De twee boorkernen uit de Amerikaanse bodem lagen al tien jaar in de vriezer, zonder dat er iemand naar omkeek. Appy Sluijs, geoloog aan de Universiteit Utrecht, haalde ze eruit om meer te weten te komen over het klimaat van lang vervlogen tijden. In Nature van deze week concludeert hij samen met zijn collega’s dat de grote broeikasramp die 55 miljoen jaar veel diersoorten uitroeide op de zeebodem, het gevolg was van een klimaatkettingreactie. “Het was al ontzettend warm in het Paleoceen, de periode tot 55 miljoen jaar geleden”, zegt Sluijs. De twee boorkernen die hij bestudeerde, komen uit de Amerikaanse staat New Jersey, aan de noordoostkust. Daar ligt de gemiddelde jaartemperatuur net als in Nederland rond de 11 graden Celsius. Aan het eind van het Paleoceen was dat maar liefst 27 graden. Sluijs: “De hele wereld was toen een stuk warmer dan nu. Aan de Noordpool was het gemiddeld 17 graden! Hoeveel CO2 er in de lucht zat is niet precies bekend, maar we schatten rond de 1500 ppm, vier keer zo veel als tegenwoordig. IJskappen aan de polen waren er niet en de zeespiegel lag tachtig of negentig meter hoger dan vandaag. De plaatsen waar de boorkernen vandaan komen, lagen toen onder water. Net als Nederland trouwens.” Die ‘broeikaswereld’ bleef lang stabiel, maar 55 miljoen jaar geleden veranderde dat plotseling. Eerder onderzoek van Sluijs en zijn collega’s liet zien dat de oceanen opeens verzadigd raakten met koolzuur, opgelost CO2 dus, waardoor de oceanen verzuurden en ecosystemen totaal ontwricht raakten. Het CO2-gehalte van de lucht verdubbelde of verdriedubbelde, waardoor het nog warmer werd dan het al was. De oorzaak van al die ellende was het plotseling vrijkomen van miljarden tonnen koolstof. “Zeer waarschijnlijk was een deel van die koolstof afkomstig van methaanhydraten in de bodem van de diepzee”, vertelt Sluijs. “Bevroren pakketten aardgas eigenlijk, die op hun plaats blijven zolang het koud genoeg is.” Maar ze bleven dus niet op hun plaats? “Nee, of in elk geval niet allemaal. En dat zie je in de boorkernen terug.” Koolstofatomen komen voor in drie vormen oftewel isotopen, legt hij uit, met als enige verschil het aantal neutronen in de kern. Zo bestaat er koolstof-12, koolstof-13 en koolstof-14. Die laatste vervalt met een halfwaardetijd van 5730 jaar en komt in gesteentes van 55 miljoen jaar geleden dus niet meer voor. De andere twee blijven altijd zichzelf. Planten nemen de lichtere versie, nummer 12, iets gemakkelijker op dan de zwaardere, en daardoor is het percentage koolstof-13 in plantenresten lager dan in de lucht. Dat levert geologen een kijkje in het verre verleden op. “In de boorkernen zie je een scherpe grens lopen”, zegt Sluijs. “Eronder zit er naar verhouding veel meer koolstof-13 in dan erboven. Dat kan alleen maar komen doordat er plotseling heel veel koolstof van plantaardige oorsprong vrijkwam.” Methaan uit de zeebodem is de logische dader. Het wordt door bacteriën gemaakt uit organisch materiaal, daardoor zit er relatief weinig koolstof-13 in. Naast koolstofisotopenbepalingen deed Sluijs ook andere metingen. Hij keek onder meer naar de resten van eencelligen van het type dinoflagellaten. Daarin zag hij al iets veranderen in een bodemlaag die dieper zat dan de koolstofomslag: “Ineens zitten daar veel meer overblijfselen in van Apectodinium, een soort die tot die tijd alleen rond de evenaar voorkwam. En de concentratie van die overblijfselen blijft ook tijdens de koolstofomslag hoog.” Wat gebeurde er intussen met de temperatuur? Om daar achter te komen, gebruikte Sluijs een ingenieuze methode die is ontwikkeld in het Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek (NIOZ). Die maakt gebruik van het feit dat archeae, bacterie-achtige eencelligen, de moleculaire structuur van hun vetten variëren met de temperatuur. Die vetten zijn bewaard gebleven in het gesteente, en zijn dus te gebruiken als een soort thermometer. De vetten lieten zien dat de temperatuur begon te stijgen nadat Apectodinium in groten getale opdook, maar voordat het koolstofprofiel veranderde. Sluijs: “De gemiddelde temperatuur steeg in pakweg zesduizend jaar van 27 graden naar bijna 35 graden. De koolstofomslag zit halverwege die stijging.” Met andere woorden: het was al ongeveer drieduizend jaar aan het opwarmen toen de reusachtige koolstofvoorraden vrijkwamen. Het resulterende broeikasgas stookte de temperatuur nog verder op. “We konden dat eerder niet aantonen, omdat de boorkernen niet goed genoeg waren voor een scherp beeld”, verklaart Sluijs. “Maar we vermoedden het wel, want methaanhydraten lossen alleen op als ze opgewarmd worden. Ze zaten zo diep in de bodem, dat het een paar duizend jaar duurde voor de opwarming ze had bereikt.” Ze waren dus niet verantwoordelijk voor het begin van de temperatuurstijging. Wat veroorzaakte die aanvankelijke opwarming dan wel? Dat is nog een open vraag, zegt Sluijs. “Er zijn aanwijzingen dat vulkanen actiever werden, waardoor de CO2 in de atmosfeer steeg. En mogelijk was het een gevolg van veranderingen in de oceaanstromingen.” De hamvraag is natuurlijk: wat kunnen we eruit afleiden over onze eigen situatie? “Vooral dat er kettingreacties kunnen optreden in het klimaatsysteem”, zegt Sluijs. “Opwarming kan zichzelf versterken, doordat er extra broeikasgassen vrijkomen uit verborgen reservoirs. En dat zie je nu ook gebeuren. In de Siberische permafrost en langs de kusten liggen gigantische hoeveelheden methaan klaar. Die zullen vrijkomen als de aarde verder opwarmt, dat gebeurt nu al. Daar hoeven we geen drieduizend jaar op te wachten, want ze liggen lang niet zo diep. Dus de boodschap is, dat we snel maatregelen moeten nemen om het gebruik van fossiele brandstoffen te stoppen. Zo snel mogelijk.” Elmar Veerman Appy Sluijs e.a.: ‘ Environmental precursors to rapid light carbon injection at the Palaeocene/Eocene boundary’, Nature, 20 december 2007