Koolstoflekkage heeft de planeet wellicht al
11.000 jaar verwarmd en de menselijke beschaving
mogelijk gemaakt
Hoe de Zuidelijke Oceaan de opwarming van het
Holoceen kan verklaren.
PRINCETON UNIVERSITY
De oceanen zijn de belangrijkste opslagplaats voor
atmosferische koolstofdioxide op tijdsschalen van
decades tot millennia. Maar het proces van het blokkeren
van broeikasgassen wordt verzwakt door de activiteit van
de Zuidelijke Oceaan, dus een toename van zijn
activiteit zou de mysterieuze warmte van de afgelopen
11.000 jaar kunnen verklaren; zo meldt een
internationaal team van onderzoekers.
De warmte van die periode werd gestabiliseerd door
een geleidelijke stijging van de wereldwijde
koolstofdioxide gehaltes, dus het begrijpen van de reden
voor die stijging is van groot belang, zei Daniel
Sigman, Dusenbury hoogleraar Geologische en Geofysische
Wetenschappen in Princeton.
Wetenschappers hebben verschillende hypothesen
voorgesteld voor die toename van koolstofdioxide, maar
de uiteindelijke oorzaak is onbekend gebleven. Nu wijst
een internationale samenwerking onder leiding van
wetenschappers uit Princeton en het Max Planck Institute
for Chemistry op een toename van de opwelling in de
Zuidelijke Oceaan. Hun onderzoek verschijnt in het
tijdschrift Nature Geoscience.
"We denken dat we het antwoord misschien hebben
gevonden", zei Sigman. "Toenemende circulatie in de
Zuidelijke Oceaan liet koolstofdioxide in de atmosfeer
lekken en zo kon de planeet opwarmen."
Hun bevindingen over oceaanveranderingen kunnen ook
implicaties hebben voor het voorspellen van hoe het
broeikaseffect de oceaancirculatie beïnvloedt en hoeveel
kooldioxide in de atmosfeer zal stijgen als gevolg van
de verbranding van fossiele brandstoffen.
Onderzoekers weten al jaren dat groei en verzakking
van fytoplankton kooldioxide diep in de oceaan pompen,
een proces dat vaak de 'biologische pomp' wordt genoemd.
De biologische pomp wordt voornamelijk aangedreven door
de oceanen met mindere diepte, maar wordt ongedaan
gemaakt dichter bij de polen, waar kooldioxide wordt
teruggeleid naar de atmosfeer door de snelle
blootstelling van diepe wateren aan het oppervlak, zei
Sigman. De grootste boosdoener is de Zuidelijke Oceaan,
die Antarctica omringt. "We verwijzen vaak naar de
Zuidelijke Oceaan als een lek in de biologische pomp,"
zei Sigman.
Sigman en zijn collega's hebben ontdekt dat een
toename van de opwelling in de Zuidelijke Oceaan
verantwoordelijk kan zijn voor het stabiliseren van het
klimaat tijdens het Holoceen, de periode meer dan 10.000
jaar vóór de industriële revolutie.
De meeste wetenschappers zijn het erover eens dat de
warmte van het Holoceen cruciaal was voor de
ontwikkeling van de menselijke beschaving. Het Holoceen
was een 'interglaciale periode', één van de weinige
intervallen van warm klimaat die zich hebben voorgedaan
in de ijstijden van de afgelopen miljoen jaar. De
terugtrekking van de gletsjers opende een meer expansief
landschap voor de mens en de hogere concentraties
koolstofdioxide in de atmosfeer zorgden voor een
productievere landbouw waardoor mens zijn jager en
verzamelactiviteiten konden verminderen en permanente
nederzettingen konden bouwen.
Het Holoceen verschilde op verschillende belangrijke
manieren van andere interglaciale perioden, zeggen de
onderzoekers. Ten eerste was het klimaat ongewoon
stabiel, zonder de grote koelingstrend die typerend is
voor de andere interglacialen. Ten tweede steeg de
concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer
ongeveer 20 delen per miljoen (ppm), van 260 ppm in het
vroege Holoceen tot 280 ppm in het late Holoceen,
terwijl kooldioxide typisch stabiel was of afnam in
andere interglaciale perioden.
Ter vergelijking: sinds het begin van de
industrialisatie is de kooldioxideconcentratie in de
atmosfeer gestegen van 280 tot meer dan 400 ppm als
gevolg van het verbranden van fossiele brandstoffen.
"In deze context kan de toename van 20 ppm,
waargenomen tijdens het Holoceen, klein lijken," zei
Sigman. "Wetenschappers denken echter dat deze kleine
maar significante stijging een sleutelrol speelde in het
voorkomen van geleidelijke koeling boven het Holoceen,
wat de ontwikkeling van complexe menselijke beschavingen
mogelijk heeft gemaakt."
Om de mogelijke oorzaken van de stijging van
koolstofdioxide in het Holoceen te onderzoeken, bekeken
de wetenschappers drie soorten fossielen uit
verschillende gebieden van de Zuidelijke Oceaan:
diatomeeën en foraminiferen, zowel geschilde
micro-organismen gevonden in de oceanen, als
diepzeekoralen.
Uit de stikstofisotoop verhoudingen van de sporen
organische stof gevangen in de minerale wanden van deze
fossielen, konden de wetenschappers de evolutie van
nutriëntenconcentraties in oppervlaktewater van de
Zuidelijke Oceaan in de afgelopen 10.000 jaar
reconstrueren.
"De methode die we hebben gebruikt om de fossielen te
analyseren, is uniek en biedt een nieuwe manier om
eerdere veranderingen in oceaanomstandigheden te
bestuderen", zegt Anja Studer, hoofdauteur van het
onderzoek. De fossiel gebonden stikstofisotoop metingen
tonen aan dat tijdens het Holoceen, toenemende
hoeveelheden water, rijk aan voedingsstoffen en
koolstofdioxide vanuit de diepe oceaan naar het
oppervlak van de Zuidelijke Oceaan stegen. Hoewel de
oorzaak voor de toegenomen opwelling nog niet duidelijk
is, lijkt het meest waarschijnlijke proces een
verandering in de 'Roaring 40s', een gordel van naar het
oosten blazende winden die Antarctica omcirkelen.
Vanwege de versterkte opwarming van de Zuidelijke
Oceaan verzwakte de biologische pomp over het Holoceen,
waardoor meer koolstofdioxide uit de diepe oceaan in de
atmosfeer kon lekken en zo mogelijk de stijging van 20
ppm koolstofdioxide in de atmosfeer kan verklaren.
"Dit proces zorgt ervoor dat een deel van die diep
opgeslagen koolstofdioxide terug kan vallen in de
atmosfeer", zei Sigman. "We zijn in wezen gaten in het
membraan van de biologische pomp." De toename van het
koolstofdioxidegehalte in de lucht boven het Holoceen
zou de neiging tot geleidelijke koeling, die de meeste
voorgaande interglacialen domineerde, tegengaan. Aldus
suggereren de nieuwe resultaten dat de oceaan
verantwoordelijk kan zijn geweest voor de "speciale
stabiliteit" van het Holoceenklimaat.
Dezelfde processen zijn heden aan de gang: de
absorptie van koolstof door de oceaan vertraagt de
toename van koolstofdioxide in de atmosfeer die wordt
geproduceerd door verbranding van fossiele brandstoffen,
en de opwelling van de Zuidelijke Oceaan laat nog steeds
wat van die koolstofdioxide terugvloeien in de atmosfeer
.
"Als de bevindingen van het Holoceen kunnen worden
gebruikt om te voorspellen hoe de opwarming van de
Zuidelijke Oceaan in de toekomst zal veranderen, zal dit
ons vermogen verbeteren om veranderingen in
koolstofdioxide in de atmosfeer en dus in het
wereldwijde klimaat te voorspellen," zei Sigman.
Vertaling: Andre Teirlinck
