Permische massa-extinctie verbonden met wereldwijde temperatuurstijging van 10°C die ecosystemen op aarde hervormde

Massale uitsterving en klimaatverandering

De massale uitsterving die het Permische geologische tijdperk, 252 miljoen jaar geleden, beëindigde, heeft het merendeel van de dieren op aarde uitgeroeid. Gigantische vulkanen barstten uit en stootten 100.000 miljard metrische ton kooldioxide in de atmosfeer uit. Dit destabiliseerde het klimaat en de koolstofcyclus, wat leidde tot dramatische wereldwijde opwarming, zuurstofarme oceanen en massale uitsterving.

Desondanks overleefden veel planten, wat resulteerde in fossielen die wetenschappers hebben gebruikt om een dramatische stijging van 10°C in de wereldwijde temperaturen in kaart te brengen. “Hoewel de gefossiliseerde sporen en pollen van planten uit het Vroeg-Trias geen sterke aanwijzingen bieden voor een plotseling en catastrofaal verlies van biodiversiteit, ondervonden zowel mariene als terrestrische dieren de zwaarste massale uitsterving in de geschiedenis van de aarde,” verklaarde Dr. Maura Brunetti van de Universiteit van Genève, hoofdauteur van het artikel.

“Het leven op aarde moest zich gedurende verschillende miljoenen jaren aanpassen aan herhaalde veranderingen in het klimaat en de koolstofcyclus na de Perm-Trias grens. Onze studie koppelt macrofossiel samenstellingen van landplanten aan numerieke simulaties die mogelijke klimaten van het late Perm tot het vroege Trias beschrijven. We tonen aan dat de verschuiving van een koud klimaat naar een klimaat met een gemiddelde oppervlaktetemperatuur van ongeveer 10°C hoger consistent is met veranderingen in plantbiomen.”

Klimatologische crisis

De wetenschappers bestudeerden vijf fasen aan weerszijden van de Perm-Trias grens: het Permische Wuchiapingian en Changhsingian, het vroege Trias Induan en Olenekian, en het middelste Trias Anisian. Ze combineerden een kaart van de geografie van de aarde uit die tijd met plantfossielgegevens, waarbij ze plantengenera toekenden aan zes belangrijke biomen om te schatten hoe het lokale klimaat eruitzag op verschillende plaatsen, gebaseerd op de daar aangetroffen planten. Veranderingen in de fossielenregistratie in de tijd dienden als observatiedata om de klimaatmodellen van de wetenschappers te testen.

Deze biomen varieerden van hete, vochtige ’tropische altijd natte’ biomen tot seizoensgebonden tropische of gematigde biomen en woestijnbiomen. Verschillende temperaturen en CO2-niveaus bevorderen verschillende biomen. In koude temperatuurstaten vertonen tropische breedtegraden woestijn, terwijl op hogere breedtegraden koude-gematigde vegetatie en toendra verschijnen. In warme staten zijn er gematigde vegetatie op polaire breedtegraden en woestijn op evenaarse breedtegraden. Hoe meer CO2 aanwezig is, hoe warmer en vochtiger de biomen zijn.

De zaden van herstel

De wetenschappers gebruikten vervolgens statistische analyse om de gelijkenis tussen de bestaande plantfossielen en simulaties van de biomen die zouden zijn opgekomen in verschillende temperatuur- en CO2-niveaus te schatten. Ze ontdekten dat deze biomen drastisch veranderden bij de Perm-Trias grens, naarmate de planeet zich van een koud klimaat naar een warm klimaat bewoog. De vroegste perioden, in het Perm, waren koud, terwijl de eerste periode van het Trias—de Induan—een verstoord klimaat had dat de wetenschappers niet konden identificeren. Dit zou kunnen worden veroorzaakt door bemonsteringsbias of slechtere fossielbehoud, of het zou te wijten kunnen zijn aan kortetermijnklimaatoscillaties die het biomen niet toestonden te stabiliseren. We hebben meer fossiele gegevens nodig om dit te verduidelijken.

Echter, de latere Trias was veel heter. De daaropvolgende perioden—de Olenekian en Anisian—stabiliseerden op temperaturen die 10 graden hoger waren dan voorheen.

Opwarming

“Deze overgang van een kouder klimaat naar een heter klimaat wordt gekenmerkt door een toename van ongeveer 10°C in de gemiddelde mondiale oppervlaktetemperatuur en een intensivering van de watercyclus,” zei Brunetti. “Tropische altijd natte en zomernatte biomen ontstonden in de tropen, ter vervanging van overwegend woestijnachtige landschappen. Ondertussen verschoven de warm-koele gematigde biomen naar de polaire gebieden, wat leidde tot de volledige verdwijning van toendra-ecosystemen.”

“De verschuiving in vegetatiebedekking kan worden gekoppeld aan kantelmechanismen tussen klimatologische evenwichtstoestanden, wat een potentieel kader biedt voor het begrijpen van de overgang tussen het Perm en het Trias,” voegde Brunetti toe.

“Dit kader kan worden gebruikt om kantelgedrag in het klimaatsysteem te begrijpen in reactie op de huidige CO2-verhoging. Als deze verhoging in hetzelfde tempo doorgaat, zullen we binnen ongeveer 2.700 jaar het niveau van de uitstoot bereiken dat de massale uitsterving aan het einde van het Perm veroorzaakte—een veel snellere tijdschaal dan de uitstoot aan de Perm-Trias grens.”

Toch zijn, net als bij het klimaat van de Induan-periode, meer gegevens en verfijndere modellen nodig voor duidelijkere resultaten. “De vergelijking tussen gesimuleerde biomen en de dataset wordt beïnvloed door onzekerheden die voortkomen uit paleogeografische reconstructies en de classificatie van fossiele assemblages in biomen,” waarschuwde Brunetti. “Bovendien is onze klimaatmodelleringsopzet afhankelijk van offline koppeling tussen modellen—het vegetatiemodel gebruikt de eindresultaten van het klimatologische model voor biomenreconstructie. Dit zou kunnen worden verbeterd met een dynamisch vegetatiemodel.”