De opwarming van de aarde is voor ons mensen iets heel heftigs, maar de aarde zelf heeft al wel extremere dingen meegemaakt. Zo kon er in het verleden na een warme periode zomaar een ijstijd volgen. Amerikaanse geologen hebben nu uitgezocht hoe dat komt.

Volgens de wetenschappers van de University of California slaagt het natuurlijke systeem dat de aarde afkoelt er niet altijd in om netjes te stabiliseren, maar kan het juist doorslaan naar een ijstijd, schrijven ze in Science.

De thermostaat van de aarde

Tot nu toe gingen onderzoekers ervan uit dat het verweringsproces van gesteenten fungeerde als de grote thermostaat van de planeet. Daarbij neemt regen CO2 op uit de atmosfeer. Die regen valt op gesteenten zoals graniet en de CO2 reageert ermee. De opgeloste koolstof en mineralen worden naar de oceaan afgevoerd, waar ze worden opgeslagen in schelpen en kalksteenriffen. Zo wordt CO2 voor miljoenen jaren veilig opgeborgen in de zeebodem. “Als de planeet warmer wordt, verweren gesteenten sneller en nemen ze meer CO2 op, waardoor de aarde weer afkoelt”, legt geoloog Andy Ridgwell uit.

Dit mechanisme klinkt robuust, maar geologische sporen wijzen erop dat de aarde in haar vroege geschiedenis periodes kende waarin alles volledig onder een laag ijs verdween: de zogenoemde sneeuwbalaarde. Zulke extreme ijstijden zijn moeilijk te verklaren met alleen gesteenteverwering.

Het ontbrekende puzzelstukje

Daarom zochten de onderzoekers verder en wat bleek: ook de oceaan zelf speelt een cruciale rol. Als de atmosfeer meer CO2 bevat en de temperatuur stijgt, spoelen er grotere hoeveelheden voedingsstoffen, met name fosfor, de zee in. Die voedingsstoffen voeden plankton, dat CO2 vastlegt via fotosynthese. Wanneer deze micro-organismen sterven, zinken ze naar de zeebodem en nemen koolstof mee.

Maar er is een keerzijde: in een warmere wereld neemt het zuurstofgehalte in de oceaan af. Hierdoor wordt fosfor minder snel in sediment begraven en komt het opnieuw beschikbaar in het water. Dat leidt tot een vicieuze cirkel: meer voedingsstoffen veroorzaken meer planktonbloei, de afbraak daarvan verbruikt nóg meer zuurstof en steeds meer koolstof wordt definitief opgeslagen in de zeebodem.

Het resultaat is geen stabilisatie van de temperatuur, maar een overdreven correctie: de aarde koelt verder af tot diep onder de beginwaarden. In het computermodel van de onderzoekers kan dit zelfs een ijstijd ontketenen.

Simulatie van de ontwikkeling van het klimaat op aarde over een miljoen jaar als reactie op een plotselinge uitstoot van koolstofdioxide in de atmosfeer. Afbeelding: Andy Ridgwell/UCR
Doorgeslagen airco

Ridgwell vergelijkt het proces met een airco die te hard staat. “In de zomer zet je de thermostaat op 25 graden. Als de buitentemperatuur stijgt, koelt de airco het huis af tot 25 graden en dan stopt hij. In ons model lijkt de thermostaat echter niet in dezelfde kamer te staan als de airco, waardoor het systeem overdreven reageert.”

Dat verklaart waarom de aarde in het geologische verleden zulke extreme koudeperiodes doormaakte. Vooral omdat er destijds minder zuurstof in de atmosfeer aanwezig was, waardoor het natuurlijke systeem nog instabieler werd.

Wat betekent dit voor nu?

Op dit moment stoot de mens in hoog tempo extra CO2 uit, wat de aarde verder opwarmt. Volgens het model van de onderzoekers zal het systeem uiteindelijk opnieuw reageren met een afkoelingsfase. Die is waarschijnlijk minder heftig dan in het verleden, omdat de huidige atmosfeer meer zuurstof bevat. Dat dempt het effect enigszins. “Alsof de thermostaat dichter bij de airco staat”, zegt Ridgwell. Toch kan het proces ertoe leiden dat de volgende ijstijd eerder begint dan anders het geval zou zijn geweest.

“Maar maakt het uiteindelijk veel uit of de volgende ijstijd over 50.000 of 200.000 jaar begint? We moeten ons nu richten op het beperken van de huidige opwarming. Dat de aarde ooit weer zal afkoelen, hoe onregelmatig ook, gebeurt niet snel genoeg om ons in dit leven te helpen.”