36 graden Celsius: zo warm was het tropische deel van de Atlantische Oceaan nadat de aarde 56 miljoen jaar geleden rap opwarmde.

Tot die conclusie komen klimaatonderzoekers van de Universiteit Utrecht. Hun bevindingen zijn verrassend, want veel wetenschappers dachten dat klimaatverandering niet zou leiden tot een sterke stijging van de temperaturen in de tropen. Maar een reconstructie van de zeewatertemperaturen ten tijde van Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) – zo’n 56 miljoen jaar geleden – schetst een heel ander beeld.

PETM: een afspiegeling van het heden?

Er zijn de nodige overeenkomsten tussen de klimaatverandering van nu en de klimaatverandering van 56 miljoen jaar geleden. Maar er zijn ook verschillen, vertelt Frieling. “Verreweg het belangrijkste verschil tussen het PETM en de huidige klimaatverandering is de tijdschaal waarop dingen plaatsvinden. De meest recente schattingen gaan er van uit dat het ergens tussen 1000 en 5000 jaar duurde voor piektemperaturen bereikt waren tijdens het PETM. De huidige veranderingen gaan ongeveer 10 keer zo snel en de daarmee gepaard gaande ecologische impact zal per graad opwarming veel groter zijn. Een ander belangrijk aspect is dat er voorafgaand aan het PETM geen noemenswaardige polaire ijskappen waren, terwijl dit in de zeer nabije toekomst één van de grotere spelers in ons klimaat zal zijn.”

PETM
Het PETM is een periode in de geschiedenis van de aarde waarin de temperaturen op aarde flink stegen. Buiten de tropen zouden de temperaturen minstens vijf graden omhoog zijn geschoten. En die temperatuurstijging ging – net als vandaag de dag – hand in hand met stijgende CO2-concentraties. Omdat de klimaatverandering van toen nogal wat overeenkomsten vertoont met de klimaatverandering die zich vandaag de dag voltrekt, wordt deze periode veel bestudeerd. Maar er is nog maar weinig gekeken naar de veranderingen die deze in de tropen voortbracht.

Reconstructie
Het onderzoek van de UU brengt daar verandering in. De wetenschappers reconstrueerden de watertemperaturen in een ondiep deel van het tropische gedeelte van de Atlantische Oceaan, dat zich bevond in wat nu Nigeria is. “De temperatuurreconstructies zijn gebaseerd op proxies: chemische parameters die in de huidige oceaan en in laboratoriumexperimenten aantoonbaar een sterke correlatie hebben met temperatuur,” vertelt onderzoeker Joost Frieling aan Scientias.nl. Je moet dan bijvoorbeeld denken aan verhoudingen tussen isotopen die onder invloed van temperatuur veranderen. “Deze parameters kunnen we, onder voorbehoud dat alles goed bewaard is gebleven, meten op de micro- en moleculaire fossielen in sedimenten en daarmee temperatuur reconstrueren.”

Warm
Uit de reconstructie blijkt dat de klimaatverandering goed merkbaar was in de tropische wateren. De temperaturen in de tropische wateren namen toe met zo’n drie graden en stegen tot boven de 36 graden Celsius. “Dat is vergelijkbaar met de watertemperatuur wanneer je in een jacuzzi stapt. Als het water nog heter zou zijn, dan zouden we het waarschijnlijk te heet vinden en onze voet terugtrekken.”

Zelfs hittebestendige eencelligen wisten niet waar ze het zoeken moesten

Het leven
Dat had natuurlijk gevolgen voor het leven in deze tropische wateren. Frieling en collega’s ontdekten dat de eencellige dinoflagellaten enorm onder de hoge temperaturen te lijden hadden. Hun aantallen liepen sterk terug en ook de diversiteit onder de eencelligen nam af. “Normaal gesproken zijn de dinoflagellaten juist een groep organismen die van snelle klimaat- of milieuveranderingen, zoals tijdens het PETM, profiteert en dat is dan ook wat we eigenlijk verwachtten voor deze tropische locatie,” vertelt Frieling. Maar zelfs deze hittebestendige eencelligen wisten niet waar ze het zoeken moesten. Het lijkt dan ook niet meer dan logisch dat meercelligen nog meer hinder ondervonden van de hoge temperaturen tijdens het PETM. “Als zelfs eencellige organismen door hittestress massaal sterven, dan kun je ervan uitgaan dat ook meercellige organismen het onder deze omstandigheden niet redden.” Frieling wijst erop dat de gemiddelde temperaturen op het land wel eens boven de 40 graden Celsius kunnen zijn uitgekomen. “Voor landplanten is dit een gigantisch probleem, bij zulke temperaturen sterven zij simpelweg af.”

Geen tropische thermostaat
De resultaten van het onderzoek zijn verrassend. Veel onderzoekers vermoedden namelijk dat de temperaturen in de tropen door toedoen van klimaatverandering nauwelijks zouden veranderen. Dat idee ontstond enkele decennia terug, vertelt Frieling. “Toen lieten temperatuurreconstructies van warme perioden op tropische locaties gelijke temperaturen zien als vandaag de dag of zelfs een afkoeling.” Hoewel die reconstructies inmiddels als twijfelachtig worden gezien, denken sommige onderzoekers toch nog steeds dat er sprake is van een soort tropisch thermostaat-mechanisme dat een verdere opwarming van de tropen ten tijde van klimaatverandering voorkomt. “Eén van de theorieën is dat er een soort terugkoppeling is die zorgt dat er een koelend effect optreedt door afname van wolken in de tropen. Verder is er geopperd dat hitte-transport van de tropen naar hogere breedtegraden sterk toeneemt met een hogere globale temperatuur, wat effectief een koelend effect heeft op de tropen. Dit is echter nooit gereproduceerd met klimaatmodellen.” Sterker nog: het complete idee van een tropisch thermostaat-mechanisme is onderwerp van discussie. “Niet echt verrassend als het niet bestaat.” Ook dit nieuwe onderzoek pleit dus tegen zo’n tropische thermostaat, want tijdens klimaatveranderingen in het verleden warmden ook de tropen gewoon op.

Meer weten?

Meer weten over het PETM en wat wij daar precies van kunnen leren? Lees ook het artikel dat Niels Waarlo hier eerder over schreef.

Klimaatverandering toen en nu
Het onderzoek is niet alleen interessant voor wie graag wil weten hoe het klimaat 56 miljoen jaar geleden veranderde en welke impact dat op het leven op aarde had. Het onderzoek heeft ook implicaties voor het heden en de toekomst, aangezien de aarde anno 2017 opnieuw met klimaatverandering geconfronteerd wordt en deze wederom hand in hand gaat met een stijging van de CO2-concentratie. “Ons werk ondersteunt klimaatmodellen die voorspellen dat de temperatuur van de tropische oceanen significant zal stijgen door de stijging in de CO2-concentratie. En dat is cruciaal voor het bepalen van de mondiale impact van de mens op het klimaat en van het klimaat op de mens.”

Het onderzoek schept meer duidelijkheid over de situatie van tropische gebieden ten tijde van het PETM. Maar de studie biedt ook voldoende handvaten voor vervolgonderzoek. “Ik zou bijvoorbeeld graag willen weten hoe huidige soorten omgaan met extreme hitte. Daaraan gerelateerd is het belangrijk om te weten hoe groot het gebied is dat tijdens het PETM onderhevig was aan hitte-stress en vooral door welke organismen het bestaande ecosysteem vervangen werd. Een totaal andere richting is de respons van klimaat en ecosystemen op heel snelle veranderingen zoals de huidige (klimaatverandering, red.) en het PETM ten opzichte van andere perioden waarin het stabiel warm of zelfs heet was. Nog iets totaal anders: de vraag waar in het geval van de PETM de gigantische hoeveelheid CO2 vandaan komt.” Daar zijn talrijke studies over geschreven en heel wat theorieën over bedacht. “Maar een bevredigende oplossing ontbreekt tot op heden.”