Druppeltjes die uit de opening van Champagne op de oceaanbodem in de Mariana Eilanden toenemen. Vloeistoffen die van de locatie ontsnappen, bevatten opgeloste koolstofdioxide. NOAA Ocean Explorer

Naarmate de bezorgdheid groeit boven door de mens veroorzaakte klimaatverandering, kijken veel wetenschappers door de geschiedenis van de aarde terug naar gebeurtenissen die licht kunnen werpen op veranderingen die zich vandaag voordoen. Analyseren hoe het klimaatsysteem van de planeet in het verleden is veranderd, verbetert ons inzicht in hoe het zich in de toekomst kan gedragen.

Het is nu duidelijk uit deze studies dat abrupte opwarmingsgebeurtenissen zijn ingebouwd in het klimaatsysteem van de aarde. Ze hebben zich voorgedaan toen verstoringen in koolstofopslag aan het aardoppervlak broeikasgassen in de atmosfeer vrijkomen. Een van de grootste uitdagingen voor klimaatwetenschappers zoals ik is om te bepalen waar deze releases vandaan kwamen voordat mensen aanwezig waren, en wat hen activeerde. Belangrijk is dat we willen weten of een dergelijke gebeurtenis opnieuw kan gebeuren.

In een recent gepubliceerd onderzoek, mijn collega's Katie Harazin, Nadine Krupinski en ik ontdekte dat aan het einde van het laatste glaciale tijdperk, ongeveer 20,000 jaren geleden, kooldioxide was losgelaten in de oceaan vanuit geologische reservoirs gelegen op de zeebodem toen de oceanen warm begonnen te worden.

Deze bevinding is een potentiële game-changer. Natuurlijk voorkomende koolstofreservoirs in de moderne oceaan zouden opnieuw kunnen worden verstoord, met mogelijk ernstige gevolgen voor de oceanen en het klimaat van de aarde.

De aarde heeft in de afgelopen 800,000-jaren gefietst tussen ijstijden (lage punten) en warme interglaciale perioden. Maar de huidige klimatologische opwarming treedt veel sneller op dan eerdere opwarmingsgebeurtenissen. NASA

Het verleden is proloog

Een van de bekendste voorbeelden van een snelle opwarming veroorzaakt door het vrijkomen van geologische koolstof is het Paleoceen-Eoceen thermisch maximum, of PETM, een groot global warming-evenement dat ongeveer 55 miljoenen jaren geleden plaatsvond. Tijdens de PETM werd de aarde opgewarmd door 9 tot 16 graden Fahrenheit (5 tot 9 graden Celsius) binnen ongeveer 10,000 jaar.

Klimaatwetenschappers beschouwen het PETM nu als een analoog voor milieuveranderingen die vandaag plaatsvinden. Het PETM gebeurde over een langere periode en zonder menselijke betrokkenheid, maar het toont aan dat er inherente instabiliteit is in het klimaatsysteem als koolstof uit geologische reservoirs snel wordt vrijgegeven.

Wetenschappers weten ook dat het kooldioxidegehalte in de lucht aan het eind van 2009 snel toenam elk van de laat Pleistoceen ijstijden, helpen om het klimaat te verwarmen. Tijdens de meest recente opwarming, 17,000 jaar geleden, werd de aarde opgewarmd door 9 naar 13 graden Fahrenheit (5 naar 7 graden Celsius).

Het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum verwarmde de planeet zo dramatisch dat tropische regenwouden zich noordwaarts uitstrekten naar de Noordpool.

{vembed Y=ldLBoErAhz4}

Maar honderden wetenschappelijke studies hebben niet kunnen vaststellen wat de oorzaak was van de snelle toename van kooldioxide die elke ijstijd heeft beëindigd. Onderzoekers zijn het erover eens dat de oceaan moet worden betrokken omdat deze fungeert als een grote koolstofcondensator, regulering van de hoeveelheid koolstof die zich in de atmosfeer bevindt. Maar ze zijn nog steeds op zoek naar aanwijzingen om te begrijpen wat de hoeveelheid koolstof in de oceaan beïnvloedt tijdens abrupte klimaatveranderingen.

Meren op de oceaanbodem

In de afgelopen twee decennia hebben oceanologen ontdekt dat er zich reservoirs van vloeibaar en vast koolstofdioxide ophopen op de bodem van de oceaan, in de rotsen en sedimenten aan de randen van actieve warmwaterkraters. Op deze locaties ontmoet vulkanisch magma van binnenuit de aarde oververhit water en produceert pluimen van koolstofdioxide-rijke vloeistoffen die filteren door spleten in de aardkorst en naar boven migreren naar de oppervlakte.

Wanneer een pluim van deze vloeistof in aanraking komt met koud zeewater, kan het kooldioxide stollen tot een vorm die hydraat wordt genoemd. Het hydraat vormt een dop die koolstofdioxide vasthoudt in de rotsen en sedimenten en voorkomt dat het de oceaan binnendringt. Maar bij temperaturen boven ruwweg 48 graden Fahrenheit (9 graden Celsius) smelt hydraat, waardoor drijfvloeistof of gasvormig koolstofdioxide direct in het bovenliggende water vrijkomt.

Wetenschappers hebben tot nu toe reservoirs van vloeibare en hydraat koolstofdioxide gedocumenteerd in de westelijke Stille Oceaan nabij Taiwan en in de Aegeïsche Zee. In ondieper water, waar de oceaantemperaturen warmer zijn en de druk lager is, hebben onderzoekers zuivere kooldioxide waargenomen rechtstreeks afkomstig van sedimenten als een gas en stijgend naar het oppervlak van de oceaan.

Bijna zuivere koolstofdioxidebubbels stijgen uit sedimenten die een actief hydrothermisch systeem in de westelijke tropische Stille Oceaan vormen. Foto's door Roy Price, met dank aan Jan Amend, CC BY-SA

Een wild klimaatkaart

Deze ontdekkingen veranderen het inzicht van wetenschappers in het mariene koolstofsysteem. Klimaatwetenschappers hebben in de huidige modellen geen diepzeekoolstofreservoirs opgenomen die de potentiële effecten van toekomstige opwarming onderzoeken, omdat er weinig bekend is over de omvang en verspreiding van deze koolstofbronnen.

In feite zijn er vrijwel geen gegevens waaruit blijkt hoeveel koolstofdioxide momenteel uit deze reservoirs in de oceaan vrijkomt. Dit maakt de geologische geschiedenis van cruciaal belang: het bevestigt dat dit soort reservoirs het vermogen hebben om enorme hoeveelheden koolstof vrij te maken wanneer ze worden verstoord.

Analoge koolstofreservoirs zijn ook geïdentificeerd in terrestrische omgevingen. In 1979, de Dieng-vulkaan in Indonesië verstikte 142-mensen toen het bijna pure koolstofdioxide vrijgaf. In 1986, een kooldioxidevoorraad aan de rand van het Nyos-meer in Kameroen uitgebarsten, het doden van lokale 1,700-dorpsbewoners en honderden dieren.

Koe verstikt door koolstofdioxide in de 1986 Nyos-uitbarsting. USGS / Jack Lockwood

Koolstofdioxide ontlucht ook rond Mammoth Mountain, Californië, op plaatsen waar magma opkomt op de aardkorst en op ondiepe diepten stolt. Hoge concentraties koolstofdioxide in de bodem hebben meer dan 100 hectares bomen gedood. Wetenschappers werken aan identificatie en karakterisering andere sites op het land waar dergelijke releases kunnen optreden.

Het is veel uitdagender om de koolstofdioxide die opgeslagen is in oceaanreservoirs te kwantificeren. Uitgestrekte gebieden op de zeebodem bevatten plaatsen met actief vulkanisme en hydrothermale ventilatie, maar wetenschappers weten vrijwel niets over hoeveel koolstofdioxide zich ophoopt in de omliggende rotsen en sedimenten. Naar mijn mening is er een dringende noodzaak om mariene settings te bestuderen waar koolstofdioxide zich waarschijnlijk ophoopt en om vervolgens te beoordelen hoe vatbaar ze kunnen zijn voor destabilisatie.

Opwarmende oceanen, verhogen het risico

Dit is geen poging die moet worden uitgesteld. De oceanen van de aarde warmen snel op en klimaatmodellen projecteren dat ze het snelst zullen opwarmen bij de polen, waar diepe stromingen zich vormen draag warm water naar beneden vanaf het oppervlak.

Terwijl deze warme wateren wegzakken in het interieur van de oceaan, transporteren ze overtollige warmte naar plaatsen waar zich koolstofdioxidebuffers kunnen vormen. Die warmere wateren zullen uiteindelijk de hydraatafdichtingen destabiliseren die vloeibare kooldioxide gevangen houden.

Een zeer grote, langzame stroom die de thermohaliene circulatie wordt genoemd, draagt ​​warm water naar de polaire gebieden van de aarde, waar het afkoelt en zakt naar de diepe oceanen. Maphoto / Riccardo Pravettoni via GRID-Arendal, CC BY-SA

Een zo'n reservoir komt voor in de westelijke Pacific ten westen van de Okinawa Trough in de Oost-Chinese Zee. De temperatuur van de bodemwateren op deze locatie is 37 tot 39 graden Fahrenheit (3 tot 4 graden Celsius), wat betekent dat de hydraatdop binnen ongeveer 4-5 graden Celsius van het smeltpunt ervan ligt.

Belangrijk is dat warme hydrothermale vloeistoffen stijgen van onder het koolstofdioxidebuffer naar het oppervlak. Terwijl de oceanen warm blijven worden, neemt het temperatuurverschil tussen koud oceaanwater en warmere hydrothermale vloeistoffen af. Hierdoor zal het hydraat te dun worden, mogelijk tot een punt waar het niet langer vloeibaar koolstofdioxide zal laten ontsnappen.

Tot op heden is er geen onderzoek uitgevoerd om te beoordelen of deze oceaanstofdioxi- resreservoirs kwetsbaar zijn voor stijgende oceaantemperaturen. Maar het pre-historische record van de aarde toont duidelijk aan dat geologische reservoirs kunnen worden gedestabiliseerd - en dat wanneer ze zijn, dit leidt tot een snelle toename van koolstofdioxide in de atmosfeer en het broeikaseffect. Naar mijn mening vormt dit een belangrijk onbekend risico dat niet kan worden genegeerd.

Over de auteur

Lowell D. Stott, professor, University of Southern California - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Verwante Boeken

Klimaatverandering: wat iedereen moet weten

door Joseph Romm
De essentiële inleiding over wat de bepalende factor van onze tijd zal zijn, Klimaatverandering: wat iedereen moet weten® is een overzicht van de wetenschap, conflicten en implicaties van onze opwarmende planeet. Van Joseph Romm, Chief Science Advisor voor National Geographic's Jaren van leven gevaarlijk series en een van de "100-mensen van Rolling Stone die Amerika veranderen" Klimaatverandering biedt gebruiksvriendelijke, wetenschappelijk rigoureuze antwoorden op de moeilijkste (en vaak gepolitiseerde) vragen rond wat klimatoloog Lonnie Thompson "een duidelijk en aanwezig gevaar voor de beschaving" heeft geacht. Beschikbaar op Amazon

Climate Change: The Science of Global Warming and Our Energy Future tweede editie

door Jason Smerdon
Deze tweede editie van Klimaatverandering is een toegankelijke en uitgebreide gids voor de wetenschap achter het broeikaseffect. Prachtig geïllustreerd, de tekst is gericht op studenten op verschillende niveaus. Edmond A. Mathez en Jason E. Smerdon geven een brede, informatieve inleiding tot de wetenschap die ten grondslag ligt aan ons begrip van het klimaatsysteem en de effecten van menselijke activiteit op de opwarming van onze planeet. Matthez en Smerdon beschrijven de rollen die de atmosfeer en de oceaan hebben spelen in ons klimaat, introduceren het concept van stralingsbalans en verklaren de klimaatveranderingen die zich in het verleden hebben voorgedaan. Ze beschrijven ook de menselijke activiteiten die het klimaat beïnvloeden, zoals uitstoot van broeikasgassen en aerosolen en ontbossing, evenals de effecten van natuurlijke verschijnselen.  Beschikbaar op Amazon

The Science of Climate Change: een hands-on cursus

door Blair Lee, Alina Bachmann
De wetenschap van klimaatverandering: een hands-on cursus maakt gebruik van tekst en achttien hands-on activiteiten de wetenschap van het broeikaseffect en de klimaatverandering uitleggen en onderwijzen, hoe mensen verantwoordelijk zijn en wat kan worden gedaan om het tempo van de opwarming van de aarde en de klimaatverandering te vertragen of te stoppen. Dit boek is een complete, uitgebreide gids voor een essentieel milieuthema. Onderwerpen die in dit boek worden behandeld zijn onder meer: ​​hoe moleculen energie uit de zon overbrengen om de atmosfeer, broeikasgassen, het broeikaseffect, het broeikaseffect, de industriële revolutie, de verbrandingsreactie, feedbacklussen, de relatie tussen weer en klimaat, klimaatverandering, te verwarmen, koolstofputten, uitsterven, koolstofvoetafdruk, recycling en alternatieve energie. Beschikbaar op Amazon

Van de uitgever:
Aankopen op Amazon gaan om de kosten van het brengen van je te bekostigen InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, en ClimateImpactNews.com zonder kosten en zonder adverteerders die je surfgedrag volgen. Zelfs als u op een link klikt maar deze geselecteerde producten niet koopt, betaalt alles wat u bij hetzelfde bezoek op Amazon koopt, een kleine commissie. Er zijn geen extra kosten voor u, dus draag alstublieft bij aan de moeite. Je kan ook gebruik dan deze link te gebruiken op elk gewenst moment voor Amazon, zodat u ons kunt helpen onze inspanningen te ondersteunen.