De grootste overstroming in Centraal Eurazië ooit gedateerd

De paleogeografie van de Kaspische Zee

De Kaspische Zee droogt op. Maar dat is niets nieuws onder de zon: de Kaspische Zee heeft al vaker enorme veranderingen meegemaakt, zoals een kolossale overstroming tijdens het Late Plioceen. Tientallen meters abrupte zeespiegelstijging en het ontstaan van connecties met de Arctische Oceaan maken de geologische geschiedenis van het gebied bijzonder interessant voor aard- en klimaatwetenschappers. Een recente ouderdomsbepaling door de Universiteit Utrecht plaatst de laatste puzzelstukjes van honderd jaar geologisch onderzoek en opent de deur voor nieuw klimaatonderzoek.

Onderzoekers van de Universiteit Utrecht ontcijferen een mysterieuze overstroming in de vroege Kaspische Zee. Zo’n drie miljoen jaar geleden steeg de zeespiegel in de Kaspische Zee tientallen meters, waardoor een reusachtige oase van water ontstond in het kale continent. De geïsoleerde Kaspische Zee is bijzonder gevoelig voor veranderingen in milieu. Het lokale milieu en ecosysteem veranderde drastisch na de overstroming. Het gevolg van de overstroming kan een model bieden voor toekomstige klimaatverandering, maar een nauwkeurige tijdsbepaling ontbrak.Tot nu, want uit recent onderzoek van de Universiteit Utrecht is een nieuwe ouderdomsmeting bepaald, waaruit een exacte ouderdom van 2,7 miljoen jaar is gehaald.

Binnenlandse zee

De Kaspische Zee is de grootste geïsoleerde zee ter wereld. Normaal bufferen de wereldoceanen elke verandering in milieu. Maar de Kaspische Zee ligt tussen de Kaukasus, het hoogland van Iran en de vlakten van Centraal Azië. Ver van de open zee.

Wanneer we ver terug kijken, zo ongeveer zes miljoen jaar terug, was dat anders. In het late Mioceen was de Kaspische Zee nog deel van de Paratethys, een zee die reikte van Duitsland tot het westen van China. Deze zee sloot zich doordat de continenten Afrika, Arabië en India botsten tegen Eurazië. De Alpen, Kaukasus en Himalaya zijn de lasnaad van de inmiddels samengedrukte continenten. De Zwarte Zee en Kaspische Zee zijn de twee reusachtige waterlichamen die achterbleven. Ze zijn erg gevoelig voor veranderingen in klimaat, want door een toename in verdamping, regenval of watertoevoer verandert onmiddellijk het zeeniveau.

Veranderingen van belang

Die veranderingen in zeeniveau zijn lastig maar van groot belang. Omdat in dit deel van Eurazië bijna alleen land is, bepaalt de grootte van de Kaspische Zee veel van het klimaat in de regio. Zo matigt een grote zee het harde landklimaat tot een zacht zeeklimaat en verzwakt de Zuid-Aziatische moesson. Wat zulke veranderingen betekenen voor andere gebieden in de toekomst is een vraagstuk voor klimatologen. Het antwoord hierop staat nog in de kinderschoenen.

Aardwetenschappers helpen hierbij door te kijken naar het verleden. Sinds het sluiten van de Paratethys begon de Kaspische Zee langzaam te zakken in de aarde, als een soufflé die buiten de oven afkoelt en inzakt. Rivieren brengen al miljoenen jaren verweringsmateriaal van de Kaukasus naar de Kaspische Zee, dat zet zich daar af als kustzand, diepzeeklei of berggrind. In de opeenvolging van deze, inmiddels versteende, afzettingen kunnen aardwetenschappers de oude omvang van de zee door de tijd heen karteren: dat noemen we paleogeografie. Daardoor weten we nu dat de Kaspische Zee ooit zo klein was als de Benelux, waarna de zeespiegel in zeer korte tijd tientallen tot honderden meters steeg: de zee stroomde vol en het oppervlak ervan vervijfvoudigde.

De Kaspische Zee overstroomt

Deze overstroming vond plaats in het late Plioceen, zo’n drie miljoen jaar geleden. Dit tijdvak valt ongeveer samen met de eerste ijstijden op het noordelijk halfrond. De Kaspische Zee overspoelde honderden kilometers noordwaarts en stroomde in de Zwarte Zee. Deze nieuwe rivier vormde een belangrijke verbinding voor zeedieren die nu vrij tussen de twee zeeën konden migreren en vermengen. Vermenging van het zeewater zorgde ook voor grote sprongen in zoutgehalte van de beide zeeën. Hierdoor kwamen soorten onder druk te staan om zich aan te passen. Voor zoogdieren werd migratie over land bemoeilijkt. Diersoorten die van Azië naar Europa migreerden gingen voorheen allemaal door dit gebied. Het ecologische knooppunt was ineens een onoverkomelijk obstakel.

Dateren

Om te begrijpen wat hier gebeurde willen we de geologische geschiedenis dateren. Normaal gebruiken we daarvoor biostratigrafie: met fossielen van een uniek soort zeediertje dat in grote hoeveelheid op één moment voorkomt in de tijd, kunnen we verschillende gebieden met dezelfde ouderdom linken. Helaas zijn de Zwarte en Kaspische Zee afgesloten zeeën. Zoals de kangoeroes in Australië zijn soorten die hier leven exclusief hier te vinden, dus kunnen we geen vergelijking maken. Tijdens de overstroming waren soorten wél aan beide kanten van de Kaukasus te vinden. Zo weten we op zijn minst de relatieve ouderdom van de overstroming in beide bekkens.

De absolute ouderdom is normaal gesproken te bepalen middels vulkanische aslagen. Daarin zitten radioactieve stoffen die met een bekende snelheid vervallen. Helaas zijn deze aslagen in dit gebied zeldzaam en moeten we andere methoden gebruiken, zoals paleomagnetisme. De magnetische noordpool en zuidpool draaien gemiddeld elke driehonderdduizend jaar om. Deze ‘ompolingen’ zijn in magnetische mineralen in gesteente vastgelegd als een enorme streepjescode. Door die te vergelijken met de bekende wereldwijde streepjescode kunnen we de absolute ouderdom van gesteente bepalen. Dat hebben wetenschappers nu ook in het Kaspische Zeegebied gedaan, op veel plaatsen zoals in Azerbeidzjan, Georgië en Turkmenistan. Dankzij deze dateringen van de Universiteit Utrecht weten we nu dat de grootste overstroming in de Kaspische Zee 2,7 miljoen jaar oud is.

Met deze kennis kan de overstroming gebruikt worden om oorzaken en gevolgen te onderzoeken. Momenteel wordt onderzocht of de overstroming verband heeft met het begin van de ijstijden op het noordelijk halfrond. Mogelijk zorgen de noordelijke ijskappen voor een zoutwaterverbinding met de Noordelijke IJszee. Een andere mogelijkheid is dat de Kaspische Zee een versterkende of verzwakkende werking heeft op klimaatverandering.
Eén ding is duidelijk: er staat ons een zee van nieuwe ontdekkingen te wachten.

BRONNEN

• Krijgsman, W., A. Tesakov, T. Yanina, S. Lazarev, G. Danukalova, C. G.C. Van Baak, J. Agustí, et al. 2019. Quaternary Time Scales for the Pontocaspian Domain: Interbasinal Connectivity and Faunal Evolution. Earth-Science Reviews 188: 1–40. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.10.013.
• Van Baak, C. G. C., A. Grothe, K. Richards, M. Stoica, E. Aliyeva, G. R. Davies, K. F. Kuiper, and W. Krijgsman. 2019. Flooding of the Caspian Sea at the intensification of Northern Hemisphere Glaciations. Global and Planetary Change 174 (January): 153-63. http://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2019.01.007.
• Popov, S. V., I. G. Shcherba, L. B. Ilyina, L. A. Nevesskaya, N. P. Paramonova, S. O. Khondkarian, and I. Magyar. 2006. Late Miocene to Pliocene Palaeogeography of the Parathetys and Its Relation to the Mediterranean. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 238 (1-4): 91-106. https://doi.org/10.1016/J.PALAEO.2006.03.020.