Naarmate de bezorgdheid groeit over door de mens veroorzaakte klimaatverandering, veel wetenschappers kijken terug in de geschiedenis van de aarde naar gebeurtenissen die licht kunnen werpen op veranderingen die zich vandaag voordoen. Door te analyseren hoe het klimaatsysteem van de planeet in het verleden is veranderd, krijgen we beter inzicht in hoe het zich in de toekomst kan gedragen.

Het is nu duidelijk uit deze studies dat abrupte opwarmingsgebeurtenissen zijn ingebouwd in het klimaatsysteem van de aarde. Ze zijn opgetreden toen verstoringen in de koolstofopslag aan het aardoppervlak broeikasgassen in de atmosfeer vrijgaven. Een van de grote uitdagingen voor klimaatwetenschappers zoals ik is om te bepalen waar deze uitstoot vandaan kwam voordat de mens aanwezig was, en wat hen triggerde. belangrijk, we willen weten of zo'n gebeurtenis opnieuw kan gebeuren.

In een recent gepubliceerde studie, mijn collega's Katie Harazin, Nadine Krupinski en ik ontdekten dat aan het einde van het laatste ijstijdperk, ongeveer 20, 000 jaar geleden, koolstofdioxide kwam vrij in de oceaan uit geologische reservoirs op de zeebodem toen de oceanen begonnen op te warmen.

Deze bevinding is een potentiële game-changer. Natuurlijk voorkomende koolstofreservoirs in de moderne oceaan kunnen weer worden verstoord, met mogelijk ernstige gevolgen voor de oceanen en het klimaat op aarde.

Het verleden is de proloog

Een van de bekendste voorbeelden van een snelle opwarming veroorzaakt door het vrijkomen van geologische koolstof is het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum, of PETM, een grote opwarming van de aarde die ongeveer 55 miljoen jaar geleden plaatsvond. Tijdens de PETM, de aarde opgewarmd met 9 tot 16 graden Fahrenheit (5 tot 9 graden Celsius) binnen ongeveer 10, 000 jaar.

Klimaatwetenschappers beschouwen het PETM nu als een analoog voor milieuveranderingen die vandaag plaatsvinden. De PETM vond plaats over een langere periode en zonder menselijke tussenkomst, maar het laat zien dat er inherente instabiliteit in het klimaatsysteem is als koolstof uit geologische reservoirs snel vrijkomt.

Wetenschappers weten ook dat het kooldioxidegehalte in de atmosfeer snel steeg aan het einde van elk van de laat-Pleistocene ijstijden, helpen het klimaat te verwarmen. Tijdens de meest recente opwarmingsfase, 17, 000 jaar geleden, de aarde opgewarmd met 9 tot 13 graden Fahrenheit (5 tot 7 graden Celsius).

Echter, honderden wetenschappelijke studies zijn er niet in geslaagd vast te stellen wat de snelle toename van koolstofdioxide veroorzaakte die een einde maakte aan elke ijstijd. Onderzoekers zijn het erover eens dat de oceaan erbij moet worden betrokken omdat hij fungeert als een grote koolstofcondensator, reguleren van de hoeveelheid koolstof die zich in de atmosfeer bevindt. Maar ze zijn nog steeds op zoek naar aanwijzingen om te begrijpen wat de hoeveelheid koolstof in de oceaan beïnvloedt tijdens abrupte klimaatveranderingen.

Meren op de oceaanbodem

In de laatste twee decennia, oceaanwetenschappers hebben ontdekt dat er zich op de bodem van de oceaan reservoirs van vloeibare en vaste koolstofdioxide bevinden, in de rotsen en sedimenten aan de randen van actieve hydrothermale bronnen. Op deze locaties, vulkanisch magma van binnenuit de aarde ontmoet oververhit water, pluimen van kooldioxide-rijke vloeistoffen produceren die door spleten in de aardkorst filteren, naar boven migreren naar de oppervlakte.

Wanneer een pluim van deze vloeistof in contact komt met koud zeewater, het koolstofdioxide kan stollen tot een vorm die hydraat wordt genoemd. Het hydraat vormt een kap die koolstofdioxide vasthoudt in de rotsen en sedimenten en voorkomt dat het in de oceaan terechtkomt. Maar bij temperaturen boven ongeveer 48 graden Fahrenheit (9 graden Celsius), hydraat zal smelten, het vrijgeven van drijvende vloeistof of gasvormig kooldioxide direct in het bovenliggende water.

Wetenschappers hebben tot nu toe reservoirs van vloeibare en gehydrateerde kooldioxide gedocumenteerd in de westelijke Stille Oceaan bij Taiwan en in de Egeïsche Zee. In ondieper water, waar de oceaantemperaturen warmer zijn en de druk lager, onderzoekers hebben waargenomen dat pure koolstofdioxide rechtstreeks uit sedimenten als een gas komt en naar het oppervlak van de oceaan stijgt.

Een klimaat-wildcard

Deze ontdekkingen veranderen het inzicht van wetenschappers in het mariene koolstofsysteem. Klimaatwetenschappers hebben geen koolstofreservoirs in de diepzee opgenomen in de huidige modellen die de mogelijke effecten van toekomstige opwarming onderzoeken, omdat er weinig bekend is over de omvang en verspreiding van deze koolstofbronnen.

In feite, er zijn vrijwel geen gegevens die documenteren hoeveel koolstofdioxide momenteel uit deze reservoirs in de oceaan vrijkomt. Dit maakt de geologische geschiedenis van cruciaal belang:het bevestigt dat dit soort reservoirs het vermogen hebben om enorme hoeveelheden koolstof vrij te maken wanneer ze worden verstoord.

Analoge koolstofreservoirs zijn ook geïdentificeerd in terrestrische omgevingen. 1979, De Dieng-vulkaan in Indonesië verstikte 142 mensen toen deze bijna pure koolstofdioxide vrijgaf. In 1986, een kooldioxidereservoir op de bodem van het Nyos-meer in Kameroen barstte uit, doden 1, 700 lokale dorpelingen en honderden dieren.

Kooldioxide ontsnapt ook rond Mammoth Mountain, Californië, op plekken waar magma door de aardkorst opstijgt en op ondiepe diepte tot stilstand komt. Hoge concentraties kooldioxide in de bodem hebben meer dan 100 hectare aan bomen gedood. Wetenschappers werken aan het identificeren en karakteriseren van andere locaties op het land waar dergelijke lozingen kunnen plaatsvinden.

Het is veel uitdagender om de koolstofdioxide die is opgeslagen in oceaanreservoirs te kwantificeren. Uitgestrekte delen van de zeebodem bevatten plaatsen van actief vulkanisme en hydrothermische ventilatie, maar wetenschappers weten vrijwel niets over hoeveel koolstofdioxide zich ophoopt in omringende rotsen en sedimenten. Volgens mij, er is een dringende behoefte om mariene omgevingen te bestuderen waar kooldioxide zich waarschijnlijk ophoopt, en vervolgens om te beoordelen hoe vatbaar ze zijn voor destabilisatie.

Verwarmende oceanen, toenemend risico

Dit is geen streven dat moet worden uitgesteld. De oceanen op aarde warmen snel op, en klimaatmodellen voorspellen dat ze het snelst opwarmen in de buurt van de polen, waar diepe stromingen ontstaan ​​die warm water vanaf het oppervlak naar beneden voeren.

Terwijl deze warme wateren in het binnenste van de oceaan zinken, ze transporteren overtollige warmte naar plaatsen waar zich kooldioxidereservoirs kunnen vormen. Die warmere wateren zullen uiteindelijk de hydraatafdichtingen destabiliseren die vloeibare koolstofdioxide opsluiten.

Een zo'n stuwmeer komt voor in de westelijke Stille Oceaan ten westen van de Okinawa-trog in de Oost-Chinese Zee. De temperatuur van het bodemwater op deze locatie is 37 tot 39 graden Fahrenheit (3 tot 4 graden Celsius), wat betekent dat de hydraatkap zich binnen ongeveer 4-5 graden Celsius van het smeltpunt bevindt.

belangrijk, warme hydrothermische vloeistoffen stijgen van onder het koolstofdioxidereservoir naar de oppervlakte. Terwijl de oceanen blijven opwarmen, het temperatuurverschil tussen koud oceaanwater en warmere hydrothermische vloeistoffen zal afnemen. Hierdoor wordt het hydraat dunner, mogelijk tot een punt waar het niet langer zal voorkomen dat vloeibare kooldioxide ontsnapt.

Tot op heden is er geen onderzoek gedaan om te beoordelen of deze oceaanreservoirs voor koolstofdioxide kwetsbaar zijn voor stijgende oceaantemperaturen. Maar het prehistorische record van de aarde toont duidelijk aan dat geologische reservoirs kunnen worden gedestabiliseerd - en dat wanneer ze dat zijn, het leidt tot een snelle toename van kooldioxide in de atmosfeer en opwarming van de aarde. Volgens mij, dit vertegenwoordigt een belangrijk onbekend risico dat niet kan worden genegeerd.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.