De relatie tussen atmosferische CO ₂ niveaus en klimaatverandering wordt vaak gezien als een controversieel onderwerp. Hoewel er geen echte onenigheid is onder klimaatwetenschappers - ongeveer 90% is het er volledig mee eens dat menselijke activiteit duidelijk verantwoordelijk is voor klimaatverandering - in de Verenigde Staten in 2016, amper 50% van het grote publiek kwam tot dezelfde conclusie. Toe te voegen aan de algemene verwarring, zeer actieve "ontkenners van klimaatverandering" beweren dat de temperatuur onafhankelijk van CO . is geëvolueerd ₂ atmosferische concentraties door de geschiedenis van de aarde, en dat daarom de huidige stijgende CO ₂ niveaus zijn geen probleem.

Dus hebben wetenschappers het verhaal verkeerd begrepen? Nee. CO ₂ heeft lang bijgedragen aan het beheersen van het klimaat op aarde, en de toenemende concentratie ervan in de atmosfeer en oceanen vormt een grote bedreiging voor de mensheid.

Samen met zonneactiviteit en albedo, broeikasgassen vormen een belangrijk onderdeel van het stralingsbudget van de aarde en oefenen een sterke controle uit op de oppervlaktetemperatuur. Hoewel waterdamp het belangrijkste broeikasgas op aarde is, CO ₂ trekt veel meer aandacht omdat het de klimaatverandering actief kan leiden.

Helaas, menselijke activiteit levert CO ₂ naar de atmosfeer met een snelheid die 70 keer groter is dan alle vulkanen op aarde samen. Als resultaat, atmosferische CO ₂ concentratie (of pCO ₂ ) neemt toe en het aardoppervlak warmt op in een tempo dat geen enkele natuurlijke factor kan verklaren.

We weten dat CO ₂ is een temperatuurregeling en dat kunnen we op verschillende manieren demonstreren. Een daarvan is door de geschiedenis van de aarde te verkennen.

Klimaat en temperatuur door geologische tijden

Met behulp van stenen, fossielen en hun chemische en fysische eigenschappen, geowetenschappers hebben gedurende de hele geschiedenis van de aarde warme en koude perioden gereconstrueerd. Om het verband tussen klimaat aan te tonen, temperatuur en pCO ₂ miljoenen jaren geleden, we moeten ze elk afzonderlijk reconstrueren. Om dit te doen, we gebruiken klimaatrecorders die 'proxy's' worden genoemd.

De isotopensamenstelling van zuurstofatomen, geschreven δ¹⁸O, gemeten in oude kalkhoudende schelpen, is een van hen. Het stelt ons in staat om zeewatertemperaturen uit het verleden te reconstrueren met een bekende mate van onzekerheid die afhangt van analytische precisie en hoe parameters zoals zeewater δ¹⁸O, zoutgehalte en pH beïnvloeden ook de δ¹⁸O van schelpen.

Omdat de geologische geschiedenis invloed heeft op gesteenten en hun signalen, hoe verder we teruggaan in de tijd, hoe groter de onzekerheden. Zo combineren we verschillende proxies en formuleren we hypothesen die door jarenlang onderzoek steeds beter worden. Het tot stand brengen van dergelijke reconstructies is een langzaam, ingewikkeld (soms pijnlijk) proces, maar ze worden elk jaar betrouwbaarder naarmate de onzekerheden afnemen. Als de onzekerheden te groot zijn, interpretaties berusten op spaarzaamheid:het eenvoudigste model moet als het meest waarschijnlijk worden beschouwd. Waar het om gaat is dat wetenschappers onzekerheden weten in te schatten, en deel ze.

Algemeen, De reconstructies van de zeewatertemperatuur komen overeen met de geologische waarnemingen van de klimaatgeschiedenis:grote ijstijden vallen samen met een lagere temperatuur op aarde. Vooral, δ¹⁸O duiden op een gestage afkoeling vanaf 50 miljoen jaar, leidend tot het pre-industriële klimaat.

De geschiedenis van pCO ₂

Er zijn proxy's voor pCO ₂ ook. Bijvoorbeeld, paleontologen tellen huidmondjes - openingen waardoor planten ademen, vocht uitwisselen en CO . opnemen ₂ voor fotosynthese - op fossiele bladeren. Hoe meer CO ₂ is overvloedig, hoe minder huidmondjes nodig zijn. Een factor die een zekere mate van onzekerheid toevoegt, is dat planten minder huidmondjes hebben in drogere klimaten en meer in vochtige klimaten.

Fossiele bladeren zijn zeldzaam en atmosferisch pCO ₂ gegevens zijn schaars voor oude perioden van de aarde. Bij gebrek aan (voldoende) gegevens, numerieke modellering helpt bij het verklaren van gegevens met een wereldwijd coherente benadering die de fundamentele wetten van de fysica respecteert. Een van de meest bekende is GEOCARB, een geologisch koolstofcyclusmodel ontwikkeld om pCO . te reconstrueren ₂ geschiedenis door Robert Berner en zijn collega's.

Op tijdschalen groter dan 100, 000 jaar, pCO ₂ wordt voornamelijk toegevoegd door vulkanen, en verloren door twee koolstofpompen:de biologische pomp en de carbonaatpomp.

Tijdens fotosynthese, planten en algen nemen CO . op ₂ om hun organische stof op te bouwen. Als ze sterven, deze CO ₂ kan vast komen te zitten in sedimenten. Dit is de biologische pomp. De carbonaatpomp is de koppeling tussen verwering van continenten en carbonaatgesteenteneerslag. CO ₂ verzuurt oppervlaktewater dat rotsen oplost. Opgeloste elementen worden naar de oceaan gewassen waar ze worden gebruikt om kalkhoudend materiaal te bouwen, zoals schelpen of koralen, die uiteindelijk kalksteen worden. Jaar na jaar, deze pompen slaan CO . op ₂ weg van de atmosfeer.

Vroeger, vulkanen hadden min of meer actief kunnen zijn; continenten waren op verschillende locaties, die de koolstofpompen aantasten. Berner en collega's kwantificeerden hoe de anders bekende evolutie van die parameters de koolstofcyclus beïnvloedde en, daarom, atmosferische pCO ₂ . Ze kenden en toonden hun modelonzekerheid. Hun resultaten moeten worden gepresenteerd met een schattingsenvelop, niet als een gegeven waarde.

Tijden van hogere pCO ₂ zijn warme periodes. Omgekeerd, afname van atmosferische CO ₂ inhoud veroorzaakte ijstijden zoals het Carboon en de moderne ijstijden, met de mogelijke uitzondering van het Hirnantiaan (445 miljoen jaar geleden). Recente modellen suggereren dat voor deze verre periode, de tektonische configuratie speelde een specifieke rol.

Hoe mensen het klimaat snel beïnvloeden

Gedurende de periode die begon op het moment dat dinosaurussen uitstierven (een relatief recente 66 jaar geleden), geologen kunnen vertrouwen op veel temperatuur- en CO ₂ proxies naast δ¹⁸O of fossiele bladeren. Hoe dichter we bij onze tijd komen, hoe meer volmachten er zijn en hoe minder onzekerheden, totdat we geologische en ijskerngegevens kunnen verbinden die elkaar ondersteunen.

Tektoniek veranderde de oceanische circulatie en leidde tot de bouw van bergketens zoals de Himalaya. Beide factoren beïnvloedden de koolstofpompen en de geforceerde pCO ₂ afnemen, zoals getoond door volmachten en in overeenstemming met de GEOCARB-trends. Deze afname van pCO ₂ leidde tot de waargenomen afkoeling en dreef de aarde naar de huidige glaciaal-interglaciale afwisseling.

We kunnen uit ijskernen en proxy's bepalen dat pCO ₂ al 2,6 miljoen jaar schommelt tussen 200 en 350 ppm en tussen 1850 en 2018 plotseling steeg van 280 naar 410 ppm. pCO ₂ gaat naar niveaus die ongekend zijn voor 5, of zelfs 30 miljoen jaar, toen de aarde veel warmer was dan nu en er geen Atlantische ijskappen waren. Reconstructies van temperatuur en pCO ₂ kan ons een glimp bieden van wat ons te wachten staat als we CO . niet vertragen ₂ uitstoot.

Op lange tijdschalen, wanneer pCO ₂ neemt toe, opwarming stimuleert de koolstofpompen, daardoor pCO . helpen ₂ afnemen. Deze negatieve feedback kan fungeren als een geologische thermostaat. Helaas, het is te traag om snel genoeg te reageren om onze snelle uitstoot te compenseren. Op de tijdschaal van een decennium, opwarming verergert CO ₂ vrijkomen in de atmosfeer. Als de temperatuur stijgt, oceanen warmen op en geven opgeloste CO . vrij ₂ naar de atmosfeer. Gedurende 2,6 miljoen jaar, glaciale en interglaciale cycli zijn gedwongen door de baanfluctuaties van de aarde en CO ₂ was slechts een interne positieve feedback. Vandaag, antropogene CO ₂ leidt en versterkt de aanhoudende opwarming.

Als gevolg van de pCO ₂ toename, de gemiddelde oppervlaktetemperatuur is tussen 1901 en 2012 al met bijna 1°C gestegen. Het aardoppervlak is in het verleden veel warmer geweest dan nu en zal op den duur afkoelen. Echter, de gevolgen van de veranderingen op korte termijn zijn desastreus. Naast hogere oppervlaktetemperaturen, extreme weersomstandigheden, oceaanverzuring, het smelten van ijs en de stijging van de zeespiegel staan ​​op het punt ons dagelijks leven aanzienlijk te verstoren en de ecosystemen om ons heen te schaden.

Aardwetenschap helpt ons het verleden van onze planeet te begrijpen. We kunnen de baan van de aarde niet controleren, tektoniek of oceanische circulatie, maar we kunnen onze uitstoot van broeikasgassen beheersen. De toekomst is voor ons allemaal om te bouwen.

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