Simulatie van asteroïde-impact onthult verstoringen in klimaat en ecologie

Nieuwe studie onthult de gevolgen van een asteroïde-invloed op klimaat en ecologie

Een recente klimaatmodelleringsstudie, gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances door onderzoekers van het IBS Center for Climate Physics (ICCP) aan de Pusan National University in Zuid-Korea, presenteert een nieuw scenario over hoe het klimaat en leven op onze planeet zouden veranderen als gevolg van een mogelijke toekomstige inslag van een middelgrote (~500 m) asteroïde.

Het zonnestelsel zit vol objecten met een baan dichtbij de aarde. De meeste van deze objecten vormen geen bedreiging, maar sommige zijn geïdentificeerd als objecten van belang met niet te verwaarlozen botsingskansen. Onder deze objecten bevindt zich de asteroïde Bennu, met een diameter van ongeveer 500 m, die volgens recente studies een geschatte kans van 1 op 2.700 heeft om in september 2182 met de aarde te botsen. Dit is vergelijkbaar met de kans om 11 keer achter elkaar met hetzelfde resultaat een munt te flippen.

Om de potentiële impact van een asteroïde-inslag op ons klimaatsysteem en op terrestrische planten en plankton in de oceaan te bepalen, hebben onderzoekers van het ICCP een geïdealiseerd botsingsscenario gesimuleerd met behulp van een geavanceerd klimaatmodel. De impact van de botsing wordt weergegeven door een enorme injectie van honderden miljoenen tonnen stof in de bovenste atmosfeer. In tegenstelling tot eerdere studies simuleert het nieuwe onderzoek ook terrestrische en mariene ecosystemen, evenals de complexe chemische reacties in de atmosfeer.

Met behulp van de IBS supercomputer Aleph hebben de onderzoekers verschillende stofimpactscenario’s uitgevoerd voor een botsing met een Bennu-type asteroïde. In reactie op stofinjecties van 100–400 miljoen ton tonen de simulaties van het supercomputermodel dramatische verstoringen in het klimaat, de atmosferische chemie en de globale fotosynthese in de 3-4 jaar na de impact.

In het meest intense scenario zou de zonneafschaduwing door stof leiden tot een wereldwijde afkoeling van de oppervlaktetemperatuur tot 4˚C, een vermindering van de gemiddelde wereldwijde neerslag met 15% en een ernstige ozonafbraak van ongeveer 32%. Regionaal kunnen deze effecten echter veel uitgesprokener zijn.

“De abrupte ‘impact winter’ zou ongunstige klimaatvoorwaarden voor planten creëren, wat zou leiden tot een initiële vermindering van 20–30% van de fotosynthese in terrestrische en mariene ecosystemen. Dit zou waarschijnlijk leiden tot enorme verstoringen in de wereldwijde voedselzekerheid,” zegt Dr. Lan Dai, postdoctoraal onderzoeker aan het ICCP en hoofdauteur van de studie.

Toen de onderzoekers naar de oceaanmodelgegevens uit hun simulaties keken, waren ze verrast dat de groei van plankton een compleet ander gedrag vertoonde. In plaats van de snelle afname en langzame herstelperiode van twee jaar op het land, zou plankton in de oceaan al binnen zes maanden hersteld zijn, en zelfs daarna toenemen tot niveaus die onder normale klimaatomstandigheden niet zijn waargenomen.

“We konden deze onverwachte reactie volgen naar de ijzerconcentratie in het stof,” zegt Prof. Axel Timmermann, directeur van het ICCP en mede-auteur van de studie. Ijzer is een essentiële voedingsstof voor algen, maar in sommige gebieden, zoals de Zuidelijke Oceaan en de oostelijke tropische Stille Oceaan, is de natuurlijke beschikbaarheid zeer laag. Afhankelijk van het ijzergehalte van de asteroïde en dat van het terrestrische materiaal dat in de stratosfeer wordt geblazen, kunnen anders nutrientarme gebieden verrijkt raken met bio-beschikbaar ijzer, wat op zijn beurt ongekende algenbloei kan triggeren.

Volgens de computersimulaties zou de post-botsingstoename van de mariene productiviteit het meest uitgesproken zijn voor silicate-rijke algen, bekend als diatomeeën. Hun bloei zou ook grote hoeveelheden zoöplankton aantrekken—kleine predatoren die zich voeden met de diatomeeën.

“De gesimuleerde overmatige bloei van fytoplankton en zoöplankton kan een zegen zijn voor de biosfeer en kan helpen om opkomende voedselonzekerheid te verlichten die verband houdt met de langdurige vermindering van de terrestrische productiviteit,” voegt Dr. Lan Dai toe.

“Gemiddeld botsen middelgrote asteroïden ongeveer om de 100.000 tot 200.000 jaar met de aarde. Dit betekent dat onze vroege menselijke voorouders mogelijk enkele van deze planetenveranderende gebeurtenissen hebben meegemaakt met potentiële impact op de menselijke evolutie en zelfs onze eigen genetische samenstelling,” zegt Prof. Timmermann.

De nieuwe studie in Science Advances biedt nieuwe inzichten in de klimatologische en biosferische reacties op botsingen met objecten in een nabij-aarde baan. In de volgende stap plannen de ICCP-onderzoekers uit Zuid-Korea om de vroege menselijke reacties op dergelijke gebeurtenissen gedetailleerder te bestuderen door gebruik te maken van agent-gebaseerde computermodellen, die individuele mensen, hun levenscycli en hun zoektocht naar voedsel simuleren.