Fool’s Gold: Een Verborgen Klimaat Stabilizer

Op onze planeet is de cyclus en balans van koolstof tussen reservoirs een kwestie van leven of dood. Koolstof beweegt zich van de atmosfeer naar de oceaan, naar koolstofgebaseerde levensvormen, naar rotsen of sedimenten, en het kan gedurende het proces in elk van deze reservoirs worden vastgehouden.

Onevenwichtigheden binnen de cyclus kunnen dramatische wereldwijde gevolgen hebben. Te veel koolstof in de atmosfeer leidt bijvoorbeeld tot het broeikaseffect en de opwarming van de aarde, terwijl te veel koolstof in de oceaan leidt tot oceaanverzuring, wat de omstandigheden voor het zeeleven ondermijnt. Maar hoe herstelt de aarde zich van catastrofale omstandigheden zoals massale vulkaanuitbarstingen?

Onderzoekers kijken naar extremen uit het verleden om te bestuderen hoe het systeem reageert op onevenwichtigheden. In hun paper, gepubliceerd in Nature Geoscience, beschrijven onderzoekers van de Universiteit van Connecticut, de Universiteit van Victoria, Yale University, de Universiteit van British Columbia en het Georgia Institute of Technology een over het hoofd geziene mechanisme voor hoe de oceaan kan helpen bij het stabiliseren van massale koolstofuitstoot in de atmosfeer na vulkaanuitbarstingen.

Mojtaba Fakhraee, assistent-professor aan de UConn afdeling Aardwetenschappen en hoofdauteur van het artikel, legt uit dat een vereenvoudigde manier om de wereldwijde koolstofcyclus te begrijpen begint met een uitbarsting van vulkanische gassen die koolstof in de atmosfeer vrijgeeft. Die vormen van koolstof, zoals CO2, kunnen in de atmosfeer blijven, terwijl sommige kunnen reageren met andere elementen om chemische stoffen zoals opgelost anorganisch koolstof te produceren, die via rivieren naar de oceaan worden vervoerd.

“Wanneer de oceaanische koolstof in balans is met de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer, bereiken ze een evenwichtstoestand waarin de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer evenredig is aan de hoeveelheid opgeloste koolstofsoorten in de oceaan,” zegt Fakhraee.

In tijden van extreme onevenwichtigheid, zoals tijdens klimaatcatastrofes of wanneer enorme hoeveelheden CO2 in de atmosfeer worden vrijgegeven, ontdekten onderzoekers echter dat er een ander soort feedbacksysteem in werking treedt.

“De feedback treedt op wanneer de oceaan zuurstof verliest, het basischer wordt en een ander soort reactie dominanter wordt onder lage zuurstof of anoxische omstandigheden. Die reactie is anaerobe respiratie, die sulfide-soorten produceert,” legt Fakhraee uit.

De sulfide-soorten die door de reactie worden gevormd zijn ijzersulfide of pyriet, ook wel “fools gold” genoemd. Dit proces heeft een algemene buffereffect dat de alkaliteit van het water behoudt en voorkomt dat het zuurder wordt.

Onderzoekers deden deze ontdekking met behulp van een gekoppeld wereldwijd koolstof-sulfuurcyclusmodel dat geochemische processen simuleert over de afgelopen honderden miljoenen jaren, inclusief verschillende oceaan-anoxische evenementen (OAE’s) en massale vulkaanuitbarstingen die grote hoeveelheden koolstof in de atmosfeer vrijlieten. Ze ontdekten dat de productie en begrafenis van pyriet tijdens OAE’s een aanzienlijke stabiliserende invloed had tijdens periodes van verhoogde vulkanische activiteit, waardoor de oceanen werden gebufferd en een belangrijke stabiliserende rol speelden gedurende miljoenen jaren.

“Wat het betekent, is dat hoe meer je van deze buffersoort krijgt, hoe resistenter de oceaan wordt tegen veranderingen in pH en oceaanverzuring. Deze reactie is belangrijk in termen van hoe de oceaan resistent wordt tegen verzuring en veranderende pH,” zegt Fakhraee.

Deze reacties vinden plaats over een zeer lange tijd, wanneer de oceanen in het verleden periodiek enorme instromen van vulkanische gassen ervoeren, wat resulteerde in deoxygenatie en anoxische omstandigheden. Dat is wanneer de modellen een toename in de ijzersulfide-reactie, verhoogde alkaliteit en klimaatstabilisatie toonden.

“We vonden het vrij overtuigend om te zien waarom sommige van deze afgelopen oceaan-anoxische evenementen zich konden herstellen zoals ze deden,” zegt Fakhraee. “Anoxische omstandigheden werden altijd beschouwd als een groot probleem voor de oceanen, maar op een langere tijdschaal kan dit grote probleem eigenlijk een goede manier zijn voor de oceaan en de hele aarde om te overleven. Niet alles aan anoxie en zuurstofverlies is slecht voor het aardse systeem.”

Er zijn ook belangrijke implicaties voor de koolstofcyclus van vandaag, zegt Fakhraee, nu we deoxygenatie in de oceaan zien terwijl de atmosferische CO2-niveaus toenemen. Maar er is een kanttekening—tijd.

“We verwachten dat dit proces van ijzersulfidevorming belangrijk zal zijn naarmate we de snelheid van oceaan-deoxygenatie verhogen, wat zou helpen de CO2 in de atmosfeer te reguleren en stabiliseren. Maar maak geen vergissing en denk dat dit ons zal helpen met de huidige klimaatverandering, want deze feedback gebeurt op een langere tijdschaal. Mensen zouden drastisch worden beïnvloed door klimaatverandering, maar het aardse systeem heeft deze intrigerende feedback die het systeem zou helpen herstellen,” aldus Fakhraee.

Hoewel pyrietvorming vandaag de dag voorkomt in sommige anoxische mariene omgevingen, is de wereldwijde impact op de alkaliteit van de oceaan en koolstofvastlegging minimaal onder de huidige omstandigheden. Een significante toename van dit buffermekanisme zou uitgebreide, aanhoudende deoxygenatie van de wereldwijde oceaan vereisen—omstandigheden die catastrofaal zouden zijn voor de meeste mariene levensvormen en diep ingrijpend voor de biosfeer van de aarde.

“Mensen en ander leven die klimaatverandering ervaren zouden zeer ernstig worden getroffen over een zeer korte tijdschaal. Het draait allemaal om de tijdschaal en hoeveel zuurstofverlies er plaatsvindt,” zegt Fakhraee.

Een andere belangrijke conclusie uit dit onderzoek waar Fakhraee op reflecteert, is de opmerkelijke veerkracht van de wereldwijde koolstofcyclus.

“Al deze onderling verbonden processen tonen aan dat één kleine verandering in één deel van dit hele systeem een grote verandering kan veroorzaken in een ander deel van het systeem. Het is intrigerend om te zien hoe de aarde kan herstellen van zeer ernstige ervaringen uit het verleden die leven op de planeet hebben uitgeroeid,” zegt Fakhraee.

“Een deel van de reden dat de aarde zoveel ups en downs in termen van leven heeft ervaren, en een deel van de reden waarom er hoop is, is omdat er feedback was die de aarde hielp herstellen en ruimte bood voor ander leven om te bestaan en te evolueren. De aarde heeft haar eigen manier om te overleven, maar we moeten een manier vinden om te overleven, en we zijn in gevaar als we niet genoeg aandacht besteden aan wat er gebeurt in termen van klimaatverandering.”