Tussen de wetenschappelijke gemeenschap, regeringen, humanitaire organisaties en zelfs militaire planners wordt klimaatverandering beschouwd als de grootste bedreiging voor de mensheid van vandaag. Tussen de toenemende hongersnood, ziekte, overstromingen, verplaatsing, extreem weer en chaos die daaruit voortvloeien, is het duidelijk dat de manier waarop we ervoor zorgen dat onze planeet warmer wordt, ernstige gevolgen heeft.
Maar er zijn een aantal scenario's waarbij de schade die nu wordt toegebracht, kan leiden tot een weggelopen effect dat leidt tot massale uitsterving. Deze mogelijkheid werd geïllustreerd in een recente studie uitgevoerd door MIT-professor Daniel Rothman met de steun van NASA en de National Science Foundation (NSF). Volgens Rothman lopen we het risico een "koolstofdrempel" te overschrijden die zou kunnen leiden tot een weggelopen effect op de oceanen van de aarde.
Rothman, een professor in de geofysica en de co-directeur van het Lorenz Center in MIT's Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, heeft ons de afgelopen jaren gewaarschuwd voor de kritieke drempel waarmee we worden geconfronteerd. In 2017 publiceerde hij een paper in Wetenschappelijke vooruitgang die waarschuwde hoe de oceanen van de aarde tegen 2100 mogelijk genoeg kooldioxide bevatten om een massale uitsterving te veroorzaken.
Sindsdien heeft Rothman deze voorspelling verfijnd door de manier te bestuderen waarop de koolstofcyclus reageert zodra deze voorbij een kritieke drempel is geduwd. In zijn nieuwe krant, die verscheen in de Proceedings van de National Academy of SciencesRothman gebruikte een eenvoudig wiskundig model dat hij ontwikkelde om de koolstofcyclus in de bovenste oceaan van de aarde weer te geven en hoe deze zich zou kunnen gedragen wanneer deze drempel wordt overschreden.
Deze cyclus bestaat uit koolstof dat wordt vrijgegeven in de atmosfeer van de aarde (grotendeels door vulkanische activiteit) en wordt opgeslagen in de mantel van de aarde in de vorm van carbonaatmineralen. Onze oceanen dienen ook als een 'koolstofput', waarbij atmosferische koolstof uit de lucht wordt verwijderd en in koolzuur wordt omgezet. Deze cyclus heeft de temperatuur van de planeet en de zuurgraad van de oceaan in de loop van de tijd stabiel gehouden.
Wanneer koolstofdioxide uit de atmosfeer oplost in zeewater, heeft dit ook het effect dat de concentraties van carbonaationen in de oceaan worden verlaagd. Wanneer ze onder een bepaalde drempel komen, beginnen schelpen gemaakt van calciumcarbonaat op te lossen en de organismen die ervan afhankelijk zijn voor bescherming hebben het moeilijker om te overleven.
Dit is om twee redenen nadelig. Enerzijds betekent dit dat een belangrijk deel van de mariene levenscyclus zou afsterven. Aan de andere kant spelen schelpen een belangrijke rol bij het verwijderen van kooldioxide uit de bovenste oceaan. Dit komt doordat organismen afhankelijk zijn van hun schelpen om hen te helpen zinken naar de oceaanbodem, waarbij ze organische koolstof met zich meedragen.
Daarom zal een toename van atmosferisch kooldioxide (en de resulterende verzuring van de oceaan) betekenen dat er minder verkalkende organismen en minder kooldioxide worden verwijderd. Zoals Rothman uitlegde in een recent interview met MIT News:
"Het is een positieve feedback. Meer kooldioxide leidt tot meer kooldioxide. Wiskundig gezien is de vraag: is zo'n feedback voldoende om het systeem instabiel te maken? '
Dit proces is in de loop van de geschiedenis van de aarde vele malen voorgekomen. Zoals Rothman in zijn onderzoek aangaf, blijkt uit bewijsmateriaal dat is afgeleid van de studie van sedimentaire lagen dat de koolstofvoorraden in de oceanen de afgelopen 540 miljoen jaar snel veranderden (en vervolgens herstelden). De meest dramatische vond plaats rond dezelfde tijd als vier van de vijf grote massa-extincties in de geschiedenis van de aarde.
In elk van deze gevallen concludeert Rothman dat toenames in koolstofdioxide (geleidelijk of plotseling) uiteindelijk een drempel overschreden, wat resulteerde in een op hol geslagen cascade-effect met chemische terugkoppelingen. Dit leidde tot extreme verzuring van de oceaan en de versterking van de effecten van de oorspronkelijke trigger.
Bovendien was voor ongeveer de helft van de verstoringen in het Rothman-model de snelheid waarmee de koolstof toenam in wezen hetzelfde toen ze eenmaal in gang waren gezet. Hoewel de triggers in het verleden hoogstwaarschijnlijk het gevolg waren van toegenomen vulkanische activiteit of andere natuurlijke gebeurtenissen, traden deze in de loop van tienduizenden jaren op. Tegenwoordig pompt de mensheid CO2 in de atmosfeer met een snelheid die voorheen ongehoord was in het geologische record.
Dit was een van de belangrijkste bevindingen van de studie van Rothman, waaruit bleek dat de snelheid waarmee CO2 is geïntroduceerd speelt een belangrijke rol bij het uitschakelen van het systeem. Terwijl bescheiden verstoringen in de koolstofcyclus in de loop van de tijd zouden afvlakken en geen invloed zouden hebben op de algehele oceaanstabiliteit, een snelle introductie van CO2 zou leiden tot een cascade van positieve feedback die het probleem vergroot.
Tegenwoordig beweert Rothman dat we "op de afgrond van opwinding" staan, en als dit gebeurt, zullen de resulterende feedback en effecten waarschijnlijk vergelijkbaar zijn met eerdere wereldwijde rampen. "Als we eenmaal over de drempel zijn, maakt het niet uit hoe we daar zijn gekomen", zei hij. "Als je er eenmaal overheen bent, heb je te maken met hoe de aarde werkt, en het gaat op zijn eigen rit."
Aan de positieve kant toonde zijn onderzoek ook aan dat de oceanen van de aarde (gebaseerd op de huidige verzuringsniveaus) uiteindelijk weer in evenwicht zouden komen, maar pas na tienduizenden jaren. Dit patroon komt overeen met het geologische record, met name met ten minste drie massa-extincties waarvan wordt aangenomen dat ze verband houden met aanhoudend massief vulkanisme.
Met andere woorden, als antropogene koolstofemissies de drempel overschrijden en daarbuiten doorgaan, kunnen de gevolgen net zo ernstig zijn als bij eerdere massa-extincties. "Het is moeilijk om te weten hoe de zaken zullen eindigen, gezien wat er vandaag gebeurt", zei Rothman. "Maar we zitten waarschijnlijk dicht bij een kritieke drempel. Elke piek zou na ongeveer 10.000 jaar zijn maximum bereiken. Hopelijk geeft dat ons de tijd om een oplossing te vinden. ”
De wetenschappelijke gemeenschap erkent al dat antropogene CO2 emissies hebben een effect op het milieu van de aarde - een effect dat millennia lang voelbaar was. Deze studie suggereert echter dat die gevolgen veel dramatischer zouden kunnen zijn dan eerder werd verwacht en na een bepaald punt onomkeerbaar zouden kunnen zijn. Als niets anders, blijkt uit Rothmans studie dat er nu oplossingen nodig zijn, terwijl er nog tijd is.
