Toekomst klimaat wortelt in verleden

De temperatuur rijst de pan uit, CO2 hoopt zich op in de atmosfeer en de zee kan steden opslokken. Het klimaat op aarde verandert, en niet voor het eerst; er zijn wel meer klimaatcrises geweest. Maar nu gebruiken onderzoekers het verleden als een glazen bol om de klimaattoekomst te voorspellen.

Claus Lunau

Het klimaat op aarde bevindt zich letterlijk op een nulpunt. De CO2-uitstoot, temperatuur en zeespiegel stijgen dan wel onrustbarend snel, maar alle drie de factoren zijn in 600 miljoen jaar bijna nog niet zo laag geweest.

Toch heerst er een klimaatcrisis, want het is voor het eerst dat deze factoren tegelijk optreden en alle drie de bodem bereiken. De grote vraag is nu wat er gebeurt als het een andere kant op gaat. De meeste onderzoekers zijn het erover eens dat de klimaatveranderingen die we ervaren het gevolg zijn van de enorme CO2-uitstoot, waardoor de temperatuur stijgt, het poolijs smelt en de zee opkomt.

Dit zal de levensomstandigheden van plant en dier – en daarmee onze voedselbasis – volkomen ontregelen en steden doen overstromen, met miljoenen daklozen tot gevolg.

De afgelopen miljoenen jaren hebben pieken in CO2, temperatuur en zeepeil vaak een grote impact gehad op flora en fauna, en soms zelfs een massasterfte veroorzaakt. Klimaatwetenschappers kijken nu terug op perioden die lijken op de onze om een beeld te krijgen van de toekomst van de planeet en te voorkomen dat het weer zo misgaat.

Temperatuur kan 7 °C stijgen

Bijna 10.000 jaar lang was de gemiddelde temperatuur op aarde heel constant. Maar vanaf 1900 gebeurde er iets. In slechts 100 jaar tijd is de temperatuur 1 °C gestegen als gevolg van industriële ontwikkeling, en in de komende eeuw wordt een stijging van nog eens 1 à 2 °C verwacht.

Hopelijk kunnen we voorkomen dat de temperatuur nog verder toeneemt, maar in het slechtste scenario is het volgens klimaatmodellen in het jaar 2300 nog eens 7 °C warmer. In dat geval is de gemiddelde temperatuur dus 22 °C, en zo’n snelle temperatuurstijging is ongeëvenaard in de geschiedenis van de aarde.

252 miljoen jaar geleden: Temperatuurstijging benam leven de adem

96 procent van alle diersoorten in zee wordt weggevaagd als de temperatuur op aarde in korte tijd 10 °C stijgt. De oorzaak kan een vulkaanuitbarsting of meteorietinslag zijn, en het is de vraag of de aarde onbewoonbaar wordt door de warmte zelf of door de gevolgen ervan. Een computersimulatie wijst in elk geval uit dat veel zuurstof verdwijnt door de opwarming van de zee, waarna het leven massaal stikt. Warm water bevat minder zuurstof dan koud. Daarbij is de stofwisseling bij warmte sneller en hebben dieren juist meer zuurstof nodig.

Evenaar redt het

Bij de evenaar overleven meer soorten omdat ze al zijn aangepast aan warmte en zuurstofarm water.

Pooldieren sterven uit

Op de polen sterven de meeste soorten uit, want ze passen zich moeilijk aan het warme, zuurstofarme water aan.

Temperatuurschommelingen gaan vaak zeer geleidelijk: over een periode van enkele miljoenen jaren. Een uitzondering was het zogeheten paleoceen-eoceen thermisch maximum (PETM), 56 miljoen jaar geleden.

Daarbij steeg de temperatuur in slechts 20.000 jaar 8 °C en werd het 25,5 °C – 11 °C warmer dan nu. Deze temperatuurstijging werd waarschijnlijk veroorzaakt doordat het broeikasgas methaan uit de zeebodem vrijkwam, en mogelijk heeft de warmte een zelfversterkend proces op gang gebracht.

In een warmere zee verdwijnt zuurstof, waardoor dieren in het ergste geval stikken.

Heden: Zeetemperatuur kan wel 10 °C stijgen

Als onze uitstoot van CO2 zo doorgaat, kan de zeetemperatuur in het jaar 2300 gestegen zijn met 10 °C en dus weer op het niveau liggen van de perm-trias-ramp. De geologie is weliswaar anders dan 252 miljoen jaar geleden, maar volgens een nieuwe computersimulatie zullen de klimaatomstandigheden in 2300 voor 35 à 50 procent zodanig zijn dat ze net zo’n wereldwijde massasterfte kunnen veroorzaken.

In 2019 opperde klimaatwetenschapper Tapio Schneider van het California Institute of Technology dat een temperatuurstijging het wolkendek kan oplossen, waardoor het klimaat over een kritiek punt wordt geduwd. Zonder wolken valt er meer zonlicht op het zee- en aardoppervlak, waar het bijdraagt aan nog meer opwarming.

En wanneer we eenmaal in een negatieve spiraal zitten, is de trend maar moeilijk te keren. Na de opwarming in de PETM-periode 56 miljoen jaar geleden duurde het 170.000 jaar voordat het klimaat gestabiliseerd was.

Wist je dat de temperatuur op aarde de afgelopen 542 miljoen jaar vier keer heen en weer schoot tussen warme perioden van 24 °C en koude van nog geen 15 °C?

Snelle veranderingen zijn fataal

Tijdens het PETM sloeg de temperatuur in 20.000 jaar om. Dat is geologisch extreem snel, maar heel langzaam vergeleken met de temperatuurstijging van vandaag. Om een tijd te vinden die meer lijkt op de huidige klimaatontwikkeling, moeten onderzoekers kijken naar een ramp veroorzaakt door een externe gebeurtenis.

Aan het einde van het krijt, 66 miljoen jaar geleden, stierven in één klap de dinosauriërs uit, die 160 miljoen jaar op aarde hadden geregeerd. Ook 75 procent van de overige dieren verdween. Naar alle waarschijnlijkheid werd deze massasterfte veroorzaakt door een enorme, plotselinge temperatuurdaling doordat er een meteoriet ter grootte van de Mount Everest insloeg.

Hij stortte neer bij de stad Chicxulub op het schiereiland Yucatan in Mexico en daarbij kwam een energie vrij die overeenkomt met 1 miljard keer de atoombom op Hiroshima.

Door de botsing vloog er zo veel roet de atmosfeer in dat het zonlicht geblokkeerd werd en de temperatuur kelderde. Voor veel dieren betekende dat het einde. Onderzoek toont aan dat het klimaat er nog 5000 jaar onder heeft geleden en dat de soortenrijkdom zeker 20.000 jaar beperkt bleef.

Heel anders ging het eraan toe in het PETM, want het leven had de tijd om zich aan te passen. Dieren werden kleiner om de warmte beter kwijt te kunnen raken en de soortenrijkdom nam uiteindelijk zelfs toe. Ongeacht of de temperatuur stijgt of daalt, de snelheid van de klimaatverandering is bepalend voor de manier waarop deze het leven op aarde beïnvloedt.

Tijdens het PETM pasten dieren zich aan de warmte aan door te krimpen. In deze periode ontstond de stamvader van het paard, die niet groter was dan een kat.

© Danielle Byerley/UFL & Shutterstock

Explosie van CO2 sinds 1800

Ook wat het CO2-gehalte van de atmosfeer betreft ervaren we momenteel een ongewoon snelle toename. Tot 1800 lag het CO2-niveau gedurende bijna een miljoen jaar vrij constant op 200-300 ppm (parts per million), wat overeenkomt met 0,02-0,03 procent.

Maar de afgelopen 200 jaar is het gestegen tot 400 ppm. Afhankelijk van wat we doen om verdere stijging te voorkomen, bedraagt het CO2-gehalte tegen het jaar 2300 naar verwachting 400-700 ppm of, in het slechtste geval, zelfs 2000 ppm. Hoewel het niveau eerder ook al eens op 7000 ppm CO2 heeft gelegen, zal zo’n snelle stijging de meest dramatische verandering ooit zijn.

375 miljoen jaar geleden: Plantengroei hielp dieren om zeep

Planten gebruiken CO2 voor hun fotosynthese, en met een tien keer zo hoog gehalte als nu waren de groeiomstandigheden in het devoon ongewoon goed. Toch verdween 70 procent van alle soorten. Meteorietinslagen en vulkaanuitbarstingen kregen de schuld, maar een alternatieve theorie ziet planten als hoofdverdachten.

Shutterstock & Oliver Larsen

1. Flora breidde zich uit

Dankzij het hoge CO2-gehalte van de lucht konden planten 370 miljoen jaar geleden het land innemen.

Shutterstock & Oliver Larsen

2. Eerste bomen verbrijzelen bodem

Lage struiken groeiden uit tot de voorloper van de bomen, Archaeopteris. De bomen boorden hun sterke wortels diep in spleten en holten, waardoor het gesteente barstte.

3. Voedsel liep het water in

CO2 uit de lucht loste op in water en vormde koolzuur, dat in de spleten drong en het gesteente liet eroderen. Dat maakte voedingsstoffen vrij, die naar de zeeën, meren en rivieren werden gespoeld.

4. Zuurstof weg door algen

De algen bloeiden op van al dat voedsel. Na hun dood zonken ze naar de bodem en werden ze afgebroken door zuurstofverslindende bacteriën.

5. Zeeleven stikte

Zuurstof verdween dus en het dierenleven stikte.

Maar over honderden miljoenen jaren genomen is het CO2-gehalte in de atmosfeer gedaald. Dit komt doordat CO2 op de lange termijn wordt opgenomen door de zee en de bodem en dus uit de atmosfeer verdwijnt. Bovendien nemen planten CO2 op via de fotosynthese.

Door het verhoogde CO2-niveau in de atmosfeer grepen planten om zich heen.

Heden: Planten groeien als kool

Satellietbeelden tonen aan dat de vegetatie op aarde sinds 1982 dichter is geworden. Dat is voor 70 procent te danken aan het CO2-niveau. Wereldwijd is de fotosynthese de laatste eeuw 33 procent gegroeid door de CO2-stijging. Studies tonen aan dat het hogere CO2-gehalte ervoor zorgt dat fytoplankton (algen) zich verspreidt in zeeën en meren en zuurstof verdwijnt, maar de groei wordt deels tegengegaan door de warmte.

Hoewel de processen ook de andere kant opgaan, bij vulkaanuitbarstingen bijvoorbeeld, zou het netto-effect (zonder het verstoken van fossiele brandstoffen door de mens) zijn dat het CO2-gehalte in de lucht op de lange termijn tot bijna nul daalde.

Wist je dat het CO2-niveau in de atmosfeer 540 miljoen jaar geleden op zijn hoogst was: 17 keer zo hoog als nu? Tegelijkertijd explodeerde het aantal soorten.

De afgelopen 542 miljoen jaar is het CO2-gehalte in de atmosfeer op natuurlijke wijze gedaald tot een twintigste. Maar in slechts 500 jaar, van 1800 tot 2300, zal de mens het CO2-niveau verdubbeld hebben als we op dezelfde voet CO2 blijven uitstoten. Het gevolg van zo’n snelle verandering is onvoorspelbaar.

Het enige zekere is dat het niet mals zal zijn. In het devoon, 375 miljoen jaar geleden, bedroeg het CO2-gehalte bijvoorbeeld wel 4000 ppm, waardoor er volgens een theorie zo veel
algen in zee begonnen te woekeren dat veel diersoorten uitstierven door zuurstofgebrek.

Hoge zee leidt tot nieuwe soorten

De zeespiegel volgt de afgelopen 542 miljoen jaar ongeveer dezelfde dalende tendens als het CO2-gehalte, maar met een verschuiving van 50-100 miljoen jaar. Beide zijn historisch laag, maar stijgen snel. Het zeeniveau hangt niet alleen af van de hoeveelheid CO2, maar ook van de bodem, die meeverandert met de bewegingen van de aardplaten.

125.000 jaar geleden: Zeestijging te wijten aan drie factoren

In laatste tussenijstijd was het niet zo veel warmer dan nu. Toch was de zee 6 à 9 meter hoger. Nieuwe analyses van sedimenten in een ijskern uit Groenland geven aan dat de ijskap en de warmte-uitzetting van water maximaal 3 meter bijdroegen, dus er moet ook een deel van Antarctica zijn gesmolten.

1. Zuidpool smolt: 3-5 meter

Nieuw onderzoek duidt erop dat het westen van de Zuidpool smolt, wat de grootste bijdrage aan de zeestijging in de laatste tussenijstijd leverde.

2. Noordpool smolt: 2-3 meter

Veel ijs op Groenland en in de Canadese poolgebieden smolt, en het smeltwater leidde ertoe dat de zeespiegel begon te stijgen.

3. Water zette uit: 1 meter

Water zet bij opwarming uit. Zo droeg het warme eemien bij aan de zeestijging.

Tijdens het ordovicium, een geologische periode rond 460 miljoen jaar geleden, had de aarde de hoogste waterstand ooit. De zee was 400 meter hoger dan nu, maar voor het leven was dat totaal geen ramp. Integendeel.

Door de hoge waterstand ontstonden er veel binnenzeeën, die allerlei ecologische niches de ruimte gaven, waar de flora en fauna zich naar hartenlust konden ontwikkelen. Met het gunstige klimaat heeft dat geleid tot een explosie in soorten. Mosdiertjes, zee-egels en koralen waren nieuwe diergroepen, en plankton gedijde in het water en vormde een voedselbron voor andere dieren.

Heden: Instabiel klimaat zwakt zeestroom af

Zelfs een geringe temperatuurstijging kan grote gevolgen hebben, want het klimaat wordt er instabiel van. In de laatste tussenijstijd raakten de seizoenen in Noord-Finland bijvoorbeeld ontregeld, met koude zomers en warme winters. Een warmere zee bedreigt niet alleen veel steden met overstroming, ook kan de Golfstroom verzwakt raken, waardoor het in de landen rond de Atlantische Oceaan stukken kouder wordt.

Probeer zelf het water te laten stijgen

Ook tijdens de laatste krachtige stijging van de zee, in de tussenijstijd (125.000 jaar geleden), redde het leven zich wel, inclusief de jager-verzamelaars. Al steeg de zee 6 tot 9 meter, mens en dier trokken gewoon met het water mee landinwaarts.

Wist je dat het zeeniveau zelden zo laag is geweest? Het waterpeil was 460 miljoen jaar geleden op zijn hoogst: 400 meter hoger dan nu.

Mocht zoiets de komende eeuwen gebeuren, dan kan het kritiek worden voor onze steden en onze voedingsmiddelenproductie, want die laten zich niet zomaar verplaatsen. Als de zee op aarde 4 meter stijgt, blijft er van Nederland weinig meer over. Maar voor het leven als zodanig hoeven grote klimaatveranderingen niet tot een massasterfte te leiden.

Scandinavië was een eiland tijdens de laatste interglaciale periode, het Eemien, 125.000 jaar geleden. De gele lijn duidt de huidige kustlijn aan.

© ROMAN UCHYTEL/SCIENCE PHOTO LIBRARY

Lees ook:

Klima
Klimaatverandering

Calculator: Zo wordt het klimaat van de toekomst

3 minuten
Klimaatverandering

Zuidpool smelt: ijs krimpt tot laagste niveau ooit

2 minuten
Klimaatverandering

10 miljoen pompen redden het Noordpoolijs

0 minuten

Log in

Fout: Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
ToonVerberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!