Hoe veroorzaakte vulkanisme klimaatverandering voordat de uitbarstingen begonnen?

Terwijl ons klimaat buiten zijn historische bereik opwarmt, moeten wetenschappers steeds vaker klimaten dieper in het verleden van de planeet bestuderen om informatie te verkrijgen over onze toekomst. Een van de onderzoeksobjecten is een opwarmingsgebeurtenis die bekend staat als het Mioceen Climatic Optimum (MCO) van ongeveer 17 tot 15 miljoen jaar geleden. Dit viel samen met overstromingen van basaltlava die een groot deel van het noordwestelijke deel van de VS bedekten, waardoor de zogenaamde “Columbia River-basalt” ontstond. Deze timing suggereert dat vulkanisch CO₂ was de oorzaak van de opwarming.

De uitbarstingen waren het nieuwste voorbeeld van een ‘grote magmatische provincie’, een fenomeen dat in het verleden van de aarde herhaaldelijk klimaatomwentelingen en massale uitstervingen heeft veroorzaakt. De Miocene-versie was relatief goedaardig; hij zag de CO₂ De niveaus en de mondiale temperaturen stijgen, wat veranderingen in het ecosysteem en een aanzienlijke smelting van het Antarctische ijs tot gevolg heeft, maar niet tot massale uitstervingen heeft geleid.

Een artikel dat zojuist in Geology is gepubliceerd, onder leiding van Jennifer Kasbohm van het Carnegie Earth and Planetary Science Laboratory, ontkracht het idee dat uitbarstingen de opwarming veroorzaakten, terwijl ze nog steeds de schuld geeft het hoogtepunt de warmte van het klimaat.

De studie is het resultaat van ‘s werelds eerste succesvolle toepassing van uiterst nauwkeurige radiometrische datering op klimaatregistraties verkregen door het boren in oceaansedimenten, waardoor de deur wordt geopend voor verbeterde metingen van eerdere klimaatveranderingen. Als bonus bevestigt het de geldigheid van wiskundige modellen van onze banen rond het zonnestelsel in de diepe tijd.

Klimaat uit het verleden met de huidige CO2₂ niveau

“Vandaag vanaf 420 delen per miljoen [of CO₂]we betreden feitelijk een klimaatoptimum uit het Mioceen”, zegt Thomas Westerhold van de Universiteit van Bremen, die de studie van Kasbohm beoordeelde. Terwijl onze CO₂ niveaus vallen samen, de mondiale temperaturen hebben nog niet de MCO-temperaturen bereikt die 8°C boven het pre-industriële tijdperk liggen. “We verplaatsen het aardsysteem van wat we een Ice House-wereld noemen… in de compleet tegenovergestelde richting”, zei Westerhold.

Toen Kasbohm in 2015 het verband tussen basalt en MCO-opwarming begon te onderzoeken, ontdekte ze dat de correlatie grote onzekerheden kende. Daarom paste ze radiometrische datering met hoge precisie toe, waarbij ze gebruik maakte van het radioactieve verval van uranium dat gevangen zat in zirkoonkristallen om de ouderdom van het basalt te bepalen. Ze ontdekte dat haar nieuwe tijdperk niet langer het opwarmen van de MCO omvatte. ‘Al deze uitbarstingen [are] verpakt in slechts een klein deel van het klimaatoptimum van het Mioceen, ‘zei Kasbohm.

Maar er waren ook grote onzekerheden in de data voor de MCO, dus het is mogelijk dat de discrepantie een artefact is van die onzekerheden. Kasbohm was van plan dezelfde uiterst nauwkeurige datering toe te passen op de mariene sedimenten die de MCO registreren.

Een nieuwe aanpak voor een oud probleem

“Wat echt spannend is… is dat dit de eerste keer is dat iemand deze techniek heeft toegepast op sedimenten in deze boorgaten in de oceaan,” zei Kasbohm.

De data voor oceanische sedimenten die vanaf de zeebodem worden geboord, worden doorgaans bepaald door een combinatie van fossiele veranderingen, omkeringen van het magnetische veld en het matchen van patronen van sedimentlagen met orbitale schommelingen, berekend door astronomen. Elk van deze methoden brengt onzekerheden met zich mee die worden verergerd door holtes in het sediment die worden veroorzaakt door het boorproces en natuurlijke breuken in de materiaalafzetting. Ze maken het moeilijk om de verschillende gegevens met de nauwkeurigheid te matchen die nodig is om oorzaak en gevolg te bepalen.

Onzekerheden maakten de timing van OKC onduidelijk.

Radiometrische datering zou deze onzekerheden omzeilen. Maar tot ongeveer vijftien jaar geleden vertoonden zijn dates zulke grote fouten dat ze nutteloos waren voor het oplossen van vragen als de timing van de MCO. De techniek vereist doorgaans kilo’s materiaal om voldoende uraniumhoudende zirkoonkristallen te vinden, terwijl oceaanboorkernen slechts grammen opleveren.

Maar wetenschappers hebben die limieten aanzienlijk verkleind: “Gezamenlijk werken mensen aan het monitoren, kwantificeren en minimaliseren van elk aspect van onzekerheid dat in de metingen die we doen betrokken is. En dat is wat mij in staat stelt om deze jaren met grote precisie te rapporteren”, aldus Kasbohm.