Simulaties van het aardsysteem suggereren dat de Proterozoïsche oceaan groener maar minder productief was

Toen de oude oceaan groen gloeide

Stel je voor dat je meer dan een miljard jaar geleden vanuit de ruimte naar de aarde keek en oceanen zag die niet diepblauw maar felgroen waren. Deze studie gebruikt een geavanceerd klimaat- en oceaanmodel om een bedrieglijk eenvoudige vraag te stellen: als de vroege zeeën vol zaten met microscopisch plantleven maar bijna geen dieren die het aten, hoe zou dat de kleur en vitaliteit van de oceanen hebben veranderd? Het antwoord herschrijft hoe we het verleden van de aarde voorstellen en de omstandigheden die de opkomst van dieren mogelijk maakten.

Een wereld vóór de zeedieren

De periode die hier wordt onderzocht is het Proterozoïcum, grofweg van 2,5 miljard tot 540 miljoen jaar geleden. In dit tijdvak domineerden kleine fotosynthetische organismen — vergelijkbaar met hedendaagse cyanobacteriën en kleine algen — de zeeën, terwijl dierachtige grazers zoals zoöplankton nog niet waren verschenen. Geologische aanwijzingen suggereren dat de productiviteit van de oceaan, de snelheid waarmee deze microben zonlicht en voedingsstoffen omzetten in organisch materiaal, lager was dan nu maar niet verwaarloosbaar. Schattingen van de geproduceerde biomassa en hoe die in de waterkolom werd verdeeld, bleven echter zeer onzeker. De auteurs vullen dit gat met een volledige aardsysteem-simulatie die atmosfeer, oceaancirculatie, zee-ijs en mariene chemie koppelt, en aanpassen om oude continenten, zwakker zonlicht en lage zuurstofniveaus weer te geven.

Groenere zeeën vanaf het oppervlak

In hun virtuele Proterozoïsche wereld verwijderen de onderzoekers diatomeeën en zoöplankton — groepen die nog niet waren geëvolueerd — en laten alleen kleine fytoplankton en stikstoffixerende microben groeien. Onder een reeks realistische voedingsstoftoestanden produceert het model consequent veel meer plantbiomassa nabij het oppervlak dan in de huidige oceaan. Gemiddelde chlorofylconcentraties in de bovenste 150 meter zijn ongeveer 1,5 tot 2,5 keer hoger, en in de bovenste lagen kunnen ze op grote delen van de lage breedtegraden moderne waarden met een orde van grootte overschrijden. Omdat er geen roofdieren zijn om deze bloei terug te snoeien, raakt de bovenste oceaan vol met microscopische planten, waardoor de gesimuleerde zeeën een diepe, aanhoudende groene kleur krijgen bijna overal waar het ijsvrij en warm genoeg is.

Waarom meer planten minder groei kan betekenen

Tegenintuïtief leidt dit weelderige groene oppervlak niet tot een meer productieve oceaan als geheel. Het model toont dat de totale mondiale primaire productie in de Proterozoïsche oceaan slechts ongeveer 60 procent van de moderne waarden bedroeg in warme perioden en ruwweg 30 procent tijdens koudere, ijsrijkere toestanden. De belangrijkste reden is licht. Wanneer zoveel chlorofyl zich nabij het oppervlak ophoopt, werkt het als een zonnescherm en absorbeert het zonlicht voordat het diepere lagen kan bereiken waar fotosynthese anders had kunnen plaatsvinden. De belichte, of eufotische, laag krimpt van gemiddeld ongeveer 80 meter vandaag tot slechts 30–40 meter in de gesimuleerde Proterozoïsche oceaan. Deze "zelfbescherming" betekent dat hoewel het oppervlaktewater wemelt van leven, de donkere wateren daaronder veel minder bijdragen aan de wereldwijde productiviteit. Lage nitraatniveaus onder een zuurstofarme atmosfeer en het ontbreken van efficiënte diatomeeën beperken bovendien de totale aanmaak van organisch materiaal.

Aanwijzingen uit moderne bloei en modeltests

Moderne analogen ondersteunen dit beeld. Tegenwoordig ervaren sterk bemeste kustgebieden en meren soms intense algale bloei die het water groen kleuren en de plantengroei onder het oppervlak daadwerkelijk verminderen, precies omdat het licht in de bovenste paar meters wordt weggehaald. Experimenten waarbij roofdieren uit voedselwebben worden verwijderd laten zien dat fytoplankton in aantal kan exploderen, wat opnieuw leidt tot beschaduwing van diepere gemeenschappen. De auteurs hebben hun simulaties ook op de proef gesteld door sleutelfactoren te variëren zoals verticale menging, zonlichtsterkte en de aanvoer van voedingsstoffen als stikstof, fosfor en ijzer. Over een breed en geologisch plausibel bereik bleef hetzelfde patroon bestaan: zonder sterke grazers wordt het oppervlak van de oude oceaan groener terwijl de totale productiviteit lager blijft dan, of hooguit vergelijkbaar is met, die van vandaag — tenzij fosforconcentraties extreem hoog of extreem laag waren.

Wat dit betekent voor de opkomst van dieren

Voor de niet-specialist is de hoofdboodschap dat de oceanen van de vroege aarde er vanaf bovenaf misschien levendiger uitzagen terwijl ze in feite op een magerder energiebudget draaiden. Een dikke laag microscopische planten drukte samen het verlichte huidje van de zee en beperkte de diepte waar fotosynthese kon plaatsvinden. Gecombineerd met lage voedingsstoffen en het ontbreken van moderne, hoogpresterende producenten zoals diatomeeën, hield dit de wereldwijde productiviteit onder het hedendaagse niveau. Toch zijn de bloeiende fytoplanktongemeenschappen nabij het oppervlak die de simulaties suggereren in overeenstemming met fossiele aanwijzingen voor aanzienlijk leven in Proterozoïsche zeeën. Deze groene maar relatief ondervoede oceanen vormden waarschijnlijk het milieu waartegen zuurstof geleidelijk toenam en uiteindelijk het dierlijk leven ontstond.

Bronvermelding: Liu, P., Liu, Y., Dong, L. et al. Earth system simulations suggest that the Proterozoic ocean was greener but less productive. Nat Commun 17, 2854 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69654-z

Trefwoorden: Proterozoïsche oceaan, fytoplankton, primaire productiviteit, zelfbeschaduwing, aardesysteemmodellering