Elk jaar, zee-ijsbedekking in de Noordelijke IJszee krimpt tot een dieptepunt medio september. Dit jaar meet het slechts 1,44 miljoen vierkante mijl (3,74 miljoen vierkante kilometer) - de op een na laagste waarde in de 42 jaar sinds satellieten begonnen met het nemen van metingen. Het ijs beslaat vandaag slechts 50% van het gebied dat het 40 jaar geleden in de late zomer bedekte.

Zoals het Intergouvernementeel Panel inzake klimaatverandering heeft aangetoond, het kooldioxidegehalte in de atmosfeer is hoger dan ooit in de menselijke geschiedenis. De laatste keer dat atmosferische CO ₂ concentraties die het huidige niveau bereikten - ongeveer 412 delen per miljoen - was 3 miljoen jaar geleden, tijdens het Plioceen tijdperk.

Als geowetenschappers die de evolutie van het klimaat op aarde bestuderen en hoe het voorwaarden voor leven schept, we zien veranderende omstandigheden in het noordpoolgebied als een indicator van hoe klimaatverandering de planeet zou kunnen transformeren. Als de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen blijft stijgen, ze konden de aarde terugbrengen naar Plioceen, met een hogere zeespiegel, verschoven weerpatronen en veranderde omstandigheden in zowel de natuurlijke wereld als de menselijke samenlevingen.

Het Plioceen Noordpoolgebied

We maken deel uit van een team van wetenschappers die in 2013 sedimentkernen van het El'gygytgyn-meer in het noordoosten van Rusland hebben geanalyseerd om inzicht te krijgen in het Arctische klimaat onder hogere atmosferische koolstofdioxideniveaus. Fossiel stuifmeel dat in deze kernen is bewaard, laat zien dat het Plioceen Noordpoolgebied heel anders was dan zijn huidige staat.

Tegenwoordig is het noordpoolgebied een boomloze vlakte met slechts schaarse toendravegetatie, zoals grassen, zegge en enkele bloeiende planten. In tegenstelling tot, de Russische sedimentkernen bevatten stuifmeel van bomen zoals lariks, spar, spar en hemlock. Dit toont aan dat boreale bossen, die vandaag honderden mijlen verder naar het zuiden en westen eindigen in Rusland en bij de poolcirkel in Alaska, bereikte ooit de Noordelijke IJszee in een groot deel van Arctisch Rusland en Noord-Amerika.

Omdat het noordpoolgebied in het Plioceen veel warmer was, de Groenlandse ijskap bestond niet. Kleine gletsjers langs de bergachtige oostkust van Groenland behoorden tot de weinige plaatsen met het hele jaar door ijs in het noordpoolgebied. De Plioceen-aarde had slechts aan één uiteinde ijs - op Antarctica - en dat ijs was minder uitgebreid en vatbaarder voor smelten.

Omdat de oceanen warmer waren en er geen grote ijskappen waren op het noordelijk halfrond, zeespiegels waren 30 tot 50 voet (9 tot 15 meter) hoger over de hele wereld dan ze nu zijn. Kustlijnen waren ver landinwaarts van hun huidige locaties. De gebieden die nu de Central Valley van Californië zijn, het schiereiland van Florida en de Gulf Coast waren allemaal onder water. Zo was het land waar grote kuststeden als New York, Miami, Los Angeles, Houston en Seattle staan.

Warmere winters in wat nu het westelijke deel van de VS is met een verminderd sneeuwdek, die tegenwoordig een groot deel van het water in de regio levert. Het huidige Midwesten en de Great Plains waren zo veel warmer en droger dat het onmogelijk zou zijn geweest om daar maïs of tarwe te verbouwen.

Waarom was er zoveel CO ₂ in het Plioceen?

Hoe heeft CO ₂ concentraties tijdens het Plioceen niveaus bereiken die vergelijkbaar zijn met die van vandaag? Mensen zouden nog minstens een miljoen jaar niet op aarde verschijnen, en ons gebruik van fossiele brandstoffen is zelfs nog recenter. Het antwoord is dat sommige natuurlijke processen die in de loop van de geschiedenis op aarde hebben plaatsgevonden CO . afgeven ₂ naar de atmosfeer, terwijl anderen het consumeren. Het belangrijkste systeem dat deze dynamiek in balans houdt en het klimaat op aarde regelt, is een natuurlijke mondiale thermostaat, gereguleerd door rotsen die chemisch reageren met CO ₂ en trek het uit de atmosfeer.

In bodems, bepaalde gesteenten worden voortdurend afgebroken tot nieuwe materialen in reacties die CO . verbruiken ₂ . Deze reacties hebben de neiging om te versnellen wanneer de temperatuur en de regenval hoger zijn - precies de klimaatomstandigheden die optreden wanneer de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer stijgen.

Maar deze thermostaat heeft een ingebouwde bediening. Wanneer CO ₂ en de temperaturen stijgen en de verwering van rotsen versnelt, het trekt meer CO ₂ uit de atmosfeer. Als CO ₂ begint te vallen, temperaturen koelen en de verwering van rotsen wereldwijd vertraagt, minder CO . uittrekken ₂ .

Rotsverweringsreacties kunnen ook sneller werken wanneer de bodem veel nieuw blootgestelde minerale oppervlakken bevat. Voorbeelden zijn gebieden met hoge erosie of perioden waarin de tektonische processen van de aarde land naar boven duwden, het creëren van grote bergketens met steile hellingen.

De rotsverweringsthermostaat werkt in een geologisch langzaam tempo. Bijvoorbeeld, aan het einde van het dinosaurustijdperk, ongeveer 65 miljoen jaar geleden, wetenschappers schatten dat atmosferische CO ₂ niveaus waren tussen de 2, 000 en 4, 000 delen per miljoen. Het duurde meer dan 50 miljoen jaar om ze op natuurlijke wijze te verminderen tot ongeveer 400 delen per miljoen in het Plioceen.

Omdat natuurlijke veranderingen in CO ₂ niveaus gebeurden heel langzaam, cyclische verschuivingen in het klimaatsysteem van de aarde waren ook erg traag. Ecosystemen hadden miljoenen jaren om zich aan te passen, aanpassen en langzaam reageren op veranderende klimaten.

Een Plioceen-achtige toekomst?

Tegenwoordig overweldigen menselijke activiteiten de natuurlijke processen die CO . trekken ₂ uit de atmosfeer. Aan het begin van het industriële tijdperk in 1750, atmosferische CO ₂ bedroeg ongeveer 280 delen per miljoen. Het heeft de mens slechts 200 jaar gekost om het traject dat 50 miljoen jaar geleden is begonnen volledig om te keren en de planeet terug te brengen naar CO ₂ niveaus die miljoenen jaren niet zijn ervaren.

Het grootste deel van die verschuiving heeft plaatsgevonden sinds de Tweede Wereldoorlog. Jaarlijkse verhogingen van 2-3 delen per miljoen zijn nu gebruikelijk. En als reactie, de aarde warmt in hoog tempo op. Sinds ongeveer 1880 is de planeet met 1 graad Celsius (2 graden Fahrenheit) opgewarmd - vele malen sneller dan enige opwarmingsfase in de afgelopen 65 miljoen jaar van de geschiedenis van de aarde.

In het Noordpoolgebied, verliezen van reflecterende sneeuw- en ijsbedekking hebben deze opwarming versterkt tot +5 C (9 F). Als resultaat, zomerse Arctische zee-ijsbedekking trending lager en lager. Wetenschappers voorspellen dat het noordpoolgebied binnen de komende twee decennia volledig ijsvrij zal zijn in de zomer.

Dit is niet het enige bewijs van een drastische opwarming van het Noordpoolgebied. Wetenschappers hebben extreme zomersmeltsnelheden geregistreerd over de Groenlandse ijskap. Begin augustus, Canada's laatst overgebleven ijsplaat, op het grondgebied van Nunavut, stortte in de zee. Delen van Arctisch Siberië en Svalbard, een groep Noorse eilanden in de Noordelijke IJszee, bereikte deze zomer recordverpletterende hoge temperaturen.

Kuststeden, agrarische graanschuurgebieden en watervoorziening voor veel gemeenschappen zullen allemaal radicaal anders zijn als deze planeet terugkeert naar een Plioceen CO ₂ wereld. Deze toekomst is niet onvermijdelijk, maar het vermijden ervan vereist nu grote stappen om het gebruik van fossiele brandstoffen te verminderen en de thermostaat van de aarde lager te zetten.

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