Wallenberg Scholars

Spår på havsbotten belyser klimatförändringar

Forskare vid Lunds universitet kartlägger tiotals miljoner år gamla spår i sediment på havsbotten. Den urgamla geologin kan kopplas till koldioxidhalten i atmosfären. Något som kan bidra med helt ny kunskap om jordens klimatförändringar.

Många forskare världen över är intresserade av att förstå hur jordens klimat har förändrats genom historien. Och här kan analyser av geologiska processer under årmiljonerna spela en viktig roll. Det menar Daniel Conley, professor i biogeokemi vid Lunds universitet.

– I dag har vi endast en begränsad kunskap om hur koldioxidhalten i atmosfären har varierat över långa tidsskalor, och det vore av stor betydelse att kunna få en detaljerad bild av hela förloppet.

Genom utmärkelsen Wallenberg Scholar har Daniel Conley fått möjligheten att inleda ett nytt forskningsprojekt. Tanken är att kartlägga geologiska processer upp till 542 miljoner år tillbaka i tiden. Det finns nämligen starka kopplingar mellan geologin och halten av koldioxid i atmosfären.

När koldioxid överförs från atmosfären till jorden startar en kemisk process. Koldioxiden påverkar kiselrika bergarter som börjar vittra sönder och bryts ner till mindre partiklar som sand och grus. Hur snabbt bergarter kan brytas ner är därför en indikation på hur denna koldioxidcykel fungerar.

Men detta är inte de enda kunskaper som geologin kan bidra med. Under evolutionen har det utvecklats organismer som lever på kiseldioxid. De flesta arterna finns på havsbotten och är specialiserade på att fånga upp kiselpartiklar som passerar genom kanaler i deras inre.

– Det handlar bland annat om svampdjur, så kallade spongier, och diatoméer, kiselalger, berättar Daniel Conley. De tar upp enorma mängder kiseldioxid och förändrar därmed kiselkoncentrationen i haven. Finns det mycket kiseldioxid i omgivningen så tar de upp mycket, och tvärtom. Därför kan man använda dem som ett lackmuspapper för att avgöra hur kiselkoncentrationen har sett ut.

Resultaten skvallrar därmed indirekt även om koldioxidhaltens förändring, eftersom kopplingen mellan kol och kisel är så stark.

Analyserar fossil på havsbotten

För att få fram trovärdiga siffror använder sig forskarna av olika angreppssätt. En metod är att undersöka spår som ligger begravda i fossil, på havsbotten och i klippor. Daniel Conley plockar fram några bilder, som visar 45 miljoner år gamla fossil.

– De här kommer från borrningar i havssediment. Vi tar något som ser ut som smuts, renar det och så får vi fram olika organismer. De har olika enzymsystem, som ger skilda förutsättningar för att ta upp kiseloxid. Diatoméer är mycket effektiva, medan de äldre svampdjuren är mycket ineffektiva. Det är ingen som har undersökt svampdjur tidigare, och där tror vi att nyckeln finns till att återskapa hela förloppet.

Ett annat tillvägagångssätt är att analysera isotoper av kisel i olika material. Forskarna skapar dessutom modeller baserade på insamlade data, som kan visa hur de geokemiska processerna har utvecklats genom historien. Anslaget från Stiftelsen gör det även möjligt att genomföra egna fältstudier.

– Vi besöker bland annat Okavango-deltat i Botswana. Det är en biologisk hotspot, en helt fantastisk miljö.

Det som i första hand intresserar Conley är gräsområden och ekosystemet. Gräs tar upp stora mängder kiseldioxid och i projektet studeras därför hur utvecklingen av gräsmark har påverkat omsättningen av kiseldioxid över tid.

– Bambu, som faktiskt också är gräs, består till en femtedel av kiseldioxid. Det är orsaken till att bambu är ett så hållfast byggnadsmaterial.

"Jag blev mycket upprymd när jag fick höra om anslaget. Nu får jag fem års frihet att utveckla idéer som jag har burit omkring i bakfickan under flera år. Det är en fantastisk möjlighet och en stor ära."

Började som oceanograf

Som ung trodde inte Daniel Conley att han skulle syssla med geologi. Han började med oceanografi, och studerade kustnära ekosystem, framför allt i Chesapeake Bay på den amerikanska östkusten. År 1990 kom han till Skandinavien första gången. Fyra år senare blev han rekryterad till Danmark och arbetade länge med miljöskyddsfrågor, innan han 2007 kom som professor till Lunds universitet och geologiska institutionen.

– Det har förändrat min tidsuppfattning på ett enastående sätt. Tidigare var det äldsta material jag kom i kontakt med cirka 10 000 år gammalt, och nu studerar jag tidsskalor som går tillbaka en halv miljard år.

Östersjöns döda bottnar

Daniel Conley ägnar också mycket tid åt Östersjöforskning, och har bidragit med ny kunskap om den allvarliga situationen med döda bottnar. År 2011 publicerades en studie som visar att utbredningen av syrefria områden är större än någonsin tidigare i historien, även nära kusterna.

– Det viktigaste är att vi nu vet mycket mer om hur de döda bottnarna har varierat i det förflutna och vad som är de bakomliggande faktorerna. Det finns ingen quick fix-lösning. Främst gäller det att reducera näringstillförseln, som kommer via avlopp, reningsverk och jordbruk, till Östersjön.

Senare års forskning har visat att redan under medeltidens värmeperiod orsakade uppodlingen av mark problem med döda bottnar. I ett nytt projekt hoppas Daniel Conley kunna kartlägga även denna utveckling mer i detalj, bland annat i samarbete med jordbrukshistoriker.

– Vetenskap är så kul! Det är egentligen det som driver mig och att upptäcka saker innan någon annan har gjort det, ”breaking the news”, säger han. Om jag genom Wallenberg-anslaget kan rekonstruera de senaste 100 miljoner årens sammansättning av koldioxidhalten så blir det ett stort steg framåt för forskningen.

Text Nils Johan Tjärnlund
Bild Magnus Bergström