Opinie

Terugkijken naar een miljoenen jaren oud klimaat

Paleoklimatologie Het bepalen van de concentratie kooldioxide in het Mioceen en het Eoceen lukt niet met ijskernen. Dankzij een bijzondere eigenschap van dinoflagellaten, algen die miljoenen jaren geleden al leefden, lukt dat toch, schrijft paleoklimatoloog Appy Sluijs.

Levende dinoflagellaten onder een fluorescentiemicroscoop.
Levende dinoflagellaten onder een fluorescentiemicroscoop. Foto Karen Brandenburg

Het blijft aandoenlijk: wetenschappers die zichtbaar uitzinnig van vreugde zijn over iets dat bij niemand anders ook maar enige emotie opwekt. In mijn vorige blog schreef ik over de ontdekking van de methode om de vroegere zeewatertemperatuur te reconstrueren op basis van fossiele moleculen, door Stefan Schouten en collega’s. Wat ik er niet bij vertelde is dat ze toen letterlijk juichend in het lab stonden als er weer een gemeten molecuul op de monitor verscheen.

Ik kan mij dit ontzettend goed voorstellen. Als wetenschapper ben je vaak jarenlang bezig om tot een echt nieuw inzicht te komen. Net als een topsporter die jarenlang pijn lijdt in trainingen om tijdens de Olympische Spelen de ultieme prestatie te leveren. Maar in de wetenschap gaat het dan om juristen die een slimme manier uitvinden om op Europees niveau beter samen te werken. Of om historici die plotseling verborgen boodschappen tussen de regels uit oude bronnen kunnen filteren. Of natuurkundigen die het bestaan van een elementair deeltje voorspellen of aantonen.

Jaren van een wetenschappersleven worden hierdoor opgeslokt. In mijn vakgebied worden mijn collega’s en ik razend enthousiast van twee dingen. Ten eerste als we een nieuwe manier vinden om het klimaat van het verleden te herleiden uit sedimenten. Ten tweede als we daadwerkelijk bizarre dingen leren over het verleden op basis van die technieken.

Belletjes in ijs

De afgelopen jaren zijn we in Utrecht druk bezig geweest met het ontwikkelen van een nieuwe methode om de concentratie van CO2 in de atmosfeer te reconstrueren. Dat is voor het SPANC-project belangrijk omdat we daarin de relatie tussen temperatuur en de CO2-concentratie in het Mioceen en Eoceen willen vastleggen.

Van de afgelopen miljoen jaar weten we de CO2-concentratie behoorlijk goed. Tientallen wetenschappers hebben namelijk juichend met stukken ijs uit Groenland en Antarctica in hun handen gestaan. Het ijs van Groenland en Antarctica is niets anders dan laagjes sediment van sneeuw dat er over honderdduizenden jaren is gevallen en onder het eigen gewicht is samengedrukt. Daarin zitten kleine belletjes van ingesloten lucht.

De CO2-concentratie in die belletjes is de CO2-concentratie van de atmosfeer toen het belletje werd ingesloten. Op deze manier kunnen we waarschijnlijk tot anderhalf miljoen jaar terug in de tijd. Er is wel iets ouder ijs maar geschikt voor CO2-reconstructies is dit zelden. De CO2-concentratie van de atmosfeer tijdens het Mioceen en Eoceen moeten we dus op een andere manier herleiden. #hoedan?

Mijn promovenda Mirja Hoins toonde in 2015 aan dat dit wellicht kan met fossielen van algen met de prachtige naam dinoflagellaten. Deze algen nemen CO2-moleculen op uit zeewater voor fotosynthese. Zo maken ze hun suikers en groeien ze. Maar er zijn twee dominante soorten (isotopen) van het element koolstof (C) in deze CO2-moleculen: een met de massa 12 en een met 13.

Klein probleempje: dinoflagellaten zijn microscopisch klein

Uit de kweekexperimenten van Mirja bleek dat er steeds meer 12C wordt gebruikt door de dinoflagellaten als de CO2-concentratie hoger wordt. Oftewel, hoe meer 12C er in dinoflagellaten zit ten opzichte van 13C, hoe hoger de CO2-concentratie. Nu was het onze beurt om te juichen: als we de verhouding tussen 12C en 13C in fossiele dinoflagellaten kunnen meten, dan hebben we dus een maat voor de CO2-concentratie van vroeger.

Luister ook naar deze aflevering van onze podcastserie NRC Onbehaarde Apen: Onbehaarde Apen: Hoe een kleine cel de planeet verandert
U kunt zich ook abonneren via Apple Podcasts, Stitcher, Spotify, Castbox of RSS.

Buisjes, ovens en magneten

Klein probleempje: dinoflagellaten zijn microscopisch klein en er zit niet meer dan enkele tientallen nanogram aan C in een fossiele dinoflagellaat. Niemand kon daarvan de verhouding tussen 12C en 13C meten. Maar met technicus Linda van Roij en collega Gert-Jan Reichart hebben we de afgelopen jaren een nieuwe techniek ontwikkeld zodat we dat nu wel kunnen.

Met een laser schieten we de fossiele dinoflagellaten stuk en na wat omzwervingen door buisjes en ovens en langs een magneet worden de 12C en 13C van elkaar gescheiden en de hoeveelheden ervan gemeten. We stonden letterlijk juichend in het lab als er weer een gemeten isotoop op de monitor verscheen.

Is deze methode al helemaal klaar voor gebruik? Nee. Want er zit waarschijnlijk een verschil tussen de verhouding tussen 12C en 13C van levende dinoflagellaten in zeewater en de fossielen die we ervan terugvinden in het sediment. Om dat uit te zoeken gaat postdoc Karen Brandenburg de komende jaren SPANC-experimenten doen met levende dinoflagellaten.

Ondertussen isoleren mijn studenten en promovendi alvast één voor één fossiele dinoflagellaten om ze daarna met de laser kapot te schieten. Ontzettend intensief werk. Maar ja, wie olympisch goud wil winnen of CO2 wil reconstrueren moet pijn lijden.

Met een beetje mazzel zullen ze over een paar jaar aandoenlijk staan te juichen achter de monitor als ze met behulp van fossiele moleculen en stukgelaserde dinoflagellaten de gevoeligheid van het Miocene en Eocene klimaat voor CO2 hebben gereconstrueerd.

Reageren

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