Een nieuwe studie van een oude periode die wordt beschouwd als de natuurlijke analogie van het tijdperk van de moderne menselijke koolstofemissies, heeft uitgewezen dat enorm vulkanisme duizenden jaren lang grote koolstofgolven de oceanen in stuurde, maar dat de natuur niet in de buurt kwam van wat mensen doen tegenwoordig. De studie schat dat mensen het element nu drie tot acht keer sneller introduceren, of mogelijk zelfs meer. De gevolgen voor het leven in het water en op het land zijn potentieel catastrofaal. De bevindingen verschijnen deze week in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

Onderzoekers van het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University onderzochten 55,6 miljoen jaar geleden de toestand van de oceaan. een tijd die bekend staat als het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum (PETM). Voor dit, de planeet was al aanzienlijk warmer dan nu, en de stijgende CO ₂ niveaus van PETM dreven de temperatuur nog eens 5 tot 8 graden C (9 tot 14 graden F). De oceanen hebben grote hoeveelheden koolstof geabsorbeerd, aanzetten tot chemische reacties die ervoor zorgden dat water zeer zuur werd, en het doden of schaden van veel mariene soorten.

Wetenschappers weten al jaren van de PETM-koolstofstoot, maar tot nu toe, waren wankel over de oorzaak. Afgezien van vulkanisme, hypothesen waren onder meer het plotseling oplossen van bevroren methaan (dat koolstof bevat) uit modder op de oceaanbodem, of zelfs een botsing met een komeet. Onderzoekers waren ook onzeker over hoeveel koolstofdioxide in de lucht aanwezig was, en dus hoeveel de oceanen innamen. De nieuwe studie bevestigt zowel de vulkaantheorie, en de hoeveelheid koolstof die vrijkwam in de lucht.

Het onderzoek is direct relevant voor vandaag, zei hoofdauteur Laura Haynes, die het onderzoek deed als afgestudeerde student aan Lamont-Doherty. "We willen begrijpen hoe het aardsysteem gaat reageren op snelle CO ₂ uitstoot nu, "zei ze. "De PETM is niet de perfecte analoog, maar het komt het dichtst in de buurt wat we hebben. Vandaag, dingen gaan veel sneller." Haynes is nu een assistent-professor aan het Vassar College.

Tot nu toe, mariene studies van PETM zijn gebaseerd op schaarse chemische gegevens uit de oceanen, en aannames gebaseerd op een zekere mate van giswerk dat onderzoekers in computermodellen hebben ingevoerd.

De auteurs van de nieuwe studie gingen directer op de vragen in. Ze deden dit door minuscule gepelde mariene organismen, foraminiferen genaamd, te kweken in zeewater dat ze zo formuleerden dat ze lijken op de zeer zure omstandigheden van het PETM. Ze registreerden hoe de organismen tijdens de groei het element borium in hun schelpen opnemen. Vervolgens vergeleken ze deze gegevens met analyses van boor uit gefossiliseerde foraminiferen in de bodemkernen van de Stille en Atlantische Oceaan die het PETM overspannen. Hierdoor konden ze koolstof-isotoopsignaturen identificeren die verband houden met specifieke koolstofbronnen. Dit gaf aan dat vulkanen de belangrijkste bron waren - waarschijnlijk van enorme uitbarstingen rond wat nu IJsland is, toen de Noord-Atlantische oceaan openging, en het noorden van Noord-Amerika en Groenland gescheiden van Noord-Europa.

De onderzoekers zeggen dat de koolstofpulsen, waarvan anderen schatten dat het minstens 4 duurde, 000 tot 5, 000 jaar, maar liefst 14,9 biljard ton koolstof aan de oceanen toegevoegd - een toename van tweederde ten opzichte van hun eerdere inhoud. De koolstof zou afkomstig zijn van CO ₂ rechtstreeks uitgestoten door de uitbarstingen, de verbranding van omringende sedimentaire gesteenten, en wat methaan opwelt uit de diepte. Terwijl de oceanen koolstof uit de lucht absorbeerden, wateren werden zeer zuur, en bleef dat tienduizenden jaren zo. Er zijn aanwijzingen dat hierdoor veel diepzeeleven is omgekomen, en waarschijnlijk ook andere zeedieren.

Vandaag, menselijke emissies zorgen ervoor dat kooldioxide in de atmosfeer omhoog schiet, en de oceanen nemen er weer veel van op. Het verschil is dat we het veel sneller introduceren dan de vulkanen - binnen tientallen jaren in plaats van millennia. Atmosferische niveaus zijn omhooggeschoten van ongeveer 280 deeltjes per miljoen in de 18e eeuw tot ongeveer 415 vandaag, en ze zijn op weg om snel te blijven stijgen. De atmosferische niveaus zouden al veel hoger zijn als de oceanen niet zoveel zouden absorberen. Zoals ze doen, snelle verzuring begint het leven in zee onder druk te zetten.

"Als je langzaam koolstof toevoegt, levende wezens kunnen zich aanpassen. Als je het heel snel doet, dat is een heel groot probleem, " zei de co-auteur van de studie, Bärbel Hönisch, een geochemicus bij Lamont-Doherty. Ze wees erop dat zelfs in het veel langzamere tempo van de PETM, zeeleven zag grote afstervingen. "Het verleden zag een aantal zeer ernstige gevolgen, en dat belooft weinig goeds voor de toekomst, "zei ze. "We overtreffen het verleden, en de gevolgen zullen waarschijnlijk zeer ernstig zijn."