55 miljoen jaar geleden werd een periode van ernstige opwarming van de aarde veroorzaakt door niet één maar twee injecties van broeikasgassen in de atmosfeer - en de stijgingssnelheid suggereert dat de oude opwarming gebeurtenis belangrijke lessen kan bevatten voor wat te verwachten met de klimaatverandering van vandaag.
gerelateerde inhoud
- Recessie, geen fraude, zorgde voor een daling van de Amerikaanse koolstofemissies
- Wat we kunnen leren door de geheimen van de diepe koolstof van de aarde te achterhalen
- Reis door diepe tijd met deze interactieve aarde
- Gas, waarschijnlijk methaan, sijpelt uit 570 locaties voor de oostkust
Een van de beste manieren om te onderzoeken hoe door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde de aarde in de toekomst zal beïnvloeden, is te onderzoeken hoe onze planeet in het verleden op klimaatverandering heeft gereageerd. Veel onderzoekers denken dat het Paleoceen-Eoceen thermisch maximum (PETM) 55 miljoen jaar geleden bijzonder relevant is voor onze huidige situatie, omdat het ook een massale injectie van koolstof in de atmosfeer met zich meebracht die leidde tot spiraalvormige mondiale temperaturen.
Niet alle onderzoekers zijn er echter van overtuigd dat we nog veel te leren hebben van de PETM. Sommige studies suggereerden dat het klimaat toen veel langzamer veranderde dan nu, met atmosferische koolstof die zich geleidelijk opbouwt over ongeveer 20.000 jaar, misschien vanwege de langzame afgifte van vulkanische gassen. Weer andere studies concludeerden dat de PETM-veranderingen veel te snel plaatsvonden voor vergelijkingen met onze huidige situatie. Een studie vorig jaar suggereerde dat atmosferische koolstof binnen slechts een paar jaar steeg, misschien als gevolg van een massale instroom van koolstof door een komeetinslag.
Maar het nieuwste geologische bewijsmateriaal, vandaag gepubliceerd in Nature Geoscience, maakt deze "te trage" en "te snelle" opwarmingsscenario's onwaarschijnlijk. In plaats daarvan was de mate van verandering waarschijnlijk "precies goed" voor het maken van moderne vergelijkingen.
Onderzoekers onder leiding van Gabe Bowen aan de Universiteit van Utah boorden een kern van 820 voet uit de grond in de buurt van Powell, Wyoming. Hun monster snijdt door oude bodems - nu veranderd in steen - die zich vóór, tijdens en na de PETM vormden. De bodemlagen bevatten duizenden carbonaatknobbeltjes, die elk verschillende soorten koolstof bevatten die de samenstelling van de atmosfeer weerspiegelen op het moment dat de knobbel werd gevormd. Door deze variëteiten, of isotopen, binnen elke knobbel te meten, konden de onderzoekers een beeld krijgen van hoe koolstof werd toegevoegd aan de oude atmosfeer. Het is niet de eerste keer dat onderzoekers een dergelijk koolstofrecord voor de PETM hebben gebouwd - vergelijkbare profielen zijn gemaakt met behulp van informatie uit mariene sedimentkernen. Maar zeesedimenten worden opgepoetst door gravende dieren, waardoor het detail van het koolstofbeeld vervaagt op een manier die niet zo snel op het land gebeurt, zeggen de onderzoekers.
Grijze, ronde knobbeltjes carbonaat stippelen deze sedimentkernen die uit het noorden van Wyoming zijn geboord. (Bianca Maibauer, Universiteit van Utah) De resultaten laten zien dat koolstof een paar duizend jaar in de atmosfeer werd gepompt - ongeveer in hetzelfde tempo als de uitstoot van vandaag. Ze ontdekten ook dat ten minste 992 miljoen ton koolstof per jaar in de atmosfeer terechtkwam - dat is binnen de orde van grootte van het huidige jaarlijkse percentage van 10, 5 miljard ton.
Maar misschien was de meest interessante bevinding dat de PETM twee afzonderlijke koolstofpulsen lijkt te hebben betrokken. Een paar duizend jaar voordat de PETM in volle gang kwam, was er een kortstondige periode van opwarming van de aarde. Atmosferische koolstofniveaus schoten omhoog in de loop van misschien 1500 jaar, bleven een millennium lang hoog en keerden daarna snel terug naar normaal. Na nog een paar millennia schoten de CO2-waarden weer omhoog - maar deze keer bleven ze tienduizenden jaren hoog, waardoor het echte PETM-evenement ontstond.
"Dit is het eerste sterke bewijs dat deze twee pulsen op zeer korte afstand van elkaar stonden", zegt co-auteur Scott Wing, een paleobioloog in het Smithsonian's National Museum of Natural History. Het is een belangrijke observatie, zegt hij, omdat het betekent dat we beter kunnen beoordelen wat precies de PETM heeft veroorzaakt. "Het is bijna beschamend dat we nog geen oorzaak hebben gevonden", zegt Wing. "Het is het eerste wat iemand wil weten - maar zelfs 20 jaar na het identificeren van de PETM hebben we nog steeds ruzie over de oorzaak."
De nieuwe resultaten lijken het zeer trage, vulkanisch veroorzaakte scenario uit te sluiten - de koolstof kwam te snel in het milieu om te werken. En omdat er twee verschillende opwarmpulsen waren, ziet het komeetscenario er ook zwak uit. "Je zou dan twee afzonderlijke kometen moeten hebben - het klinkt een beetje als een speciale smeekbede, " zegt Wing.
Paleobioloog Scott Wing van het Smithsonian Institute heeft een kernmonster uit de Willwood-formatie van Wyoming in een door de Universiteit van Utah geleide studie van een opwarming van de aarde bijna 56 miljoen jaar geleden. (William Clyde, Universiteit van New Hampshire) In plaats daarvan beweren de auteurs dat een afgifte van methaan uit afzettingen onder de zeebodem zowel de snelheid van verandering als de nieuwsgierige dubbele pulsen zou verklaren. Dit methaan wordt normaal gesproken veilig opgesloten in een vaste vorm, methaan-clathraat genoemd, maar zelfs een onderzeese aardverschuiving kan voldoende zijn geweest om een deel van de zeebodem te destabiliseren en een enorme clathraatafzetting te ontgrendelen. Dat soort gebeurtenis had de kortstondige polsslag van de opwarming van de aarde kunnen veroorzaken vóór het belangrijkste PETM-evenement.
Als reactie op deze eerste puls hebben de oceanen de overtollige atmosferische hitte misschien opgezogen. Als ze dat wel deden, is het mogelijk dat dit natuurlijke herstelmechanisme de hoofdgebeurtenis heeft geactiveerd. Warmere oceanen kunnen zelf clathraatafzettingen destabiliseren, wat zou kunnen verklaren waar de tweede koolstofpuls vandaan kwam, zegt Wing. Als dit scenario correct is, maakt het de PETM nog relevanter voor vandaag - de oceanen worden opnieuw opgewarmd en clathraatafzettingen onder de zeebodem beginnen opnieuw te destabiliseren.
Methaanclathraten die vrijkomen uit sedimenten in het Russische Baikalmeer lijken door het ijs te borrelen. (Louise Murray / Robert Harding World Imagery / Corbis) "Ik was in het begin een beetje sceptisch over de studie - bodemcarbonaten zijn meestal moeilijk te interpreteren, " zegt Henrik Svensen aan de Universiteit van Oslo, Noorwegen. "Maar het lijkt een mooie en grondige studie die inderdaad nieuwe perspectieven toevoegt aan de PETM." Wat niet duidelijk is, voegt Svensen toe, is waarom de dubbele pols niet echt duidelijk naar voren kwam in andere studies, gezien het feit dat verschillende groepen geologen die elders in de wereld werken, hebben koolstofisotopen in rotsen gebruikt om atmosferische omstandigheden tijdens de PETM in relatief hoog detail te reconstrueren.
Andere onderzoekers zeggen dat ze in hun eerdere studies hints van de twee pulsen hebben gezien. Ying Cui en Lee Kump van Pennsylvania State University en hun collega's hebben bijvoorbeeld in 2011 een analyse gepubliceerd van koolstofisotopen in PETM-mariene sedimenten voor de kust van Spitsbergen in de Noordelijke IJszee. "We identificeerden ook twee pulsen, gerelateerd aan steepenings en flattenings in het koolstofisotooprecord, " zegt Kump.
Toch is niet iedereen ervan overtuigd dat het laatste bewijs de doodsklok klinkt voor eerdere opwarmingsscenario's. James Wright van Rutgers University was co-auteur van de krant van vorig jaar en beweerde dat de PETM-opwarming snel plaatsvond, misschien als gevolg van een komeet. Omdat de nieuwe resultaten aantonen dat de atmosferische omstandigheden tussen de eerste en tweede puls weer normaal zijn geworden, kunnen we er niet zeker van zijn dat de eerste puls een directe relevantie heeft voor de PETM, antwoordt hij. Dit zou de weg vrijlaten voor de tweede puls om exclusief verantwoordelijk te zijn - wat betekent dat we het komeetscenario niet volledig kunnen uitsluiten.
Als Wing en zijn collega's gelijk hebben en het PETM-broeikaseffect vergelijkbaar is met dat van vandaag, weten we dat het geen perfecte vergelijking is. De wereld was 55 miljoen jaar geleden een heel andere plaats. Zelfs vóór de PETM was de planeet bijvoorbeeld al zo warm dat er geen ijskappen waren. We moeten ook niet te veel troost putten uit het feit dat de PETM geen grote massa-uitsterving heeft veroorzaakt, zegt Wing, want hoewel de huidige opwarming van de aarde het bestaan van onze soort niet bedreigt, bedreigt het wel onze manier van leven. "Waar we het over hebben, zijn enorme veranderingen die een tamelijk ongelooflijke hoeveelheid menselijk lijden en verlies van de dingen kunnen veroorzaken die we allemaal dierbaar zijn, " zegt hij.
