Fout in koolstofcyclus kan Aarde in een ijstijd duwen door overcorrectie voor opwarming

Onderzoekers van UC Riverside hebben een ontbrekend stuk ontdekt in eerdere beschrijvingen van de manier waarop de aarde zijn koolstof recyclet. Hierdoor geloven ze dat de opwarming van de aarde kan leiden tot een ijstijd.

De traditionele opvatting onder onderzoekers is dat het klimaat van de aarde in toom wordt gehouden door een langzaam, maar betrouwbaar natuurlijk systeem van verwering van gesteente. In dit systeem vangt regen koolstofdioxide uit de lucht, komt in contact met blootgestelde rotsen op het land – vooral silicaatgesteenten zoals graniet – en lost deze langzaam op. Wanneer deze gevangen CO₂ samen met opgelost calcium uit de rotsen de oceaan bereikt, combineren ze om schelpen en kalksteenriffen te vormen, waardoor de koolstof honderden miljoenen jaren op de zeebodem wordt opgeslagen.

“Naarmate de planeet warmer wordt, verweren de rotsen sneller en nemen ze meer CO₂ op, waardoor de planeet weer afkoelt,” zei Andy Ridgwell, geoloog aan UCR en co-auteur van het artikel dat is gepubliceerd in Science.

Echter, geologische gegevens suggereren dat ijstijden in het vroege leven van de aarde zo extreem waren dat het hele oppervlak van de planeet bedekt was met sneeuw en ijs. Daarom zeggen de onderzoekers dat een zachte regulatie van de temperatuur van de planeet niet het hele verhaal kan zijn.

Het ontbrekende stuk heeft ook te maken met de koolstofopslag in de oceaan. Naarmate CO₂ in de atmosfeer toeneemt en de planeet opwarmt, worden er meer voedingsstoffen zoals fosfor in de zee gewassen. Deze voedingsstoffen stimuleren de groei van plankton die koolstofdioxide opnemen tijdens de fotosynthese. Wanneer ze sterven, zinken ze naar de zeebodem en nemen die koolstof mee.

Echter, in een warmer wereld met meer algactiviteit verliezen de oceanen zuurstof, waardoor fosfor opnieuw wordt gebruikt in plaats van opgeslagen. Dit creëert een feedbacklus waarbij meer voedingsstoffen in het water zorgen voor meer plankton, wiens afbraak nog meer zuurstof verwijdert, en meer voedingsstoffen opnieuw worden gebruikt. Tegelijkertijd wordt er enorme hoeveelheden koolstof opgeslagen, waardoor de aarde afkoelt.

Dit systeem stabiliseert het klimaat niet op een zachte manier, maar overschrijdt in plaats daarvan, waardoor de aarde veel verder afkoelt dan de begin temperatuur. In het computermodel van de studie zou dit een ijstijd kunnen veroorzaken.

Ridgwell vergelijkt dit alles met een thermostaat die overuren maakt om een huis koel te houden. “In de zomer stel je je thermostaat in op ongeveer 25°C. Terwijl de luchttemperatuur buiten gedurende de dag stijgt, verwijdert de airconditioning de overtollige warmte binnen totdat de kamertemperatuur weer op 25 komt en dan stopt het,” aldus Ridgwell.

Gebruikmakend van zijn analogie, is de thermostaat van de aarde niet kapot, maar Ridgwell suggereert dat deze misschien niet in dezelfde kamer is als de airconditioning, waardoor de prestaties ongelijkmatig zijn.

In de studie zorgde een lagere atmosferische zuurstof in het geologische verleden ervoor dat de thermostaat veel onvoorspelbaarder was, wat leidde tot oude extreme ijstijden.

Terwijl mensen vandaag de dag meer CO₂ aan de atmosfeer toevoegen, zal de planeet in de korte termijn blijven opwarmen. Het model van de auteurs voorspelt dat er een afkoelingsovershoot zal plaatsvinden. De volgende zal echter waarschijnlijk milder zijn omdat er nu meer zuurstof in de atmosfeer is dan in het verre verleden, wat de voedingsstofffeedback dempt.

“Net als het dichterbij plaatsen van de thermostaat bij de airco,” voegde Ridgwell toe. Toch kan het voldoende zijn om de start van de volgende ijstijd naar voren te halen.

“Aan het eind van de dag, maakt het veel uit of de start van de volgende ijstijd 50, 100 of 200 duizend jaar in de toekomst is?” vroeg Ridgwell zich af. “We moeten nu focussen op het beperken van de voortdurende opwarming. Dat de aarde uiteindelijk weer zal afkoelen, hoe wankel dat ook is, zal niet snel genoeg gebeuren om ons in dit leven te helpen.”