Oud klimaatgeheim in streepjesberg

Geologie In ijzerhoudend gesteente in Zuid-Afrikaanse heuvels is nu nog te zien hoe het klimaat ruim 2 miljard jaar geleden veranderde.

Afwisseling van aarde en zachte lagen in de Zuid-Afrikaanse heuvels
Afwisseling van aarde en zachte lagen in de Zuid-Afrikaanse heuvels Foto Margriet Lantink

De aarde onderging 2,5 miljard jaar geleden al regelmatige klimaatveranderingen doordat planeten en de maan de stand van de aardas en de vorm van de aardbaan rond de zon beïnvloedden. Astronomische klimaatverandering heet dat. Aardwetenschapper Margriet Lantink (Universiteit Utrecht) vond een regelmatig patroon van zachte en harde gesteentelagen in heuvels in Zuid-Afrika. Door een schommelend klimaat, denkt ze. Met collega’s uit Utrecht, Genève en Montreal publiceert ze erover in Nature Geoscience.

In de vorige eeuw berekende de Servische ingenieur Milutin Milankovic hoe de zon soms meer of minder op de aarde instraalt. De maan, Mars, Venus en Jupiter trekken aan de baan van de aarde rondom de zon, die daardoor soms ellipsvormiger, dan weer ronder is. Ook de stand van de aardas is niet altijd even schuin. Bovendien wiebelt die as een beetje tijdens het ronddraaien. Door deze drie bewegingen staat de aarde soms dichter bij of verder weg van de zon, of is hij iets meer met het noordelijk of met het zuidelijk halfrond richting de zon gekanteld. Gevolg is dat de zon soms sterker of minder sterk op aarde straalt. Dat resulteert in droge, natte of extreem koude perioden.

Planeetsysteem is onvoorspelbaar

Er zit regelmaat in die klimaatschommelingen. „De bekende Milankovic-cycli duren 21.000, 41.000, 100.000, 400.000 jaar en 2,4 miljoen jaar”, zegt Lantink. „Maar planeten bewegen zich chaotisch. Daardoor kan de lengte van sommige cycli variëren.” Met computermodellen kun je de baan van de aarde en de stand van de aardas terugberekenen, maar veel verder dan 60 miljoen jaar terug kom je niet. Het planeetsysteem is daar te onvoorspelbaar voor.

„De enige manier om verder terug te kijken is door gebruik te maken van gesteentelagen”, zegt Lantink. Daarin zit informatie over het klimaat van toen het gesteente zich vormde. Lantink bestudeerde daarom zogeheten banded iron formations: geologische formaties waarin strepen rossig ijzeroxide en bruingrijs ander gesteente elkaar afwisselen. Zij onderzocht zulke formaties in Zuid-Afrika, in een heuvelachtig gebied tussen de plaatsen Kuruman en Prieska, waar veel ijzererts gemijnd wordt. Het gesteente is gevormd in het Neoarcheïcum en Paleoproterozoïcum, 2,8 tot 2,4 miljard jaar geleden (de aarde is 4,5 miljard jaar oud). De atmosfeer bevatte nog geen zuurstof, de zeespiegel was hoog en er lag niet veel land boven water. Vulkaanuitbarstingen zorgden voor een hoge concentratie van opgelost ijzer in het zeewater.

In ondiepe zeeën bij de kust leefden al eencellige organismen die aan fotosynthese deden, waarbij zuurstof vrijkwam. Die reageerde met het opgeloste ijzer in het zeewater, waardoor het ijzer naar de bodem zakte en later het ijzergesteente zou vormen.

Zacht en weggesleten

In die Zuid-Afrikaanse heuvels zag Lantink een regelmatig patroon in de gesteentelagen. Sommige lagen waren harder en staken duidelijk uit in het landschap, andere waren juist zacht en daardoor weggesleten. Ze ontdekte dat het patroon zich elke 5 en elke 20 meter herhaalde. Lantink wijt dat aan klimaatschommelingen die elke 400.000 jaar en elke 1,6 miljoen jaar terugkwamen. De cyclus van 400.000 jaar is nu nog steeds aanwezig. Maar de cyclus die toen 1,6 miljoen jaar duurde, duurt nu 2,4 miljoen jaar, vertelt Lantink, door chaotisch gedrag van planeten in het zonnestelsel.

Hoe het klimaat 2,5 miljard jaar geleden precies veranderde is nog niet duidelijk. „Wanneer de zon meer op het noordelijk halfrond instraalde, leidde dat mogelijk tot een sterkere moesson, meer regenwater de zee in. Dit veranderde de oceaanstroming, waardoor er dan extra veel ijzeroxide op de zeebodem terechtkwam.” Of dat leidde tot harder of zachter gesteente is nog ongewis.