De ontdekking van oeroude bossen op Antarctica
Meer dan honderd jaar geleden ontdekte de expeditie van Robert Falcon Scott naar Antarctica fossielen van planten op de Beardmore gletsjer, op minder dan 500 km van de Zuidpool. Edward Wilson, de hoofdwetenschapper van de expeditie, noteerde de vondsten in zijn dagboek en zei dat "de meeste grotere bladeren qua vorm en venatie op beukenbladeren leken".
Destijds werden deze bevindingen door wetenschappers afgedaan als verkeerde identificaties en werd het belang ervan meer dan 100 jaar over het hoofd gezien. Maar als je vandaag de dag voet zet op het Antarctisch schiereiland of op de Ross Ice Shelf, hebben veel wetenschappelijke vorderingen bewezen dat je in feite in eeuwenoude, ooit bloeiende bossen loopt.
Antarctische naaldbomen
In een klein deel van Alexander Island, aan de westkust van het Antarctisch Schiereiland, zijn eeuwenoude fossiele bomen te vinden die 100 miljoen jaar oud zijn, met boomstammen tot zeven meter hoog die nog rechtop staan. De wortels van deze naaldbomen zitten vandaag de dag nog steeds vast in de koolstofhoudende bodemafzettingen. Hun wortelstelsels geven aan dat deze bomen gedijden op de rijke vlakten langs grote meanderende rivieren.
Het grove zand dat de stammen begraaft laat echter de kracht zien van overstromingen in het gebied die uiteindelijk de hele vlakte bedekten met dikke sedimenten. Gefossiliseerde bladeren die in het gebied zijn gevonden laten zien dat er ooit een grote diversiteit aan planten leefde. Het gebied werd gedomineerd door groenblijvende soorten en had een gematigd regenwoud op ongeveer 75° zuiderbreedte, terwijl deze breedtegraad tegenwoordig koud en bevroren is.
100 miljoen jaar geleden floreerden de bossen in veel warmere omstandigheden, ondanks een winter met 70 dagen duisternis. De warmte kwam door de omvang van de landmassa, waarbij Gondwanaland de koude stromen tegenhield die Antarctica tegenwoordig omringen. Onderzoekers hebben ontdekt dat de uiterwaarden in het gebied bedekt waren met varens, kleine podocarpen en naaldbomen. Op de kustvlakte waren de open bossen dichtbegroeid met naaldbomen en varens.
Antarctica's vroegere zachte klimaat
In tegenstelling tot de huidige temperaturen op het Antarctisch Schiereiland, wijzen fossiele bladeren die zijn gevonden in zand- en slibstenen in het James Ross-bekken van het Antarctisch Schiereiland erop dat de gemiddelde jaartemperaturen in dit gebied 13-21°C bedroegen. De fossiele planten geven aan dat het gebied een warm klimaat had zonder lange perioden van wintertemperaturen onder het vriespunt, samen met voldoende vocht in de lucht voor groei.
Gefossiliseerd stuifmeel uit Antarctica onthult toendra
Wetenschappers van de Rice University in de Verenigde Staten, die onderzoek deden naar gefossiliseerd stuifmeel dat werd gevonden op het Antarctisch schiereiland, ontdekten tot hun verbazing dat het gebied tot 12 miljoen jaar geleden bedekt was met toendra. Wetenschappers wisten al dat Antarctica 55 miljoen jaar geleden ijsvrij en bebost was.
De enorme ijskappen van het continent begonnen zich ongeveer 38 miljoen jaar geleden te vormen, waarbij het Antarctisch Schiereiland de laatste plek was die bedekt was met ijs. Er was echter een voortdurende discussie onder wetenschappers over hoe snel deze ijstijd plaatsvond.
Gedurende een periode van drie jaar bepaalden wetenschappers de exacte plantensoorten die 12 miljoen jaar geleden op het schiereiland voorkwamen en ontdekten dat het fossielenbestand wees op een lang, geleidelijk proces van ijstijd over het schiereiland.
Planten op het Antarctisch schiereiland gedetailleerd in kaart gebracht
De wetenschappers van Rice University hebben ook de exacte plantensoorten gedetailleerd die de afgelopen 36 miljoen jaar op het schiereiland voorkwamen. Aan de hand van het stuifmeelbestand in de sedimentlagen kon een gedetailleerd beeld worden opgebouwd van de snelle achteruitgang van de bossen tijdens het late Eoceen, ongeveer 35 miljoen jaar geleden, en de grootschalige vergletsjering in het midden van het Mioceen, ongeveer 13 miljoen jaar geleden.
Dat is makkelijker gezegd dan gedaan, want het fossiele stuifmeel bevond zich onder 30 meter dicht sedimentair gesteente in gebieden voor de kust van het schiereiland, in ondiep water dat het grootste deel van het jaar bedekt is met ijs. Degenen die wel eens op een cruise naar het Antarctisch schiereiland zijn geweest, kennen de ruige omstandigheden waarin deze onderzoekers hebben gewerkt.
Datering van de Antarctische sedimenten
De wetenschappers van de Rice University moesten niet alleen het stuifmeel dateren, maar ook de ouderdom van verschillende sedimenten in elk genomen kernmonster. Ze bepaalden of de gesteenten zich onder een ijskap in open mariene omstandigheden vormden of in een gecombineerde glaciaal-mariene omgeving.
Hun onderzoek omvatte nauwgezette tellingen, categorisering en onderzoek van de textuur van duizenden zandkorrels die in het sediment bewaard waren gebleven. Hun doel was om uit te zoeken hoeveel van het gebied de afgelopen 36 miljoen jaar bedekt is geweest door gletsjers.
Een bos hoog in de bergen van Antarctica
Ondertussen beklommen onderzoekers van UW-Milwaukee de bevroren hellingen van het Transantarctisch gebergte en vonden grijze rotsen met fossielen uit het beboste verleden van Antarctica. Ze vonden fossiele fragmenten van 13 bomen en ontdekten fossielen van bomen die meer dan 260 miljoen jaar oud zijn, wat betekent dat dit specifieke bos groeide aan het einde van het Perm, vóór de eerste dinosaurussen.
In die tijd lag Antarctica nog op de Zuidpool. De wetenschappers hoopten fossielen te vinden uit het Perm, omdat deze periode 251 miljoen jaar geleden eindigde met een massa-extinctie als gevolg van een plotselinge verschuiving van ijskoude naar broeikasomstandigheden. In deze periode verdween meer dan 90 procent van de soorten, waaronder de poolwouden.
Lage diversiteit van planten
Wetenschappers proberen erachter te komen waarom deze winterharde soorten uitstierven. Geschat wordt dat deze uitsterving geologisch gezien relatief snel ging, namelijk over 200.000 jaar. In die tijd stootten vulkanen in Siberië een enorme hoeveelheid broeikasgassen uit in de atmosfeer.
De wetenschappers ontdekten dat de bossen elk een lage diversiteit aan planten hadden en dat specifieke functies van invloed waren op hoe het hele bos reageerde op veranderingen in het milieu. Dit staat in contrast met de moderne bossen van tegenwoordig, die een grotere plantendiversiteit hebben en zich daarom beter kunnen aanpassen aan veranderingen.
Desalniettemin was het Antarctische bos behoorlijk veerkrachtig, met planten die in staat waren om te overleven in extreme poolgebieden met 24 uur per dag licht in de zomer en volledige duisternis in de winter.
Antarctische planten zetten hun groeicyclus aan en uit
Door de bewaard gebleven Antarctische jaarringen te bestuderen, ontdekten de onderzoekers dat deze bomen binnen een maand overschakelden van zomeractiviteit naar winterslaap. Moderne planten maken deze overgang over meerdere maanden.
De volgende vraag waar de onderzoekers aan werken is hoe maanden van eeuwig licht de dag- en nachtcycli van de planten beïnvloeden. Er zijn op dit moment geen andere planten die de mogelijkheid hebben om hun groeicyclus aan en uit te zetten, dus wetenschappers gaan nu bestuderen hoe deze planten zichzelf uit hun winterslaap konden halen toen het nog donker was.
Het fossiele voedsel van Antarctica
De overblijfselen van oude bossen vormen vandaag de dag een bron van leven in Lake Whillans, dat onder bijna 1 km ijs ligt in het westen van Antarctica. Ondanks een zware laag ijs bovenop het meer, is er vloeibaar water in het meer.
Toen wetenschappers door het ijs boorden en monsters namen van het water van het meer en het sediment eronder, ontdekten ze dat het water een bloeiende microbiële gemeenschap bevatte. Het sediment bevatte microfossielen van mariene organismen, versteend stuifmeel van zowel beuken als naaldbomen, en stuifmeel van zo'n 34 miljoen jaar oud.
In feite leveren beide soorten fossielen voedingsstoffen aan de microbiële gemeenschap die in het pikkedonker en bij hoge druk en lage temperaturen leeft. Hoewel een reis naar Antarctica laat zien hoe verbazingwekkend het gebied is vanuit zintuiglijk oogpunt, laten de bevindingen van onderzoekers op Antarctica op dezelfde manier zien hoe verbazingwekkend de innerlijke werking van het terrein nog steeds is.