Fossiele moleculen onthullen klimaatgeschiedenis. Johan Weijers

Transcriptie

1 Fossiele moleculen onthullen klimaatgeschiedenis Johan Weijers

2 Overzicht Introductie Vakgebied Biomarkers Een nieuwe oerthermometer Ontwikkeling van een biomarkerproxie Enkele toepassingen De biologische bron van vertakte tetraethers

3 Organische Geochemie bestudeert de samenstelling van organisch materiaalin sedimenten, gesteenten en fossiele brandstoffen (kool, olie, gas) Verschillende analytische technieken: - (EA) - GC, GC/MS, GC-IRM/MS - HPLC/MS - (NMR)

4 Fossielen Klassieke Fossielen marine Crenarchaeota (<1 mm) HO O O bacteria Picture: E.F. DeLong O O Moleculaire Fossielen OH Picture: Jörg Bollman O

5 Biomarkers chemischefossielen, moleculairefossielen O ARCHAEA HO O OH OH OH OH BACTERIA HO EUKARYA

6 Moleculaire compositie van vers organisch materiaal Organic matter Vaakonderdeelvan het celmembraan

7 Biomarkers n-alkanen o.a. afkomstigvan plantenwassen C 17 C 27 Marienealgen: C 15 to C 19 Hogereplanten: onevenc 23 to C 35 Sphagnum veen: bomenmeestalc 27 + C 29, grasc 31 C 23 dominant

8 Biomarkers Organic matter Lange alkenonen: Biomarkers voor haptophyte algen

9 Biomarkers Organic matter Isorenierateen: Biomarker voor groene zwavelbacterie Green sulfur bacteria (Chlorobiaceae)

10 Eennieuwethermometer

11 Vertaktetetraether membraanlipiden Hydrophilic head groups Hydrophobic interior Hydrophilic head groups GDGT: Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraether

12 Vertaktetetraether membraanlipiden O H O O O O H O GDGT I 1,2-di-O-alkyl-sn-glycerol stereoconfiguration ARCHAEA Bacteriële stereoconfiguratie EUKARYA BACTERIA HO O O O O OH

13 Vertaktetetraether membraanlipiden a I a b c Branched Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraether (GDGT) membraan lipiden Ontdektin 2000 Sinninghe Damsté et al. (2000) Chem. Commun. Schouten et al.(2000) Proc. Nat. Acad. Sci. USA II b c Bacteriëleoorspronggebaseerd op de stereo- configuratie Weijers et al. (2006) Env. Microbiol. a III b c Komenveelvoorin veenen bodems; worden met rivieren naar mariene milieu getransporteerd Hopmans et al. (2004) Earth Planet. Sci. Lett.

14 DistributievertakteGDGTs Nigeria Frankrijk IJsland Gabon Schotland Spitsbergen I III II

15 MBT/CBT palaeo-thermometer a Index voor de mate van vertakking: I b c MBT = I (I+ II+ III) a Methylation index of Branched Tetraethers II b c a III b c

16 MBT/CBT palaeo-thermometer a Index voor de mate van vertakking: I b c MBT = I (I+ II+ III) a II b c Methylation index of Branched Tetraethers Ratio voor de mate van cyclisatie: a III b c CBT = -LOG (Ib+IIb) (Ia+ IIa) Cyclisation ratio of Branched Tetraethers

17 MBT/CBT index palaeo-thermometer Bodem ph

18 MBT/CBT index palaeo-thermometer Bodem ph

19 MBT/CBT index palaeo-thermometer (R 2 = 0.82) Deze relaties zijn gebaseerd op de biofysische adaptatie van het microorganisme aan het milieu waarin het leeft.

20 MBT/CBT index palaeo-thermometer (R 2 = 0.82)

21 MBT/CBT index palaeo-thermometer MBT = *CBT *MAT (R 2 = 0.77) Weijers et al. (2007) Geochim. Cosmochim. Acta

22 Marienesedimentairearchief

23 Congo deep sea fan Signaal geïntegreerdover een rivierbekken Temperatuurcurve voor equatoriaal tropisch Afrika Picture from NASA Earth Observatory 23

24 Congo Application: deep sea Congo fan deep-sea fan -32 δ 18 O ( SMOW) YD H1 GISP2-380 Neerslag: Uitloging bodem ph CBT ratio GemiddeldepH van tropische bodems MAT ( o C) ph ±0.5 ph more humid less humid ACR EPICA Dome C CBT record δd plant waxes MBT/CBT record δd ( SMOW) δd ( SMOW) Weijers et al. (2007) Science Calendar age (kyr BP)

25 Congo Application: deep sea Congo fan deep-sea fan -32 Reconstructie LGM Holocene opwarmingin Afrika: Pollen: ~ 3 to 5 C Nobel gas: ~ 5 to 6 C Meer Oppervlakte Temp.: ~ 3.5 C HuidigeMAT Congo Bekken δ 18 O ( SMOW) MAT ( o C) ph ~ 4.5 C YD ACR H1 GISP2 EPICA Dome C CBT record δd plant waxes MBT/CBT record δd ( SMOW) δd ( SMOW) Weijers et al. (2007) Science Calendar age (kyr BP)

26 Verderterug in de tijd ~ 55 Miljoenjaarterug: Palaeocene-Eocene Thermale Maximum (PETM)

27 Noordpool - PETM

28 Noordpool- Application PETM (2): in the Arctic Ocean Palaeoceen/ Eoceen Thermale Maximum Sluijs et al. (2006) Nature

29 Noordpool- Application PETM (2): in the Arctic Ocean Palaeoceen/ Eoceen Thermale Maximum ~ 5 C ~ 7 C Weijers et al. (2007) Earth Planet. Sci. Lett.

30 Artist s Impression 30

31 Biologischeoorsprong

32 Biologischeoorsprong Saxnäs Mosse, Zweden 1 Terrestrial GDGTs VertakteGDGTs komen het meest voor in anoxische lagen van venen depth (cm) Acrotelm Catotelm µg / g dry peat 32

33 Biologischeoorsprong Biological source of branched GDGTs Bacteriële DNA sequenties Saxnäs Mosse 33

34 Biologischeoorsprong Weijers et al. (2009) Geomicrobiology Journal

35 Toekomst Analyseren van Acidobacterie-culturen voor de rest van mijn carrière

36 Dankbetuiging Jaap Sinninghe Damsté (NIOZ) Stefan Schouten (NIOZ) Ellen Hopmans (NIOZ) Elda Panoto (NIOZ) Judith van Bleijswijk (NIOZ) Francien Peterse (NIOZ) Gert-Jan Reichart (Utrecht University) Laura Buckles (Utrecht University) Appy Sluijs (Utrecht University) Henk Brinkhuis (Utrecht University) Bas van Geel (University of Amsterdam) Marjolein vd Linden (University of Amsterdam) Enno Schefuss (University of Bremen, Germany) Rich Pancost (University of Bristol, UK) Roland Bol (North Wyke Research, UK) Jennifer Dungait (North Wyke Research, UK) Guido Wiesenberg (University of Bayreuth, Germany) Dirk Verschuren (Gent University, Belgium) ISRIC soil institute Wageningen, The Netherlands The Netherlands Organisation for Scientific Research for funding

37 NuttigeLinks Expeditie Broeikaswereld (winnaar Academische Jaarprijs 2007) Onderwijsmodule Aarde in Evolutie nlt-module voor 5/6 VWO 10 jaarnl oceaanonderzoekiodp in 10 min.