Neutronenscanning van koraalfossielen onthult verborgen klimaathistorie van de aarde

Nieuwe methode onthult verborgen klimaatgeschiedenis van de aarde

Een student van de Universiteit van Sydney heeft een geheel nieuwe manier ontwikkeld om in koraalfossielen te kijken en zo verloren gegevens over klimaatverandering uit het verleden te herstellen.

In samenwerking met de Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO) heeft geowetenschapper Carra Williams het gebruik van neutronencomputertomografie (NCT) gepionierd om kleine, goed bewaarde zakken van koraalskelet te identificeren. Deze zakken kunnen nauwkeurige tijdlijnen van zeespiegel- en klimaatveranderingen onthullen die teruggaan tot honderden duizenden jaren.

“Deze methode opent de deur naar het herstellen van klimaatinformatie uit koraalmonsters die eens als te veranderd werden beschouwd om nuttig te zijn,” zei Williams, die een Ph.D. volgt aan de School of Geosciences van de Universiteit van Sydney in de Geocoastal Research Group.

“Door in 3D naar de fossielen te kijken, kunnen we het oorspronkelijke koraalmateriaal, aragoniet, onderscheiden van de gewijzigde vorm, calciet. Het aragoniet behoudt de beste signalen van de oceanen en klimaatcondities uit het verleden die voor ons beschikbaar zijn.”

Williams benadrukte dat door het verleden beter te begrijpen, we beter voorbereid zijn om te begrijpen hoe menselijke klimaatverandering de koraalriffen vandaag en in de toekomst zal beïnvloeden.

Coralen bouwen hun skelet uit aragoniet, een vorm van calciumcarbonaat. Na verloop van tijd verandert dit kwetsbare mineraal vaak in calciet door een proces dat diagenese wordt genoemd, waardoor veel van de oorspronkelijke informatie over het klimaat tijdens de groei van het koraal verloren gaat.

Door gebruik te maken van neutronencomputertomografie met het DINGO-neutronenbeeldinstrument van ANSTO, kon het team uit Sydney koraalmonsters scannen en in kaart brengen waar aragoniet nog aanwezig is in gewijzigde specimens, zonder de monsters te beschadigen.

In eenvoudige termen omvat NCT het richten van neutronenbundels—geproduceerd in de OPAL-onderzoeksreactor van ANSTO—door de koraalfossielen om beelden van hun interne structuren te creëren, vergelijkbaar met hoe röntgenfoto’s of CT-scans worden gebruikt om in het menselijk lichaam te kijken.

De scans onthulden verborgen aragonietzones, wat bewees dat zelfs eerder “ondateerbare” fossielen nog steeds waardevolle informatie kunnen opleveren. “Dit is als het vinden van intacte pagina’s in een anders verweerd boek,” zei Williams.

“Die zeldzame secties van origineel aragoniet stellen ons in staat om onze gegevens over hoe riffen en oceanen reageerden op belangrijke milieuwijzigingen in het verleden uit te breiden en te versterken. Dat kader is cruciaal voor het beoordelen van hoe de huidige riffen zullen omgaan met snelle opwarming en zeespiegelstijging.”

Het project staat onder leiding van professor Jody Webster, een wereldautoriteit op het gebied van de geschiedenis van koraalriffen. Hij zei dat de nieuwe aanpak het potentieel heeft om de manier waarop wetenschappers de gegevens van oude klimaten reconstrueren, te transformeren.

“Koraalriffen zijn een van de meest gevoelige archieven van milieuwijzigingen,” aldus professor Webster. “Door neutronen te gebruiken om in hun fossielen te kijken, kunnen we gegevens ontsluiten die duizenden jaren verborgen zijn geweest. Dit zal ons helpen de drempels en kantelpunten te begrijpen waarmee riffen in het verleden te maken hadden—vitale kennis nu de door mensen veroorzaakte klimaatverandering versnelt.”

Het onderzoek toont het eerste gebruik van NCT aan om fossiele koralen te screenen voor klimaat- en dateringsstudies. In tegenstelling tot röntgenfoto’s, die alleen dichtheidscontrasten tonen, zijn neutronen zeer gevoelig voor waterstof, waardoor ze ideaal zijn voor het detecteren van aragoniet, dat meer water en organisch materiaal bevat dan calciet. Het resultaat is een heldere 3D-kaart van minerale fasen binnen een koraalkern zonder deze open te snijden.

De studie analyseerde vier koraalmonsters, waaronder een kalibratiemonster van modern koraal van One Tree Reef bij het onderzoeksstation van de Universiteit van Sydney op One Tree Island. De geologische monsters omvatten een recent fossiel van Muschu Island in Papoea-Nieuw-Guinea van ongeveer 1650 jaar geleden, een monster uit het Laat-Pleistocene tijdperk dat meer dan 40.000 jaar oud is van Ashmore Reef op het Northwest Shelf, en een fossiel uit het Midden-Pleistocene tijdperk van het Groot Barrièrerif dat ongeveer 600.000 jaar oud is.

De studie markeert een belangrijke samenwerking tussen de Universiteit van Sydney en ANSTO, de nucleaire wetenschapsorganisatie van Australië. Het werk benadrukt de Universiteit van Sydney als een plek waar studenten wereldprimeurs kunnen leiden met wereldwijde impact.

“Het is spannend om te zien dat een Ph.D-student zo’n innovatieve wetenschap aanstuurt,” zei professor Webster. “Carra’s werk toont de kwaliteit van het onderzoeksprogramma dat we aanbieden—het combineren van baanbrekende technologie met grote vragen over de toekomst van de mensheid.”