Diepzee sedimentmonsters onthullen belangrijke ecologische veranderingen voor het opwarmingsgebeuren van 56 miljoen jaar geleden

Veranderingen in calcareous nannofossielgemeenschappen tijdens het laat paleoceen en vroege eoceen in relatie tot de bulk sediment δ13C curve.

Een groot deel van de kooldioxide-emissies die momenteel door menselijke activiteiten in de atmosfeer worden vrijgegeven, wordt door de oppervlakteoceaan geabsorbeerd, waardoor deze zuurder wordt. Dit heeft gevolgen voor de kleine organismen, zoals plankton, die aan de basis van het mariene voedselweb staan en hun thuis in de oppervlakteoceaan hebben. Het fossielenarchief kan ons vertellen hoe deze plankton reageerden tijdens oude perioden van klimaatverandering die ook gepaard gingen met verhoogde kooldioxide-emissies.

Een dergelijk evenement is de Paleoceen-Eoceen Thermale Maximum (PETM), ongeveer 56 miljoen jaar geleden, dat kan dienen als een casestudy voor de nabij-toekomstige klimaatverandering als de kooldioxide-emissies blijven toenemen. Honderden diepzeesedimentarchieven die de PETM beslaan, onthullen wereldwijde veranderingen in plankton gemeenschappen als gevolg van de opwarming van het zeeoppervlak en oceanische verzuring.

Phytoplankton in hoge breedtegraden bijzonder gevoelig voor klimaatverandering

Een team van onderzoekers van MARUM, Universiteit van Bremen, heeft nu onderzocht hoe hoge breedtegraden phytoplankton gemeenschappen reageerden op de opwarming tijdens de PETM. Het bestuderen van gemeenschappen in hoge breedtegraden is bijzonder belangrijk omdat ze historisch gezien onderbelicht zijn en waarschijnlijk bijzonder gevoelig zijn voor door mensen veroorzaakte klimaatverandering.

De focus van de studie, gepubliceerd in Communications Earth & Environment, lag op diepzeesedimentkernen van het Campbell Plateau in de Zuidelijke Oceaan, die zijn verzameld tijdens de International Ocean Discovery Program (IODP) Expeditie 378.

In hun studie, gebaseerd op de gefossiliseerde resten van calcareous nanoplankton—microscopisch kleine, eencellige algen die fotosynthetiseren in de oppervlakteoceaan en calciumcarbonaat (bijv. kalk) schalen produceren—was het team in staat om veranderingen in hun gemeenschapsamenstelling zowel vóór als tijdens de PETM te reconstrueren.

“Bepaalde nanoplanktonsoorten geven de voorkeur aan warmer water met minder voedingsstoffen, terwijl andere alleen kunnen overleven in kouder, voedingsstofrijker water. Daarom hebben grote opwarmingsevents zoals de PETM echt invloed op welke soorten gedijen en welke niet. Dit kan worden waargenomen in het nanofossielarchief door te tellen hoeveel van elke soort er zijn en hoe dit in de tijd verandert,” legt eerste auteur Dr. Heather L. Jones uit.

Kleine veranderingen kunnen dramatische gevolgen hebben voor mariene ecosystemen

Verrassend genoeg tonen de resultaten van de studie van het onderzoeksteam aan dat de PETM niet zo’n grote invloed lijkt te hebben gehad op de nanoplankton gemeenschappen als verwacht. Ze schrijven dit toe aan een voorafgaande, kleinere opwarmingsevent, waarvan zij voorstellen dat deze de nanoplankton gemeenschappen ongeveer 200.000 jaar vóór de PETM al had gedestabiliseerd.

“De meeste studies richten zich alleen op het PETM-evenement zelf en niet op de langere termijn voorafgaand daaraan,” legt Dr. Jones uit. “Het onderzoeken van deze achtergrondintervallen is echter absoluut cruciaal om te bepalen in hoeverre opwarmingsevents daadwerkelijk ecosysteemveranderingen hebben aangedreven.”

“In het geval van onze studie lijken de omgevingsomstandigheden vóór het evenement niet volledig stabiel te zijn geweest, wat een directe invloed had op hoe nanoplankton reageerde op de PETM. Dit benadrukt ook dat zelfs relatief kleine omgevingsveranderingen dramatische gevolgen kunnen hebben voor mariene ecosystemen op bepaalde locaties, wat belangrijke implicaties heeft voor de huidige, sterk regionale effecten van moderne klimaatverandering.”

Aangezien de huidige studie de eerste is die dit pre-PETM-evenement formeel documenteert, is de wereldwijde betekenis ervan onzeker. Het legt daarom de basis voor toekomstige studies die gebruik kunnen maken van het uitgebreide archief van legacy diepzeesedimentkernen—zoals die in het Bremen Core Repository (BCR) in MARUM—om dit nieuw beschreven evenement in verschillende oceaanbassins te identificeren.