Hoe gevoelig is het klimaat voor CO2?
De aarde heeft gedurende haar miljoenen jaren oude geschiedenis al heel wat heftige kantelpunten van het klimaat meegemaakt. Van ijskappen die rap verdwenen tot periodes van verzengende hitte waarin temperaturen razendsnel omhoog schoten. Klimaatwetenschappers Joost Frieling (Universiteit Utrecht) en Caitlyn Witkowski (NIOZ) willen weten bij welke hoeveelheid CO2 de aarde in het verleden een kantelpunt bereikte. Zo hopen ze in te kunnen schatten of we door de huidige stijging van CO2 in de atmosfeer een kantelpunt naderen.
Caitlyn Witkowski
Waarom is het belangrijk om CO2 concentraties van het verleden te kunnen bepalen?
Joost: “In de eerste plaats is het interessant om te weten te komen wat deze concentraties vroeger zijn geweest: was het ooit anders dan nu? Daarnaast is het van belang om te kunnen inschatten hoeveel verder de temperatuur op aarde gaat stijgen door de toenemende hoeveelheid CO2 in de atmosfeer. Dan moeten we wel weten hoe gevoelig de aarde is voor een stijging van CO2. Daar is nou juist nog veel onduidelijkheid over.
Je komt hier alleen achter door te kijken naar de natuurlijke experimenten die de aarde al eerder heeft gedaan, miljoenen jaren geleden. De aarde heeft verschillende periodes gekend waarbij de planeet een heel stuk warmer was. Van die warme periodes kunnen we de temperatuur vrij goed reconstrueren, maar het lukt nog niet goed om ook de CO2-concentraties te achterhalen. Terwijl dat wel nodig is om goed te kunnen zeggen in welke mate CO2 heeft bijgedragen aan de gigantische temperatuurstijgingen van die tijd. En die informatie vertelt ons weer hoe gevoelig de aarde is voor CO2.”
Hoe zijn CO2-concentraties van zo lang geleden nog te achterhalen?
Cait: “In ijskernen is de concentratie van CO2 in het verleden direct te meten – met ijskernen kan je ongeveer een miljoen jaar terugkijken. Maar om kantelpunten beter te voorspellen, kijken we naar veel langere tijdsperioden – niet een miljoen, maar wel honderden miljoenen jaren geleden. We zijn vooral geïnteresseerd in periodes waarin CO2-concentraties heel snel veranderden. Wil je zover terugkijken, dan valt met hulp van scheikunde de hoeveelheid CO2 op een indirecte manier te achterhalen. We bestuderen daarvoor de fossielen van leven die ook toen CO2 gebruikten: planten en algen.”
Joost: “In mijn onderzoek gebruik ik de restanten van bepaalde algen, de zogenaamde dinoflagellaten. Dit zijn algen die bovenin de waterkolom van de zee leven en zich voeden met zonlicht. Wat ze bijzonder maakt is dat ze een ‘overlevingstentje’ bouwen van een soort bioplastic dat bewaard blijft op de bodem van de oceaan, en dat we kunnen gebruiken om de CO2-concentraties van die tijd te achterhalen.”
Cait: “Ik kijk juist naar iets dat alle algen maken: chlorofyl. Het is het stofje dat planten en algen hun groene kleur geeft en dat hen helpt met het absorberen van zonlicht om energie te winnen. Een alg blijft door de tijd heen niet goed bewaard, maar sommige stoffen en chemische verbindingen, zoals chlorofyl, blijven wel in het sediment goed bewaard. Omdat alle algen chlorofyl maken, vinden we het overal op aarde terug, zelfs in lagen die twee miljard jaar oud zijn! Met zoveel beschikbare data is het gemakkelijker om te bepalen wanneer kantelpunten in het klimaat voor kunnen komen.”
Wat kunnen we doen als we weten hoe gevoelig de aarde is voor een stijging van CO2?
Joost: “Het klimaat kent een paar echt duidelijke kantelpunten, zoals bijvoorbeeld de stabiliteit van de Groenlandse ijskap. Op het moment dat we aan de hand van het verleden kunnen inschatten hoeveel opwarming en hoeveel CO2 tot het verdwijnen van de ijskap zouden leiden, dan kunnen we ook voorspellingen maken hoe dicht we bij dat kantelpunt zitten. Dat geldt ook voor kantelpunten van de ijskap op Antarctica, maar bijvoorbeeld ook voor schattingen wanneer een gebied onleefbaar warm zou worden. Dat laatste is een punt wat in sommige regio’s of steden deze eeuw al zal gaan spelen, vooral in grote steden in Pakistan en India waar het heel vochtig en heel warm is.”