De huidige klimaatcrisis laat zien dat het klimaat vooral verandert als de koolstofcyclus wordt verstoord.
In een nieuwe studie in Nature Communications hebben klimaatonderzoekers van de universiteit van Bremen, waaronder hoofdauteur en VUB-alumnus David De Vleeschouwer , onderzocht hoe de koolstofcyclus en het wereldklimaat in de afgelopen 35 miljoen jaar onder natuurlijke omstandigheden op elkaar in hebben gewerkt. Ze kwamen daarbij tot de bevinding dat in het verleden, zonder dat er van menselijke activiteit sprake was, het doorgaans geologische klimaatschommelingen waren die de dynamiek van de koolstofcyclus bepaalden en niet omgekeerd.
Het klimaat bepaalt in sterke mate hoeveel CO2 er in de atmosfeer circuleert. Het heeft onder andere een invloed op de verwering van gesteente: bij de verwering van gesteente wordt er CO2 uit de atmosfeer verbruikt, en in een warmer klimaat gaat dat proces sneller. ‘Er zijn ook uitzonderingen op die regel’, zegt klimaatwetenschapper De Vleeshouwer. ‘Ons onderzoeksteam ging daarom vooral op zoek naar die tijdsintervallen in het verleden waarbij een verstoring van de koolstofcyclus een klimaatverandering tot gevolg had. Zonder menselijke interventie zijn dat eerder uitzonderlijke situaties. Dat is interessant, want dat is precies wat ook vandaag aan het gebeuren is met de mensgemaakte verstoring van de koolstofcyclus, maar dan wel op een veel kortere tijdsschaal.’
‘De door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde werd lang voorgesteld als een relatief eenvoudige ketting van oorzaak en gevolg’, zegt De Vleeshouwer. ‘De mens beïnvloedt de koolstofcyclus door het verbranden van fossiele brandstoffen, de concentratie van CO2 in de atmosfeer neemt toe, wat op zijn beurt tot hogere temperaturen leidt. Echter, het hoge aantal bosbranden in de laatste jaren maakt heel erg duidelijk dat dit niet het einde van het verhaal is. Die bosbranden zorgen voor extra CO2 in de atmosfeer en een verdere opwarming van de aarde. Dat is een schoolvoorbeeld van wat klimaatwetenschappers een positief feedback- of terugkoppelingsmechanisme noemen.’
Om dat soort terugkoppelingsmechanismen tussen klimaat en koolstofcyclus onder natuurlijke omstandigheden aan het licht te brengen, maakten David De Vleeschouwer en zijn collega’s gebruik van koolstof- en zuurstofisotopengegevens uit een boorkern met diepzeesedimenten. Paleoklimatologen gebruiken koolstofisotopen als indicator voor veranderingen in de koolstofcyclus.
Zuurstofisotopen worden beschouwd als een graadmeter voor klimaatsveranderingen in de geologische geschiedenis. Als de isotopische samenstelling verandert doorheen een sedimentkern, is dat een aanwijzing dat er bijvoorbeeld meer koolstof werd opgeslagen in landplanten en bodems, of dat er een wereldwijde afkoeling plaatsvond met een toename van het volume van het continentale ijs.
De systematische analyse de tijdsverschillen tussen koolstofcyclus- en klimaatveranderingen is wat deze studie zo innovatief maakt. Ze laat zien dat de afgelopen 35 miljoen jaar kunnen worden onderverdeeld in drie intervallen, elk met een specifieke ‘modus operandi’ van klimaat en koolstofcyclus interactie. Tijdens de periode tussen 35 en 26 miljoen jaar geleden kwam de koolstofcyclus in een dominerende rol ten opzichte van het klimaat tijdens periodes met gematigde seizoenen, veroorzaakt door een meer cirkelvormige aardbaan rond de zon.
Echter, 26 miljoen jaar geleden draaide die ‘modus operandi’ zich helemaal om, en nam de koolstofcyclus de controle over het klimaat. Dat gebeurde bovendien tijdens periodes van extreme seizoenaliteit, mogelijk gemaakt door een meer elipsvormige aardbaan. Onder zulke omstandigheden nam de koolstofcyclus de controle over het klimaat over.
‘Wij stellen de hypothese voor dat deze switch werd veroorzaakt door de uplift van de Himalaya, en doordat moessonregens een belangrijker deel van het klimaat werden. Als de seizoenaliteit dan toeneemt, kunnen moessons echt intens worden. Sterkere moessons zorgen voor meer chemische verwering die gepaard gaat met het verwijderen van CO2 uit de atmosfeer, en dus uiteindelijk een afkoelend effect op het klimaat. Dat is dan een niet-mensgemaakt voorbeeld van een dominante koolstofcyclus ten opzichte van het klimaat.’