23 juli 2018

Publicatie in Nature Communications

Warme broeikaswereld door haperende thermostaat van de aarde

De snelheid waarmee de aarde het broeikasgas CO2 op natuurlijke wijze verwijdert uit de atmosfeer kan afremmen of versnellen, zo laat nieuw onderzoek van aardwetenschappers van de Universiteit Utrecht zien. Deze natuurlijke thermostaat van het klimaat haperde veertig miljoen jaar geleden zo ernstig dat een CO2-toename leidde tot een warme broeikaswereld die honderdduizenden jaren bleef voortduren. De bevindingen, gepubliceerd in het hoog aangeschreven tijdschrift Nature Communications, bieden perspectief voor andere perioden van klimaatverandering in het verre verleden – en wellicht ook voor klimaatverandering in de toekomst.

Het onderzoek laat onder andere zien dat de aarde veertig miljoen jaar geleden geleidelijk opwarmde door een toename van door vulkanen uitgestote broeikasgassen. Het natuurlijke mechanisme van de aarde dat CO2 weer uit de atmosfeer haalt kon deze toename echter niet bijbenen. Door het haperen van deze natuurlijke thermostaat liepen atmosferische CO2-concentraties hoog op en ontstond een warme broeikaswereld die pas na 500 duizend jaar weer langzaam af begon te koelen.

Verweerd gesteente in de woestijn van Namibië - Credit Robin van der Ploeg
Verweerd gesteente uit de woestijn van Namibië. Credit: Robin van der Ploeg

Thermostaat van het klimaat

“De aarde heeft een interne thermostaat die de concentraties van CO2 aan het aardoppervlak reguleert en zo het klimaat stabiliseert,” vertelt klimaatwetenschapper Robin van der Ploeg, promovendus aan de Universiteit Utrecht en de eerste auteur van het artikel. “Het belangrijkste proces van de thermostaat is het omzetten van silicaat-rijke gesteenten. Bij deze chemische verwering wordt CO2 uit de atmosfeer gehaald. Bovendien versnelt de verwering als het klimaat opwarmt, waardoor steeds grotere hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer worden onttrokken en het klimaat dus uiteindelijk weer afkoelt. Dit proces zal ook de CO2 die we als mens produceren uiteindelijk weer uit de lucht en oceanen trekken, alleen zal dat normaal gesproken zo’n 200 duizend jaar duren.”

Hoofdoorzaken van het warme klimaat tijdens het Midden Eoceen, 40 miljoen jaar geleden. Een uitzonderlijk zwakke verwering-thermostaat leidde tot ophoping van vulkanisch CO2 in de atmosfeer en langdurige opwarming van de aarde. Credit Universiteit Utrecht

Van der Ploeg bestudeerde de uitstoot en opname van CO2 voor een periode van wereldwijde klimaatverandering in het Midden Eoceen, een geologische tijdsperiode ongeveer 40 miljoen jaar geleden. In samenwerking met collega’s, onder andere van de Universiteit van Durham, analyseerde hij de chemische samenstelling van diepzee-sedimenten uit deze periode. De verkregen resultaten laten zien dat het proces van chemische verwering 40 miljoen jaar geleden niet in snelheid toenam, ook al werd het klimaat steeds warmer. Van der Ploeg: “De aardse thermostaat werkte toen dus slecht, misschien maar op halve kracht. Daardoor duurde het herstel van de opwarming veel langer vergeleken met andere perioden uit het geologisch verleden, zoals in het Vroeg Eoceen, ongeveer 55 miljoen jaar geleden.”

Robin van der Ploeg

Hogere stand

De bevindingen vormen een belangrijk bewijs dat de duur van het natuurlijke herstel na een stijging van broeikasgassen kan variëren. “Deze duur hangt samen met de hoeveelheid gesteenten aanwezig op het aardoppervlak die chemisch kan worden omgezet,” zegt Van der Ploeg. “Dit vormt de capaciteit van de thermostaat, dus hoe hard deze kan werken.”

De studie heeft ook implicaties voor mogelijke oplossingen om toekomstige klimaatverandering tegen te gaan. De natuurlijke processen werken weliswaar traag, op tijdschalen van vele tienduizenden jaren en langer, maar allicht valt de thermostaat op een hogere stand te zetten, speculeert Van der Ploeg. “Het verweren van gesteenten is het belangrijkste natuurlijke proces om CO2 uit de atmosfeer te halen. Het effect daarvan is pas merkbaar op heel lange tijdschalen, maar als de verweerbaarheid van het aardoppervlak valt te verhogen, is het theoretisch denkbaar om grotere hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer te onttrekken en CO2-concentraties uiteindelijk te verminderen.”

Het onderzoek werd uitgevoerd in het kader van het Netherlands Earth System Science Centre (NESSC). Van de Universiteit Utrecht werkten Margot Cramwinckel, Jack Middelburg en Appy Sluijs mee aan het onderzoek.

Artikel

Middle Eocene greenhouse warming conditioned by diminished weathering feedback
Van der Ploeg, R., Selby, D., Cramwinckel, M. J., Yang, L., Bohaty, S. M., Middelburg, J. J. & Sluijs, A.
Nature Communications, 2018