Veel preciezer beeld van 540 miljoen jaar zeespiegelverandering
De zeespiegel op aarde stijgt en daalt al sinds er water op aarde is. Wetenschappers konden al met behulp van sedimenten en fossielen grofweg reconstrueren hoe de zeespiegel veranderde, over tijdstappen van miljoenen jaren. Maar dat kan preciezer: nu hebben wetenschappers uit Utrecht, het Verenigd Koninkrijk en de Verenigde Staten voor het eerst bepaald hoe de zeespiegelveranderingen van de laatste 540 miljoen jaar op schaal van tienduizenden jaren gegaan moeten zijn. Dit onderzoek is op 3 juli gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Earth and Planetary Science Letters. “Dit soort snelle zeespiegelvariaties meenemen is belangrijk voor het begrip van de structuur van onze ondergrond, en het gebruik voor duurzame energiebronnen.”
Hoe hoog of laag de zeespiegel staat, hangt grotendeels af van twee dingen: plaattektoniek bepaalt hoe diep de badkuip tussen de continenten is en de hoeveelheid landijs bepaalt hoe veel water in die badkuip zit. “In tijdstappen van ongeveer een miljoen jaar kun je een gemiddelde van de zeespiegel afleiden voor zo ver terug als er fossielen zijn, zo’n 540 miljoen jaar,” vertelt dr. Douwe van der Meer, gastonderzoeker aan de Universiteit Utrecht en hoofdauteur van het onderzoek. “Die varieerde wel 200 meter. We vermoedden ook dat de zeespiegel ook enorm op en neer kan gaan in veel kortere periodes, maar er is niet genoeg data om die kortere tijdstappen te maken.”
Geologische jaarringen
Om zeespiegelvariaties in kortere periodes in te vullen, kunnen wetenschappers leren door naar gesteenten van de laatste miljoenen jaren kijken. Als jaarringen in bomen lezen zij sedimentafzettingen van bijvoorbeeld zandsteen en kleisteen. Kleisteen vormt voornamelijk wanneer een gebied onder diep water staat, en zandsteen wanneer een gebied dichtbij de kust ligt. “De afwisselingen zien we vooral als het wereldwijde klimaat koud is, en er ijs op de polen ligt. Dan ontstaan door ritmisch wiebelen van de aardas ijstijden die maar tienduizenden jaren duren, maar waarin het zeeniveau wel 100 meter op en neer kan gaan.”
Het is voor het eerst dat we de zeespiegelveranderingen op zo’n korte tijdschaal op een consistente manier hebben kunnen kwantificeren.
Tot nu konden de effecten van dit soort korte zeespiegelveranderingen niet worden bepaald in het verre geologische verleden. Maar Van der Meer en zijn collega’s bedachten hiervoor een list. De onderzoekers berekenden de relatie tussen het klimaat op aarde en de grootte van de ijskappen voor de laatste tientallen miljoenen jaren waar wel goede informatie voor is. “Daarin hebben we warme periodes zonder ijs, en koude periodes met ijs - én ijstijden, en hebben de meest nauwkeurige informatie. Die relatie hebben we gebruikt om verder terug te rekenen, tot 540 miljoen jaar geleden.”
De nieuwe zeeniveauvariaties die de onderzoekers reconstrueerden bleken veel beter aan te sluiten bij de reconstructies op basis van fossielen. “Het is voor het eerst dat we de zeespiegelveranderingen op zo’n korte tijdschaal op een consistente manier hebben kunnen kwantificeren,” vertelt Van der Meer. De afgelopen paar miljoen jaar zien we het komen en gaan van ijstijden, met zeespiegelverandering van wel 100 meter. Maar ten tijde van de dinosauriers in het Jura en Krijt was zeespiegelverandering door een gebrek aan landijs veel minder. In het late Carboon, toen in Nederland de reuzelibellen over gigantische moerassen vlogen, waren er juist weer heel grote zeespiegelvariaties door een grote ijskap in het zuidelijk halfrond.
Toepassingen voor ondergrondse opslag
Omdat we nu veel preciezer weten wat er gebeurde met het zeeniveau in het verleden, kunnen de onderzoekers betere kaarten maken van de aarde voor alle tijdvakken. Die gebruiken ze onder meer voor modellen van klimaat en evolutie van leven, en de reactie daarvan op zeespiegelverandering. “Hoge en lage zeespiegels, het is allemaal al eerder gebeurd in het geologisch verleden,” aldus Van der Meer. Maar bij alle natuurlijke, geologische processen die we kennen, gaan de veranderingen van zeespiegel voor de mens heel langzaam.
De kennis van de zeespiegel heeft ook nog heel andere toepassingen. Tegenwoordig zoeken we methodes voor ondergrondse CO2 en waterstofopslag, of geothermie. Daarvoor is zandsteen, afgezet bij lage zeespiegel, belangrijk, omdat het kan gebruikt worden als reservoir. Kleisteen, afgezet bij hoge zeespiegel, werkt als een zegel waar water of CO2 niet makkelijk doorheen gaat. Momenteel wordt in dit soort lagen ook gezocht naar geschikte plekken voor de opslag van radioactief afval. “Als we weten dat op een bepaald moment wereldwijd de zeespiegel hoog lag, weten we ook dat er een relatief continue laag kleisteen afgezet is. Die informatie kunnen gebruiken om een wereldwijde lagen-kaart te maken van zand- en kleisteen. Dat helpt bij het veilig gebruik van de ondergrond.”
Publicatie
Douwe G. van der Meer et al., Phanerozoic orbital-scale glacio-eustatic variability, Earth and Planetary Science Letters, Volume 667, 2025,