Heet en vochtig:gebruik van mineralen uit oude bodems, ETH-onderzoekers reconstrueren het klimaat dat zo'n 55 miljoen jaar geleden op aarde heerste. Met hun bevindingen kunnen ze beter inschatten hoe ons klimaat er in de toekomst uit zou kunnen zien.

Tussen 57 en 55 miljoen jaar geleden, het geologische tijdperk dat bekend staat als het Paleoceen eindigde en maakte plaats voor het Eoceen. In die tijd, de atmosfeer werd grotendeels overspoeld door het broeikasgas koolstofdioxide, met concentratieniveaus tot 1, 400 ppm tot 4, 000 dpm. Het is dus niet moeilijk voor te stellen dat de temperaturen op aarde moeten hebben geleken op die van een sauna. Het was heet en vochtig, en het ijs op de poolkappen was volledig verdwenen.

Het klimaat in die tijd geeft onderzoekers een indicatie van hoe het huidige klimaat zich zou kunnen ontwikkelen. Terwijl pre-industriële niveaus van atmosferische CO ₂ stond op 280 ppm, de maatstaf van vandaag 412 ppm. Klimaatwetenschappers geloven dat CO ₂ emissies die door menselijke activiteit worden gegenereerd, kunnen dit cijfer opdrijven tot 1, 000 ppm tegen het einde van de eeuw.

Met behulp van minuscule siderietmineralen in bodemmonsters uit voormalige moerassen, een groep onderzoekers van ETH Zürich, Pennsylvania State University en CASP in Cambridge (VK) reconstrueerden het klimaat dat heerste aan het einde van het Paleoceen en in het vroege Eoceen. Hun studie is zojuist gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen .

De siderietmineralen vormden zich in een zuurstofvrije bodemomgeving die zich onder dichte vegetatie in moerassen ontwikkelde, die overvloedig aanwezig waren langs de hete en vochtige kusten in het Paleoceen en Eoceen.

Om de klimatologische omstandigheden van de evenaar tot de poolgebieden te reconstrueren, de onderzoekers bestudeerden siderieten van 13 verschillende sites. Deze bevonden zich allemaal op het noordelijk halfrond, die alle geografische breedtegraden bestrijkt, van de tropen tot het noordpoolgebied.

Overheersende vochtigheid

"Onze reconstructie van het klimaat op basis van de siderietmonsters laat zien dat een hete atmosfeer ook gepaard gaat met veel vocht, " zegt hoofdauteur Joep van Dijk, die van 2015 tot 2018 zijn doctoraat behaalde in de groep van ETH-professor Stefano Bernasconi aan het Geologisch Instituut.

Overeenkomstig, tussen 57 en 55 miljoen jaar geleden, de gemiddelde jaarlijkse luchttemperatuur op de evenaar waar Colombia tegenwoordig ligt, was ongeveer 41 ° C. In Arctisch Siberië, de gemiddelde zomertemperatuur was 23 °C.

Met behulp van hun sideriet "hygrometer, "De onderzoekers toonden ook aan dat het globale vochtgehalte in de atmosfeer, of de specifieke vochtigheid, was in het Paleoceen en het Eoceen veel hoger dan nu. In aanvulling, waterdamp bleef langer in de lucht omdat de specifieke vochtigheid sneller toenam dan verdamping en neerslag. Echter, de toename van de specifieke luchtvochtigheid was niet overal hetzelfde.

Omdat ze toegang hadden tot sideriet van alle breedtegraden, de onderzoekers konden ook het ruimtelijke patroon van de specifieke vochtigheid bestuderen. Ze ontdekten dat de tropen en hogere breedtegraden een zeer hoge luchtvochtigheid zouden hebben gehad.

De onderzoekers schrijven dit fenomeen toe aan waterdamp die vanuit de subtropen naar deze zones werd getransporteerd. In de subtropen steeg de specifieke vochtigheid het minst. Terwijl de verdamping toenam, neerslag afgenomen. Dit resulteerde in een hoger niveau van atmosferische waterdamp, die uiteindelijk de polen en de evenaar bereikte. En de atmosferische damp droeg warmte met zich mee.

Klimaatwetenschappers observeren vandaag nog steeds de stroom van waterdamp en warmte van de subtropen naar de tropen. "Het latente warmtetransport was waarschijnlijk nog groter tijdens het Eoceen, " van Dijk. "En de toename van het transport van warmte naar hoge breedtegraden kan heel goed bevorderlijk zijn geweest voor de intensivering van de opwarming in de poolgebieden, " hij voegt toe.

Niet genoeg tijd om aan te passen

Deze nieuwe bevindingen suggereren dat de huidige opwarming van de aarde hand in hand gaat met een verhoogd transport van vocht, en bij uitbreiding warmte, in de atmosfeer. "Atmosferisch vochttransport is een belangrijk proces dat de opwarming van de poolgebieden versterkt, ’ legt van Dijk uit.

"Hoewel de CO ₂ gehalte in de atmosfeer was toen veel hoger dan nu, de toename van deze waarden vond plaats over miljoenen jaren, ' merkt hij op. 'De dingen zijn vandaag anders. Sinds de industrialisatie begon, mensen hebben het niveau van atmosferische CO . meer dan verdubbeld ₂ over een periode van slechts 200 jaar, " legt hij uit. In het verleden, dieren en planten hadden veel meer tijd om zich aan te passen aan de veranderende klimatologische omstandigheden. "Ze kunnen de snelle ontwikkeling van vandaag gewoon niet bijhouden, ', zegt van Dijk.

Inspannende zoektocht naar siderietkristallen

Het vinden van de siderites was niet eenvoudig. Voor een ding, de mineralen zijn klein, plus ze komen alleen voor in fossiele moerassen, die tegenwoordig vaak slechts enkele kilometers onder het aardoppervlak worden gevonden. Dit maakte het voor de onderzoekers moeilijk of zelfs onmogelijk om zelf siderieten op te graven. "We hebben verschillende expedities gedaan naar locaties waar we dachten dat er siderieten zouden kunnen voorkomen, maar we hebben ze op slechts één van die locaties gevonden, ', zegt van Dijk.

Gelukkig, een van de co-auteurs van het onderzoek - Tim White, een Amerikaan van de Pennsylvania State University - bezit 's werelds grootste verzameling sideriet.