Je leest:

Regelt klimaat het CO2-gehalte?

Regelt klimaat het CO2-gehalte?

Auteur: | 1 maart 2001

De bestudering van fossiele boombladeren levert onverwachte resultaten. Vlak na de laatste ijstijd bevatte de atmosfeer meer CO2 dan gedacht. Moeten we de broeikastheorie herzien?

Een berkenboom die boven het vlakke Nederlandse landschap uitsteekt, prikt een lek in de gangbare hypothese die de relatie tussen klimaatveranderingen en het koolstofdioxidegehalte van de atmosfeer beschrijft. Wat geeft de beste aanwijzing voor die CO2-concentraties in het verleden: luchtbellen uit de diepgelegen ijslagen van Antarctica of bladeren van een berkenboom? Regelt koolstofdioxide het klimaat, of is het juist andersom?

Een vijftig jaar oude berk, met de bijnaam Big Betty, staat in een moerassig veengebied in de Peel, dertig kilometer ten oosten van Eindhoven. Inmiddels is het de hoogste boom in de omgeving. Elke herfst laat de berk een nieuwe laag bladeren op het voormalige hoogveen vallen. De bladeren onder Big Betty vormen een tijdmachine voor het onderzoek naar de atmosferische CO2-concentratie, die schommelt rond 0,03%.

Bomen moeten CO2 opnemen om te kunnen groeien. Ze passen zich aan veranderingen in hun omgeving aan. Als er volop CO2 is, hebben hun bladeren minder huidmondjes om dat gas op te nemen. Tussen 1952 en 1995 steeg de concentratie CO2 in de atmosfeer van 312 tot 359 deeltjes per miljoen luchtdeeltjes (ppm). In diezelfde periode daalde de ‘stomata-index’, een maat voor het aantal huidmondjes, in de bladeren van Big Betty van tien tot zeven.

Volgens de metingen van CO2 in luchtbelletjes uit Antarctisch ijs was het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer tot aan de Industriële Revolutie redelijk stabiel, zo’n 270 à 280 ppm. De berkenbladeren uit de Peel vertellen een geheel ander verhaal. Toen biogeologen de bladeren van Big Betty vergeleken met 11.000 jaar oude berkenbladeren die ze vonden nabij Denekamp, in Twente, bleek er nauwelijks verschil. Dat was een verrassing. De bladeren van de levende boom moeten hun hoeveelheid huidmondjes immers hebben aangepast aan de hogere CO2-niveaus van de laatste jaren.

Big Betty in natuurgebied de Peel. Bladeren die deze berk de laatste decennia liet vallen, tonen hoeveel de koolstofdioxideconcentratie in de lucht is toegenomen. (bron: laboratorium voor Paleobotanie en Palynologie. UU)

Tijd voor overwegen

In juni 1999 publiceerden Friederike Wagner van de Universiteit Utrecht en een team van onderzoekers uit Utrecht, Amsterdam en Gainesville in de Amerikaanse staat Florida een artikel in het vakblad Science. Ze meldden dat de CO2-concentratie aan het eind van de laatste ijstijd, 11.000 jaar geleden, sterk toenam. De stomata-index in de berkenbomen daalde van dertien naar acht.

Dat wijst erop dat de CO2-concentratie toenam van ongeveer 260 naar 348 ppm. Volgens de gangbare ideeën, gebaseerd op luchtbellen in ijs, was die concentratie tot aan de 20e eeuw daarentegen minder dan 300 ppm.

Twistpunt. Een opname van de waslaag van een ongeveer 9500 jaar oud berkenblad (rechts) toont de huidmondjes en de epidermiscellen. Zij vertellen een ander verhaal over het vroegere CO2-gehalte van de atmosfeer dan luchtbellen in Antarctisch ijs. (laboratorium voor Paleobotanie en Palynologie, UU)

Alhoewel het Science-artikel is geschreven in milde bewoordingen, is de betekenis ervan explosief. Aan het eind van de laatste ijstijd bevolkten veel minder mensen de Aarde en die ontplooiden bovendien als jagers en verzamelaars geen milieuonvriendelijke activiteiten. Niettemin steeg in die periode door natuurlijke oorzaken het CO2-gehalte van de atmosfeer drastisch.

Deze ontdekking ondermijnt de aanname in de broeikastheorie dat sinds de laatste ijstijd slechts moderne menselijke activiteiten de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer aanmerkelijk hebben doen stijgen. “We moeten de oorzaken van veranderde koolstofdioxidegehalten en hun relatie met het klimaat op Aarde opnieuw overwegen”, zegt Wagner.

Er staat zoveel op het spel voor het klimaatonderzoek dat, na de publicatie van Wagners artikel, toeschouwers uitkeken naar een antwoord van de aanhangers van de heersende hypothese. Zes maanden gingen voorbij, voordat in Science de eerste kritieken op de berkenbladresultaten verschenen.

Kritiek

Naast kritiek op de in Utrecht ontwikkelde en door Wagner gehanteerde methode, noemen de tegenstanders als belangrijkste vraag of het eerlijk is om één enkele boom te vertrouwen. “Metingen aan een enkele boom die groeit op veen kunnen misleidend zijn”, beargumenteren onderzoekers van de universiteit van Bergen in Noorwegen. Juist niet, antwoorden de verdedigers van Big Betty. De jaarlijkse metingen van de bladeren van een enkele boom in het huidige groeiende veen zijn juist veel betrouwbaarder dan verzamelingen van bladeren van diverse plekken en minder duidelijke herkomst en leeftijd.

Hilary Birks en anderen aan de Noorse universiteit wijzen er ook op dat ze bij de analyse van Scandinavische berkenbladeren geen duidelijk verband zien tussen de stomata-index en CO2-niveaus. Rike Wagner en haar collega’s zijn het daar niet mee eens; ze hebben hun methode beproefd van Nederland tot in Noord-Scandinavië. Hij klopt, zo benadrukken de Utrechtse biogeologen, maar de precieze reactie van bladeren op de veranderende CO2-niveaus hangt af van de plaatselijke lengtegraad en daglengte. Ze wijzen erop dat dit de resultaten met bladeren uit allerlei Scandinavische gebieden kan beïnvloeden. Bovendien verwerpen ze de Noorse stelling dat de zilverberk en de ruwe berk verschillend reageren op de koolstofdioxideveranderingen.

Koele tijden

Onderzoekers in Sheffield en Bergen hebben ook de fossiele bladeren van dwergwilgen onderzocht. Die geven lagere waarden voor atmosferisch CO2, in betere overeenstemming met de ijsbellenresultaten. Dit team gebruikte echter bladeren uit wijd verspreide gebieden en bepaalde het aantal huidmondjes per bladoppervlak, terwijl Rike Wagner en haar collega’s de voorkeur geven aan de verhouding tussen de dichtheid van de huidmondjes en de dichtheid van de oppervlaktecellen van de bladeren. Die index is veel gevoeliger voor koolstofdioxideveranderingen, zeggen ze.

Andreas Indermühle van de universiteit van Bern en andere Zwitserse en Franse ijsexperts voegen zich bij de critici van Wagners berkenbladartikel. Zij meten het koolstofdioxide dat ze uit Antarctische ijskernen isoleren. Volgens Indermühle leveren de recente resultaten uit Taylor Dome op Antarctica “de meest betrouwbare en precieze reconstructie van atmosferisch CO2.”

Wagner en haar collega’s claimen dat fossiele berkenbladeren uit Denemarken een bevestiging vormen voor de omstreden Nederlandse resultaten voor de periode die direct op de ijstijd volgde. De analyse van de Deense fossiele bladeren toont namelijk ook latere veranderingen van het CO2-gehalte van de atmosfeer. Met name rond 8200 en rond 2700 jaar geleden beschrijft die analyse merkbare dalingen van het CO2. Die komen overeen met perioden waarin de Aarde tijdelijk koeler werd.

Bodemarchief. Een grondmonster toont de overgang van de laatste ijstijd naar het holoceen. Na het afzetten van vooral lichtgekleurd zand in de koude periode, als het landschap veelal kaal is, volgt met het stijgende CO2-gehalte de vorming van humus door eerst bomen en later mossen. Omstreeks niveau 21 zit een scheur met een laagje fossiele berkenbladeren. (bron: Bas van Geel, UvA)

Schril contrast

Henk Visscher staat aan het hoofd van het Laboratorium voor Paleobotanie en Palynologie vanwaar Rike Wagner en anderen op zoek gaan naar fossiele bladeren. Het team brengt met een zeer nauwkeurige huidmondjesanalyse de variaties in CO2 sinds de laatste ijstijd in kaart. Deze analyse levert inmiddels verbazingwekkende resultaten. Hij laat zien dat de CO2-niveaus regelmatig stijgen en dalen; een schril contrast met de vlakke geschiedenis die de luchtbellen uit het ijs tonen.

In december 1999 toog Visscher naar een aardwetenschappelijk congres in San Francisco. Daar maakte hij bekend dat de meest recente grote daling van atmosferisch koolstofdioxide overeenkomt met de Kleine IJstijd, een koele periode die driehonderd jaar geleden zijn hoogtepunt had.

Fossiel blad. Een close-up van niveau 21 toont fossiele berkenbladeren. Nederlandse onderzoekers berekenen uit de dichtheid van huidmondjes en oppervlaktecellen het vroegere CO2-gehalte. (bron: Bas van Geel, UvA)

Verklaring van verschillen

Als Big Betty en de fossiele berkenbladeren de waarheid vertellen over de CO2-concentraties in het verleden, rijst de vraag waarom dan de ijsluchtbelanalyse andere resultaten oplevert. De booractiviteiten in Antarctica en Groenland en het isoleren van lucht uit de vele ijsmonsters om CO2 te meten, vormen een gigantisch internationaal onderzoeksproject, waarin internationaal veel energie, tijd en geld is gestoken.

De ijsluchtbelmethode bestaat doorgaans uit het malen of schaven van ijsmonsters. De lucht in de bellen ontsnapt dan en kan worden verzameld voor de analyse. Alexander Wilson en Austin Long van de University of Arizona doen het anders. Zij halen CO2 uit ijsmonsters door verdamping. Twee jaar geleden rapporteerden zij dat ze daarbij andere, hogere niveaus voor het broeikasgas maten. De verschillen waren het duidelijkst in ouder ijs dat diep in de ijslaag was gewonnen en was ontstaan gedurende relatief warme perioden in de ijstijden.

Blijkbaar lekt CO2 uit de luchtbellen weg naar het vaste ijs, waaruit het alleen maar door verdamping kan vrijkomen. “CO2 is oplosbaar in ijs”, licht Wilson toe. "Als je dieper in de ijskern doordringt, nemen de leeftijd van en de druk in het ijs toe en die leiden beide tot een aanzienlijk verlies van CO2.

Een andere vraag is waarom de berkenbomen zulke uiteenlopende CO2-niveaus ondervonden. Sjoerd Bohncke en Bas van Geel, van het Hugo de Vries-laboratorium aan de Universiteit van Amsterdam, leverden de Nederlandse fossiele bladeren die Wagner in haar artikel noemt. Bovendien hadden zij informatie over het fossiele stuifmeel dat van dezelfde plek komt. Tellingen van de diverse typen stuifmeel – de pollenanalyse – vertellen welke planten het goed deden of juist niet, en geven zo informatie over klimaatveranderingen. Ze laten zien dat berken 11.000 jaar geleden, toen het klimaat warmer werd, grassen en kruiden verdrongen.

“Onze resultaten kunnen erop wijzen dat de toename van het CO2 het gevolg was van de toenemende temperatuur, in plaats van de oorzaak”, zegt Van Geel. “We hebben meer gegevens nodig om zeker van onze zaak te zijn, maar het lijkt erop dat de temperatuurstijging eerder inzette dan de CO2-stijging. De opwarmende oceanen kunnen de bron van het CO2 zijn geweest”.

Dit jaar publiceert het Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, een nieuw wetenschappelijk rapport over de wetenschap van de mondiale opwarming. Bij hun eerste voorbereidingen hebben de betrokken wetenschappers geen acht geslagen op de berkenbladeren van Wagner of op de pijnlijke vragen die ze doen rijzen. Na de laatste debatten in Science moeten ze er misschien toch eens over nadenken.

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 maart 2001

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.