Woensdag 15 juli: Weer, 62 graden en zonnig om 7 uur
Een perfecte dag om het veld in te gaan. We gaan eerst naar de supermarkt om voorzieningen te krijgen voor de lunch en veel water, iets dat hard nodig zal zijn in het droge klimaat en de hitte van de dag. Scott legt uit dat we drie sites zullen bezoeken waar teams werken om de PETM en de gevolgen ervan vanuit verschillende perspectieven te onderzoeken. Hij en zijn collega's beschouwen dit gebied ideaal voor hun werk, omdat de diepe sedimentaire afzettingen van het bassin het stratigrafische profiel vastleggen van de tijd voorafgaand aan het Paleoceen Eocene Thermal Maximum, of PETM, de PETM zelf en de daaropvolgende jaren. De rotslagen in dit grote bassin hellen aan de zijkanten naar binnen en zijn relatief horizontaal in het midden, maar regionale verheffing in de laatste paar miljoen jaar heeft opnieuw de kracht van erosie verloren, diepe geulen en valleien sneden die PETM-rotsen blootleggen en de onderzoekers om de fossielen en ander bewijs dat ze zoeken te vinden. Naast de gunstige geologische omstandigheden, wordt een groot deel van het land beheerd door het Amerikaanse Bureau of Land Management, dat nuttig was voor de onderzoeksteams, en het wordt doorsneden door een netwerk van onverharde wegen onderhouden door een energiebedrijf dat de veel olie-vijzels die olie verwijderen uit het volgroeide olieveld in de regio.
De rit naar de onderzoekslocaties vanuit Worland is ongeveer 25 kilometer. Ze bevinden zich om maximaal te profiteren van de blootstellingen van de bedden die tijdens de PETM zijn afgezet. De relevante stratigrafie begint met de onderliggende grijze, bruine en bruine afzettingen die bekend staan als de Fort Union-formatie, die gevormd werd tijdens het Paleoceen-tijdperk net voor de tijd van de PETM. Dit was een periode van relatief stabiele koolstofdioxidegehaltes in de atmosfeer en een warm, gematigd klimaat dat gematigde en subtropische planten mogelijk maakte om zo ver naar het noorden als Wyoming te groeien. Het Paleoceen was een tijd van snelle evolutie bij zoogdieren, waarschijnlijk omdat de dinosauriërs aan het begin waren uitgestorven. Veel van deze vroege zoogdieren overleefden de PETM niet of begonnen op dat moment in diversiteit af te nemen.
De PETM vond plaats aan het begin van het Eoceen-tijdperk ongeveer 55 miljoen jaar geleden en heeft naar schatting ongeveer 200.000 jaar geduurd, een knipoog naar de geologische tijdschaal. De PETM kan zijn veroorzaakt door een periode van intens vulkanisme, waardoor het klimaat werd opgewarmd, waardoor op zijn beurt extra koolstof in de atmosfeer vrijkwam uit bronnen zoals brandende veengebieden en steenkoollagen, of onstabiele methaanhydraten in de oceaanbodem ( grote hoeveelheden van het krachtige broeikasgas methaan worden daar afgezonderd). De verrassende bevinding is dat de snelste toevoeging van broeikasgassen snel plaatsvond, in de eerste 10.000 jaar van de PETM. Het kooldioxidegehalte in de atmosfeer overschreed waarschijnlijk 1.000 delen per miljoen. De atmosferische koolstofniveaus van vandaag zijn 385 ppm, meer dan 100 ppm ten opzichte van de hoogste niveaus van de laatste 500.000 jaar, met de grootste stijging in de laatste 150 jaar van industrialisatie en intensief gebruik van steenkool en andere op koolstof gebaseerde brandstoffen. De hoge koolstofdioxidegehalte vroeg in de PETM hield 80.000 tot 100.000 jaar aan en daalde daarna langzaam gedurende nog eens 90.000 jaar.
Actieve verwering van bodemmineralen, in het bijzonder de oxidatie (roestvorming) van ijzerverbindingen, werd geassocieerd met de PETM, waarschijnlijk als gevolg van hoge temperaturen en schommelingen in de waterspiegel veroorzaakt door seizoensregen. De versteende bodemhorizonten geven de stratigrafische kolom verschillende rode lagen. De kleuren zijn een grote hulp voor Scott en zijn collega's, die ze gebruiken om de bedden over lange afstanden te volgen en fossiele verzamelingen te correleren vanuit locaties die ver uit elkaar liggen. De meest dramatische fossiele bodems bevinden zich in de 'Big Red Sequence', een reeks felrode en paarse lagen van ongeveer 25 meter dik die gemakkelijk te zien zijn vanaf de snelweg. Big Red werd gevormd tijdens de laatste fasen van de PETM en registreert zo de afkoeling van de zeer warme omstandigheden van de vroege en middelste PETM. Het zijn vooral de lagen onder Big Red en boven de onderliggende Fort Union-formatie, maar Big Red dient om ze te vinden. De oudste van de PETM-lagen is ook roodachtig en ligt direct boven de Fort Union-formatie. Het is ongeveer een tot twee meter dik en weerspiegelt de vroege stadia van de PETM. Dit was een tijd van transitie en is interessant omdat het ons vertelt hoe snel het klimaat veranderde en wat er gebeurde om de balans naar een nieuw klimaatregime te tippen. De volgorde hierboven weerspiegelt een langere periode, waarschijnlijk 90.000 tot 100.000 jaar en krijgt verschillende bijnamen, waaronder de "chaoszone" of Scott's favoriet, "de hel in de losbrekende zone". Het is grijs, tussen 10 en 20 meter dik, en een rijke bron van fossielen die een periode van drastische veranderingen in flora, fauna en milieu vertonen. Als je naar de heuvels kijkt vanuit een hoge grond, zijn de afwisselende lagen rood en grijs zo prominent dat sommigen naar hen verwijzen als 'snoepstrepen'.
De drie locaties die ik heb gekozen voor mijn bezoek en het veldwerk weerspiegelen de expertise van het interdisciplinaire team dat met Scott werkt. Geologen Mary Kraus van de Universiteit van Colorado in Boulder en Francesca McInerney van de Northwestern University in Chicago richten zich op de fossiele bodems en rotskolommen die helpen bij het ontrafelen van veranderingen in het milieu en de context bieden voor de gevonden fossielen. Hun chemische analyses van de rotsen helpen bij het sorteren van de klimaatprocessen die aan het werk waren in de PETM. Jon Bloch van het Florida State Museum of Natural History, is een gewervelde paleontoloog en zoekt informatie over de zoogdieren die door het gebied zwierven, inclusief diegenen die tijdens de PETM naar voren kwamen. Uiteindelijk werken Scott en zijn team aan de botanische kant van het grootboek. Elk van deze mensen heeft een multi-universitaire groep studenten die met hen werken, die allemaal onder uitdagende omstandigheden zwoegen om deel uit te maken van het ontdekkingsproces.
North Butte Site
Dino puffert door de alsem bedekte heuvels langs onverharde wegen naar de site van North Butte, een plek waar Mary en Francesca een steile helling hebben gekozen waarmee ze het hele stratigrafische profiel vanaf de Fort Union Formation tot het einde van de PETM kunnen blootleggen en onderzoeken . Toegang tot ongestoord materiaal wordt geboden door een geul van een meter diep, moeizaam gegraven door de volledig vrouwelijke bemanning van docenten en studenten. Hierdoor kunnen de onderzoekers de overgang van de ene laag naar de andere duidelijk zien, een indicatie van de veranderende klimatologische omstandigheden. Uit chemische analyses van gesteentemonsters kunnen ze de bron, het tijdstip van ontstaan en het afnemingspatroon van de koolstof afleiden die aan het begin van de PETM is vrijgekomen. Dit is gebaseerd op de verhouding van stabiele isotopen van koolstof aanwezig in verschillende organische materialen. De onderzoekers kunnen ook veranderingen in de activiteit van kleine bodemdieren en de diepte van plantenwortels volgen.
Downtown Worland, Wyoming. (Smithsonian Institution) 
Secretaris van het Smithsonian, G. Wayne Clough, reisde naar Worland, Wyo om Scott Wing en zijn team te observeren de fossiele lode die ze vonden. (Smithsonian Institution) 
Scott Wing wijst op de rode en grijze lagen die zichtbaar zijn in de verre heuvels. (Smithsonian Institution) 
Scott Wing en zijn 1970 Chevy Suburban, Dino. (Smithsonian Institution) 
Wayne Clough zit in het midden van het team onder leiding van Mary Kraus en Francesca McInerney op de locatie North Butte. (Scott Wing) 
G. Wayne Clough, secretaris van het Smithsonian, onthult een fossiel blad. (Scott Wing) 
Het fossiel van een palmblad uit het Paleoceen Eoceen Thermische Maximale periode. (Smithsonian Institution) 
De kleine versteende kaakbeenderen van een prehistorisch paard (boven) en varken. (Smithsonian Institution) 
Terug in het basiskamp verzamelen de teams zich om de vondsten van de dag te bespreken. (Smithsonian Institution) Invasiesite van Caterpillar
Vanaf de North Butte-site neemt Dino ons mee over de wegen op de heuvels naar de huidige site van Scott, bekend als "Caterpillar Invasion", omdat het op de dag dat het werd ontdekt wemelde van grote groene rupsen. Gelukkig voor de bemanning hebben de rupsen op mysterieuze wijze het pand verlaten voordat ze aan hun werk begonnen. Deze site is gekozen omdat de heuvel toegang biedt tot een deel van de "chaos" -laag van de PETM die rijk is aan plantenfossielen. Een "steengroeve" is in de heuvel gegraven en legt een siltstone-laag bloot die verweerd is en op een schop uitkomt in fragmenten ter grootte van een vuist, die, wanneer zorgvuldig gesplitst met een steenhamer, vaak een plantenfossiel opleveren. De zon is heet en hoog boven ons wanneer we aankomen en de bemanning heeft al een kleine hoeveelheid specimens uitgegraven die Scott kan onderzoeken. Scott luistert aandachtig terwijl elk lid van het team uitlegt wat ze denken te hebben gevonden, en vervolgens onderzoekt hij ze met een handlens en zijn lange ervaring om te bepalen wat er echt is. Scott's enthousiasme terwijl hij elk stuk onderzoekt, is een aanmoediging voor de beginnende wetenschappers, en het gevoel van ontdekking over wat elke vondst zou kunnen toevoegen aan het grotere geheel is opwindend.
Ik krijg een kans om de fragmenten uit te graven en open te breken in de hoop een fossiel te vinden. Dit blijkt een opwindende en vernederende ervaring te zijn. Zelfs na het lokaliseren van een naad om de rots open te breken, kan een valse slag een breuk over het bed veroorzaken en de kans op het vinden van een fossiel verliezen. In het begin verlies ik meer dan ik win, maar na verloop van tijd begin ik het onder de knie te krijgen. Al snel moedigt het jeugdige team de oldtimer aan terwijl mijn exemplaren duidelijke blad- en bloemfossielen teruggeven, die elk 55 miljoen jaar aan het oog zijn onttrokken. Ik heb verschillende soorten gevonden, waaronder een 'slank', hun bijnaam voor een samengesteld blad met langwerpige blaadjes, een klein samengesteld blad van een familielid van de mimosa-boom en een palmblad. Elk van deze delicate fragmenten is een bewijs van de kracht van de natuur om te creëren met een overvloed die we alleen maar kunnen bewonderen. Ik vind ook een klein visskelet dat, vertelt Scott, de afzetting van de fossielen in een oude vijver laat zien. Van de plantenfossielen is de 'slanke' een soort die uniek is voor de PETM, alleen te zien in drie van de acht fossiele plantensites die in deze periode zijn gevonden. Het is in de familie van Sapindaceae, die de soapberry-boom, esdoorns en de gouden regenboom omvat. Het palmvarenblad en het mimosa-achtige blad zijn onder andere signalen dat dit gebied tijdens de PETM het hele jaar door warm was, waarschijnlijk met een uitgesproken droog seizoen, zoals delen van droog subtropisch Mexico of Midden-Amerika vandaag.
Het vinden van de fossielen is opwindend en herinnert ons aan een beetje Smithsoniaanse geschiedenis. In het begin van de 20e eeuw was de secretaris van het Smithsonian Charles D. Walcott, een vooraanstaand geoloog en paleontoloog. Hij is beroemd als de ontdekker van de Burgess Shale in Canada, een storting met opmerkelijke aantallen en variëteiten van vroege fossiele zeedieren. Scott suggereert dat het vinden van een paar fossielen op deze dag misschien de eerste keer sinds secretaris Walcott is dat een secretaris van het Smithsonian een fossiel heeft gevonden.
Na beoordeling van alle fossielen die in de groeve zijn gevonden, beginnen Scott en zijn bemanning aan het zorgvuldige proces van het inpakken van de specimens om ze te beschermen tijdens hun terugzending naar het Smithsonian. De fossielen worden geleverd aan het laboratorium van Scott in het Natural History Museum, waar ze zorgvuldig worden onderzocht en gecatalogiseerd. Ze zullen helpen bij de voortdurende inspanningen om klimatologische, vegetatieve en ecologische veranderingen tijdens de PETM te ontrafelen.
Picnic Hill-site
Onze laatste site is die van de gewervelde paleontologen onder toezicht van Jon Bloch. Jon begroet ons op de top van de heuvel met uitzicht op zijn site en deelt twee vondsten van het werk van de dag - gedeeltelijke kaakbotten met tanden intact van twee kleine zoogdieren die in de Big Horn Basin leefden tijdens de PETM. De fossielen zijn opmerkelijk om twee redenen: dit zijn zoogdieren die in Noord-Amerika zijn aangekomen of geëvolueerd tijdens de PETM, primitieve voorouders van het paard en het varken. Beide geslachten diversifiëren en werden overvloedig na hun aankomst nabij het begin van de PETM, maar na ongeveer 50 miljoen jaar stierf het paard uit in de Nieuwe Wereld en werd niet opnieuw geïntroduceerd totdat Spaanse ontdekkingsreizigers in de 1500s terugkeerden. Beide zoogdieren waren erg klein en weerspiegelden een trend tijdens de PETM. Het paard was misschien niet groter dan een kleine kat. Het lijkt erop dat zoogdieren tijdens de periode van hoge temperaturen in de PETM naar kleinere afmetingen zijn geëvolueerd om beter om te gaan met de benodigde energiebalans tussen voeding en groei.
We begeleiden Jon naar de bodem van de heuvel waar zijn bemanning zich over het gebied heeft verspreid op zoek naar fossielen en ander bewijsmateriaal. Waar ze een fossiel of zelfs een fragment daarvan vinden, plaatsen ze een kleine vlag en registreren ze de informatie over de vondst. De vlag wordt gebruikt door een lid van de bemanning die de positie van het fossiel documenteert met submeter-precisie met behulp van een GPS-systeem. De locatiegegevens stellen het team in staat om het precieze niveau te weten van waaruit elk monster komt, een cruciaal element bij het reconstrueren van opeenvolgende veranderingen in de dieren via de PETM.
We lopen over de site en praten met elk van de bemanningsleden, een mix van jonge studenten en verschillende senior wetenschappers van andere instellingen die geïnteresseerd zijn in het werk dat Jon doet en graag helpen. Hoewel deze site niet veel grote, gearticuleerde skeletten produceert, levert het wel een veelvoud aan kleine stukjes bot, gewrichten en tanden, die elk, wanneer ze aan de grotere collectie worden toegevoegd, helpen om het verhaal van de PETM te vertellen.
Met het afnemen van de dag informeert Jon de bemanning dat het tijd is om terug te gaan naar het basiskamp. Zelfs na een lange warme dag in de zon lijkt de bemanning terughoudend om te vertrekken - nog een fossiel zou de belangrijkste vondst van de dag kunnen zijn. In het basiskamp zullen ze hun vondsten identificeren en catalogiseren, en de resultaten van hun dagelijkse werkzaamheden vergelijken en bespreken met de andere teams.
Basiskamp
Het veldwerk van de dag komt ten einde in het basiskamp, een locatie die door het team is gekozen als centraal voor alle locaties. Het is een goede plek, op de flank van een heuvel en beschermd tegen de wind, maar hoog genoeg om een prachtig uitzicht op de grimmige omgeving te bieden. Elk lid van de bemanning verblijft in het kamp, inclusief de hogere staf. Scott vertelt me dat het helpt bij de kosten, die ongeveer $ 7 per dag per persoon bedragen, en stelt de hele bemanning ook in staat om hun werk tot in de nacht te bespreken. Iedereen is moe, maar blij met de prestaties van de dag. Een spetterende stoofpot wordt voor het diner bereid en door iedereen met smaak gegeten. De zon begint achter de heuvel onder te gaan en de lucht koelt aanzienlijk. Het zachtere licht van de late namiddag verlicht de heuvels. Opvallend in zicht zes mijl naar het oosten is North Butte, waar Big Red opvalt in het licht van de ondergaande zon als een herinnering aan waarom we hier zijn.
Ik neem afscheid van mijn metgezellen om me de volgende ochtend vroeg klaar te maken voor mijn terugkeer. Ze zullen nog een week blijven en de veldexpeditie van dit jaar voltooien. Het was een opwindende ervaring, een ervaring van leren en openbaring. Ik keer terug naar Washington met een diepere waardering van hoe het is om als paleontoloog in het veld te werken - de vreugde om fossielen te vinden, de opwinding om te interpreteren wat ze over deze belangrijke gebeurtenis zeggen en hoe, na 55 miljoen jaar, nieuwe kennis over hoe onze planeet werkt, komt uit een studie van haar verleden.
Ik waardeer ook beter hoe belangrijk dit werk is. We worden zelf geconfronteerd met een periode van opwarming van de aarde van vergelijkbare omvang maar met een veel grotere snelheid dan die van de PETM. We weten nog niet welke hoeveelheid opwarming het vrijkomen van koolstof uit extra reservoirs kan veroorzaken, en we weten niet of we deze uitstoot kunnen vertragen of stoppen als ze beginnen. Door te onthullen hoe onze complexe en onderling verbonden planeet verandert met een snelle opwarming, kan het begrijpen van wat er 55 miljoen jaar geleden gebeurde, degenen onder ons in onze tijd helpen begrijpen wat we in de toekomst kunnen tegenkomen. De wezens die bestonden tijdens de PETM omvatten geen zes miljard mensen, maar de lessen die we leren door het observeren van die lang geleden klimatologische en ecologische veranderingen zullen waarschijnlijk nuttig zijn voor ons allemaal en onze nakomelingen.
