252 miljoen jaar geleden probeerde de aarde zich van het leven te ontdoen. En het lukte bijna.
Uitstervingsgolven zijn er volop geweest in de geschiedenis van de aarde, maar het zogenoemde PT-evenement neemt een speciale plaats in. Van de diersoorten in de oceanen en zeeën stierf 81 procent uit. Planten onder water hadden ook zwaar te lijden, net als al het leven op het land. Voor en na die gebeurtenis zag het er zo verschillend uit dat paleontologen het beschouwen als de grens tussen twee perioden in de geschiedenis van de aarde: Perm ervoor, Trias erna. Nooit is er een grotere uitstervingsgolf geweest dan deze Perm-Trias-massa-extinctie.
Hoe kon dat gebeuren? Soms is de inslag van een planetoïde of komeet de boosdoener van een massa-extinctie, zoals de Chicxulub-inslag, bij wat nu Mexico is, ruim 66 miljoen jaar geleden. Grote hoeveelheden stof en aerosolen hielden toen het zonlicht tegen. Jarenlang was het klimaat opeens veel koeler en veel diersoorten stierven daardoor uit, waaronder alle dinosauriërs, behalve wat nu de vogels zijn.
Maar voor de nog veel grotere ramp aan het eind van het Perm kwam de oorzaak van beneden, daarover zijn de meeste onderzoekers het wel eens. Rond die tijd vond er in wat nu Siberië is een reeks vulkanische uitbarstingen plaats van een omvang en duur die vandaag de dag onvoorstelbaar is. In een tijdsbestek van twee miljoen jaar werd vier miljard kubieke kilometer lava verspreid over een oppervlakte van zeven miljoen vierkante kilometer. In de geologie heet zo’n enorm lavagebied een large igneous province, kortweg een LIP. En omdat de lava laag na laag wordt aangebracht, en elke nieuwe laag weer wat minder erosie te verduren kreeg, vind je plaatselijk bijzonder gevormde formaties die dit specifieke gebied zijn naam hebben gegeven: de Siberische Trappen.
Wat was de kogel?
Daarmee hebben geologen het geweer gevonden waarmee op het leven werd geschoten. Maar wat was nu precies de kogel? Hoe konden die Siberische Trappen de omstandigheden voor het leven op aarde zo versjteren? Daarvoor kwamen allerlei factoren in aanmerking, die ook nu nog de aandacht hebben van milieu-autoriteiten: Kwik dat vrijkwam bij de uitbarstingen, zwavelzuur dat in de atmosfeer kwam en voor zure regen zorgde, CO2 dat ons klimaat opwarmt en halonen. Halonen zijn verbindingen van koolstof met elementen als fluor en chloor, die de ozonlaag aantasten.
“Die kogel is meer een salvo uit een machinegeweer”, zegt Philip Jardine, paleobotanicus aan de universiteit van Münster. Samen met Feng Liu van het Instituut voor Geologie en Paleontologie van Nanjing in China en een aantal andere collega’s toonde hij begin deze maand in een artikel in het vakblad Science Advances aan dat één van de veronderstelde kogels bijzonder hard aankwam. De ozonlaag hoog in de atmosfeer had aan het eind van het Perm zwaar te lijden, en dat moet gekomen zijn door de uitstoot van halonen.
Die halonen komen op aarde ook voor zonder een chemische industrie die ze maakt om koelkasten en airco’s te laten werken. “Ze ontstaan als heet magma zich door zoutlagen heen werkt”, legt Jardine uit. “Dan vormen zich die chemische verbindingen en die komen vrij als gas.”
Hoog in de atmosfeer, bij lage temperaturen, gaan die halonen verbindingen aan met ozon, waardoor er minder van deze driedubbele zuurstofmoleculen overblijven. En daarmee wordt een verdedigingslinie tegen schadelijk licht van de zon afgebroken.
Het stuifmeel kreeg klappen
Daar kwamen Jardine en Liu achter door te kijken naar stuifmeelkorrels die ze ver van de plaats van de uitbarsting vonden, in Tibet. Daar waren, wat niet vaak het geval is, die korrels goed bewaard in sedimentlagen die dateerden van zowel voor als na het grote uitsterven. Die van erna hadden allerlei beschadigingen. Dat was onderzoekers bij andere stuifmeelvondsten al eerder opgevallen, maar het was de vraag hoe dat kwam. Had misschien kwikvergiftiging of zure regen voor de slechte staat van het stuifmeel gezorgd?
Het onderzoek van Jardine en Liu veegt dat van tafel. Want in het stuifmeel van planten die destijds in dat gebied groeiden troffen ze stoffen aan die planten ook vandaag nog aanmaken als ze last hebben van veel ultraviolette straling van de zon, om precies te zijn van UV-B. Dat is het licht dat bij mensen de huid doet verbranden en DNA beschadigt, en waartegen het lichaam zich probeert te verdedigen door die huid bruiner te maken dankzij de productie van het pigment melanine.
Planten hebben een soortgelijke reactie, met stoffen als para-cumaarzuur en ferulazuur. Dat die zo nadrukkelijk aanwezig waren in de stuifmeelkorrels die Jardine en Liu onderzochten, bewijst dat destijds meer UV-B het aardoppervlak bereikte, en dat het met de ozonlaag (die de schadelijke straling uit het zonlicht filtert) dus slecht gesteld was.
Een neerwaartse spiraal
“Het is duidelijk dat planten veel stress ondervinden door UV-B”, zegt Jardine. Ze zullen niet uitsterven, maar ze worden min of meer steriel, ze groeien slecht, de populatie gaat achteruit. Dat heeft natuurlijk weer zijn effect op plantenetende dieren, en zo verder.”
Dat gevaar bedreigde de aarde ook in de afgelopen eeuw, maar dankzij het Protocol van Montreal van 1987, dat de productie van halonen en andere de ozonlaag bedreigende stoffen aan banden legde, is de ozonlaag zich nu aan het herstellen.
Jardine en Liu maakten voor hun conclusies gebruik van klimaatmodellen die voor dat moderne probleem werden ontwikkeld. Die lieten zien dat het UV-B meer deed dan alleen schade aanrichten bij mensen, dieren en planten. Jardine: “Schade aan de ozonlaag draagt bij aan klimaatverandering, want als planten het minder goed doen, nemen ze minder CO2 op uit de lucht. Dus werd aan het eind van het Perm de concentratie daarvan nog groter en de klimaatverandering nog extremer. Dat is de volgende uitdaging: uitzoeken hoe destijds die factoren precies op elkaar inwerkten.”
De dynamiek in zee
De wereldwijde milieuramp voltrok zich anders op het land dan in de oceanen. Daar krijgt UV-B nauwelijks kans om schade aan te richten, omdat het door het zeewater wordt geabsorbeerd en dus niet diep doordringt. “Daar gaat het vooral om de temperatuur, om de verzuring door opname van CO2 en het ontstaan van gebieden waar geen zuurstof meer is”, vertelt Jardine.
Als zijn theorie klopt, zou je moeten zien dat het uitsterven op land eerder plaatsvond dan in zee. Dat lijkt inderdaad zo te zijn, althans volgens een studie uit 2020 die in het Karoo gebied in Zuid-Afrika een tijdsverschil van zo’n 300.000 jaar vaststelde.
Dat soort details staat nu op de agenda van de onderzoekers. Jardine: “Voordat we zeker weten of het echt zo is gegaan, moeten we op andere plaatsen kijken. Want de ozonlaag gedraagt zich niet over de hele wereld hetzelfde. En er is ook schade aan stuifmeel gezien bij andere grote uitstervingen, bijvoorbeeld die tussen de Trias- en Jura-perioden, 201 miljoen jaar geleden. We kunnen kijken of dat ook door UV-B licht komt.”
De aarde overleefde de lavazeeën, Venus niet
Een lavazee, een large igneous province oftewel LIP verkocht het leven op aarde bijna een doodsklap. Dat herstelde zich, maar daar zat een hoop geluk bij. Kijk maar naar Venus.
Venus en de aarde zijn als een tweeling die uit elkaar is gegroeid. Ze zijn zo’n beetje even groot en samengesteld uit dezelfde materialen. Maar terwijl de aarde in de 4,5 miljard jaar van zijn bestaan doorgaans niet te heet en niet te koud, niet te droog en niet te nat was, werd Venus met zijn atmosfeer van bijna puur CO2 en een temperatuur van 460 graden Celsius aan de grond een kurkdroge snelkookpan.
Dat komt niet doordat Venus dichter bij de zon staat. Dat maakt de zonneschijn weliswaar twee keer zo krachtig, maar ook in die omstandigheden kun je, bijvoorbeeld door een dicht wolkendek, de temperatuur laag genoeg houden om vloeibaar water aan het oppervlak te hebben. Bezoekende ruimtevaartuigen zagen sporen op het oppervlak die leken op erosie door water.
Maar het water dat Venus had, moet allemaal zijn verdampt. Zonlicht splitste de moleculen in zuurstof en waterstof, en het lichte waterstof ontsnapte de ruimte in. Zo’n 700 miljoen jaar geleden verdween de mogelijkheid om op Venus te leven.
Maar waarom gebeurde dat toen pas, en hoe? Door een samenloop van LIP’s, denken de onderzoekers Michael Way van het Nasa Goddard Institute, Richard Ernst van de Carleton Universiteit in Ottawa en Jeffrey Scargle van het Nasa Ames onderzoekscentrum. Als één zo’n vulkanische uitbarsting al zoveel CO2 in de lucht kan brengen dat de temperatuur op aarde tijdelijk 10 tot 15 graden stijgt, wat zou er dan wel niet met het klimaat kunnen gebeuren als er twee of meer LIP’s tegelijk plaatsvinden? Het antwoord, volgens klimaatmodellen waarmee ze die vraag onderzochten: Een complete kanteling van het klimaat door een niet meer te stuiten broeikaseffect.
In dat geval wordt het op aarde, of op een planeet die daarop lijkt, zo heet dat al het water verdampt. Niet alleen wordt het dan nóg heter – waterdamp is ook een broeikasgas – maar er is ook geen erosie meer door waterstromen over het land. Die erosie slijpt niet alleen rotsen fijn, maar bevordert ook chemische reacties die CO2 opsluiten in mineralen, waar het miljoenen jaren in blijft vastzitten. En daarmee is de thermostaat van de planeet onherstelbaar kapot.
Kan dat op Venus zijn gebeurd? Er zijn daar gebieden gezien, tesserae, die onderdeel zouden kunnen zijn geweest van een LIP zoals de Siberische Trappen. Maar het beeld is lang niet compleet, en gewoon vulkanisme heeft veel sporen uitgewist.
Maar Venus heeft als tweelingzus de aarde, dus waarom niet daar gekeken?
Er zijn op onze planeet 560 LIP’s en fragmenten van LIP’s bekend, die zijn gevormd in de laatste 2,8 miljard jaar. In het tijdstip van hun verschijnen lijkt geen enkele regelmaat te zitten. Maar dan is dus een aardige kans dat er twee tegelijk of heel dicht na elkaar verschijnen, en een wat kleinere kans dat er drie overlappende uitbarstingen zijn.
In een computermodel kun je die kansen uitspelen door de geologische geschiedenis van de aarde een heleboel keer af te draaien, waarbij honderden LIP’s op willekeurige momenten, maar gemiddeld zo eens in de 15 miljoen jaar, opduiken. En dan blijkt dat het in een op de vijf van die geschiedenissen helemaal mis gaat.
De aarde heeft tot nu toe dus geluk gehad, lijkt het. En Venus kennelijk niet. Al moet het echte bewijs natuurlijk nog wel even worden geleverd. In het volgende decennium zullen drie ruimteverkenners, Envision van het Europese ruimte-agentschap ESA en Davinci en Veritas van de Amerikaanse Nasa, Venus bezoeken en zowel het oppervlak als de atmosfeer onderzoeken.
“Davinci zal neerstorten”, zegt Ernst, “En wel bij een tessera, terwijl het voortdurend foto’s maakt, zo veel als het maar kan. Dat gaat ons de eerste beelden van dichtbij bezorgen, en dat kan het antwoord geven op de vraag of daar inderdaad door vulkanisme opgebrachte lagen zijn.”
Lees ook:
Na een Marsjaar blijft de belangrijkste vraag: was er ooit leven?
De robot Perseverance is niet meer weg te denken van het oppervlak van buurplaneet Mars. Hij heeft er deze week precies een vol rondje om de zon doorgebracht. Dat levert fascinerende perspectieven op.
