Studie: extreme opwarming in het verleden door kantelpunten in het klimaat

Enorme hoeveelheden koolstof zijn opgeslagen in de ondergrond van de aarde – zoals olie, gas en steenkool. Maar er zijn ook andere reservoirs waarin koolstof door de tijd is vastgelegd, zoals de permanent bevroren veenbodems (permafrost) van Rusland en Canada. Of de miljoenen tonnen van methaanijs, zogeheten methaanhydraten, die zich in de bodem van de oceanen bevinden. Deze koolstof kan niet bijdragen aan klimaatverandering, zolang deze ondergronds en bevroren blijft en niet als broeikasgas ontsnapt naar de atmosfeer.

Kantelpunten

Veel klimaatwetenschappers waarschuwen echter dat deze reservoirs instabiel kunnen worden door het steeds verder opwarmen van de aarde. Dit kan uiteindelijk leiden tot een kantelpunt: een abrupt vrijkomen van enorme hoeveelheden broeikasgassen. Zo’n catastrofale vrijlating van broeikasgassen zou de klimaatverandering verder versterken. Of zulke kantelpunten daadwerkelijk in het klimaatsysteem voorkomen is al jarenlang onderwerp van wetenschappelijk onderzoek. Er is ook wel eens voorgesteld dat het klimaatsysteem zo weerbaar is dat kantelpunten nooit overschreden zullen worden.

Het nieuwe onderzoek laat nu voor het eerst zien dat drie periodes van extreme, wereldwijde opwarming in het verre verleden (56 – 52 miljoen jaar geleden) een gevolg waren van kantelpunten in het klimaat. Het was al bekend dat in deze periode grote hoeveelheden CO₂ en methaan in de atmosfeer terechtkwamen die het klimaat opwarmden. Op een zeker punt werden echter andere koolstofreservoirs instabiel, waardoor meer en meer koolstof als broeikasgas vrijkwam. Temperaturen namen hierdoor wereldwijd nog verder toe – en een op hol geslagen kettingreactie die kon blijven doorgaan.

Weerbaarheid

Het onderzoek is het resultaat van een unieke samenwerking tussen wiskundigen en aardwetenschappers van de Wageningen University & Research en Universiteit Utrecht. De wetenschappers laten zien dat de weerbaarheid van het klimaatsystem afnam vlak voor de fase van extreme opwarming. “En dat is precies wat je verwacht te zien wanneer het vrijkomen van koolstof door een kantelpunt wordt veroorzaakt,” vertelt wiskundige Shruti Setty, promovendus aan de Wageningen University & Research en de eerste auteur van het artikel.

“Niet eerder is er zo’n sterke aanwijzing gevonden voor het versterkende effect van kantelpunten tijdens deze hittepieken. En juist deze periodes uit het verleden zijn het meest vergelijkbaar met de huidige periode van klimaatverandering,” benadrukt coauteur Margot Cramwinckel, als aardwetenschapper verbonden aan de Universiteit Utrecht.

Onomkeerbaar

“Na het overschrijden van een kantelpunt ontstaat een nieuwe, stabiele toestand die voor een lange tijd onomkeerbaar is. Zo lang, dat je vanuit menselijk perspectief zo’n verandering als permanent mag beschouwen,” legt Setty uit. “Zulke onomkeerbaarheid zien we ook op kleinere schaal die we beter kunnen bevatten. Zo is in Derweze, Turkmenistan, een brandende krater ontstaan waaruit ongekende hoeveelheden giftige gassen vrijkomen. Ondanks talrijke pogingen om de krater te dichten, bestaat de krater nog steeds en brandt het vuur onverminderd door. Dit is een nieuwe stabiele toestand die we niet kunnen terugdraaien. Misschien is het huidige klimaatsysteem erg weerbaar en bereiken we nooit zulke omslagpunten. Maar we weten niet precies hoe groot het risico eigenlijk is. In de studie geven wij bewijs voor snelle veranderingen in het klimaat veroorzaakt door omslagpunten in het verre verleden. Dit wijst erop dat omslagpunten deel uitmaken van het systeem van de aarde."

Het nieuwe artikel toont dus aan dat kantelpunten in het klimaatsysteem voorkomen – en dat ze overschreden kunnen worden bij wereldwijde opwarming. Het bleek nog niet mogelijk om vast te stellen welke koolstofreservoirs tijdens de onderzochte hittepieken instabiel werden. Maar de wetenschappers vermoeden dat dezelfde koolstofreservoirs die vandaag de dag grote hoeveelheden koolstof hebben opgeslagen hier een bepalende rol speelden. Om deze reden is het dan ook belangrijk om te achterhalen hoe de warmtepieken destijds zijn ontstaan, onderstrepen de onderzoekers. Cramwinckel benadrukt: "Kijken naar het verleden is de enige manier om te weten hoe de aarde uiteindelijk zal reageren."