Nummulieten: wondertjes der natuur en verre herinnering aan een subtropisch Noordwest-Europa – Deel 2

Robert Speijer is professor in de geologie en paleontologie aan de KU Leuven (België). Met zijn onderzoeksgroep bestudeert hij de interactie tussen klimaatverandering en de biosfeer.

Tijdens het Eoceen Tijdvak, tussen 56 en 34 miljoen jaar geleden, konden nummulieten (zie deel 1) uitstekend gedijen in de warme ondiepe zeeën aan de rand van de voormalige Tethys Oceaan. In die tijd werd deze oude oceaan geleidelijk gesloten ten gevolge van de noordwaartse beweging van de Afrikaanse en Indische tektonische platen. De stille getuigen van het bestaan van deze oceaan en de aangrenzende ondiepe zeeën, zijn nu te vinden in gesteenten van de bergketens van de Pyreneeën in het westen tot de Himalaya in het oosten, maar ook verspreid over heel Noord-Afrika, waar destijds brede ondiepe zeeën het huidige land bedekten (zie deeptimemaps.com/global-series/ voor paleogeografische reconstructies van het Eoceen en andere geologische tijdsintervallen).

In vele delen van de warme ondiepe zeeën van het Eoceen hebben talloze nummulietenschelpen dikke sedimentlagen gevormd, vaak tot tientallen meters dik. Na begraving onder jongere sedimenten zijn deze nummulietenophopingen versteend tot harde kalksteenrotsen, die soms bijna uitsluitend uit nummulieten bestaan. Een van de prachtigste  voorbeelden van het gesteentevormend vermogen van nummulieten is te zien bij de piramiden van Gizeh bij Caïro in Egypte: veel van de enorme bouwstenen van de piramiden bestaan uit dergelijke nummulietenkalkstenen. Wellicht niet verrassend is de toepasselijke soortnaam Nummulites gizehensis, de meest voorkomende soort in deze bouwstenen (zie objekte.nhm-wien.ac.at/objekt/th1577/ob1583 voor een voorbeeld)

Verder naar het noorden, zoals in België, waren nummulieten minder talrijk en niet groter dan ongeveer 1,5 cm in diameter. Toch vormen ze oude relicten uit de tijd dat de Noordzee een permanente warme ondiepe zee was. Tegenwoordig leven nummulieten en andere fotosymbiontdragende foraminiferen in ondiepe en warme (sub)tropische zeeën, zoals het Bahama Platform, de Perzische Golf en de kustwateren rond de talrijke Indonesische eilanden. De Noordzee is momenteel ook geen geschikte habitat voor hen, maar tijdens het Eoceen was dat heel anders: de aanwezigheid van nummulieten in Eocene zanden en kleien van België, Noord-Frankrijk en Zuid-Engeland wijst erop dat de Noordzee gedurende een periode van bijna 20 miljoen jaar ook goede leefomstandigheden bood voor bepaalde nummulietsoorten. Onderzoek van KU Leuven-promovenda Lise Martens naar de chemische samenstelling van het carbonaat van nummulieten toont aan dat de gemiddelde temperatuur van het vroeg-Eocene zeewater in het zuidelijke deel van het Noordzeebekken (d.w.z. het huidige België) varieerde van 20 ^OC tot bijna 30 ^OC. Dit is een verbluffende 10 tot 20 ^OC warmer dan de huidige gemiddelde temperatuur van het Noordzeewater. Dit klinkt misschien ongelooflijk, maar als we de wereldwijde klimaatomstandigheden van die tijd in aanmerking nemen, is het niet echt verrassend. Het vroeg-Eoceen is het meest recente geologische tijdsinterval dat wordt gekenmerkt door extreme broeikasomstandigheden (hothouse). Tijdens deze hothouse waren er geen grote ijskappen aan de polen en lagen de gemiddelde oppervlaktetemperaturen wereldwijd tot ~15 ^OC hoger dan tijdens de huidige (interglaciale) ijskastomstandigheden (icehouse). Zelfs op zeer hoge breedtegraden konden veel tropische en subtropische organismen dankzij de hogere temperaturen ver buiten hun huidige geografische grenzen leven. Ellesmere Eiland bijvoorbeeld, dat deel uitmaakt van het Arctische gebied van het huidige Canada (80^O Noord!), is beroemd om zijn fossiele resten van alligators, reusachtige landschildpadden en palmbomen. Dit zijn allemaal organismen die we tegenwoordig alleen in de tropen en subtropen tegenkomen. Ellesmere Eiland is sinds het Eoceen niet noemenswaardig naar het noorden opgeschoven, wat erop wijst dat zelfs de poolgebieden het hele jaar door zeer warm en zo goed als ijsvrij geweest moeten zijn. Deze vroeg-Eocene wereldwijde warme omstandigheden worden algemeen in verband gebracht met hoge atmosferische kooldioxide niveaus, zo’n twee tot drie keer hoger dan nu.

Hoe vertaalt de informatie over de vroeg-Eocene hothouse zich nu in het huidige debat over de opwarming van de aarde? Sommigen zullen aanvoeren dat het beteugelen van de opwarming van de aarde door het verminderen van broeikasgassen een zinloze inspanning is, omdat het klimaat in het verleden altijd heeft gevarieerd, zonder dat de mens de boosdoener was. Hoewel dit misschien geloofwaardig lijkt te klinken, is dit eigenlijk een non-argument. Zelfs de snelste opwarmingen in het geologische verleden, zoals het Paleoceen-Eoceen thermisch maximum (PETM) of de overgangen van glacialen naar interglacialen tijdens het Quartair, die werden gekenmerkt door een gemiddelde opwarming van zo’n 5 graden, vonden plaats over een tijdsinterval van enkele duizenden jaren. Dit komt neer op maximaal enkele tienden van een graad mondiale temperatuurstijging per 100 jaar. De huidige opwarming van de aarde en de toekomstige prognoses variëren van 1 tot 5 graden voor de komende 100 jaar, dus we hebben momenteel te maken met een tempo van temperatuurverandering dat ongeveer tien keer hoger is dan de snelste natuurlijke opwarmingsfasen in het geologische verleden. De meeste ecosystemen en veel biologische soorten zullen waarschijnlijk niet veerkrachtig genoeg zijn om deze snelheid van verandering aan te kunnen. Om dit in het perspectief te plaatsen van het PETM, een van de belangrijkste en snelste opwarmingsfasen van de afgelopen 60 miljoen jaar: deze opwarmingsfase leidde tot grote verstoringen van mariene en niet-mariene ecosystemen (meer informatie kan hier gevonden worden: en.wikipedia.org/wiki/Paleocene%E2%80%93Eocene_Thermal_Maximum)

Toch verliep zelfs dit natuurlijke verschijnsel slechts met een snelheid van ongeveer een tiende van de huidige opwarming. Bovendien vond het PETM plaats in een wereld die al zeer warm was en waarin er geen grote poolijskappen waren. Dit betekent dat de ecosystemen relatief goed waren aangepast aan wereldwijd warme omstandigheden; dit staat in schril contrast met moderne ecosystemen, waarvan vele zijn aangepast aan gematigde tot koude condities; omstandigheden die zullen verdwijnen in een snel opwarmende wereld.

Zonder aanzienlijke vermindering van de huidige broeikasgasemissies zal de wereld van het einde van de 21^e eeuw en daarna steeds meer gaan lijken op de warme wereld van het geologische verleden. Dit zal vele gevolgen hebben, onder andere de opwarming van de polen, vooral in de zomer, een afname van zee-ijs en gletsjers, een versnelde stijging van de zeespiegel, veranderende oceaancirculatie, beperkte diepzeeventilatie, verzuring van de oppervlakteoceanen, enz. Voor mensen op hoge breedtegraden lijkt een warmere wereld misschien comfortabel: zachte winters en warmere zomers? Er zullen ook opportunistische organismen zijn die profiteren van de snelle opwarming van de aarde. Maar de overgrote meerderheid van de organismen op het land en in de zee, gaande van microben tot toppredatoren, vormen ingewikkelde ecosysteemnetwerken die deels zijn geëvolueerd onder de koele omstandigheden die sinds enkele miljoenen jaren op aarde heersen. Deze ecosystemen zullen zich niet snel genoeg kunnen aanpassen, wat zal leiden tot de achteruitgang en uiteindelijk zelfs het uitsterven van talrijke organismen. Ook aan het andere einde van het temperatuurspectrum, in de tropen, bieden de huidige processen en de geologische en fossiele gegevens geen goed nieuws. Vóór het PETM werden de tropische zeeën aan de rand van de Tethys Oceaan bijvoorbeeld gekenmerkt door ecosystemen van riffen, die enigszins lijken op die van de moderne wereld: deze riffen bestonden uit veel verschillende organismen, waaronder kolonies steenkoralen en diverse soorten algen met een kalkskelet (en vele andere organismen zoals vissen die zelden als fossiel bewaard zijn gebleven). Na het PETM en tijdens het Eoceen zijn deze organismen vrijwel verdwenen of zeer zeldzaam geworden, waardoor er veel minder biodiverse ondiepe platforms zijn ontstaan. Zoals uit bovenstaande informatie blijkt, werden deze Eocene platforms vaak gedomineerd door nummulieten en verwante fossiele groepen. In tegenstelling tot wat men zou verwachten, blijkt dat er verder weg van de hete equatoriale regio, waar de temperatuur van het zeewater milder was, nauwelijks toevluchtsoorden waren voor koraalrif-ecosystemen. Helaas is dit opnieuw geen goed nieuws voor deze zeer diverse moderne mariene ecosystemen, die nu al regelmatig te kampen hebben met oververhitte omstandigheden (mariene hittegolven tijdens El Nino-gebeurtenissen), wat leidt tot het bleken van de koraalriffen en wat in feite neerkomt op een volledige instorting van de plaatselijke ecosystemen (zie coralreefwatch.noaa.gov/satellite/analyses_guidance/global_coral_bleaching_2014-17_status.php voor meer informatie).

Tot dusver zijn veel riffen erin geslaagd zich van deze verbleking te herstellen, maar als in een opwarmende wereld te vaak verbleking optreedt, zullen de ecosystemen van de riffen niet in staat zijn zich te herstellen. Dit betekent niet alleen een verlies van koraalsoorten, maar ook een verlies van alle organismen die de koraalriffen gebruiken als kraamkamer (voor talrijke tropische vissen en schaaldieren) of als foerageergebied voor roofvissen. Deze diverse rif-ecosystemen leveren ook talrijke bekende en nog onbekende ecosysteemdiensten aan de mens, zoals bescherming van de kust bij stormen. Dergelijke ecosysteemdiensten zullen ook verdwijnen in een snel opwarmende wereld en als zodanig negatieve gevolgen hebben voor de menselijke samenleving.

Zullen er ook winnaars zijn in dit proces? Ongetwijfeld. Zelfs na de grootste massa-extincties van het geologische verleden (zoals die op de Krijt/Tertiair grens), waarbij tot 95% van alle soorten uitstierven, waren er altijd tijdelijke winnaars: opportunisten die konden gedijen bij gebrek aan concurrenten of roofdieren. Als de opwarming van de aarde zich in deze eeuw verder doorzet, kunnen sommige nummulieten of nauw verwante organismen (andere grotere benthische foraminiferen) misschien weer extreem goed gedijen, zoals tijdens de hothouse van het Eoceen.

Robert P. Speijer – Department of Earth & Environmental Sciences, KU Leuven, Belgium