Een grootschalig onderzoek naar een oude klimaatverandering die een aanzienlijk percentage van de oceanen van de aarde trof, heeft een minder bekende schurk in het broeikaseffect onder de aandacht gebracht:zuurstofgebrek.

De studie, net gepubliceerd in de prestigieuze Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ), onderzocht een afgelopen periode van opwarming van de aarde ongeveer 94 miljoen jaar geleden, toen de oceanen zuurstofarm raakten.

Deze beroemde periode in de geologische geschiedenis van de aarde, bekend als een Oceanic Anoxic Event (OAE), was ernstiger en op veel langere termijnen dan de huidige veranderingen. Maar het heeft de wetenschappers die deze periode bestuderen een extreme case-study gegeven om te helpen begrijpen hoe de oceanen worden beïnvloed door hoge atmosferische CO2-emissies.

Onderzoeksgenoot Dr. Matthew Clarkson en professor Claudine Stirling, van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Otago (Nieuw-Zeeland), een revolutionaire nieuwe tool toegepast om te onderzoeken hoe de oceanen in het verleden op klimaatverandering hebben gereageerd.

Professor Tim Lenton, van de Universiteit van Exeter, ontwikkelde een model om de nieuwe gegevens te interpreteren tijdens een bezoek aan de Universiteit van Otago. Met het model kon het team kwantificeren hoeveel koolstof er in de atmosfeer werd geïnjecteerd om elk van de twee fasen van de oceanische anoxische gebeurtenis te activeren.

"Dit vertelt ons hoe kwetsbaar het aardsysteem is voor grote uitstoot van koolstofdioxide naar de atmosfeer - of het nu gaat om vulkanische processen of menselijke activiteiten, " Professor Lenton zei. "Een langetermijngevolg van het opwarmen van het klimaat is het zuurstofarm maken van de oceaan - met ernstige gevolgen voor het leven in zee."

De wetenschappers gebruikten een nieuwe techniek die natuurlijk voorkomende uraniumisotopen uit oude sedimenten meet. die kunnen worden gebruikt om het zuurstofgehalte in de oceaan te schatten, dus het identificeren van een oud geochemisch record van hoeveel van de oceaan deze vele miljoenen jaren geleden werd gedeoxygeneerd. Ze pasten deze techniek toe op geologische sedimenten die ooit in de oceaan waren afgezet en tegenwoordig op het land worden bewaard bij de witte kliffen in het zuiden van Engeland, en ook in Italië.

Ze ontdekten dat het waarschijnlijke aandrijfmechanisme van dit anoxische, of deoxygenatie, gebeurtenis was het wegvloeien van voedingsstoffen, zelf gedreven door hoge CO2-uitstoot en warmere temperaturen; en dat wanneer de CO2-uitstoot verminderd, samen met nutriëntenniveaus, wereldwijde oceanen herstelden zich voor een periode.

Professor Stirling zegt dat het vermogen om te voorspellen wat er kan gebeuren, dankzij de combinatie van uraniumisotopen en modellering, is een belangrijke doorbraak.

"Het helpt ons het ontbrekende stukje van de puzzel te begrijpen, wat er gebeurt met de zuurstofniveaus in onze oceanen als ze worden beïnvloed door wereldwijde waarschuwingen. CO2-niveaus in de atmosfeer waren veel hoger dan nu, dus we zullen dit niveau van verandering lange tijd niet zien, maar we zullen dezelfde reeks gebeurtenissen zien", zegt ze.

Gebieden van deoxygenatie van de oceaan, bekend als "dode zones", kan momenteel worden gevonden in een aantal oceanen over de hele wereld, zoals in de oostelijke delen van de tropische Stille Oceaan, Atlantische en Indische Oceaan. De "dode zones" treden op omdat het moeilijker is om zuurstof in water op te lossen als de oceanen warm zijn, en ook wordt er meer zuurstof verbruikt bij de afbraak van biologisch materiaal. In deze zones zijn er grote hoeveelheden voedingsstoffen, wat leidt tot grote hoeveelheden organisch materiaal, en daardoor wordt meer zuurstof verbruikt. Sommige van deze nutriënten komen uit de afvoer in rivieren, en sommige van het opwellen van diep oceaanwater.

Dr. Clarkson legt het belang van de studie uit:

"Uit studies als deze kunnen wetenschappers het verband beschrijven tussen verhoogde mondiale temperaturen en toegenomen wereldwijde verweringssnelheden, die een hoge toevoer van voedingsstoffen naar de oceaan drijven.

"Dit leidt tot een hoge primaire productiviteit in de oceanen en uiteindelijk tot het verlies van zuurstof als de organische stof door aerobe ademhaling wordt afgebroken. Dit proces is vergelijkbaar met eutrofiëring, wat in veel meren en rivieren gebeurt door de toevoer van kunstmest, maar in dit geval vond het plaats op wereldwijde oceanische schaal, " zegt Dr. Clarkson.

"Door vergelijking met andere geochemische gegevens, en het evenement simuleren met een nieuw biogeochemisch model, we presenteren sterk bewijs voor de nutriënteninputhypothese als aandrijfmechanisme voor anoxie (deoxygenatie)."

De gebeurtenis werd hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door verhoogde CO2-uitstoot door vulkanische activiteit, gedurende honderdduizenden jaren. De mariene fauna heeft zwaar geleden tijdens dit evenement, hoewel het niet wordt beschouwd als een van de belangrijkste massale uitstervingen in de geschiedenis van de aarde.

"Een ander belang van deze studie is dat we een nieuwe schatting kunnen maken van het gebied van de zeebodem dat anoxisch werd, rond 8-15 procent, vergeleken met slechts 0,3 procent in de moderne oceaan.

"Belangrijk, een aantal volledig onafhankelijke onderzoeken, met heel verschillende methoden, vinden consistente resultaten voor de Oceanic Anoxic Event. Dit helpt wetenschappers veel meer vertrouwen te geven wanneer ze proberen de erfenis van moderne menselijke activiteit te begrijpen."

Er werd ook gedacht dat deze specifieke Oceanic Anoxic Event ongeveer 1 miljoen jaar heeft geduurd, maar de nieuwe gegevens laten ook voor het eerst zien dat de mondiale oceanen kortstondig herstelden in het midden van het evenement, alvorens terug te keren naar wijdverbreide anoxie.

"Dit herstel was het gevolg van de dalende CO2-uitstoot van vulkanische bronnen, en het verwijderen van koolstof uit de atmosfeer door verwering en het begraven van organisch materiaal. Van deze twee processen is bekend dat ze helpen bij het reguleren van het mondiale klimaat, fungeren als negatieve feedbackmechanismen vergelijkbaar met een thermostaat, maar ze duren erg lang."