Een team aardwetenschappers heeft een nieuwe methode ontwikkeld om het wereldwijde zeespiegelniveau te reconstrueren tot diep in de geologische tijd. Tot nu toe gebruikte men daarvoor informatie over de platentektoniek. Maar in deze nieuwe studie is ook de invloed van landijs meegenomen. Dat heeft ons in staat gesteld tot 540 miljoen jaar terug in de tijd te blikken. "Het is de enige reconstructie ter wereld in zijn soort die zo ver terug in de tijd gaat. Vooralsnog is nu de grens bereikt van wat we nog kunnen achterhalen," zegt dr. Douwe van der Meer, hoofdauteur van deze studie die in het internationale vakblad Gondwana Research is gepubliceerd.

Auteurs origineel artikel: Douwe G. van der Meer, Christopher R Scotese, Benjamin J.W. Mills, Appy Sluijs, Aart-Peter van den Berg van Saparoea, Ruben M.B. van de Weg. Auteur persbericht Universiteit Utrecht: Stephan van Meulebrouck. Edits op GondwanaTalks: Kathelijne Bonne. 

Het bepalen van de zeespiegelschommelingen in het geologische verleden is van groot belang om natuurlijke klimaatverandering vóór de komst van de mens te begrijpen, en hoe land en zee over de aarde verspreid lagen. Want dat verandert met de tijd en heeft verstrekkende gevolgen op de aarde als systeem en al haar bewoners. 

Sinds de jaren zeventig werden deze globale zeespiegelveranderingen geschat door sedimenten te bestuderen die aan de randen van de continenten zijn afgezet, bijvoorbeeld in de Noordzee. De opstapeling van die sedimenten toont hoe hoog of laag de zeespiegel op een bepaald moment stond.

Maar de laatste jaren werd steeds meer duidelijk dat deze methode ontoereikend is. Zo kunnen bijvoorbeeld het op en neer bewegen van de aardkorst zelf, net zo groot zijn als de globale zeespiegelveranderingen. De effecten van de platentektoniek dienen dus ook meegenomen te worden in de berekening van het zeeniveau.

Grote badkuip voor dino's

"De oceaan is te vergelijken met een grote badkuip", vertelt dr. Douwe van der Meer, gastonderzoeker aan de Universiteit Utrecht. "Platentektoniek bepaalt de diepte van de oceanen. Als de 'badkuip' ondieper wordt, zal het water hoger komen. Maar er is nog een ander effect.

IJs op de continenten zorgt ervoor dat er wat minder water in de oceaan is. Maar als dat allemaal smelt, stijgt het 'badwater'." Beide effecten zorgden ervoor dat ten tijde van het Krijt (66-145 miljoen jaar geleden) het zeeniveau meer dan 200 meter hoger was dan nu. De 'badranden' oftewel de kuststreken stroomden toen over. Dinosaurussen hadden daarom minder land en meer water tot hun beschikking dan wanneer ze nu geleefd zouden hebben.

Oude of jonge oceaankorst?

Eerder al bedacht Van der Meer met andere aardwetenschappers een nieuwe manier om de zeespiegel te reconstrueren aan de hand van strontium-isotopen: dat zijn radioactieve elementen die van nature voorkomen in gesteenten, in variërende concentraties. De oceaankorst bestaat uit basalt, en dat bevat strontium. Door oplossing van basalt in de zee komt de strontium vrij in het water. Dit wordt opgenomen in de kalkskeletten van bijvoorbeeld plankton, en wordt vervolgens op de bodem afgezet in kalksteen. 

Maar in basalt zit er minder radioactief strontium dan in de gesteenten van oude continenten (op het land), zoals graniet. De hoeveelheid strontium-isotopen in kalksteen zegt dus iets over het aandeel 'jonge' oceaankorst aan het aardoppervlak. En als je weet hoeveel jonge oceaankorst er was op een bepaald moment, kun je daaruit de toenmalige zeespiegel afleiden. Hoe doet men dat?

"Een jonge aardkorst is relatief warmer dan een oudere aardkorst. Die laatste is door zijn afkoeling wat gekrompen en heeft daarmee een hogere dichtheid dan jonge aardkorst." Met andere woorden, jongere oceaankorst is lichter en zorgt daarmee voor minder diepe oceanen dan oudere oceaankorst. Aangezien de totale hoeveelheid water op aarde altijd ongeveer hetzelfde is geweest, zal de zeespiegel hoger zijn bij een jongere gemiddelde leeftijd van de globale oceaankorst."

Voor het Krijt betekende dat alleen al een zeespiegelstijging van 150 meter." Door hoge platentektonische activiteit werd er in die periode veel oceaankorst gevormd, en was er dus veel 'jong' basalt.

IJsvrij

Ook de hoeveelheid ijskappen werd in rekening gebracht bij het reconstrueren van de zeespiegel. Op basis van een recente reconstructie van het klimaat (gemiddelde temperatuur) door de tijd heen, én de positie van de continenten ten opzichte van de polen, werd een schatting gemaakt van de locatie en het volume van continentaal ijs. De aan- of afwezigheid van dat landijs is, in tegenstelling tot drijvend zee-ijs, van grote invloed op het zeeniveau.

In het Krijt was het gemiddeld een stuk warmer dan nu. Daardoor waren de polen nagenoeg ijsvrij. Al dat gesmolten ijs zorgde voor 70 meter zeespiegelstijging. Van der Meer: "Wanneer je daar de effecten van de platentektoniek bij optelt, kom je voor het Krijt uit op een zeespiegel die tot wel 220 meter hoger was dan nu het geval is.

Dit was het hoogste niveau voor zover we konden terugkijken in de tijd, tot 540 miljoen jaar geleden."

In de meest recente afgelopen paar miljoen jaar, hebben we tijdens de IJstijden een heel laag zeeniveau gehad. Ook tijdens het Carboon, zo'n 300 miljoen jaar geleden, stond de zeespiegel zeer laag. Toen waren er nog grotere ijskappen dan nu in combinatie met een lage plaattektonische activiteit.

Zijn er fossielen? 

De temperatuurreconstructie (en de daarvan afgeleide ijsreconstructies) waarop dit onderzoek gebaseerd is gaat niet verder terug in de tijd dan de laatste 540 miljoen jaar, de tijd van het Cambrium. "Want voor dat soort reconstructies heb je onder andere fossielen nodig van min of meer geavanceerde levensvormen, waaruit je weer andere zaken kunt afleiden. Maar die levensvormen ontstonden pas 540 miljoen jaar geleden, tijdens de zogenaamde 'Cambrische explosie' van leven. Door een gebrek aan voldoende fossielen en andere klimaatindicatoren kunnen we dus niet verder, op dezelfde gedetailleerde manier, terugkijken."

De studie laat nog maar eens zien wat er gebeurt wanneer het landijs smelt. "Waarbij je moet bedenken dat dit in het verre verleden veel meer tijd in beslag nam dan tijdens de huidige, door de mens veroorzaakte klimaatverandering."

--------

Verwante artikels: 

• De platentektoniek: rupsbanden van de planeet.
• De Middellandse Zee verdampte bijna volledig tijdens de Messiniaanse Crisis
• De Tethyszee: de verdwenen oceaan ligt nu in de bergen. 
• Antropogene vs natuurlijke klimaatverandering: welke is het snelst?

Bronnen:

Universiteit Utrecht persbericht (Douwe et al.) "Zeespiegelniveau door platentektoniek en ijskappen tot 540 miljoen jaar terug bepaald", 29/08/2022.  

Douwe G. van der Meer, Christopher R. Scotese, Benjamin J.W. Mills, Appy Sluijs, Aart-Peter van den Berg van Saparoea, Ruben M.B. van de Weg, 'Long-term Phanerozoic global mean sea level: Insights from strontium isotope variations and estimates of continental glaciation', Gondwana Research, https://doi.org/10.1016/j.gr.2022.07.014

Hoofdauteur: dr. Douwe van der Meer, geofysicus en gastonderzoeker aan de Universiteit van Utrecht. 

Laatste artikels GondwanaTalks:

Vind je dit goed leesvoer? Ontvang een update voor elk nieuw artikel (om de zoveel weken / geen andere reclame)