De aarde heeft een verrassende nieuwe speler in het klimaatspel: zuurstof. Hoewel zuurstof geen warmte-vasthoudend broeikasgas is, kan de concentratie in onze atmosfeer invloed hebben op hoeveel zonlicht de grond bereikt, en nieuwe modellen suggereren dat het effect in het verleden het klimaat heeft veranderd.
gerelateerde inhoud
- Dode zones in de oceaan worden wereldwijd erger door klimaatverandering
- Meer kooldioxide in de lucht maakt sommige gewassen minder voedzaam
Zuurstof maakt momenteel ongeveer 21 procent uit van de gassen in de atmosfeer van de planeet, maar dat niveau is niet stabiel geweest in de geschiedenis van de aarde. De eerste paar miljard jaar was er weinig zuurstof in de atmosfeer. Toen, ongeveer 2, 5 miljard jaar geleden, begon zuurstof aan de atmosfeer te worden toegevoegd door fotosynthetische cyanobacteriën. “Zuurstof wordt geproduceerd als een afvalproduct van fotosynthese. Het wordt geconsumeerd door ademhaling, ”legt Chris Poulsen, klimaatwetenschapper aan de Universiteit van Michigan, uit van de hoofdstudie die vandaag in Science is gepubliceerd .
Dat afvalproduct leidde tot een massale uitsterving bekend als het Great Oxygenation Event. Maar in de loop van de tijd zijn er nieuwe levensvormen ontstaan die zuurstof gebruiken of verdrijven bij de ademhaling, en het zuurstofgehalte in de lucht bleef stijgen. "De productie en begraven van plantmateriaal gedurende lange periodes zorgt ervoor dat het zuurstofniveau stijgt", legt Poulsen uit. Niveaus kunnen weer dalen wanneer die opgesloten oude organische materie op het land wordt blootgesteld en elementen zoals ijzer reageren met zuurstof uit de atmosfeer, een reactie die oxidatieve verwering wordt genoemd. Als gevolg van deze processen varieerde de zuurstofconcentratie in de atmosfeer van een laag van 10 procent tot een hoog van 35 procent in de afgelopen 540 miljoen jaar of zo.
Poulsen en zijn collega's bestudeerden het klimaat en de planten van het late Paleozoïcum en tijdens een vergadering begonnen ze te praten over de vraag of zuurstofniveaus het klimaat in het verleden misschien op de een of andere manier hebben beïnvloed. Studies hebben aangetoond dat atmosferisch koolstofdioxide de belangrijkste drijvende kracht achter het klimaat is geweest, dus de meeste dachten dat de rol van zuurstof te verwaarlozen was.
Maar computermodellen op basis van CO2-gegevens hebben niet alles in het record kunnen verklaren. Bijvoorbeeld, het Cenomaniaan, een tijd in het late Krijt, werd gekenmerkt door hoge koolstofdioxide en stijgende temperaturen, maar modellen van deze tijd spuwen meestal polaire temperaturen en neerslagsnelheden uit die te laag zijn in vergelijking met gegevens uit het paleogeologische record. Dus begon Poulsen een klimaatmodel aan te passen om het zuurstofidee te testen, en de resultaten toonden aan dat veranderingen in zuurstofconcentratie inderdaad een impact hadden via een reeks feedbacks.
"Het verlagen van zuurstofniveaus verdunt de atmosfeer, waardoor meer zonlicht het aardoppervlak kan bereiken", legt Poulsen uit. Meer zonlicht laat meer vocht verdampen van het oppervlak van de planeet, wat de luchtvochtigheid verhoogt. Omdat waterdamp een broeikasgas is, raakt meer warmte vast in de buurt van het aardoppervlak en stijgen de temperaturen. De verhoogde luchtvochtigheid en temperatuur leidt ook tot toename van neerslag. Wanneer daarentegen de zuurstofconcentratie hoger is, wordt de atmosfeer dikker en verstrooit meer zonlicht. Hierdoor is er minder waterdamp om warmte vast te houden.
Het toevoegen van de effecten van zuurstof tijdens andere perioden kan leiden tot meer accurate modellen van het verleden van de planeet, zeggen de onderzoekers. Maar Poulsen waarschuwt dat de studie geen invloed heeft op wat bekend is over het huidige klimaat van de aarde. Het klimaat op aarde verandert vandaag omdat het niveau van broeikasgassen zoals koolstofdioxide en methaan dramatisch stijgt - zuurstof is geen factor.
"Het zuurstofniveau daalt vandaag, maar in een zeer langzaam tempo, ongeveer tientallen delen per miljoen per jaar, " zegt hij. "Dit percentage is veel te langzaam om het klimaat in de moderne wereld te beïnvloeden." Geef de planeet echter nog een miljoen jaar en toekomstige klimaatwetenschappers zullen zuurstof aan hun modellen moeten toevoegen om het volledige beeld te krijgen.
