Ruwweg 20.000 jaar geleden stopten de grote ijskappen die een groot deel van Azië, Europa en Noord-Amerika bedekten met hun kruipende opmars. Binnen een paar honderd jaar was het zeeniveau op sommige plaatsen met wel 10 meter gestegen – meer dan wanneer de ijskap die nu nog Groenland bedekt zou smelten. Deze zoetwatervloed vulde de Noord-Atlantische Oceaan en legde ook de oceaanstromen stil die het warmere water van de evenaargebieden noordwaarts transporteerden. De equatoriale warmte verwarmde in plaats daarvan het gebied van Antarctica op het zuidelijk halfrond, waardoor het omringende zee-ijs kromp en de circumpolaire winden veranderden. Als gevolg daarvan – en om nog onopgehelderde redenen – zijn de wateren van de Zuidelijke Oceaan kooldioxide gaan uitstoten, genoeg om de concentraties in de atmosfeer millennia lang met meer dan 100 deeltjes per miljoen te doen toenemen – ongeveer evenveel als de stijging in de afgelopen 200 jaar. Die CO2 heeft vervolgens de aarde opgewarmd, de continentale ijskappen doen smelten en het huidige klimaat ingeluid dat de mensheid in staat heeft gesteld te gedijen.
Dat is althans het verhaal dat wordt verteld in een nieuw artikel dat op 5 april in Nature is gepubliceerd en waarin het einde van de laatste ijstijd wordt gereconstrueerd. Onderzoekers onderzochten sediment kernen verzameld van diep onder de zee en van meren, alsmede de kleine belletjes van oude lucht gevangen in ijskernen genomen van Antarctica, Groenland en elders. (Scientific American is onderdeel van Nature Publishing Group.) Het onderzoek suggereert dat – in tegenstelling tot sommige eerdere bevindingen – CO2 de vorige ronde van de opwarming van de aarde heeft aangevoerd in plaats van andersom, net zoals dat vandaag de dag nog steeds het geval is dankzij de toenemende uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen.
“We vinden dat de mondiale temperatuur een beetje achterloopt op de CO2 ,” legt paleoklimatoloog Jeremy Shakun uit, een medewerker van de National Oceanic and Atmospheric Administration aan de universiteiten van Harvard en Columbia, die de leiding had over het onderzoek waarbij de CO2 concentraties in de oudheid en de mondiale temperaturen in kaart werden gebracht. “CO2 was de grote aanjager van de opwarming van de aarde aan het einde van de ijstijd.”
Shakun en zijn collega’s begonnen met het maken van de eerste wereldwijde set temperatuurproxy’s – een set van 80 verschillende registraties van over de hele wereld die temperaturen registreerden van ruwweg 20.000 jaar geleden tot 10.000 jaar geleden. De proxy’s, variërend van het magnesiumgehalte in microscopische zeeschelpen uit oceaansedimentkernen tot pollentellingen in mestlagen uit meerbeddingen, leverden duizenden temperatuurmetingen over die periode op. “IJskernen vertellen je alleen iets over de temperatuur op Antarctica”, zegt Shakun over eerdere studies die zich uitsluitend baseerden op een ijskern op Antarctica die de atmosferische omstandigheden van de afgelopen 800.000 jaar registreert. “
Als je de wereldwijde temperatuurgegevens vergelijkt met de CO2-niveaus in de oude luchtbellen die in ijskernen zijn gevangen, dan zie je dat de gemiddelde temperaturen wereldwijd minstens een eeuw nadat de CO2-niveaus begonnen te stijgen, begonnen te stijgen. Dat is het omgekeerde van wat er lijkt te zijn gebeurd op Antarctica, waar de opwarming voorafgaat aan de stijging van de CO2-niveaus. Maar die lokale opwarming kan worden verklaard door het stilvallen van de oceaanstromingen als gevolg van het massale smelten van de ijskappen op het noordelijk halfrond – een resultaat dat nog wordt versterkt door computermodellen die gebruik maken van de gegevens uit de praktijk.
De reden voor het terugtrekken van de ijskappen blijft echter onopgehelderd. Ongeveer 20.000 jaar geleden was er weliswaar een verandering in de relatieve sterkte van de zon dankzij variaties in de baan van de planeet, maar die was kleiner dan de veranderingen die eraan voorafgingen en leidde niet tot een smelt. IJskernen uit Groenland suggereren zelfs een nog grotere opwarming in het noorden, zo’n 60.000 jaar geleden, merkt klimaatwetenschapper Eric Wolff van de British Antarctic Survey op in een commentaar op de bevindingen dat ook in Nature is gepubliceerd.
“We weten dat het enige dat op het noordelijk halfrond veranderde, deze baanveranderingen waren” die van invloed zijn op de hoeveelheid zonlicht die het hoge noorden treft, legt geoloog Peter Clark van de Oregon State University uit, die het onderzoek van Shakun begeleidde. Het smelten in het noorden zou in gang gezet kunnen zijn “omdat de ijskappen zo groot waren geworden dat ze instabiel waren geworden en klaar waren om te gaan.” Dit kan ook helpen om de cyclische opkomst en ondergang van ijstijden gedurende honderdduizenden jaren te verklaren.
Ook waar de extra kooldioxide vandaan kwam, blijft onduidelijk. “Er is geen overtuigend bewijs dat een voldoende groot reservoir van oude metabolische koolstof op een of andere mysterieuze plaats in de glaciale oceaan heeft bestaan om tijdens de ijstijd te worden geventileerd,” stelt paleoklimatoloog Lowell Stott van de University of Southern California, die niet bij de studie betrokken was. Maar een artikel dat op 29 maart online is gepubliceerd in Science suggereert dat de extra CO2 wel degelijk uit de Zuidelijke Oceaan kwam, op basis van een analyse van de isotopen van koolstof in de molecule die het meest verantwoordelijk is voor de opwarming van de aarde. Stott stelt ook dat het tijdstip van de opwarming en dat van de stijging van het CO2-niveau te dicht bij elkaar liggen om met zekerheid te kunnen zeggen wat het eerst kwam.
De opwarming van de aarde heeft natuurlijk een duidelijke oorzaak: de stijging van het CO2-niveau (en van andere broeikasgassen) als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen, het kappen van bossen en andere menselijke activiteiten. En in het verleden heeft de stijging van de CO2-niveaus op zijn minst de opwarming van de aarde versterkt, waardoor het relatief milde, stabiele klimaat, dat soms de “lange zomer” wordt genoemd, werd ingeluid, waardoor de menselijke beschaving kon floreren. De mensheid heeft het mondiale CO2-niveau nu met meer verhoogd dan de stijging van ruwweg 180 tot 260 ppm aan het einde van de laatste ijstijd, zij het in een paar honderd jaar in plaats van over meer dan een paar duizend jaar. “Het einde van een ijstijd, je voelt in je botten wat dat betekent: een grote, significante verandering voor de planeet,” zegt Shakun. “Het is een tastbaar voorbeeld van wat een stijgende CO2-uitstoot op de lange termijn voor de planeet kan betekenen.”
In feite zal de mate van opwarming van de aarde die nu al wordt gegarandeerd door de huidige CO2-concentraties in de atmosfeer – 392 ppm en nog steeds stijgend – zich ook pas over eeuwen, zo niet millennia voltrekken. “De stijging aan het eind van de ijstijd en nu is ongeveer hetzelfde en we gaan er ver overheen,” hoogstwaarschijnlijk zal de concentratie broeikasgassen met honderden deeltjes per miljoen toenemen ten opzichte van het pre-industriële niveau, merkt Shakun op. Shakun: “We zullen slechts een deel van dat resultaat in de komende eeuw zien. Het zal nog vele eeuwen duren voordat we de effecten volledig merken.”