijd gezien als archaïsche overblijfselen uit een ver verleden. Maar ze blijken nog steeds overal in de oceanen rond te dobberen. Ze bieden volgens Appy Sluijs de mogelijkheid om de temperatuur van het zeewater te reconstrueren.

Kleine stukjes plastic in de oceaan.
Kleine stukjes plastic in de oceaan. Foto iStock

Hoe hing de CO2-concentratie in het Mioceen en Eoceen samen met temperatuur? Dat is de belangrijkste vraag die we in SPANC, een met Europees geld gefinancierd onderzoek naar klimaatgevoeligheid, stellen. Maar hoe beantwoord je zoiets? Niemand was erbij. En de logboeken met klimaatdata van de primaten die toentertijd de aarde bevolkten hebben we nog niet teruggevonden.

Nu denkt u, ‘flauw grappie Appy, die primaten waren nog niet zo slim als wij nu’. U heeft daar waarschijnlijk gelijk in. Maar stel je voor dat ze wél logboeken met klimaatdata volschreven, zouden we die terugvinden? Hoe zeldzaam zijn geschreven bronnen uit de oudheid van ‘slechts’ duizenden jaren oud? Bijna alles is sindsdien vergaan. Hoe groot is dan de kans dat er iets is overgebleven van miljoenen jaren oude geschriften van onze verre familieleden?

Niet zo groot. Sterker nog, mijn collega-klimaatwetenschapper Gavin Schmidt (directeur van NASA’s Goddard Institute for Space Studies) stelde onlangs met co-auteur Adam Frank in dit artikel de vraag of het mogelijk is dat massa-extincties in het geologisch verleden veroorzaakt zijn door intelligent leven dat een industriële samenleving had opgebouwd op basis van fossiele brandstoffen. Wat zouden we daar in sedimenten van terugvinden? Zijn conclusie: bar weinig.

Het enige aanwijsbare verschil met nu is dat we in de oude sedimenten geen stukjes plastic terugvinden. Intelligent leven dat over tien miljoen jaar een boorkern in de zeebodem neemt zal deze bij de vleet aantreffen in sedimenten die vandaag de dag worden afgezet. En, meldt Gavin er wat pessimistisch bij op, wat radioactieve elementen als ons nog een nucleaire catastrofe te wachten staat.

Een methode ‘uitvinden’

We moeten het doen met wat we in sedimenten terugvinden. Hoe halen we daar informatie over temperatuur en de CO2-concentratie uit? Dit soort methoden moet net als de echte thermometer worden ‘uitgevonden’. Een van de methoden die we in SPANC gaan gebruiken is ontwikkeld in de onderzoeksgroep van Stefan Schouten en Jaap Sinninghe Damsté bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee, afdeling Texel.

Lees ook: Hoe Appy Sluijs Europese financiering ontving

Daar wordt onderzoek gedaan naar moleculen die worden gemaakt door allerlei organismen die in sedimenten teruggevonden worden om daarmee het verleden te reconstrueren. In deze groep werkt ook Ellen Hopmans, die een achtergrond heeft in de studie van veel grotere moleculen, eiwitten, en daarvoor andere instrumenten gebruikte dan de aardwetenschappelijk-georiënteerde Jaap en Stefan.

Toen Ellen, Stefan en Jaap de moleculen uit mariene sedimenten hiermee analyseerden vonden ze iets onverwachts: in de sedimenten, en dus ook in de oceaan daarboven, zat een kakofonie van verschillende moleculen afkomstig van archaea, één van de drie domeinen van het leven (naast bacteriën en eukaryoten).

Mariene sedimenten

Dat was onverwacht omdat archaea tot dan toe werden gezien als archaïsche overblijfselen uit een ver verleden toen leven aangepast moest zijn aan extreme omstandigheden. Ze waren vooral bekend uit hete vulkanische bronnen zoals in Yellowstone. En nu bleken ze opeens overal in de oceanen van vandaag rond te dobberen. Eigenlijk bizar dat we dit tot twintig jaar geleden totaal niet wisten. We weten het nu pas omdat nooit eerder iemand had bedacht om mariene sedimenten te gaan meten met eiwit-technieken. Kun je dat iemand kwalijk nemen? Blijkbaar heb je daar toch briljante wetenschappers als Ellen, Stefan en Jaap voor nodig.

Archaea werden altijd gezien als archaïsche overblijfselen uit een ver verleden

Stefan, Jaap en Ellen ontdekten ook dat de hoeveelheid van die verschillende moleculen niet overal hetzelfde is. In koude gebieden vind je meer van het ene, en in warme gebieden meer van het andere molecuul. Dat is ook niet zo gek. Archaea produceren die moleculen om hun celmembraan, de buitengrens van de cel, te maken. En zo’n cel neemt dingen op uit zeewater maar wil ook afvalstoffen kwijt. Dat gaat nu eenmaal anders in warm dan in koud water en dus passen de archaea de samenstelling van hun celmembraan aan de zeewatertemperatuur aan, door meer van het één dan van het andere molecuul in te bouwen.

Chauvinisme

Stefan en collega’s toonden in 2002 aan dat de verhouding tussen de verschillende moleculen gemeten in de bovenste laag (de laag die vandaag de dag wordt afgezet) van vele zeebodems rond de wereld prachtig correleert met de temperatuur van het zeeoppervlak. Omgekeerd werkt het ook: de verhouding tussen die moleculen in sedimenten die in het verleden werden afgezet levert dus informatie op over de temperatuur van het toenmalige zeewater. En, deze moleculen blijven tientallen miljoenen jaren bestaan in de zeebodem. Een nieuwe methode was geboren, een paleothermometer genaamd TEX86. Formeel betekent dit: ‘TetraEther indeX of tetraethers consisting of 86 carbon atoms’. Maar uiteraard refereert TEX86 eigenlijk naar Texel, waar deze nieuwe proxy werd ontwikkeld. Een mooi stukje Texels chauvinisme.

Voor SPANC heb ik instrumenten gekocht waarmee we TEX86 kunnen meten. Dit is pure scheikunde. Eerst worden de moleculen uit het sediment gehaald, dan worden de verschillende moleculen gescheiden en dan worden ze geteld. Dit gaat door middel van extractie en separatie, en vervolgens met vloeistofchromatografie en massaspectrometrie. Het heeft wat om het lijf gehad (we mogen Ellen gelukkig bellen als we analytische vragen hebben; zij kent deze instrumenten beter dan de fabrikant) maar inmiddels hebben we de eerste monsters geanalyseerd.

Alles staat dus op de rit voor duizenden TEX86-analyses om de temperatuur van de vroegere oceanen te reconstrueren. In januari gaat een technicus daarmee aan de slag. In het voorjaar komt er nog een analist bij. En in de loop van komend jaar gaan er ook twee promovendi aan de slag: een om de relatie tussen de CO2-concentratie en temperatuur tijdens het Mioceen vast te leggen, en een tijdens het Eoceen. Wie weet vinden zij straks toch nog de stukjes plastic die hen, samen met Gavin Schmidt, wereldberoemd zullen maken.

Reageren

Reageren op dit artikel kan alleen met een abonnement. Heeft u al een abonnement, log dan hieronder in.