Vulkanische ‘cryptische koolstof’ emissies als verborgen factor in het verleden van het klimaat op aarde

Een internationaal team van geowetenschappers, geleid door een vulkanoloog van Rutgers University-New Brunswick, heeft ontdekt dat oude vulkanen, in tegenstelling tot de huidige wetenschappelijke inzichten, nog lange tijd na hun uitbarstingen koolstofdioxide in de atmosfeer hebben uitgestoten vanuit de diepere delen van de aarde.

Deze ontdekking heeft een langlopende mysterie opgelost over wat de langdurige episodes van opwarming veroorzaakte tijdens belangrijke keerpunten in de klimaatgeschiedenis van de aarde. Het onderzoek is gedetailleerd beschreven in het tijdschrift Nature Geoscience.

“Onze bevindingen zijn belangrijk omdat ze een verborgen bron van CO2 in de atmosfeer identificeren tijdens momenten in het verleden van de aarde, wanneer het klimaat abrupt opwarmde en veel langer warm bleef dan we verwacht hadden,” aldus Benjamin Black, die de studie leidde en associate professor is aan de afdeling Aarde- en Planetairwetenschappen van de School of Arts and Sciences.

“We denken dat we een belangrijk stuk van de puzzel hebben ontdekt over hoe het klimaat van de aarde werd verstoord, en misschien nog belangrijker, hoe het zich herstelde.”

Momenteel stoten mensen veel meer koolstofdioxide uit dan alle actieve vulkanen samen, maar de nieuwe bevindingen kunnen inzicht geven in hoe het klimaat van de aarde zal herstellen als en wanneer de menselijke CO2-uitstoot afneemt. “De aarde heeft natuurlijke klimaatregelsystemen—soort van zoals de thermostaat in je huis,” zei Black. “De vraag is: zijn er drempels waardoor deze klimaatregelsystemen beginnen te falen, waardoor het veel moeilijker wordt voor het klimaat om te herstellen?”

Decennialang zijn wetenschappers in verwarring geweest door klimaatgegevens die aantonen dat de atmosfeer van de aarde niet zo snel herstelde als verwacht na de zogenaamde eind-Permische massa-extinctie, 252 miljoen jaar geleden—de meest ernstige afname van biodiversiteit die op aarde bekend is. Deze massa-extinctie is in verband gebracht met enorme vulkaanuitbarstingen in Siberië. Zelfs nadat de uitbarstingen waren gestopt, duurde het bijna 5 miljoen jaar voordat het klimaat van de aarde stabiliseerde.

“Dit vertraagde herstel heeft wetenschappers lang in verwarring gebracht. De natuurlijke thermostaat van de aarde lijkt tijdens en na dit evenement niet goed te functioneren,” zei Black. “We merkten op dat een vergelijkbaar patroon zich leek voor te doen op meerdere andere momenten in de geschiedenis van de aarde met enorme vulkanisme, en we stelden ons tot doel te begrijpen waarom.”

Black en een internationaal team van collega’s keken terug in de tijd en vonden bewijs voor koolstofdioxide-uitstoot uit dit soort vulkanische provincies die miljoenen jaren konden aanhouden nadat de meeste oppervlakkige uitbarstingen waren geëindigd. Ze deden dit door chemische analyses van de lavastromen samen te stellen, computer-modellen te ontwikkelen die het smelten binnen de aarde simuleerden, en de resultaten te vergelijken met de klimaatgegevens die bewaard zijn gebleven in sedimentaire gesteenten.

De analyses toonden aan dat enorme oude vulkanische provincies langzaam tot stilstand kwamen. Aan de oppervlakte mochten de uitbarstingen misschien zijn gestopt, maar diep in de korst en mantel bleef magma koolstofdioxide uitstoten, wat leidde tot langdurige klimaatverandering.

“We noemen deze CO2 van het ondergrondse magma ‘cryptische koolstof’ omdat het afkomstig is van magma dat diep in het systeem schuilgaat,” zei Black. “Het is alsof de vulkanen koolstof uit het hiernamaals vrijgeven.”

Black zei dat de bevindingen in de nieuwe studie significant zijn omdat ze een verborgen bron van atmosferische koolstofdioxide identificeren tijdens momenten waarop het klimaat abrupt opwarmde. Als de vulkanen de temperatuur bleven verhogen, kan dit betekenen dat de thermostaat van de aarde beter werkt dan wetenschappers dachten. “Als dit waar is, kan het goed nieuws zijn voor het herstel van de aarde na door mensen veroorzaakte klimaatverandering,” zei Black. “Het betekent dat als we stoppen met het verhogen van de thermostaat, het klimaat op geologische tijdschalen kan herstellen.”

Deze bevindingen zijn slechts het begin van een meerjarige inspanning om te onderzoeken hoe cryptische koolstof het herstel na grote verstoringen van het klimaat van de aarde kan beïnvloeden. Deze zomer reisde het team naar het noordoosten van Oregon, waar enorme vulkanische activiteit is gekoppeld aan klimaatverandering 16 miljoen jaar geleden.

De wetenschappers concentreerden zich op de Wallowa Mountains, die zijn doorsneden met enorme platen van platte magmatische dikes, die zijn ontstaan toen gesmolten gesteente in scheuren vloeide en stolt. Door erosie komt het gebied, bekend als de “Alpen van Oregon”, deze rotsen aan het licht die ooit magma diep in de aarde vormden.

Teamleden, waaronder Black en collega’s en afgestudeerde studenten van Rutgers en andere universiteiten die deel uitmaken van het team, klommen de bergen in, die variëren van 1.500 tot 2.700 meter hoog, en verzamelden monsters van het glasachtige materiaal aan de randen van de dikes. Deze zijn ontstaan toen magma in contact kwam met koudere omringende rotsen.

Terug in hun laboratoria zoeken de onderzoekers naar bewijs in de glasachtige rotsen van oude uitstoot van koolstofdioxide en andere gassen.

Andere wetenschappers die aan de studie hebben meegewerkt zijn: Leif Karlstrom van de Universiteit van Oregon; Benjamin Mills van de Universiteit van Leeds, VK; Tamsin Mather, Universiteit van Oxford, VK; Maxwell Rudolph, Universiteit van California-Davis; Jack Longman, Northumbria University, Newcastle Upon Tyne, VK; en Andrew Merdith, Universiteit van Adelaide, Australië.