Onze planeet wordt warmer, dat is een feit. Maar, dit is niet de warmste tijd in de geschiedenis van onze planeet – verre van dat, in feite. Op verschillende momenten, miljoenen of miljarden jaren geleden, was de aarde veel warmer dan nu.
Eén van de meest opmerkelijke hittegolven kwam 56 miljoen jaar geleden, tijdens het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum, of PETM. Het was een relatief korte periode van snelle, abnormale opwarming. In die periode stegen de temperaturen, die al veel hoger waren dan normaal, met ongeveer 9 graden Fahrenheit (5 graden Celsius) in een periode van slechts enkele duizenden jaren. Tropische omstandigheden heersten tot ver voorbij de evenaar, en ijskappen waren geheel afwezig op de polen.
De gevolgen voor het leven waren dramatisch. Zee-organismen stierven massaal, niet in staat om het warmere water te trotseren. Ondertussen profiteerden de zoogdieren, die zich in de millennia daarna snel verspreidden en diversifieerden, en zo de basis legden voor toekomstige soorten, waaronder wij.
De PETM is ook een ijkpunt voor ons huidige klimaat, en biedt inzicht in hoe het eruit ziet als de aarde snel opwarmt terwijl er koolstof in de atmosfeer terechtkomt.
Maar de PETM werd niet in gang gezet door atmosferische koolstof, hoewel koolstof de temperatuurstijgingen wel verergerde. Een groep wetenschappers van de Universiteit van Hawaï en de Universiteit van Utrecht zegt nu dat het een samenloop van astronomische en aardse omstandigheden was die samen onze planeet over de rand deden kantelen.
De ontdekking, gepubliceerd in Science, draagt bij aan ons begrip van hoe veranderingen in de baan van de aarde het klimaat beïnvloeden. Het biedt ook inzicht in een zeldzaam historisch precedent voor ons huidige tijdperk van opwarming van de aarde.
Orbitale eigenaardigheden
De kern van het probleem is het feit dat de baan van de aarde niet de perfecte, stabiele cirkel is die we ons gewoonlijk voorstellen. Ons pad rond de zon ziet er eigenlijk uit als een heel licht geplette cirkel, of ellips. Astronomen noemen dit excentriciteit, en het varieert voorspelbaar in de tijd, meer of minder geplet in een regelmatige cyclus. Maar de mate van excentriciteit heeft merkbare, zij het subtiele, effecten op het klimaat, zegt oceanograaf en co-auteur Richard Zeebe van de University of Hawaii.
“Als we kijken naar de afgelopen 100 miljoen jaar, zien we duidelijke relaties tussen veranderingen in excentriciteit en het klimaat,” zegt hij.
Hij en zijn co-auteur Lucas Lourens gebruikten een sedimentkern uit de Zuid-Atlantische Oceaan om veranderingen in de excentriciteit van de aarde rond de tijd van de PETM te volgen. Door te kijken naar de soorten sedimenten die op elkaar werden gelegd, zagen ze een regelmatig patroon dat overeenkwam met cycli van excentriciteit uit astronomische modellen. Omdat sedimenten voorspelbaar veranderen als het klimaat verandert, zijn ze een goede proxy voor de variaties in de aardbaan, zeggen de auteurs.
Met de methode konden ze de plotselinge temperatuurpiek van het PETM aanwijzen op 56 miljoen jaar geleden, precies op het moment dat de aardbaan het meest excentrisch, of elliptisch, was.
Een meer excentrische baan zou betekenen dat er meer zonnestraling op de aarde valt, zegt Zeebe. Dus is het logisch dat dit opwarming veroorzaakt. En het klimaat op aarde was op dat moment al heet, wat betekent dat het klaar kan zijn geweest voor het soort terugkoppelingsmechanismen dat tot de PETM heeft geleid.
“Er zijn aanwijzingen dat dit gewoon drempelgedrag in gang heeft gezet,” zegt hij. “Dus, je warmt langzaam, langzaam, langzaam op, en dan heb je een trigger zoals excentriciteit die dan terugkoppelingen kan veroorzaken die in wezen resulteren in de PETM.”
De verstikkende omstandigheden hielden ongeveer 170.000 jaar aan, zegt Zeebe, een langere reeks dan sommige eerdere schattingen veronderstelden.
Moderne Analog
De nieuwe verklaring voor de PETM is op zichzelf al intrigerend, een herinnering aan het feit dat de dynamiek van de baan van de aarde echte effecten op ons leven kan hebben. Maar de PETM is ook van onschatbare waarde als bron voor het begrijpen van de huidige klimaatverandering. Het is een van de weinige perioden in de geschiedenis van de aarde waarin het klimaat heel snel heel warm is geworden, en het zou aanwijzingen kunnen geven voor wat we in de nabije toekomst kunnen verwachten.
Extinctie en de snelle verplaatsing van soorten naar nieuwe leefgebieden was een van de gevolgen van de PETM, en de gevolgen van die biologische verstoringen doen zich vandaag de dag nog steeds gelden. Klimaatverandering zorgt ervoor dat soorten over de hele wereld onder druk komen te staan, terwijl anderen toegang krijgen tot nieuwe leefgebieden.
En de PETM is ook voor ons een waarschuwing, alsof we die nog nodig hadden. Hoewel de aarde nog niet in gevaar is voor de extreme opwarming van 56 miljoen jaar geleden, kan slechts een paar graden rampzalige gevolgen hebben. Het soort terugkoppelingseffecten dat een kleine opwarming toen teweegbracht, kan zich vandaag opnieuw voordoen, waardoor een kleine verandering een enorme verandering wordt.
“Je duwt het systeem in een bepaalde richting en de reactie van het systeem is om nog verder in die richting te gaan,” zegt Zeebe.