In de loop van de geschiedenis van de aarde onderscheiden geologen vijf bijzonder ernstige massa-extincties. De Devoon massa-extinctie is de tweede van deze vijf. Ze vond 374 miljoen jaar geleden plaats, meer dan 300 miljoen jaar voor de meteorietinslag die de dinosauriërs uitroeide.
Het Devoon was een bijzonder tijdperk: grote vissen domineerden de oceanen en koraalriffen floreerden, maar er waren nog geen grote landdieren. “Het klimaat tijdens het devoon kan het best omschreven worden als een extreem broeikasklimaat, met veel meer CO2 in de atmosfeer dan vandaag,” zegt David De Vleeschouwer, geoloog aan het MARUM (Center for Marine Environmental Sciences) aan de Universiteit van Bremen en ook werkzaam aan de Vrije Universiteit Brussel.
Ondanks de intrigerende aspecten van de wereld van het Devoon wisten wetenschappers niet precies hoe snel de aarde weerspannig werd voor het leven tijdens de Devoon massa-extinctie. Een team geologen uit Duitsland, België, de VS en China heeft nu de ritmische klimaatcycli in het geologisch archief bestudeerd om de exacte timing van de Laat Devoon-extinctie te berekenen. “We weten nu hoe snel de Devoon oceanen levensvijandige condities ontwikkelden. We hebben onze bevindingen gepubliceerd in Nature Communications”.
Dalend zuurstofgehalte
Omwille van redenen waarover wetenschappers nog altijd discussiëren daalde het zuurstofgehalte in het oceaanwater tijdens de Devoon massa-extinctie. “Hierdoor werd het meeste leven in de oceaan verstikt. Onder de zwaarst getroffen soorten bevonden zich de zeer diverse Devoon-koraalriffen”, aldus Anne-Christine Da Silva van de Universiteit van Luik. De belangrijkste oorzaak voor deze extinctie is een druk besproken onderwerp onder geologen, want er is geen onomstotelijk bewijs dat de “dader” van deze onderzeese extinctie aanwijst.
Wat wel vaststaat is dat het zuurstofgehalte in het oceaanwater twee keer gedaald is gedurende het extinctie interval. Geologen weten dat dankzij twee lagen zwarte schalie in het wereldwijde geologische archief. De twee lagen zwarte schalie zijn rijk aan organische componenten, omdat een gebrek aan zuurstof er voor zorgde dat organisch materiaal niet kon rotten. Natuurlijk maakte datzelfde gebrek aan zuurstof het veel moeilijker voor zeedieren om naar behoren te ademen.
Als geologische klok gebruikten David De Vleeschouwer en zijn team een techniek die cyclostratigrafie genoemd wordt. “We hebben informatie gecombineerd van geologische secties uit België, Polen, China, Canada en de VS die de hele Devoon extinctie omvatten. In alle secties troffen we de gevolgen aan van cyclische veranderingen in de excentriciteit van de baan van de aarde rond de zon.”
Bij een lage excentriciteit draait de aarde rond de zon in een quasi perfecte cirkel, terwijl een hoge excentriciteit betekent dat de baan veel elliptischer wordt, wat leidt tot sterke schommelingen in de hoeveelheid zonne-energie die de aarde ‘s zomers en ‘s winters bereikt. Deze veranderingen in de excentriciteit zijn sterk ritmisch en volgen vaste intervallen van 100.000 en 405.000 jaar.
De auteurs gebruiken deze cycli om de duur tussen beide zwarte schalielagen te berekenen en ontdekten zo dat de tweede episode met laag zuurstofgehalte 600.000 jaar na de eerste plaatsvond. Dit resultaat is de eerste nauwkeurige tijdsberekening van deze essentiële fase in de evolutie van het leven op aarde en toont aan dat dit tijdinterval veel korter was dan oorspronkelijk gedacht. Bovendien ontdekte het team dat de belangrijkste fase van de extinctie samenviel met een langere periode van lage excentriciteit. Dit betekent dat de baan van de aarde gedurende tienduizenden of honderdduizenden jaren een quasi perfecte cirkel was, wat leidde tot invariabele klimaten. Deze onveranderlijke klimaten leidden tot een vertraging van de oceaanstromingen en een stratificatie van de waterkolom - twee fenomenen die een laag zuurstofgehalte in de oceanen bevorderen.
Toch beweren de auteurs niet dat ze hiermee de “dader” van de extinctie ontmaskerd hebben. In feite zijn ze de mening toegedaan dat de landplanten hoogstwaarschijnlijk verantwoordelijk zijn voor de Devoon extinctie. Tijdens het Devoon ontwikkelden planten op het vasteland immers diepe wortelnetwerken en houtachtige weefsels die hen een evolutionair voordeel opleverden bij het koloniseren van de continenten. Dit succes van de landplanten had echter verstrekkende gevolgen: de biomassa van dode planten stroomde immers via waterwegen naar de oceanen. “Met andere woorden, de Devoon oceanen werden verstikt door voedingsstoffen van rottende planten. Dit rottingsproces verbruikt zuurstof die daardoor niet meer beschikbaar is voor andere levensvormen,” aldus David De Vleeschouwer. “De evolutie van landplanten is echter een langzaam en geleidelijk proces. Het is pas nadat de verminderde excentriciteit in de baan van de aarde rond de zon de stromingen in de oceaan had vertraagd dat alle factoren aanwezig waren om het globale ecosysteem voorbij het kritieke punt te drijven met de Devoon massa-extinctie tot gevolg.”