David De Vleeschouwer bij een metersdikke zwarte schalielaag uit het Devoon in Alberta

Hoe de aarde precies rond de zon draait, heeft massa-uitsterven op aarde beïnvloed

De grote uitstervingsgolf van 374 miljoen jaar geleden is sterk beïnvloed door twee cycli, die eigenlijk een eerste en een tweede uitstervingsgolf veroorzaakten. De baan van de aarde was niet de oorzaak, maar heeft wel mee de ideale omstandigheden geschapen, zegt onderzoeker David De Vleeschouwer van de VUB. Bij de "uitsterfronde" verdween in 600.000 jaar tijd bijna 80 procent van alle leven op aarde, omdat het zuurstofgehalte in de zeeën dramatisch daalde.  

Onderzoek dat cyclische klimaatveranderingen linkt aan astronomische parameters, zoals de excentriciteit van de baan van de aarde rond de zon, werpt een nieuw licht op de grootste massa-extinctie die onze planeet ooit heeft meemgemaakt, zo'n 374 miljoen jaar geleden. Toen verdween in een periode van 600.000 jaar tijd bijna 80 procent van alle leven op aarde.

Het onderzoek, met daarbij VUB-alumnus David De Vleeschouwer, nu postdoctoraal vorser aan de universiteit van Bremen, is verschenen in Nature Communications. Klik hier om het volledige rapport op Nature.com te lezen.

Het begon met dominante landplanten

De vermoedelijke oorzaak van de massa-extinctie was het dramatisch dalen van het zuurstofgehalte in de oceanen. De daling werd veroorzaakt door een samenloop van omstandigheden. De aarde kende toen, in de geologische periode die we het Devoon noemen, een snelle en intensieve kolonisatie van het oercontinent door landplanten. Het Devoon had immers een warm klimaat en een hoog zeeniveau.  

Daardoor kwamen immense hoeveelheden plantenmateriaal in de oceaan terecht. De afbraak van die biomassa slorpte zoveel zuurstof op, dat het oceaanleven quasi onmogelijk werd. De Vleeschouwer en een internationaal team van Belgische, Amerikaanse en Chinese geologen ontdekten dat het cyclische karakter van de variaties in de vorm van de baan van de aarde rond de zon gebruikt kan worden om te meten hoe snel de massa-extinctie plaatsvond.  

100.000 en 405.000 jaar

Wanneer de aardbaan een perfecte cirkel benadert, dan is de excentriciteit van de aardbaan laag. Wanneer de aardbaan meer ellipsvormig is, dan is de excentriciteit hoog. Astronomen berekenden dat de excentriciteit van de aardbaan ritmisch varieert, met een dubbele periodiciteit van 100.000 en 405.000 jaar.

De Vleeschouwer en zijn team gebruikten de afspiegeling van deze cycli in de geologische gesteenten als een chronometer, en concludeerden zo dat een eerste uitsterfgolf plaatsvond 600.000 jaar voor een tweede, nog zwaardere golf. De twee golven passen perfect binnen het cyclostratigrafisch model dat ze uitwerkten.

De aardbaan was niet de oorzaak, maar heeft de massa-extinctie wél bevorderd

"De massa-extinctie werd bespoedigd door de circulaire baan van de aarde rond de zon", verduidelijkt De Vleeschouwer. "Maar de oorzaak van het massaal verdwijnen van soorten is toch met grote waarschijnlijkheid de oververzadiging van de oceanen met plantenmateriaal op datzelfde moment."

De geologische bewijzen daarvan zijn terug te vinden in twee lagen zwarte schalie, een sedimentair gesteente dat ook in België te vinden is. Er werden geologische lagen bestudeerd in verschillende werelddelen, van Canada over de Verenigde Staten tot in China.

Bij ons zijn de bewuste schalies onder meer te vinden in Sinsin, nabij Ciney. De donkere kleur geeft aan dat de gesteenten werden gevormd in een zuurstofarme omgeving. Bovendien zitten de gelaagde schalies vol met goed bewaarde fossielen en ander organisch materiaal, precies omdat het rottingsproces door gebrek aan zuurstof niet op gang kwam.

De astronomische omstandigheden hebben de ideale omstandigheden gecreëerd

"De vorming van de jongste zwarte schalielaag valt volledig binnen een 405.000 jaar cyclus", zegt De Vleeschouwer. "Deze laag geeft de zwaarste extinctiegolf aan. Daarna recupereerden de oceanen stilaan. In de laatste 374 miljoen jaar is dezelfde astronomische constellatie al meer dan duizend keer opnieuw voorgekomen, maar telkens zonder een massa-extinctie tot gevolg. Dat betekent volgens mij dat de oorzaak niet in de veranderende aardbaan, noch in de afstand van de aarde tot de zon gezocht moet worden." (foto: versteend voorbeeld van een koraalrif uit het devoon)

"De astronomische omstandigheden hebben de massa-extinctie wél bevorderd en voor de ideale omstandigheden gezorgd opdat ze zou kunnen plaatsvinden."

Niet de enige "uitsterfronde" op onze aarde

De massa-extinctie in het devoon was overigens niet de eerste, noch de laatste die onze planeet te beurt viel. Ook tijdens het ordovicium, omstreeks 450 miljoen jaar geleden, was er al eens een grote uitsterfronde op aarde.

De volgende was de dubbele massa-extinctie in het devoon, met de zwarte schalies als geologisch bewijs. Rond 250 miljoen jaar geleden, tijdens de overgang van het perm naar het trias, volgde er nog eentje. Op het einde van datzelfde trias kwam er zelfs nog een tweede uitstervingsgolf, rond 200 miljoen jaar geleden.

Daarna duurde het tot in het krijt, rond 66 miljoen jaar geleden, toen een meteorietinslag het einde inluidde van de dinosauriërs. Toekomstig onderzoek zal moeten uitwijzen welke rol de baan van de aarde rond de zon gespeeld heeft tijdens deze andere massa-extincties.