Wetenschap CO2-bom

Op een warmere aarde verandert alles – en het is al eens gebeurd

Miljoenen jaren geleden schoot de temperatuur op aarde omhoog toen een ontzaglijke hoeveelheid broeikasgas vrijkwam – met ingrijpende gevolgen. Een les voor onze eigen toekomst?

In Noord-Spanje, langs de provinciale weg van de stad Arén naar de Pyreneeën, steekt een raadselachtig stuk gesteente uit de rotswand. Een keiharde, donkere klont, waaruit soms platte kiezels brokkelen. Heel anders dan het oudere, zanderige gesteente eronder.

‘Je ziet hier: lieflijk landschapje, lieflijk landschapje, lieflijk landschapje’, schetst hoogleraar paleoklimatologie Appy Sluijs (Universiteit Utrecht) de opeenvolging van gesteentelagen. ‘En dan ineens: ke-dèng! Een keiharde laag vol keien waar je je geologenhamer op stukslaat.’

Het moet de afzetting zijn van een rivier, weten geologen, onder meer vanwege die glad afgeslepen kiezels die in de laag zitten. Maar wát voor rivier. ‘Je hebt een enorme rivier nodig om de keien die je hier ziet te verplaatsen. Denk aan een watermassa tot wel 100 meter breed die door de vlakte jakkert, en die alles sloopt wat hij tegenkomt.’

Extreem weer

Veelzeggend, want dit waren rivieren die regenwater afvoerden naar zee. En een grotere rivier betekent: meer regenwater. Veel meer. De pieken in de waterafvoer werden acht, mogelijk zelfs veertien keer zo groot, becijferde Sluijs onlangs met Zwitserse, Franse en Amerikaanse collega’s in vakblad Scientific Reports. Het moet hier hebben gestórt. Het lieflijke landschap met meanderende riviertjes van weleer had plaatsgemaakt voor een droge, met stenen bezaaide vlakte, waar in het regenseizoen kolkende watermassa’s alles op hun weg meesleurden.

‘Het is zelfs veel meer regenwater dan we theoretisch kunnen verklaren’, schetst Sluijs. ‘Dit was een periode met zeer extreem weer. Er gebeuren hier dingen die we niet goed begrijpen.’

De versteende rivierbedding bij de Pyreneeën vormt het nieuwste lemma in een van de merkwaardigste hoofdstukken uit de niet al te verre prehistorie. Een hoofdstuk dat kenners het ‘paleoceen-eoceen thermale maximum’ noemen, en dat zich afspeelde zo’n 56 miljoen jaar geleden, 10 miljoen jaar na de reuzenmeteorietinslag die de dinosauriërs van de planeet vaagde.

Al begin jaren tachtig van de vorige eeuw viel het de vermaarde Britse geoloog Nick Shackleton op dat eencellige zeewezentjes genaamd foraminiferen uit die tijd hun kalkskeletjes opeens opbouwden uit lichtere zuurstof- en koolstofatomen. Raar. Vast een fout in de metingen, dacht Shackleton.

Totdat andere teams de verschuiving in bouwstoffen ook vonden. Bij foraminiferen, maar ook in oude zeebodems en rivierbeddingen, en zelfs in de fossiele tanden van Phenacodus, een soort prehistorische miniatuurkoe die destijds in onder meer België graasde. Overal ging het leven meer gebruiken van het lichte zuurstof-16: een teken dat de regenwaterkringloop versnelde en het warmer was geworden op aarde. Ook was er meer van het lichte koolstofatoom koolstof-12. Een aanwijzing dat de lucht was volgelopen met ‘vers’ koolstof, mogelijk afkomstig van het broeikasgas methaan (CH4).

In de jaren die volgden peuterden onderzoekers de volgorde van gebeurtenissen verder uit elkaar. Vermoedelijk was er sprake van een opeenvolging van vulkaanuitbarstingen en opborrelende methaanbubbels uit de zeebodem, vertelt paleo-oceanograaf Joost Frieling, een directe collega van Sluijs. ‘Het kan niet dat er maar één bron was. We hebben het idee dat er een langzame opwarming plaatsvond door vulkanisme, waarna een kritiek punt werd overschreden en bevroren methaanhydraten in de diepzee instabiel werden.’

5 graden warmer

Er volgde een apocalyptische oer-ontgassing van methaan vanuit zee. In enkele duizenden jaren tijd kwam er ruwweg tien keer zoveel broeikasgas vrij als de mens de afgelopen anderhalve eeuw heeft uitgestoten. Een slordige 4,5 biljoen ton aan koolstof, zoiets als dat we alle voorraden fossiele brandstoffen zouden opstoken. En terwijl het methaan oxideerde tot het taaiere CO2, schoot de wereldtemperatuur met maar liefst 5 graden omhoog, in maar een paar duizend jaar tijd. ‘De ultieme klimaatfeedback’, zegt Sluijs. ‘Het warmt lekker op, en ineens komt dat methaansignaal erin en gaat de temperatuur door het dak.’ Laconiek: ‘Het is even wachten, maar dan heb je ook wat.’

Geen wonder dat de gebeurtenis op veel belangstelling kan rekenen. Want een plotse injectie van broeikasgassen: die beleeft de aarde op dit moment ook. ‘Zorgwekkende lessen uit het verleden’, kopte de Universiteit van Genève onlangs boven een persbericht. ‘De aarde heeft dit eerder meegemaakt’, stelde National Geographic in een overzichtsartikel.

Maar dat is niet helemaal eerlijk. Bij aanvang van de prehistorische gasinjectie zat er al tweeënhalf keer zoveel CO2 in de dampkring, en was het dik 10 graden warmer dan nu. Dit was een andere wereld: poolkappen waren er niet, de zeespiegel stond zo’n 100 meter hoger, grote delen van Amerika en Europa stonden blank, Nederland was bedekt met een lauwe, ondiepe zee met palmen langs de kust. In de poolstreken leefden nijlpaarden en krokodillen in Everglades-achtige moerassen. Rond de evenaar groeiden tropische bossen, vol insecten en kleine zoogdieren.

En toen kwam de opwarming. Afgelopen zomer zette een team onder leiding van promovendus Margot Cramwinckel in Nature alle aanwijzingen nog eens op een rij. Het resultaat is een temperatuurgrafiek met rond de 56 miljoen jaar geleden een piek als een soort achtbaan: steil omhoog, vrije val omlaag, en hup weer omhoog. Waarbij opvalt dat de planeet, net als nu, veel harder opwarmde aan de polen dan in de tropen, zoals Frieling vorig jaar ook al vaststelde.

Ingrijpende gevolgen

Met alle gevolgen van dien. Al jaren geleden documenteerde Sluijs met zijn toenmalige promotor Henk Brinkhuis, tegenwoordig directeur van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ), hoe de eencellige alg Apectodinium, zich verspreidde van de subtropen tot aan de poolzeeën. Op de ijsvrije noordpool liep de zeewatertemperatuur ’s zomers op tot een graad of 23, vergelijkbaar met de zee bij Barcelona in hoogzomer vandaag.

En dat waren dan nog de koele poolstreken. In Nigeria bestudeerde Frieling wat er gebeurde in de toch al warme oceaan rond de evenaar. In opgeboorde zeebodemmonsters vond hij microben die hun celwand hadden aangepast aan extreme hitte: bewijs dat de zeewatertemperatuur hier opliep tot liefst 37 graden, te heet om nog in te kunnen zwemmen, schreef hij vorig jaar in vakblad Science Advances. Ook vond hij subtiele chemische sporen van het ‘rotte-eierengas’ waterstofsulfide, dat alleen voorkomt als er geen zuurstof is. Dat moet betekenen dat het zeewater ’s zomers op enige diepte zuurstofloos en doods werd, denkt Frieling. ‘Vrij bizar’, zegt hij. ‘Het leven ging naar nul. Alle algen die aan fotosynthese doen, zijn hier niet meer te vinden.’

Ook op land waren de gevolgen ingrijpend. Langs de Amerikaanse kust van de Golf van Mexico reconstrueerde Sluijs een paar jaar geleden aan de hand van prehistorische stuifmeelkorrels hoe de begroeiing er veranderde. Naaldbomen en coniferen verdwenen nagenoeg en maakten plaats voor een tropischer, halfopen landschap met palmen, tropische bomen, lianen, heesters en mahoniebomen. In Wyoming inventariseerde een team onder leiding van paleontologen Scott Wing en Philip Gingerich intussen hoe het Bighorn-bekken veranderde, een uitgestrekte laagvlakte vlak bij het beroemde vulkaanpark Yellowstone. Het landschap, aanvankelijk een dicht woud met berken, essen en cipressen, verdroogde en maakte plaats voor opener begroeiing, met boonachtige struiken en sprieterige bomen.

Tussen die bomen gebeurde bovendien iets geks. Het oerpaardje Sifrhippus dat er rondliep, kromp van toch al niet erg groot naar lachwekkend klein – amper een halve meter hoog. Ook andere dieren, zoals het prehistorische hertje Diacodexis en het aapachtige boomwezentje Cantius abditus werden tot wel tientallen procenten kleiner. Misschien om warmte beter kwijt te kunnen, schrijft Gingerich in een onlangs gepubliceerd overzichtsartikel, of misschien gewoon omdat er minder te eten was.

Nieuwe soorten

Dan had het leven nog geluk. Afgezien van hier en daar een lokaal verdwijnende soort vonden wetenschappers maar één echte uitsterfgolf, bij bepaalde groepen onderzeese foraminiferen – op zichzelf opmerkelijk, omdat deze taaie modderwezentjes normaal gesproken niet terugdeinzen voor wat apocalyptisch geweld. Minstens zo opvallend is wat er aan soorten bíj kwam: de voorlopers van hoefdieren ontstonden, net als de orde van dieren waarvan wijzelf deel uitmaken, de primaten. Geef een harde schop tegen de boom van het leven, en een regen van aapjes, hertjes en minipaardjes stort over je uit.

Zo’n 200 duizend jaar zou het herstel uiteindelijk duren. Gaandeweg viel het overtollige CO2, opgelost in regenwater, terug op aarde en in zee, waar het molecuul voor molecuul werd opgeslagen in gesteente. De temperatuur bewoog slaafs mee, met een duik van 4 tot 6 graden omlaag: onmerkbaar langzaam op menselijke schaal, maar samengevat in langlopende grafieken zoals die van Cramwinckel een abrupte val.

De les, vinden Frieling en Sluijs, is niet eens wát er veranderde, maar dát er iets verandert op een planeet die snel opwarmt. ‘Waar je ook kijkt en wat je ook meet, overal zien we de effecten’, zegt Frieling. ‘Je vindt voortdurend soorten op andere plaatsen terug, alsof alles opschuift en verplaatst. En er gebeurt van alles wat je als mens liever wilt ontwijken. Bossen maken plaats voor woestijnen, stukken oceaan worden levenloos, er komen plekken waar het echt onleefbaar wordt.’

Vanuit zijn werkkamer maakt Sluijs een weids gebaar naar de wereld daarbuiten. ‘Stel je voor: álles verandert. Er is geen plek waar het helemaal hetzelfde blijft. Het is niet vanzelfsprekend zoals het nu is. Het enige wat vanzelfsprekend is, is dat alles gaat veranderen.’

De methaanbel nadert?

Diep onder de zeespiegel, in de ijzige modder aan de randen van de continentale platen, loert een afschuwelijk monster. Een bevroren gevaarte dat, als het zou ontdooien, misschien wel in één klap evenveel energie kan vrijgeven als álle fossiele brandstoffen bij elkaar. ‘Methaanhydraten’, is de nogal scheikundige naam waaronder het monster schuilgaat. Vrij vertaald: enorme reservoirs moerasgas, vastgelegd in poreus ijs.

Het methaan komt omhoog uit de diepte, waar zuurstofloze microben het gas produceren. Door kou en druk blijft het gas opgesloten in ijs. Maar warm het zeewater en de zeebodem op, en de hydraten kunnen instabiel worden en hun ontzaglijke lading broeikasgas vrijgeven – vermoedelijk precies wat er 56 miljoen jaar geleden gebeurde tijdens het ‘paleoceen-eoceen thermale maximum’. Dat het gevaar niet denkbeeldig is, bleek bij de ramp met boorplatform Deepwater Horizon in 2010: veroorzaakt na een explosie van opborrelende methaanmodder uit de diepte.

‘Dit is echt een risico. En we hebben geen goed zicht op de grootte ervan’, zegt klimaatonderzoeker Appy Sluijs. De wereld was 56 miljoen jaar geleden weliswaar warmer, maar voor het smeltgevaar maakt dat niet uit: daarbij draait het om de vraag hoeveel methaanhydraten door een beetje opwarming over de rand worden geduwd en instabiel worden. ‘En dat weet niemand.’

Interessant: de prehistorische methaanuitbarsting kwam op gang toen de wereld ongeveer 2 graden was opgewarmd. ‘Wat dat betreft is die 2 graden die we in de klimaatakkoorden hanteren als maximale opwarming superinteressant’, vindt Sluijs.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@volkskrant.nl.