CO2-gehalte atmosfeer in 14 miljoen jaar niet zo hoog

Een omvangrijk nieuw overzicht van de prehistorische atmosferische kooldioxideconcentraties en temperaturen schetst een realistisch toekomstperspectief voor het klimaat op aarde. De studie omvat geologische gegevens van de afgelopen 66 miljoen jaar en plaatst daarmee de huidige concentraties in de context van een veel langere periode. Het onderzoek toont aan dat de laatste keer dat atmosferische koolstofdioxide consequent de door de mens aangedreven niveaus van vandaag bereikte, 14 miljoen jaar geleden was - veel langer geleden dan sommige andere studies stellen. Uit het nieuwe onderzoek blijkt ook dat het klimaat op lange termijn in zeer sterke mate bepaald wordt door het broeikasgas, met trapsgewijze effecten die zich over vele millennia kunnen ontwikkelen. “Het is erg lastig om betrouwbare reconstructies te maken van de atmosferische CO₂-concentratie in het verleden”, stelt mede-auteur en aardwetenschapper Peter Bijl (faculteit Geowetenschappen). “Maar dit onderzoek biedt een goed beeld van de klimaatcondities van het verleden.”

De studie, vandaag verschenen in het gezaghebbende tijdschrift Science, werd gedurende zeven jaar uitgevoerd door een consortium van meer dan 80 onderzoekers uit 16 landen.

Tijdschalen

"We weten al lang dat het toevoegen van CO₂ aan onze atmosfeer de temperatuur verhoogt," zei Bärbel Hönisch,  geochemicus aan de Columbia University Lamont-Doherty Earth Observatory en coördinator van het onderzoek. "Deze studie geeft ons een veel beter idee van hoe gevoelig het klimaat is over lange tijdschalen."

Opwarming

Volgens de meeste schattingen zal, op tijdschalen van decennia tot eeuwen, elke verdubbeling van atmosferische CO₂ de gemiddelde temperatuur op aarde 1,5 tot 4,5 graden Celsius hoger doen uitkomen. Ten minste één recente, veelgelezen studie stelt echter dat we de gevoeligheid van de planeet onderschatten, waardoor we in werkelijkheid op 3,6 tot 6 graden opwarming per verdubbeling afkoersen. Hoe dan ook, onze planeet komt, gezien de huidige trends, volgens alle schattingen gevaarlijk dichtbij of voorbij de 2 graden opwarming die deze eeuw zou kunnen worden bereikt, en waarvan veel wetenschappers het erover eens zijn dat we dat moeten zien te vermijden.

Klimaatmodelleurs

Volgens Hönisch is de studie nuttig voor klimaatmodelleurs die proberen te voorspellen wat er in de komende decennia zal gebeuren, omdat ze in staat zullen zijn om de nieuwe waarnemingen in hun studies in te voeren en processen te ontwarren die op korte versus lange tijdschalen werken. Alle gegevens van het project zijn beschikbaar in een open database en zullen voortdurend worden bijgewerkt.

Figure 1. temperatuur (in de gekleurde balken) en atmosferische kooldioxideconcentraties gedurende de afgelopen 66 miljoen jaar. Op de x-as tijd in miljoenen jaren terug, op de y-as concentraties CO₂ in de atmosfeer. Rode balken geven tijdvakken aan met warmer klimaat, blauw geeft koude tijdvakken weer.

Knoeien met de atmosfeer

De nieuwe beoordeling zegt dat ongeveer 16 miljoen jaar geleden de laatste keer was dat het CO₂-gehalte in de atmosfeer constant hoger was dan nu, op ongeveer 480 ppm, en 14 miljoen jaar geleden was het gezonken tot het huidige door de mens veroorzaakte niveau van 420 ppm. De daling zette zich voort en ongeveer 2,5 miljoen jaar geleden bereikte de CO₂ een waarde van ongeveer 270 of 280 ppm, waarmee een reeks ijstijden begon. Het CO₂-gehalte schommelde rond die waarden toen de moderne mens ongeveer 400.000 jaar geleden ontstond, en die waarde bleef min of meer constant totdat we ongeveer 250 jaar geleden op grote schaal met de atmosfeer begonnen te knoeien.

Betrouwbare reconstructies

“De gegevens over CO₂ en temperatuur uit het geologische verleden laten zien aan wat voor klimaat- en zeespiegelstand de mensheid zich met de tot nu toe ongebreidelde uitstoot van CO₂ over langere tijdschaal committeert”, zegt de Nederlandse mede-auteur Peter Bijl, verbonden aan de Universiteit Utrecht. “Paleoklimatologen, onderzoekers van de klimaatgeschiedenis van de aarde, hebben de grootste moeite om betrouwbare reconstructies te maken van de atmosferische CO_2-concentratie in het verleden. Met de vereende krachten van het complete onderzoeksveld, en een kritische blik op de beschikbare gegevens, geven we in dit onderzoek een goed beeld van de klimaatcondities van het verleden, en zien we ook voor welke tijdvakken we nog meer gegevens moeten verzamelen. Met dit soort werk stuw je het werkveld voort”.

Fanerozoïcum

Het consortium is nu uitgegroeid tot een groter project dat in kaart wil brengen hoe CO₂ en klimaat zijn geëvolueerd over het hele Fanerozoïcum, het langere tijdvak dat 540 miljoen jaar geleden begon en waarvan het Cenozoïcum (ons tijdperk) het meest recente onderdeel is.

Achtergrond en verdieping

Aan het einde van de 18e eeuw bevatte de lucht ongeveer 280 delen per miljoen (ppm) CO₂. We zitten nu op 420 ppm, een stijging van ongeveer 50%. Tegen het einde van de eeuw zouden we 600 ppm of meer kunnen bereiken. Als gevolg hiervan bevinden we ons langs een opwarmingscurve, met een stijging van ongeveer 1,2 graden Celsius sinds het einde van de 19e eeuw. Wat de temperaturen uiteindelijk ook blijken te zijn, de meeste schattingen van toekomstige opwarming ontlenen informatie aan studies over het meebewegen van de temperaturen in het verleden met de hoeveelheid CO₂. Hiervoor analyseren wetenschappers materialen, waaronder luchtbellen die vastzitten in ijskernen, de chemie van oude bodems en oceaansedimenten en de anatomie van fossiele plantenbladeren.

Gevoeligheid van het aardsysteem

De leden van het consortium hebben geen nieuwe gegevens verzameld; In plaats daarvan kwamen ze samen om nog eens kritisch naar gepubliceerde studies te kijken, op basis van voortschrijdend inzicht. Ze sloten sommige studies uit die verouderd of onbetrouwbaar bleken in het licht van nieuwe bevindingen, en kalibreerden andere opnieuw in lijn met de nieuwste analytische technieken. Vervolgens berekenden ze een nieuwe 66-miljoen-jaar omvattende curve van CO₂ versus temperaturen op basis van al het bewijs tot nu toe, en kwamen ze tot een consensus over wat ze 'gevoeligheid van het aardsysteem' noemen. Aan de hand van deze berekeningen voorspellen ze dat een verdubbeling van CO₂ de planeet maar liefst 5 tot 8 graden Celsius zal opwarmen.

Aardse processen

Het gigantische voorbehoud: de gevoeligheid van het aardsysteem beschrijft klimaatveranderingen over honderdduizenden jaren, niet de decennia en eeuwen die onmiddellijk relevant zijn voor de mens. De auteurs zeggen dat over lange perioden temperatuurstijgingen kunnen voortkomen uit met elkaar verweven aardse processen die verder gaan dan het onmiddellijke broeikaseffect dat wordt veroorzaakt door CO₂ in de lucht. Deze omvatten het smelten van poolijskappen, wat het vermogen van de aarde om zonne-energie te reflecteren zou verminderen; veranderingen in de bedekking van terrestrische planten; en veranderingen in wolken en deeltjes in de atmosfeer die de temperatuur kunnen verhogen of verlagen.

Trapsgewijze effecten

"Als je wilt dat we je vertellen wat de temperatuur zal zijn in het jaar 2100, dan ben je bij ons model aan het verkeerde adres. Maar het heeft wel invloed op het huidige klimaatbeleid", zegt co-auteur Dana Royer, paleoklimatoloog aan de Wesleyan University. "Het versterkt wat we al dachten te weten. Het vertelt ons ook dat er trage, trapsgewijze effecten zijn die duizenden jaren zullen aanhouden."

Raadsel

De nieuwe studie, die betrekking heeft op het zogenaamde Cenozoïcum (het tijdperk dat 66 miljoen jaar geleden aanving en waarin ook wij nu leven), herziet de algemeen aanvaarde relatie tussen CO₂ en temperatuur niet radicaal, maar versterkt wel het begrip van bepaalde tijdsperioden en verfijnt metingen van andere. De vroegste periode in dat tijdperk, van ongeveer 66 miljoen tot 56 miljoen jaar geleden, stelde wetenschappers voorheen voor een raadsel, omdat de aarde toen grotendeels ijsvrij was, maar tegelijkertijd volgens sommige studies de CO₂-concentraties juist relatief laag waren. Dit deed enige twijfel rijzen over de relatie tussen CO₂ en temperatuur. Toen het consortium echter schattingen uitsloot die zij het minst betrouwbaar achtten, bleek het CO₂-gehalte eigenlijk vrij hoog te zijn - ongeveer 600 tot 700 delen per miljoen, vergelijkbaar met wat tegen het einde van deze eeuw zou kunnen worden bereikt.

IJskap

De onderzoekers bevestigden dat de heetste periode ongeveer 50 miljoen jaar geleden was, toen CO₂ piekte tot maar liefst 1.600 ppm en de temperaturen maar liefst 12 graden Celsius hoger waren dan vandaag. Maar ongeveer 34 miljoen jaar geleden was de CO₂-concentratie dermate gedaald dat de huidige Antarctische ijskap zich begon te ontwikkelen. Met wat ups en downs werd dit gevolgd door een verdere CO₂-daling op lange termijn, waarbij de voorouders van veel moderne planten en dieren evolueerden. Dit suggereert, zeggen de auteurs van het artikel, dat variaties in CO₂ niet alleen het klimaat beïnvloeden, maar ook ecosystemen.

Artikel

The Cenozoic CO₂ Proxy Integration Project (CenCO₂PIP) Consortium,  ‘Toward a Cenozoic history of atmospheric CO₂’, Science, 8 december 2023, Vol 382, Issue 6675, DOI: 10.1126/science.adi5177