Ontdooiing van permafrost verhoogde koolstofdioxide-niveaus na de laatste ijstijd, blijkt uit onderzoek

Ontdooiende permafrost op Herchel Island, Canada

Niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer variëren van nature tussen ijstijden en interglacialen. Een nieuwe studie van onderzoekers aan de Universiteit van Göteborg toont aan dat een onverwacht groot deel van de koolstofdioxide-emissies na de ijstijd mogelijk afkomstig was van ontdooiende permafrost.

Een lange tijd werd gedacht dat de verschuivingen tussen ijstijden en interglacialen bepaalden hoeveel koolstofdioxide er in de atmosfeer zat. Tijdens ijstijden daalden de CO2-niveaus, om vervolgens met ongeveer 100 ppm (delen per miljoen) te stijgen tijdens interglacialen. Eerder werd aangenomen dat warmere en gemengde oceanen minder koolstof kunnen opslaan en daarom deze in de atmosfeer vrijgeven tussen ijstijden. Echter, nieuw onderzoek van de Universiteit van Göteborg laat zien dat ontdooiende permafrost mogelijk verantwoordelijk was voor een aanzienlijk deel van de koolstofdioxide-emissies. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

“We hebben geconcludeerd dat het land ten noorden van de Kreeftskeerkring, 23,5 graden noorderbreedte, veel koolstof heeft uitgestoten toen de gemiddelde temperatuur in het noordelijk halfrond steeg na onze laatste ijstijd. We schatten dat deze koolstofuitwisseling bijna de helft van de stijgende koolstofdioxide-niveaus in de atmosfeer kan hebben veroorzaakt,” zegt Amelie Lindgren, onderzoeker in ecosysteemwetenschappen aan de Universiteit van Göteborg.

Koolstof bevriest in de grond

Onderzoekers geloven dat grote hoeveelheden koolstof tijdens de ijstijd werden opgeslagen toen gras en andere planten simpelweg in de grond bevroeren, met door de wind aangevoerde rotsstof dat zich erboven op verzamelde. Dergelijke afzettingen, bekend als “loess”, worden gevormd tijdens ijstijden en kunnen tientallen meters dik zijn. Ze komen voor over grote gebieden van Europa en Azië, maar ook in Noord-Amerika. Permafrost is nodig voor de opsluiting van organisch materiaal in deze afzettingen, en zelfs normale grond met permafrost bevat meer organische koolstof dan ontdooide grond omdat de kou de afbraakprocessen vertraagt.

Pollenanalyses

Door analyses van pollen uit de laatste 21.000 jaar te combineren met klimaatdata uit modellen, hebben de onderzoekers kunnen schatten welke soorten vegetatie op verschillende plaatsen in de geschiedenis bestonden. “We hebben ervoor gekozen om elke duizend jaar een momentopname te maken. Zodra we weten welke vegetatie er heerste, kunnen we schatten hoeveel koolstof er in de grond was opgeslagen. Op deze manier kunnen we modelleren hoe de koolstofuitwisseling tussen de grond en de atmosfeer er sinds de laatste ijstijd uitzag,” zegt Lindgren.

Ongeveer 21.000 jaar geleden bereikten de continentale ijskappen hun maximale omvang in het noordelijk halfrond. Het hele Scandinavië en wat nu Canada is, waren destijds bedekt met ijs, en permafrost heerste in grote delen van Siberië, China en delen van Centraal-Europa. Tijdens de periode van 17.000 tot 11.000 jaar geleden werd het warmer. Dit leidde tot het ontdooien van de permafrost, wat resulteerde in verhoogde CO2-emissies van de grond naar de atmosfeer.

Natuurlijke variatie

Eerdere analyses van ijskernen tonen aan dat het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer als volgt steeg:

• 180 ppm CO2 21.000 jaar geleden, toen de ijstijd zijn hoogtepunt bereikte.
• 270 ppm CO2 11.000 jaar geleden, tijdens een normaal interglaciaal.

Volgens onderzoekers is dit een natuurlijke variatie tussen ijstijden en interglacialen. Echter, ondanks het krimpen van de ijskap en het voortdurende ontdooien van nieuwe gebieden van permafrost, steeg het koolstofdioxidegehalte daarna niet veel meer. “We zien dat veengebieden grote hoeveelheden koolstof opsloegen tijdens het Holoceen. Na verloop van tijd heeft de opname in veengebieden de emissies die uit de permafrost kwamen, daadwerkelijk gecompenseerd,” zegt Lindgren.

Mensen verstoren de koolstofcyclus

In de afgelopen 250 jaar hebben mensen echter de natuurlijke koolstofcyclus verstoord door grote hoeveelheden fossiele koolstof, voornamelijk steenkool en olie, te verbranden. Sinds de industriële revolutie in de 19e eeuw is het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer gestegen van 280 ppm naar 420 ppm vandaag de dag. “Er zijn momenteel extreem hoge niveaus van koolstofdioxide in de atmosfeer, en de permafrost ontdooit nu de temperaturen stijgen. Wat ons de laatste keer hielp toen de permafrost afnam, was de toegenomen koolstofopslag in veengebieden en nieuwe landgebieden die beschikbaar kwamen toen de continentale ijskappen zich terugtrokken. In de toekomst zullen we minder land hebben door de stijging van de zeespiegel, en het is moeilijk te zien waar we de koolstof die zal vrijkomen, zullen opslaan,” zegt Lindgren.