Iedereen die zich zorgen maakt over het idee dat mensen zouden kunnen proberen de opwarming van de aarde te bestrijden door tonnen sulfaataerosolen in de atmosfeer van de aarde te injecteren, wil misschien een artikel lezen in de 1 mei. 2017 nummer van het tijdschrift Geologie .

In het, een wetenschapper van de Washington University in St. Louis en zijn collega's beschrijven wat er gebeurde toen pulsen van atmosferische kooldioxide en sulfaataerosolen aan het einde van de Ordovicium-geologische periode meer dan 440 miljoen jaar geleden met elkaar werden vermengd.

De tegenhanger van het tumult in de lucht was de dood in de zeeën. In een tijd dat het grootste deel van de planeet ten noorden van de tropen bedekt was door een oceaan en de meeste complexe meercellige organismen in de zee leefden, 85 procent van de zeediersoorten is voor altijd verdwenen. Het einde Ordovicium uitsterven, zoals dit evenement heette, was een van de vijf grootste massa-extincties in de geschiedenis van de aarde.

Hoewel de gassen door massaal vulkanisme in de atmosfeer werden geïnjecteerd in plaats van door een wonderbaarlijke verbranding van fossiele brandstoffen en onder omstandigheden die nooit precies zullen worden herhaald, ze bieden een anamnese die de potentiële instabiliteit van de klimaatdynamiek op planetaire schaal onthult.

Uitzoeken wat de oorzaak was van het einde van het Ordovicium-uitsterven of een van de andere massale uitstervingen in de geschiedenis van de aarde is notoir moeilijk, zei David Fike, universitair hoofddocent aard- en planeetwetenschappen in Arts &Sciences en een co-auteur van het papier.

Omdat de oude atmosferen en oceanen al lang onherkenbaar zijn veranderd, wetenschappers moeten werken vanuit proxy's, zoals variaties in zuurstofisotopen in oud gesteente, om meer te weten te komen over klimaten uit lang vervlogen tijden. Het probleem met de meeste proxy's, zei Fike, die gespecialiseerd is in het interpreteren van de chemische kenmerken van biologische en geologische activiteit in het gesteente, is dat de meeste elementen in gesteente deelnemen aan zoveel chemische reacties dat een signaal vaak op meer dan één manier kan worden geïnterpreteerd.

Maar een team onder leiding van David Jones, een aardwetenschapper aan het Amherst College, was in staat om dit probleem te omzeilen door de overvloed aan kwik te meten. Vandaag, de primaire bronnen van kwik zijn kolencentrales en andere antropogene activiteiten; tijdens het Ordovicium, echter, de belangrijkste bron was vulkanisme.

Vulkanisme valt samen met massale uitstervingen met een verdachte frequentie, zei Fike. Hij heeft het niet over een geïsoleerde vulkaan, maar eerder over enorme uitbarstingen die duizenden vierkante kilometers met dikke lavastromen bedekten, het creëren van grote igneous provincies (LIP's). Het bekendste Amerikaanse voorbeeld van een LIP is de provincie Columbia River Basalt, die het grootste deel van het zuidoostelijke deel van de staat Washington beslaat en zich uitstrekt tot aan de Stille Oceaan en tot in Oregon.

Vulkanen zijn plausibele klimaatveroorzakers, of wisselagenten, omdat ze zowel koolstofdioxide afgeven dat op de lange termijn kan zorgen voor opwarming van de aarde, als zwaveldioxide dat op korte termijn reflecterende afkoeling kan veroorzaken. In aanvulling, de verwering van uitgestrekte vlaktes van nieuw blootgelegd gesteente kan atmosferische kooldioxide naar beneden halen en het als kalksteenmineralen in de oceanen begraven, zorgt ook voor afkoeling.

Toen Jones monsters van gesteente uit het Ordovicium uit Zuid-China en de Monitor Range in Nevada analyseerde, hij vond abnormaal hoge kwikconcentraties. Sommige monsters bevatten 500 keer meer kwik dan de achtergrondconcentratie. Het kwik kwam in drie pulsen, voor en tijdens de massa-extinctie.

Maar wat is er gebeurd? Het moet een ongebruikelijke opeenvolging van gebeurtenissen zijn geweest omdat het uitsterven (atypisch) samenviel met ijstijd en ook in twee pulsen gebeurde.

Toen de wetenschappers het verhaal begonnen samen te stellen, ze begonnen zich af te vragen of de eerste golf van uitbarstingen het klimaat op aarde niet in een bijzonder kwetsbare toestand duwde, het opzetten van een klimaatcatastrofe veroorzaakt door latere uitbarstingen.

De eerste golf van uitbarstingen legde een LIP neer waarvan de verwering vervolgens atmosferische kooldioxide naar beneden trok. Het klimaat koelde af en gletsjers vormden zich op het supercontinent Gondwana, die toen op het zuidelijk halfrond lag.

De koeling kan de tropopauze hebben verlaagd, de grens tussen twee lagen van de atmosfeer met verschillende temperatuurgradiënten. De tweede golf van vulkaanuitbarstingen injecteerde vervolgens enorme hoeveelheden zwaveldioxide boven de tropopauze, het abrupt verhogen van het albedo van de aarde, of de hoeveelheid zonlicht die het weerkaatste.

Dit leidde tot de eerste en grootste puls van uitstervingen. Naarmate de ijskappen groeiden, de zeespiegel daalde en de zeeën werden kouder, waardoor veel soorten uitsterven.

Tijdens de tweede golf van vulkanisme, de broeikasopwarming door kooldioxide overtrof de afkoeling veroorzaakt door zwaveldioxide en het klimaat warmde op, het ijs smolt en de zeespiegel steeg. Veel van de overlevenden van de eerste puls van uitsterven stierven in de daaropvolgende overstroming van leefgebied met warmer, zuurstofarme wateren.

Het mee naar huis nemen, zei Fike, is dat de verschillende factoren die het klimaat op aarde beïnvloeden op onverwachte manieren kunnen interageren en dat het mogelijk is dat gebeurtenissen die op zichzelf misschien niet extreem lijken, het klimaatsysteem in een precaire toestand kunnen brengen waarin bijkomende verstoringen catastrofale gevolgen hebben.

"Het is iets om in gedachten te houden wanneer we geo-engineeringschema's overwegen om de opwarming van de aarde te verminderen, " zei Fike, die een cursus geeft waarin studenten dergelijke schema's onderzoeken en vervolgens evalueren of ze bereid zijn ze in te zetten.