klimaat

De gastornis, een enorme lopende roofvogel van 2,2 m hoog, teisterde het Eoceense oerwoud.

‘Oerwoud tot vlak bij de noordpool’

10 reacties / Analyses, Wetenschap / Door / 24 november 2011

Klimaat-doemprofeten stellen dat we het zo bont maken met de uitstoot van broeikasgassen, dat extreme wereldwijde opwarming zal toeslaan en oerwouden oprukken tot vlak bij de noordpool. Hebben ze gelijk?

‘Oerwoud in Duitsland en Nederland onder water’
Een tijdperk met ijsafzettingen die de aarde sinds 35 miljoen jaar in haar greep houdt, kan tot zijn einde komen als extreme opwarming inderdaad toeslaat. Tot nu toe onbekende vormen van positieve feedback – waaronder hyperopwarming zoals in het vroege Eoceen plaatsvond – zouden de balans helemaal door kunnen laten slaan, aldus een groepje onderzoekers. De gevolgen: oerwouden tot in Duitsland en wouden tot aan de oevers van de Noordelijke IJszee.  Als de opwarming echt toeslaat ontstaat een ‘hothouse Earth’ met tropische wouden tot vlak bij de geografische noordpool (de noordpool zelf ligt in de Noordelijke IJszee). Het goede nieuws: dit duurt nog tot 2300, aldus klimaatwetenschappers die hun modellen deze keer twee eeuwen langer dan gebruikelijk hebben doorgerekend.

De gastornis, een enorme lopende roofvogel van 2,2 m hoog, teisterde het Eoceense oerwoud.
De gastornis, een enorme lopende roofvogel van 2,2 m hoog, teisterde het wereldwijde Eoceense oerwoud.

Hierbij volgen ze vier mogelijke toekomsten. In één toekomst verlagen we onze CO2-uitstoot op een draconische manier; in een ander toekomstscenario verbranden we fossiele brandstoffen tot ver in de 22e eeuw[1].  In zeer extreme scenario’s die worden bestudeerd, stijgt door een plotselinge omslag het CO2 gehalte tot 2000 ppm (ongeveer 0,2 procent CO2 dus). Ter vergelijking:  het CO2 gehalte is nu rond de 388 ppm, meer dan vijf keer zo laag dus. In theorie zou dit moeten leiden tot een gemiddelde temperatuurstijging op aarde met tien graden. De temperatuur in het vroege Eoceen, toen er oerwouden tot in Duitsland groeiden (Nederland was toen zee) en de Canadese toendra’s tot de hoogte van Spitsbergen begroeid waren met planten uit het zuiden van de VS.[2] De polen zullen ook veel meer opwarmen dan de tropen.

Antarctica blijft gespaard, omdat het zuidpoolcontinent wordt omringd door een koude zeestroom die het continent afschermt van de rest van de wereld. Althans, als het methaan dat nu massaal vrijkomt uit de arctische toendra niet meegerekend wordt.

‘Clathrate gun’ ontploft
Methaan is een zeer sterk broeikasgas, maar wordt snel afgebroken door het zeer reactieve hydroxyl (OH). Komt er teveel methaan tegelijk vrij, dan kan het hydroxyl het niet meer aan en hoopt methaan zich op, met als gevolg een enorme temperatuurstijging. Doemprofeten wijzen dan ook graag op methaanijs op de zeebodem, een bom die ‘ontploft’ als het diepzeewater te warm wordt.Volgens sommige onderzoekers is deze ‘clathrate gun’ verantwoordelijk voor de extreem hoge temperaturen tijdens het Eoceen.

Koolstof blijft in omloop
Ook dreigt de koolstofcyclus in de oceanen tot stilstand te komen. Nu dwarrelt veel calciumcarbonaat naar de zeebodem, maar dat proces trad niet op in het Eoceen[3]. Klaarblijkelijk werkt deze veiligheidsklep niet bij zeer hoge temperaturen. Forams, de reuzenamoeben die op de zeebodem leven, kwamen in het Eoceen alleen op kleinere diepte voor waar het zeewater veel productiever is, waarschijnlijk omdat er onvoldoende voedsel in de diepte was. Bacteriën worden bij hoge temperatuur razend actief en maakten vermoedelijk korte metten met het voedsel voor de forams, aldus de Britse auteur van [3] Pearson.

Inderdaad waren het geen algen, maar drijvende waterplantjes, azolla-varens, die een einde maken aan de hoge temperaturen van het Eoceen. Er ontstond een Azolla-bloei in de Noordelijke IJszee, die zoveel CO2 aan de lucht onttrok dat de temperaturen daalden[5].

Donkere vegetatie en hyperwarming
Hoe warmer het wordt, hoe meer donkere bossen richting noorden oprukken. Als het effect van de donkere vegetatie wordt meegerekend, betekent dat nog drie graden extra opwarming.
Het griezeligste effect is hyperwarming, voor het eerst beschreven door Landing. Hoe warmer het wordt, hoe meer land overstroomt dus hoe groter de zeeoppervlakte. Dit gebeurde in het Cambrium van een half miljard jaar geleden. Zee absorbeert meer warmte dan land, dus warmt de aarde zelfs nog meer op. Het zeewater bereikte temperaturen tot veertig graden, waardoor het water nauwelijks zuurstof meer vast kon houden[4]. De reden overigens dat sommige tropische vissoorten kunnen luchthappen. Tijdens het Cambrium waren er overigens nog geen landplanten, dus land weerkaatste in die tijd veel meer licht dan nu. Daardoor was het effect ook veel groter dan nu.

Zin of onzin?
Het scenario gaat er vanuit dat onze fossiele brandstofconsumptie stijgt. Of dat zo blijft, is de vraag. Aardolie is schaars en duur, dat geldt ook voor makkelijk winbare steenkoolvoorraden. Zonne-energie is nu al lonend in woestijnachtige landen en de verwachting is dat de komende jaren de zonnegrens onverbiddelijk naar het noorden zal oprukken. Ook komen er steeds betere accu’s, waardoor elektrische auto’s steeds meer binnen bereik komen. Het kost tegelijkertijd steeds meer moeite om de brandbare drab uit de aarde los te weken. Net zoals het stenen tijdperk niet eindigde door een gebrek aan stenen, denk ik ook niet dat het fossiele tijdperk eindigt door een gebrek aan olie, gas en steenkool. We zullen domweg betere alternatieven vinden, zoals de zon en geothermische energie. Al te bang voor deze doemverhalen ben ik persoonlijk dus niet. CO2 heeft namelijk ook zijn goede kanten. Sterker nog: onze planten verhongeren bijna door het lage CO2 gehalte in de lucht.

Maar toch. Mensen zijn dom, oliedom. Zo kregen ze het voor elkaar, alle bomen van Paaseiland om te kappen om de monsterlijke moai te bouwen waardoor ze niet meer van het eiland weg konden. We hebben tegenwoordig ook van die moai, staten en multinationals genaamd. Als nietsontziende kolossen walsen deze organisaties over alles en iedereen heen als dat op korte termijn meer winst voor de aandeelhouders of de ambtenaren oplevert. Het levert meer winst op om de laatste olie en steenkool tegen woekerwinsten op uiterst vervuilende wijze te winnen, dan om alternatieven te zoeken. Als we ze hun gang laten gaan zonder maatregelen kan het wel eens net zo met ons aflopen als met de bewoners van Paaseiland.

Bronnen
1. D. van Vuuren et al., A special list of teh RCP’s (met subartikelen), Climate Change,2011
2. GJ Harrington, Arctic plant diversity in the Early Eocene greenhouse, Proceedings of the Royal Society B, 2011
3. Annette en Mitchell Lyle, Missing organic carbon in Eocene marine sediments: Is metabolism the biological feedback that maintains end-member climates?, Paleoceanography, 2006
4. Ed Landing, Time-specific black mudstones and global hyperwarming on the Cambrian–Ordovician slope and shelf of the Laurentia palaeocontinent, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2011
5. The Azolla Event (Dramatic Bloom 49 Million Years Ago), Ole Nielsen

atmosferische rivier

Atmosferische rivieren zorgen voor vernietigende overstromingen

Laat een reactie achter / Wereld, Wetenschap / Door / 24 november 2021

Hoog boven ons zweven complete atmosferische rivieren zo groot als de Amazone. De catastrofale overstromingen in Midden-Engeland in 2009 werden veroorzaakt door zo’n rivier, die op één plaats naar beneden kwam.  En vervelend nieuws… dit zou in de toekomst wel eens veel meer kunnen gebeuren…

Wat zijn atmosferische rivieren?

atmosferische rivier
Het leek in 2009 wel alsof er een complete rivier door het Engelse stadje Workington stroomde. En dat was in feite ook zo.

De definitie van een atmosferische rivier is: een enorme stroom vochtige lucht, 2000 km lang en honderden kilometers in doorsnede. Deze transporteert waterdamp over de subtropen. Een atmosferische rivier transporteert evenveel water als de complete Amazone, een kilometersbrede rivier. Op elk gegeven moment transporteren vier tot vijf atmosferische rivieren negentig procent van alle vocht dat richting de polen beweegt. Geen wonder dat als deze immense zwevende rivieren hun koers verleggen, de gevolgen ingrijpend zijn.

Atmosferische rivieren veroorzaken overstromingen

Meteoroloog David Layers vermoedde dat deze enorme atmosferische vochtstromen wel eens te maken zouden kunnen hebben met de zware overstromingen die Groot-Brittannië sinds de zeventiger jaren treffen en nam de proef op de som. Hij combineerde met zijn collega’s historische gegevens over de stroom van de rivier en weergegevens met computersimulaties van atmosferische rivieren. Inderdaad vonden ze een sterk verband tussen de twee. Atmosferische rivieren bleken duidelijk te maken te hebben met extreme regenval en overstromingen.

Wolkbreuk boven Cumbrië

In november 2009 werd het graafschap Cumbrië getroffen door zeer zware regenval, die op zijn beurt zware overstromingen veroorzaakte. Dit viel samen met een buiten-tropische cycloon die een atmosferische rivier naar de Britse eilanden afboog. Het lage-drukgebied dwong (in combinatie met de Cumbrische bergen, een bergrug die door Noord-Engeland loopt) de rivier op te stijgen, waardoor de vochtige lucht afkoelde en uitregende. Ongebruikelijk was dat de rivier verschillende dagen achter elkaar door bleef uitregenen, waardoor de bodem het water niet meer kon verwerken en de enorme overstromingen ontstonden. Er werd letterlijk een complete rivier geleegd boven de Britten[1].

“Pineapple Express”

Klimatoloog Michael Dettinger van het Scripps Institution of Oceanography in La Jolla, Californië,denkt dat door de klimaatsverandering deze rivieren hun koers gaan verleggen. Hij bestudeerde de “Pineapple Express”, een luchtstroom die van Hawaii (beroemd om de ananasplantages) naar de regenrijke westkust van de Verenigde Staten leidt. Ook hij runde een aantal computersimulaties om de effecten op door atmosferische rivieren opgewekte stormen te bestuderen. Hierbij nam hij aan dat er veel meer kooldioxide wordt uitgestoten dan nu. Uit zijn computermodel kwam de op zich logische utikomst dat door de hogere temperatuur meer water verdampte, de rivier dus krachtiger werd en de Pineapple Express hierdoor vaker stormen doet ontstaan in Californië[2]. Hij vermoedt dat dit proces ook verantwoordelijk is voor de catastrofale overstromingen die de  Britten geplaagd heeft.[3]

Bronnen
1. Lavers et al., Winter floods in Britain are connected to atmospheric rivers, Geophysical Research Letters (2011)
2. Michael Dettinger, Climate Change, Atmospheric Rivers, and Floods in California – A Multimodel Analysis of Storm Frequency and Magnitude Changes, Journal of the American Water Resources Association(2011)
3. Atmospheric rivers caused the UK’s worst floods, New Scientist (2011)

Nederland en Vlaanderen bij 20 m zeespiegelstijging. bron: Floodmaps.

‘Twintig meter zeespiegelstijging dreigt’

13 reacties / Maatschappij, Nederland, Visionaire vragen / Door / 2 november 2011

Voor elke graad globale temperatuursstijging zal de zeespiegel twintig meter stijgen, wijzen berekeningen en geologische waarnemingen van gesteenten uit voorbije tijdvakken uit. Houden we droge voeten?

Nederland en Vlaanderen bij 20 m zeespiegelstijging. bron: Floodmaps.
Nederland en Vlaanderen bij 20 m zeespiegelstijging. bron: Floodmaps.

Tijdens eerdere interglacialen vijf tot twintig meter zeespiegelstijging
We leven nu in de laatste jaren van een interglaciaal, de warmere periode tussen twee ijzige glacialen in. De temperaturen zijn dan hoger. Voor komende eeuw wordt een zeespiegelstijging van een meter voorspeld. Enkele onderzoekers denken echte dat die stijging veel groter zal worden. Hierbij baseren ze zich op geologische gegevens uit eerdere interglacialen. De temperatuur toen was minder dan een graad hoger dan nu, maar de zeespiegel lag vijf meter hoger.

Ongeveer drie miljoen jaar geleden, toen de temperaturen slechts 1 tot 2 graden hoger waren dan normaal in de laatste tweeduizend jaar, lag het zeeniveau zelfs 25 meter hoger dan nu. Dit komt door twee effecten. Bij hogere temperaturen op aarde zetten de warmere oceanen uit: thermische expansie. Ook smelt er dan meer ijs.

Nederland onder water?
Kortom: de voorspelde temperatuursstijging – als deze klopt en de komende ijstijd niet aanbreekt – zal uitermate vervelende gevolgen hebben, zeker voor Nederland. En zeker als ook de grote ijskappen van Groenland en een deel van Antarctica gaan smelten. Dit zal leiden tot nog eens zestig meter zeespiegelstijging. Als dit in de loop van honderden jaren gebeurt, kunnen we ons geleidelijk aanpassen. De nakomelingen van de Nederlanders en West-Vlamingen van nu kunnen dan bijvoorbeeld emigreren naar andere landen of op zee gaan wonen in drijvende steden. Gebeurt de zeespiegelstijging heel snel, dan hebben we weinig andere keus dan ons vege lijf te redden en hopen dat de Duitsers en Walen gastvrijer voor ons zijn, dan wij in Nederland en Vlaanderen zijn.

Tijdens het Plioceen was de temperatuur maar twee graden hger dan nu.
Tijdens het Plioceen was de temperatuur maar twee graden hger dan nu.

Bron
Paleoclimate Implications for Human-Made Climate Change, Arxiv.org (2011)

Grote vuren vernietigen jonge zaailingen van bomen, die anders de savanne in een oerwoud veranderen.

Regenwoud kan door kleine klimaatverandering al compleet verdwijnen

Laat een reactie achter / Wereld, Wetenschap / Door / 14 oktober 2011

Uit Wagenings onderzoek blijkt, dat er maar drie stabiele vegetatietoestanden zijn: oerwoud, savanne, met 20% bomen, en boomloze vlakte, met ongeveer vijf procent bomen. Slechts een kleine verandering in regenval is al voldoende om de ene categorie in de andere te veranderen. Zal door minder regenval zo het Amazoneregenwoud totaal verdwijnen?

Grote vuren vernietigen jonge zaailingen van bomen, die anders de savanne in een oerwoud veranderen.
Grote vuren vernietigen jonge zaailingen van bomen, die anders de savanne in een oerwoud veranderen.

Uit het onderzoek[1], gebaseerd op satellietdata van NASA waarbij bossen, savannes en boomloze vlakten werden bestudeerd,  blijkt dat er drie “attractors” in de verdeling tussen bos en vlakte zijn, dat wil zeggen, punten waar alle ecosystemen heen lijken te bewegen. Tussenliggende situaties komen nauwelijks voor. Deze komen ruwweg overeen met die van een oerwoud met tachtig procent of meer bomen, savanne met 20% bomen en de boomloze vlakte. Hiervoor werd gedacht dat deze veranderingen geleidelijk plaatsvinden.

Een weelderig regenwoud bescherrmt zichzelf tegen brand door het klimaat vochtiger te maken. Op kleinere schaal verhinderen de sappige bladeren en loten vuur.
Een weelderig regenwoud beschermt zichzelf tegen brand door het klimaat vochtiger te maken. Op kleinere schaal verhinderen de sappige bladeren en loten vuur.

In een soortgelijk Amerikaans/Zuid Afrikaans onderzoek, ook in Science gepubliceerd[2], vond een groep onderzoekers dat het percentage bomen over het algemeen afhangt van regenval en seizoensveranderingen. In gebieden waar de regenval voor tropische begrippen gemiddeld is (1000-2500 mm per jaar) en seizoensveranderingen mild zijn, bleek echter vuur de belangrijkste factor die bepaalde of bos, savanne of boomloze vlakte domineren. Als meer dan vijfenveertig procent van het land bedekt is met bomen, werkt dit remmend op branden. Onder de veertig procent grijpen branden snel om zich heen en leggen de bossen in de as. Bij de studie werden satellietbeelden geraadpleegd van NASA’s Aqua and Terra satellieten, die vegetatietype en bedekkingsgraad vaststellen d.m.v. MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) instrumenten. Beide groepen concentreerden zich vooral op gebieden waar de mens relatief de minste impact heeft gehad, zoals subtropische en tropische delen van Australië, Zuid-Amerika en Afrika.

Al eerder werd vastgesteld dat deze snelle veranderingen op lokale schaal voorkwamen, maar met behulp van dit wereldwijde overzicht is nu gebleken dat dit verschijnsel de regel is. Vuren blijken hier de regelende factor te zijn. Slecht nieuws voor de broeikasaanhangers, die er bij hun berekeningen van uitgingen dat veranderingen geleidelijk plaatsvinden. Zij kunnen dus weer terug naar hun rekenmodel, waarin deze plotselinge omslag opgenomen moet worden.Als bijvoorbeeld blijkt dat door hogere temperaturen hogere neerslagcijfers ontstaan, betekent dit dat er een snelle uitbreiding van de regenwouden komt en dus ook meer opname van kooldioxide.

Ook betekent dit dat landen als Brazilië nu letterlijk met vuur spelen. Het is al langer bekend dat regenwouden zichzelf enigszins in stand houden door hun hoge verdamping, waardoor meer neerslag valt. Als het grootste deel van het Amazone-regenwoud wordt omgekapt, zou wel eens een onomkeerbare kettingreactie op kunnen treden met nogal akelige gevolgen voor het klimaat in Brazilië. Hirota en haar team werken nu aan een overzicht van gebieden die dicht tegen het omslagpunt aan zitten. Hier kan dan uiteraard maar beter gestopt worden met kappen. Of gewassen als oliepalm, caringa of andere boomgewassen worden geplant in plaats van Monsanto-soja. Dat laatste is toch al een uitstekend idee.

Bronnen
1. Marina Hirota,Milena Holmgren,Egbert H. Van Nes,Marten Scheffer, Global Resilience of Tropical Forest and Savanna to Critical Transitions, Science (2011)
2. A. Carla Staver,Sally Archibald,Simon A. Levin,The Global Extent and Determinants of Savanna and Forest as Alternative Biome States, Science (2011)
3. Forest and savanna can switch quickly, Physorg.com (2011)

Zware moessonregens veranderden het dichtstbevolkte deel van Pakistan in een rampgebied.

Roetdeeltjes veroorzaken droogte en overstromingen

Laat een reactie achter / Wetenschap / Door / 30 september 2011

De dodelijke overstromingen in Pakistan en de droogte in het noorden van buurland India worden veroorzaakt door rookdeeltjes van menselijke oorsprong. Een model van drie klimatologen toont dit aan. Zijn roetdeeltjes dodelijker dan CO2?

Zware moessonregens veranderden het dichtstbevolkte deel van Pakistan in een rampgebied.
Zware moessonregens veranderden het dichtstbevolkte deel van Pakistan in een rampgebied.

Pakistaanse ramp veroorzaakt door overbevolking en bomenkap…
De beelden staan menigeen nog op het netvlies gegrifd. De hoge bevolkingsdruk en uitbuiting door zamindars, de Pakistaanse grootgrondbezitters, dwong kleine boeren marginale gebieden op. De dikke bodemlaag, die gewoonlijk als een soort spons de neerslag opzuigt, werd steeds dunner. Ook verdwenen de beschermende bomen. Na zware regenval spoelden daarom enorme watermassa’s de kaalgekapte hellingen in de Pakistaanse heuvels weg. Het wachten was op een zware moesson, de jaarlijkse periode van regenval. Toen die kwam veranderde een vernietigende watervloed de dichtbevolkte Punjab en de rest van de Indusvallei in een rampgebied van meerdere keren zo groot als Nederland. Tegelijkertijd heerste er in het noorden en midden van buurland India een ernstige droogte.

En luchtvervuiling
Naar nu blijkt, is niet alleen de vloed, maar ook de zware moesson zelf mede veroorzaakt door de mens. Uit het model van drie klimatologen van de universiteit Princeton in Massachusetts blijkt dat door de mens veroorzaakte aerosols, een wetenschappelijke term voor roet en andere deeltjes die in de lucht zweven, voor een deel de oorzaak zijn van de vermindering in neerslag in het noorden van India en een zwaardere regenval in het zuiden, stelt het artikel van Massimo A. Bollasina, Yi Ming en V. Ramaswam dat is verschenen in Science.

De moesson is een jaarlijks weerkerend verschijnsel, waarbij vochtige lucht van de Indische Oceaan richting het noordoosten over het Indiase subcontinent trekt. In het hete droge seizoen lopen de temperaturen vlak boven de grond enorm hoog op, waardoor deze vochtige lucht naar boven wordt geduwd en uit gaat regenen. De landbouw in India is vrijwel totaal afhankelijk van deze moesson. Zeker nu steeds meer aquifers, waterhoudende lagen, leeg raken.
Roetdeeltjes verstoren dit proces, zo blijkt. Ze creëren een soort paraplu over Noord-India, waardoor het oppervlak afkoelt en er minder water verdampt. Ook wordt de vochtige lucht een andere richting op gestuurd, waardoor er meer regen in het zuiden en in de oceaan valt. Hun model voorspelde ook extra zware regenval in Pakistan.

Het goede nieuws is dat dit probleem snel is op te lossen. In tegenstelling tot het overigens uiterst nuttige gas CO2, blijven roetdeeltjes niet erg lang in de atmosfeer. Als wordt ingegrepen,  is het probleem ook binnen hooguit enkele jaren voorbij. Dat is ook goed nieuws voor het noordpoolgebied. De opwarming daar wordt namelijk ook voor een groot deel veroorzaakt door aerosolen, deze keer uit China, dat er enorm veel steenkool doorheen jaagt om zijn industrie te voeden. Kortom: best wel nuttig, die strenge EU-regels tegen aerosols. Dat zouden ze op meer plekken op deze aardbol moeten doen.

Bron:
1. Anthropogenic Aerosols and the Weakening of the South Asian Summer Monsoon, Science, 2011
2. Mark Z. Jacobson. Short-term effects of controlling fossil-fuel soot, biofuel soot and gases, and methane on climate, Arctic ice, and air pollution health. Journal of Geophysical Research, 2010

Parantropus boisei leefde van gras, dat deze mensachtige in grote hoeveelheden at. Waarschijnlijk deden klimaatsveranderingen deze specialist de das om.

‘Menselijke evolutie in stroomversnelling door wisselvallig klimaat’

4 reacties / Maatschappij, Wetenschap / Door / 28 september 2011

Vanaf het aanbreken van het Pleistoceen werd de aarde geteisterd door een reeks van zware ijstijden en korte interglacialen. Opmerkelijk genoeg komen deze redelijk nauwkeurig overeen met groeispurts in de intellectuele vermogens van de mens. Is er een verband?

Parantropus boisei leefde van gras, dat deze mensachtige in grote hoeveelheden at. Waarschijnlijk deden klimaatsveranderingen deze specialist de das om.
Parantropus boisei leefde in de Ethiopische savanne van gras, dat deze mensachtige in grote hoeveelheden at. Waarschijnlijk deden klimaatsveranderingen deze specialist de das om.

Matt Grove van de School of Archaeology, Classics and Egyptology reconstreerde hoe de voorouders van de mens reageerden op de klimaatfluctuaties van de afgelopen vijf miljoen jaar. Hierbij maakte hij gebruik van genetische modelleringstechnieken. Toen de resultaten hiervan  werden vergeleken met de tijdlijn van de evolutie van de mens, ontdekte Dr Grove dat belangrijke gebeurtenissen in de menselijke evolutie overeenkwamen met periodes waarin de temperaturen wild op en neer gingen.

Grove stelt, dat de studie bevestigt dat een belangrijke soortvormingsperiode bij mensen, waarin er tijdelijk meer soorten naast elkaar bestaan  (adaptieve radiatie) samenviel met een lange periode van klimatologische  variatie. Vanaf 2,7 miljoen jaar geleden begon het klimaat op aarde wild te schommelen: de bekende ijstijden.  Zeer interessant is dat vlak na die tijd een groot aantal mensachtige soorten ontstond, waarvan de meeste 1,5 miljoen jaar geleden alweer verdwenen waren. De oudste stenen werktuigen dateren van 2,6 miljoen jaar geleden en hielpen waarschijnlijk verschillende soorten mensachtigen de periode van heftige klimaatschommelingen te overleven.

Onze directe voorouder Homo erectus was veel slimmer en veelzijdiger. Zijn leefgebied strekte zich niet voor niets uit vanaf Indonesië tot Afrika.
Onze directe voorouder Homo erectus was veel slimmer en veelzijdiger. Zijn leefgebied strekte zich niet voor niets uit vanaf Indonesië tot Afrika.

“1,5 miljoen jaar geleden was er nog maar één menselijke voorouder over – Homo erectus. De sleutel voor het overleven van Homo erectus is zijn flexibiliteit. De soort kon zich in zeer uiteenlopende omgevingen handhaven en was geografisch gezien de meest verspreide soort van alle. Andere soorten die zich hadden aangepast aan een bepaalde specifieke omgeving, verdwenen toen door klimaatsveranderingen hun leefgebied verdween. Homo erectus hield het overal uit, kon allerlei klimatologische en natuurrampen overleven en had dus de beste papieren om te overleven.”

In het onderzoek van Grove is voor het eerst zogeheten ‘variability selection’  gemodelleerd, een evolutionair proces dat voor is gesteld door paleantropoloog Rick Potts vlak voor de eeuwwisseling.  Variability selection veronderstelt dat bij snelle klimaatsveranderingen, evolutie reageert op alle woongebieden van een soort gezamenlijk in plaats van alleen een individueel woongebied. Het onderzoek van Grove suggereert dat het ontstaan van de eerste mensachtige die complexere gereedschappen gebruikte, Homo erectus, het product kan zijn van precies dat proces. Als er een levendig genetisch verkeer was tussen de populaties van Homo erectus in Eurazië en Afrika, zullen vooral die genen die in een grote hoeveelheid verschillende omgevingen het individu bevoordelen, immers de meeste overlevingskans bieden. Dit geldt onder meer voor genen die intelligentie vergroten. Intelligentie vergroot het vermogen van een individu om zich aan te passen en een nieuwe omgeving “door te krijgen”. Zou de toenemende variatie in het klimaat onze eigen soort, Homo sapiens, nu ook dwingen nog slimmer te worden?

Bronnen:
1. Matt Grove. Change and variability in Plio-Pleistocene climates: modelling the hominin response. Journal of Archaeological Science, 2011
2. Matt Grove. Speciation, diversity, and Mode 1 technologies: The impact of variability selection. Journal of Human Evolution, 2011

Bomen zijn niet alleen een welkome afwisseling van de barre woestijn. Ze zorgen ook voor een koeler klimaat, zo blijkt uit berekeningen.

‘Bomen koelen aarde’

8 reacties / Wereld, Wetenschap / Door / 16 september 2011

Het aanleggen van bossen legt niet alleen CO2 vast. Het blijkt de aarde ook rechtstreeks af te koelen, volgens internationaal onderzoek. Tijd om de woestijnen vol te planten met bomen dus?

Planten moeten veel water verdampen om aan voedingsstoffen te komen
In veel opzichten kan je planten beschouwen als obligate waterverdampers. Hun bladeren hebben een enorm oppervlak, waardoor grote hoeveelheden waterdamp kunnen ontsnappen. De plant gebruikt de sapstroom die zo van de wortels naar de bladeren wordt opgewekt, om voedingsstoffen zoals mineralen uit de bodem naar de bladeren te transporteren. Geen wonder dus dat planten enorme hoeveelheden water verdampen.
Tot op heden was er de nodige onenigheid onder klimaatwetenschappers, of waterdamp per saldo voor meer of juist minder opwarming zorgt. Immers, de energie die wordt opgenomen door verdamping, wordt weer afgegeven als de waterdamp condenseert tot water. Ook is waterdamp een gas met broeikaswerking.

Bomen zijn niet alleen een welkome afwisseling van de barre woestijn. Ze zorgen ook voor een koeler klimaat, zo blijkt uit berekeningen.
Bomen zijn niet alleen een welkome afwisseling van de barre woestijn. Ze zorgen ook voor een koeler klimaat, zo blijkt uit berekeningen.

Meer wolken
Een team onderzoekers van diverse universiteiten sloeg aan het rekenen met een klimaatmodel en kwamen tot een verrassende conclusie. Per saldo blijkt een grotere verdamping te leiden tot wereldwijde afkoeling. De reden: door de waterdamp vormen zich laaghangende wolken, die zonlicht reflecteren terug het heelal in. Dit heeft per saldo een afkoelend effect, zelfs als het grotere broeikaseffect door waterdamp mee wordt genomen. Inderdaad zie je op satellietfoto’s van de aarde dat de gedeelten van de aarde waarboven wolken zweven, een veel hoger albedo hebben, dus veel meer licht weerkaatsen. Dus hoewel bomen donkerder zijn dan gesteente (en hiermee meer zonne-energie absorberen) is het extra wolkenvormende effect toch zo groot dat ze hiermee deze effecten meer dan compenseren.

Klimaat redden door woestijnen vol te zetten met bomen?
Zo warm is het niet en de extra kooldioxide in de atmosfeer komt als geroepen voor de kwijnende vegetatie op aarde, die het de laatste vijftien miljoen jaar uiterst moeilijk heeft wegens het dalende CO2 gehalte. Ook als de temperatuur iets stijgt is dat per saldo gunstig, omdat zo grotere gebieden in bijvoorbeeld Rusland en Canada bewoonbaar worden, terwijl de neerslag in woestijnen vaak toeneemt. Niettemin is een te snelle stijging ongewenst, want planten en dieren kunnen zich niet snel genoeg aan een snelle verandering aanpassen. Er zijn ook voldoende andere redenen om het beplanten van woestijnen toe te juichen. Denk alleen al aan de voedselvoorziening. Het principe van Permacultuur berust op het nabootsen van een natuurlijk bos, maar dan met fruitbomen en eetbare gewassen. Ook werken bomen en groen positief op de stemming en de gezondheid van mensen.

Bron:
George A. Ban-Weiss, Govindasamy Bala, Long Cao, Julia Pongratz, Ken Caldeira. Climate forcing and response to idealized changes in surface latent and sensible heat. Environmental Research Letters, 2011

‘Centrum melkweg veroorzaakte röntgenflits in Renaissance’

3 reacties / Universum, Wereld, Wetenschap / Door / 14 september 2011

Merkwaardige röntgenbronnen in de buurt van het centrale zwarte gat in het Melkwegstelsel kunnen alleen worden verklaard, door aan te nemen dat het hier om een soort ‘echo’  gaat. Zou dit misschien ook de Kleine IJstijd veroorzaakt kunnen hebben?
Het patroon waarop de wolken opflitsen lijkt te wijzen op een uitbarsting gedurende de Renaissance
Raadselachtige röntgenbronnen
Al meer dan tien jaar bestuderen astronomen verschillende raadselachtige bronnen van röntgenstraling in de buurt van het centrum van de Melkweg. De röntgenstraling is een raadsel, want het gas in de wolken waar deze door uitgezonden wordt is niet heet genoeg om röntgenstraling uit te zenden. Astrofysici staan dan ook voor een raadsel. Eén van de ideeën die nader worden onderzocht is dat de röntgenstraling een echo vormt van een eerdere, krachtiger bron die eerder is uitgebarsten. Inderdaad ontdekten onderzoekers dat het patroon waarop de bronnen opvlammen doet vermoeden dat het hier gaat om de echo’s van één krachtige bron, en zo zijn er meer aanwijzingen.

Er zijn meerdere processen die deze felle röntgenstraling op kunnen wekken. Zo zijn er dubbelsterren, bestaande uit een ‘normale’ ster en een compacte witte dwerg of neutronenster die gas van de ‘normale’ ster opslurpt. Hierbij komt extreem felle röntgenstraling vrij. Bij een dergelijke energieuitbarsting kan tot 1028 W vrijkomen. Dat is per seconde voldoende om de aarde van 3000 jaar zonlicht te voorzien. Bleek de intensiteit van de uitbarsting veel groter, dan is er maar één mogelijke verklaring: een uitbarsting van het zwarte gat in het centrum van de Melkweg zelf: Sagittarius A*.

Dader betrapt: Sagittarius A*
Masayoshi Nobukawa enm zijn collega’s aan de Kyoto Universiteit in Japan hebben het eerste ondubbelzinnige bewijs gevonden dat Sgr A* inderdaad verantwoordelijk is voor de uitbarstingen. Ze hebben met behulp van de Suzaku röntgensatelliet de intensiteit van de röntgenstraling van diverse wolken gemeten. Ze ontdekten iets interessants: de röntgenstraling van de wolken vertoont dezelfde afnamecurve, zij het dat deze onderling een paar jaar verschoven zijn. De meest logische verklaring: deze wolken zijn door dezelfde röntgenflits beschenen. Door het verschil in afstand zien wij verschillen van enkele jaren tussen verschillende wolken.

Ook berekenden Nobukawa en zijn collega’s dat bij deze uitbarsting 1032 watt vrijkwam: het vermogen van ongeveer honderdduizend zonnen, afgegeven in meerdere eeuwen. Dit is veel te veel om door een enkele ster of dubbelsterren veroorzaakt te zijn. De conclusie: Sagittarius A* moet verantwoordelijk zijn. Deze wolken bevinden zich op ‘slechts’ enkele honderden lichtjaar van Sgr A*, dus moet de uitbarsting de aarde van de veertiende eeuw tot de zeventiende eeuw in röntgenstraling hebben gebaad.

In de toekomst weer een uitbarsting?
Astronomen nemen nu waar dat Sgr A* röntgenstraling met een intensiteit van 1027 W uitstraalt en voortdurend kleine opvlammingen vertoont. Het is dus niet onlogisch, te veronderstellen dat wat in het verleden gebeurd is, zich ook in de nabije toekomst zal herhalen. maar zelfs als dat gebeurt, zullen we alleen indirect via echo’s kunnen waarnemen wat er precies gebeurt. We kunnen Sgr A* namelijk slecht rechtstreeks waarnemen.

Kleine IJstijd veroorzaakt door Sgr A* ?
Ongeveer in deze tijd, van halverwege de zestiende eeuw tot halverwege de negentiende eeuw, daalden de temperaturen op het noordelijk halfrond sterk. Uit deze tijd dateren de bekende schilderijen van oud-Hollandse meesters met wintertaferelen. De grote rivieren vroren geregeld dicht.Volgens een theorie van de Deense klimaatscepticus Henrik Svensmark is kosmische straling verantwoordelijk voor het vormen van wolken. Als een geladen kosmisch deeltje de atmosfeer raakt, worden her en der in zijn pad moleculen geïoniseerd, d.w.z. gestript van één of meerdere elektronen. Deze geladen deeltjes vormen een ideale aanhechtingsplaats voor watermoleculen, waardoor kleine mistdruppeltjes ontstaan en een wolk wordt gevormd. Geen onlogische theorie: zo werkt een nevelvat met oververzadigde damp immers ook. Wolken weerkaatsen veel zonlicht – kijk voor de grap eens naar beneden als je weer in een vliegtuig zit – dus zorgen voor afkoeling.

Als de aarde in een gigantische röntgenvloed werd gebaad, moet dat (als de omstreden theorie van Svensmark klopt) tot veel wolkenvorming, dus een flinke afkoeling hebben geleid. Precies wat er tijdens de Kleine IJstijd in het noordelijk halfrond is gebeurd. Röntgenstraling bestaat weliswaar uit fotonen en niet uit geladen deeltjes, maar is wel krachtig genoeg om elektronen los te slaan uit moleculen en wordt dan ook eveneens tot de ioniserende straling gerekend.

Een probleem met deze verklaring is de time lapse van twee eeuwen. Wel ligt Sgr A* in het sterrenbeeld Boogschutter, dat precies in de wintermaanden overdag boven de horizon staat. Als door de straling van Sgr A* overdag de wolkenvorming werd vergroot, zal dat de ernst van de winters sterk hebben vergroot. Misschien was sprake van een naijleffect, waarbij de vroege wolkenvorming en afkoeling nog werd gecompenseerd door het immense aardse warmtereservoir. Of kwam bij de uitbarsting ook andere kosmische straling vrij, bijvoorbeeld muonen, die massa hebben en iets langzamer dan de lichtsnelheid reizen.

Bronnen
1. M. Nobukara et al., New Evidence For High Activity Of The Super-Massive Black Hole In Our Galaxy, Arxiv.org (2011)
2. Milky Way’s Black Hole Flared During The Renaissance, Say Astronomers, MIT Technology Review ArXiv Blog (2011)

Visionair project: geoengineering experiment met aerosol gestart

4 reacties / Visionaire projecten, Wereld, Wetenschap / Door / 11 september 2011

Het wordt wat warmer en volgens sommigen moeten we ons daar erg zorgen over maken. Een manier om de hoeveelheid zonnestraling te verminderen is deze laten weerkaatsen door witte sulfaat-aerosols. Ongeveer het gevolg van een vulkaanuitbarsting. Het eerste experiment, of het überhaupt haalbaar is om duizenden tonnen materiaal kilometers de hoogte in te krijgen, is al begonnen.

Model. Bron: New Scientist
Klimaatredders of Don Quichottes? De kilometer lange tuinslang wordt gebruikt om uit te testen of dezelfde techniek ook werkt met sulfaataerosolen. Bron: New Scientist

Oktober 2011 is het tijdstip dat een groep Britse onderzoekers een één kilometer lange bovenmaatse tuinslang met een grote ballon op een kilometer hoogte brengen. Vervolgens wordt water omhoog gepompt (voor de liefhebbers: dat betekent dus een druk van honderd atmosfeer) en in de atmosfeer gesproeid. Regenen doet het in het Verenigd Koninkrijk al teveel, dus de bedoeling is niet om een regenwolk te maken.

In feite is dit experiment een ‘dry run’  voor een voorstel waarvoor sommige geoengineers pleiten: hetzelfde doen maar dan met sulfaataerosols (zwevende nanodeeltjes). Het idee erachter is dat op dit manier een schaduwwerking wordt gecreëerd die de wereldwijde opwarming tegengaat. Wel een beetje zielig natuurlijk voor al die ecologisch bewogen mensen met zonnepanelen op het dak en de planten, die nu al hun best doen het vermaledijde CO2 uit de lucht te vangen. Desalniettemin is er ondanks het zware economische weer aan de overkant van de Noordzee, twee miljoen pond in dit project gestopt.

Dit experiment is onderdeel van Stratospheric Particle Injection for Climate Engineering (SPICE). SPICE probeert ook te ontdekken  wat de ideale deeltjes zijn om als aerosol te gebruiken. Het experiment is omstreden. Aerosols dragen bij tot luchtvervuiling. Ook zullen fotochemische reacties optreden. Volgens sommige onderzoekers met akelige gevolgen voor de ozonlaag. Ook is niet bekend wat de gevolgen zijn voor wolken hoog in de atmosfeer, die ook invloed hebben op de mate waarop zonlicht wordt teruggekaatst.

Is geoengineering nodig?
Het is overigens de vraag of deze verregaande maatregelen nodig zijn. Klimaatactivisten denken weinig visionair en zien niet in hoe variabel het klimaat is op langere termijn. Het is nu nog lang niet zo warm als gedurende het laatste interglaciaal van 140 000 jaar geleden. We leven op dit moment feitelijk in een onnatuurlijke situatie, omdat Noord- en Zuid-Amerika pas sinds drie miljoen jaar aan elkaar vast zitten. Dit veranderde het patroon van de zeestromen, waardoor zich de ijskap op Groenland en de drijvende ijskap op de Noordelijke IJszee kon vormen. De Groenlandse ijskap is naar schatting overigens ongeveer twee miljoen jaar oud. De ijsbeer, waar zoveel misbaar over wordt gemaakt, is in feite een ondersoort van de bruine beer en bestaat als soort misschien 150 000 jaar[2]. Ook het kooldioxidegehalte van de atmosfeer is in feite onnatuurlijk laag.  Als de Groenlandse ijskap in zijn geheel smelt, betekent dit een zeespiegelstijging van 7,2 meter. Vervelend, maar overkomelijk.

Bronnen
1. SPICE
2. Polar bear species just 150,000 year old – Wildlife Extra News (2010)
3. Geoengineering trial gets under way – New Scientist (2011)

Algenbloei ten zuiden van Cornwall. Zou algenbloei in de oceaan rond Antarctica de ijstijden hebben veroorzaakt?

‘Algenbloei door stof veroorzaakte ijstijden’

11 reacties / Visionaire vragen, Wetenschap / Door / 12 augustus 2011

Volgens een nieuwe theorie is stof alles wat nodig is om de aarde in een ijstijd te storten. Als ijzerrijk stof in de zee wordt geblazen, bemest het opgeloste ijzer het plankton, dat daardoor op grote schaal kooldioxide op gaat nemen. DE oplossing voor het broeikaseffect?

Algenbloei door ijzerrijk stof

Algenbloei ten zuiden van Cornwall. Zou algenbloei in de oceaan rond Antarctica de ijstijden hebben veroorzaakt?
Algenbloei ten zuiden van Cornwall. Zou algenbloei in de oceaan rond Antarctica de ijstijden hebben veroorzaakt?

Al langer is bekend dat ijzerrrijk stof dat op de oceaanoppervlakte terecht komt, algenbloei in gang kan zetten.Als het aantal algen explodeert, nemen ze grote hoevelheden kooldioxide uit het water op. De oceaan neemt dit weer op uit de lucht, waardoor het kooldioxidegehalte van de lucht daalt.

Op dit moment is het klimaat vochtig en warm, waardoor er maar weinig stofstormen voorkomen. Uit waarnemingen aan ijsmonsters uit de Antarctische ijskap, die tot 800 000 jaar teruggaan, is gebleken dat de lucht tijdens de ijstijden twee keer stoffiger was dan nu.  Dit hing samen met lagere kooldioxide-gehaltes.

Algenbloei veroorzaakt temperatuurdaling
Vandaar dat veel klimaatwetenschappers vermoeden dat stofstormen wel eens de trigger kunnen zijn voor ijstijden. Als door voortdurende droogte grote landmassa’s uitdrogen, wordt de lucht veel stoffiger en komt dus ook meer ijzer in de oceanen terecht.  Op dit moment is de Zuidelijke Oceaan – de pooloceaan die Antarctica omspoelt – in veel opzichten een biologische woestijn.

De reden: ijzer ontbreekt. Zodra een grote hoeveelheid ijzer de zee in waait, ontstaat er echter een algenbloei die heel veel kooldioxide vastlegt. En, zoals bekend, een stevige daling van het CO2-gehalte in de lucht laat de temperatuur afnemen. Als aan het begin van een ijstijd er grote stofstormen ontstaan, waait dit stof in de Zuidelijke Oceaan, waar er algenbloei ontstaat.

Dit blijft tienduizenden jaren zo. Uiteindelijk wordt de koeling om nog niet goed begrepen redenen (mogelijk de Milankovic cyclus) afgeknepen en warmen de continenten weer op. Het gevolg: de stofstormen gaan liggen,  algen verhongeren en het kooldioxidegehalte stijgt weer.

Alfredo Martinez-Garcia en zijn collega’s van het Federale Zwitserse Instituut voor Technologie (ETH) in Zürich hebben mariene afzettingen geanalyseerd uit de een gebied in de Zuidelijke Atlantische Oceaan, iets ten noorden van de plaats waar de Zuidelijke Oceaan begint. Deze afzettingen zijn tot vier miljoen jaar oud en ondersteunen het idee dat ijzerrijk stof de boosdoener is. Periodes van heftige vergletsjering blijken namelijk precies samen te vallen met de vorming van stof[1].

Sommige onderzoekers denken dat door veel ijzerrijk stof  in de Zuidelijke Oceaan te kieperen, het effect van een ijstijd is na te bootsen[2]. Maar zijn wij nou de enigen die een nieuwe ijstijd, getriggerd als het experiment uit de hand loopt,  een stuk akeliger vooruitzicht vinden dan een geringe opwarming van de aarde?

Bronnen
1. A. Martinez-Garcia et al., Southern Ocean dust–climate coupling over the past four million years, Nature (2011), gratis artikel
2. ‘Stop emitting or geoengineering could be our only hope’ – Royal Society proceedings (2009)