Wat kooldioxide ‘sprongen’ uit Antarctisch ijs ons vertellen over klimaatverandering

De atmosfeer verandert voortdurend. De samenstelling van de atmosfeer is regelmatig veranderd gedurende de klimatologische tijdperken van de aarde, vooral wat betreft de niveaus van kooldioxide (CO2) concentratie, een cruciale factor voor het bepalen van het klimaat op aarde.

Analyse van luchtbellen die zijn gevangen in ijskernen heeft het mogelijk gemaakt om deze variaties in samenstelling te reconstrueren over de afgelopen 500.000 jaar. Dit blijkt uit onze studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience, die recente “sprongen” in CO2 laat zien die overeenkomen met verhogingen van ongeveer 10 deeltjes per miljoen (ppm) in minder dan een eeuw in de atmosferische CO2-concentraties.

Deze “sprongen,” die overeenkomen met de meest abrupte natuurlijke variaties in atmosferische CO2 die in het verleden hebben plaatsgevonden, blijven veel kleiner in amplitude dan de recente toename die ten grondslag ligt aan de wereldwijde opwarming.

De studie toont aan dat deze sprongen in CO2 plaatsvonden in tijden waarin de helling van de aardas ten opzichte van het vlak van zijn baan rond de zon, bekend als obliquiteit, hoog was. De aarde bevindt zich momenteel in een periode van hoge obliquiteit.

Daarnaast worden deze sprongen veroorzaakt door verstoringen in de Atlantische Meridionale Oceaan Circulatie (AMOC), een belangrijke oceaanstroom in de Noord-Atlantische Oceaan die een cruciale rol speelt in het reguleren van het klimaat en die momenteel tekenen van vertraging vertoont.

Wat zijn CO2 ‘sprongen’ precies? Deze sprongen in atmosferische CO2 komen overeen met verhogingen van ongeveer 10 deeltjes per miljoen (ppm) – binnen een eeuw – in de atmosferische concentraties over de afgelopen halve miljoen jaar. Hoewel significant, blijven deze verhogingen gemiddeld 10 tot 20 keer kleiner dan de toename van door de mens gemaakte emissies. Over de afgelopen 100 jaar wordt de stijging geschat op 115 ppm, wat 10 keer groter is dan de waargenomen sprongen in CO2.

De analyse van deze ijskern, een lange buis van ijs van ongeveer 10 centimeter in diameter, die uit verschillende kilometers diep in Antarctica is genomen, waar het oppervlak bijna volledig bedekt is met ijs, werd uitgevoerd aan het Grenoble Institute of Environmental Geosciences. Het identificeerde zeven nieuwe CO2-sprongen tijdens de periode van 260.000 tot 190.000 voor Christus, en 15 sprongen die al in eerdere registraties waren vastgelegd.

Vooral is aangetoond dat 18 van de 22 bestudeerde CO2-sprongen plaatsvonden wanneer de obliquiteit van de planeet hoog was.

Een samenloop van twee fenomenen De CO2-sprongen, die abrupte fenomenen zijn, worden in feite veroorzaakt door de samenloop van twee fenomenen. De initiële trigger voor deze sprongen is de verstoring van de AMOC, een belangrijke speler in de regulering van het klimaat van de aarde. De stopzetting van de AMOC leidt tot een verstoring van neerslag en temperatuur op wereldschaal.

Echter, deze noodzakelijke voorwaarde is niet voldoende. Niet elke verstoring van de AMOC leidt systematisch tot een sprongetje in CO2. Dit is waar de tweede belangrijke parameter in het voorkomen van CO2-sprongen in beeld komt: de obliquiteit van de aarde, die correspondeert met de helling van de aarde ten opzichte van de zon terwijl deze eromheen draait.

Deze obliquiteit is niet constant. Het varieert regelmatig tussen ongeveer 22° en 25°, door cycli van 41.000 jaar. Deze variatie beïnvloedt de verdeling van de zonne-energie aan het aardoppervlak, wat een directe impact heeft op regionale klimaten en de geografische verdeling van terrestrische omgevingen, inclusief de soorten vegetatie die koolstof opslaan. Onze resultaten suggereren dat deze veranderingen in de terrestrische verdeling van vegetatie, met name in het Midden-Oosten en sub-Sahara Afrika, leiden tot de opbouw van grote voorraden CO2 in biomassa, die dan kunnen worden vrijgegeven tijdens AMOC-verstoringen, wat CO2-sprongen veroorzaakt.

CO2-sprongen en klimaatverandering: een dubbele klap? De aarde bevindt zich momenteel in een van deze periodes van hoge obliquiteit. In het geval van een grote verstoring van de circulatie van de Atlantische Oceaan, met name een vertraging van de AMOC, zou een hoeveelheid koolstof die gelijkstaat aan vier jaar van globale antropogene emissies (tegen het gemiddelde emissietempo over de periode 2010-2019) binnen enkele decennia kunnen vrijkomen, wat zou bijdragen aan de huidige antropogene emissies.

Momenteel zijn er nog steeds grote onzekerheden in de modellering die verband houdt met de AMOC, waarvan sommige suggereren dat de oceaan circulatie vertraagt als gevolg van klimaatverandering veroorzaakt door menselijke activiteiten. In het geval van een ineenstorting van de AMOC zou een nieuwe sprongetje in CO2 kunnen optreden, wat zou leiden tot nieuwe CO2-emissies uit natuurlijke bronnen die door menselijke activiteit zijn gedestabiliseerd, wat de klimaatverandering zou versterken.