Zesenvijftig miljoen jaar geleden, de aarde beleefde een uitzonderlijke episode van opwarming van de aarde. In een zeer korte tijd op geologische schaal, binnen 10 tot 20, 000 jaar, de gemiddelde temperatuur steeg met vijf tot acht graden, slechts een paar honderdduizend jaar later terugkeren naar het oorspronkelijke niveau. Op basis van de analyse van sedimenten van de zuidelijke helling van de Pyreneeën, onderzoekers van de Universiteit van Genève (UNIGE) maten de impact van deze opwarming op rivieroverstromingen en het omliggende landschap. De amplitude van overstromingen nam met een factor acht toe - en soms zelfs met een factor 14 - en begroeide landschappen zijn mogelijk vervangen door dorre, kiezelstenen vlaktes. Hun verontrustende conclusies, gepubliceerd worden in Wetenschappelijke rapporten , laten zien dat de gevolgen van een dergelijke opwarming van de aarde mogelijk veel groter zijn geweest dan voorspeld door de huidige klimaatmodellen.

"De methode waarop we vertrouwden om deze opwarming van de aarde te analyseren, is rechtstreeks geïnspireerd op celsignalering in systeembiologie, waar onderzoekers de reactie van cellen op externe stimuli en de daaruit voortvloeiende signaaloverdracht analyseren, " legt Sébastien Castelltort uit, professor in het Departement Aardwetenschappen van de UNIGE Faculteit Wetenschappen, en leider van de studie. "We zijn geïnteresseerd in hoe een systeem, in dit geval de hydrologische cyclus door het gedrag van rivieren, reageert op een extern signaal, hier, de opwarming van de aarde." Dit project richtte zich op een extreem klimaatgeval dat wetenschappers goed kenden:een opwarming van vijf tot acht graden die 56 miljoen jaar geleden plaatsvond, tussen het Paleoceen en het Eoceen, ook bekend onder de afkorting PETM (Palaeoceen-Eoceen Thermal Maximum). Genoemd Earth Surface Signalling System (ESSS), dit project wordt ondersteund door de Zwitserse National Science Foundation (SNSF).

Palmbomen op poolbreedten

Al in de jaren zeventig, wetenschappers observeerden een sterke anomalie in de verhouding tussen stabiele koolstofisotopen (δ13C), door de relatieve toename van het aandeel van de lichte isotoop (12C) ten opzichte van de zware isotoop (13C), als gevolg van een verstoring van de koolstofcyclus, zowel in de oceanen als op de continenten, geassocieerd met de opwarming van de aarde en de spectaculaire gevolgen daarvan. Palmbomen bloeiden op poolbreedten, en wat marien plankton, zoals dinoflagellaat Apectodinium, normaal gesproken beperkt tot tropische wateren, plotseling over de wereld verspreid. Geologen gebruiken dit soort waarnemingen als echte "paleothermometers, " die, in dit geval, een stijging van de oppervlaktewatertemperatuur laten zien die op sommige plaatsen bijna 36 graden heeft bereikt, een dodelijke temperatuur voor veel organismen. Verschillende verschijnselen worden genoemd als mogelijke oorzaken voor deze opwarming van de aarde, van de intense vulkanische activiteit in verschillende delen van de wereld in deze periode, tot de destabilisatie van methaanhydraten, deze methaan "ijsblokjes" die alleen stabiel blijven onder bepaalde druk- en temperatuuromstandigheden, en die door ontgassing hun broeikasgas zouden hebben vrijgemaakt.

Maar hoewel de gebeurtenis bekend is en de oorzaken ervan uitgebreid zijn onderzocht, hoe zit het met de gevolgen? "De vraag is belangrijk, omdat er een duidelijke analogie is met de huidige opwarming van de aarde. Er zijn lessen te trekken uit deze gebeurtenis, te meer omdat de temperatuurstijging die we momenteel zien veel sneller lijkt te gaan, " benadrukt Sébastien Castelltort.

Kiezels die de geschiedenis van rivieren onthullen

De Spaanse Pyreneeën bieden sedimenten waarmee we de oude rivierkanalen kunnen observeren en hun grootte kunnen bepalen. Chen Chen, een doctoraatsstudent aan het Departement Aardwetenschappen van de UNIGE Faculteit Wetenschappen, zegt dat duizenden oude rivierkiezelstenen in het veld zijn gemeten. Stap voor stap, dankzij de directe relatie tussen de grootte van de kiezelstenen en de helling van de rivieren, zo konden de onderzoekers hun stroomsnelheid en afvoer berekenen. Ze hebben daarom de hele geschiedenis van deze rivieren onthuld, en die van de spectaculaire veranderingen die hen hebben beïnvloed.

Zesenvijftig miljoen jaar geleden, de Pyreneeën werden gevormd, en hun uitlopers werden doorkruist door kleine geïsoleerde kanalen in een uiterwaard waar ze zeer vruchtbaar alluvium afzetten, bevordering van de ontwikkeling van vegetatie waarvan de wortels de grond zouden verankeren. Het verlaten van de Pyreneese Piemonte, deze kleine rivieren gingen toen naar het westen de Atlantische Oceaan in, die toen nog maar zo'n 30 kilometer verwijderd was.

"Met de opwarming van de aarde, het landschap veranderde totaal. De geulvormende overstromingen, die gemiddeld om de twee tot drie jaar voorkomen en waarvan we de stroom hebben kunnen meten, ging tot 14 keer groter dan voorheen toen het klimaat koeler was, " legt Sébastien Castelltort uit. Tijdens de PETM, rivieren veranderden voortdurend van koers, ze pasten zich niet langer aan aan verhoogde afscheiding door hun bed in te snijden, maar in plaats daarvan, zij verbreedden, soms dramatisch, van 15 tot 160 meter breed in het meest extreme geval. In plaats van vast te zitten in de uiterwaarden, het alluvium werd rechtstreeks naar de oceaan overgebracht, en de vegetatie leek te verdwijnen. Het landschap veranderde in dorre uitgestrekte grindvlaktes, doorkruist door kortstondige en stromende rivieren.

Veel grotere risico's dan verwacht

Wetenschappers weten nog steeds niet hoe neerslagpatronen zijn veranderd, maar ze weten dat deze opwarming heeft geleid tot meer intense overstromingen en hogere seizoensinvloeden, met aanzienlijk warmere zomers. Hogere verdamping resulteerde in een onverwachte toename van de omvang van de overstromingen. Eén graad temperatuurstijging impliceert een toename van 7 procent in het vermogen van de atmosfeer om vocht vast te houden, en deze verhouding wordt over het algemeen gebruikt om de toename van de neerslag te beoordelen. "Maar onze studie laat zien dat er drempels zijn, niet-lineaire evoluties die verder gaan dan deze verhouding. Met een verhouding van 14 voor overstromingsmagnitude, we worden geconfronteerd met effecten die we niet begrijpen, die wellicht verklaard kan worden door lokale factoren, maar ook door mondiale factoren die nog niet in de huidige klimaatmodellen zijn verwerkt. Onze studie bewijst dat de risico's die gepaard gaan met de opwarming van de aarde veel groter kunnen zijn dan we algemeen denken, " besluit Sébastien Castelltort.