‘Hoe fossiele schelpen ons helpen om klimaatverandering juister te voorspellen’

Voor de Universiteit Van Vlaanderen staat Niels De Winter stil bij de manier waarop wetenschappers de klimaatverandering beter kunnen voorspellen. Ze kijken daarvoor naar hoe schelpen groeien.

Het klimaat verandert, en dat komt door de mens. Hier twijfelen wetenschappers niet meer aan. We zien de effecten ervan steeds vaker om ons heen. Denk aan de overstromingen in België van vorige zomer of aan de bosbranden in Californië en Australië. Zelfs als we helemaal stoppen met CO₂ uitstoten, dan warmt ons klimaat nog verder op, tot ongeveer 2 tot 3 graden warmer dan het was in het jaar 1850, het moment dat de Industriële revolutie begon, en we begonnen met massaal CO2 in de atmosfeer te pompen. Dat is dus nog 1 tot 2 graden warmer dan nu. En onze CO₂ uitstoot stijgt nog altijd.  We moeten ons dus voorbereiden op een warmer klimaat.

Klimaatmodellen en hun onzekerheid

Hoe ziet zo’n warmer klimaat eruit? Krijgen we nog vaker te maken met droogte, overstromingen of hittegolven? En hoe zit het met de zeespiegelstijging?  Om die vragen te beantwoorden gebruiken we klimaatmodellen. Klimaatmodellen zijn een soort computersimulaties met daarin onze laatste kennis over hoe het klimaat op aarde werkt. Het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), een projectgroep van de Verenigde Naties, gebruikt tientallen van die modellen om voorspellingen te doen over het klimaat van de toekomst bij veel of weinig CO₂ uitstoot. De resultaten van die simulaties lopen nogal uiteen, zoals je kunt zien in de breedte van de “pluim” die de onzekerheid weergeeft op de temperatuur in de toekomst . Klimaatmodellen zijn dan ook continu in ontwikkeling om die onzekerheid te verkleinen.

Mijn collega-klimaatwetenschappers en ik werken samen om ons klimaat beter te begrijpen en de modellen beter te maken. We verzamelen daarvoor gegevens over verschillende soorten klimaten, die we gebruiken ze om onze modellen te testen. Gelukkig worden sinds het jaar 1830 in het KMI-weerstation in Ukkel metingen gedaan van ons weer en klimaat. Die metingen zijn essentieel, maar hun toepassing is beperkt: Het klimaat van de toekomst wordt namelijk fundamenteel anders (veel warmer) dan dat van de laatste 200 jaar. Om gegevens over zo’n warm klimaat te vinden moeten we veel verder terugkijken in de tijd dan het jaar 1830. De CO₂ concentratie in de atmosfeer is nu hoger dan hij was in de laatste 3 miljoen jaar, dus moeten we diep de geschiedenis in duiken.

Klimaatreconstructies

Hier schiet de geologie ons te hulp: Gesteenten die miljoenen jaren geleden tijdens zo’n warmer klimaat vormden bevatten namelijk informatie over het klimaat, en hoe het door de Aardse geschiedenis veranderde. Door metingen te doen aan die gesteenten kunnen we een reconstructie maken van klimaatverandering over duizenden tot miljoenen jaren.

Die gegevens kunnen we gebruiken om onze modellen voor het warme klimaat van de toekomst te verbeteren. Gesteenten vormen heel langzaam, dus die gesteente-reconstructies geven ons een beeld van het gemiddelde klimaat over duizenden jaren. Ze vertellen ons niets over extreem weer en extreme seizoenen. Dat is jammer, want die extremen zijn juist een van de belangrijkste en potentieel gevaarlijkste consequenties van klimaatverandering.

Schelpen als klimaatarchieven

Als klimaatwetenschapper bestudeer ik daarom fossielen van schelpen, zoals oesters. Die dieren leefden tijdens warmere klimaten en legden informatie over het klimaat vast in hun schelp. Zo’n oester bouwt zijn schelp laagje voor laagje op, vergelijkbaar met de ringen in een boom of het groeien van je nagels.

Door die laagjes heel precies te bestuderen kunnen we het klimaat van vroeger in veel groter detail reconstrueren dan uit de gesteenten. We leren zo hoe het milieu waarin die oester vroeger leefde veranderde over de seizoenen, en kunnen zelfs weerspatronen uit het verre verleden bestuderen. Oesters worden ongeveer 20 jaar oud, maar er zijn ook schelpdieren die wel meer dan 500 jaar kunnen leven. Die schelpen zijn dus een soort KMI-weerstations uit het verleden: Ze geven ons een “snapshot” van het klimaat in het geologisch verleden waarmee we onze modellen kunnen testen en ons begrip van het effect van klimaatverandering op extreem weer en extreme seizoenen kunnen verbeteren.

Klimaatreconstrucies in de praktijk

Om uit te leggen hoe we die reconstructies doen neem ik je mee op veldwerk naar de haven van Antwerpen. Onder Vlaanderen en Nederland liggen namelijk zandlagen uit het Plioceen, een geologisch tijdperk van ongeveer 3 miljoen jaar geleden. Dat zand werd hier afgezet voordat de ijstijden begonnen, toen onze voorouder ‘Lucy de mensaap‘ op Aarde rondliep. Het was toen ongeveer 2 tot 3 graden warmer dan nu. Als de haven van Antwerpen wordt uitgebreid, dan graaft men door die oude zandlagen en komen mooie fossielen tevoorschijn van schelpdieren die in die tijd leefden.

Die fossielen zagen we heel precies doormidden, zodat de groeilaagjes zichtbaar worden. In ons lab boren we dan heel precies materiaal uit die schelp, laagje voor laagje. Schelpen bestaan uit kalk, oftewel calcium carbonaat, een mineraal wat calcium, zuurstof en koolstof bevat. In een massa spectrometer (foto), een grote machine waarmee de massa van atomen en moleculen gemeten kan worden, meten we de samenstelling van die kalk-samples uit onze schelplaagjes.

We zijn specifiek op zoek naar de verschillende soorten zuurstof in de schelp. De verhouding tussen zwaar zuurstof (met een massa van 18) en licht zuurstof (met een massa van 16) zegt ons namelijk iets over de watertemperatuur waarin de schelp werd gevormd: In warm water wordt er meer licht zuurstof in de schelp ingebouwd dan in koud water.

Door die zuurstof-verhoudingen te meten kunnen we de temperatuur van het zeewater reconstrueren tijdens het leven van het schelpdier. Dat geeft ons een schatting van de gemiddelde temperatuur tijdens een warm klimaat, maar ook van de schommelingen in de temperatuur van het zeewater die veroorzaakt worden door de seizoenen of zelfs door het weer.

Verbeterde klimaatmodellen

We weten door die metingen aan schelpen dus hoe het klimaat tijdens dat Plioceen, toen het 2-3 graden warmer was, er in detail uitzag, en wat zo’n opwarming betekent voor onze seizoenen en ons weer. Nu kunnen we onze modellen “trainen” om het klimaat in het Noordzeegebied beter te voorspellen door ze het klimaat van het Plioceen opnieuw te laten voorspellen: We simuleren dus het klimaat van 3 miljoen jaar geleden. Door de uitkomst van het model met onze metingen in de schelpen te vergelijken kunnen we onze modellen testen en verbeteren, en tegelijkertijd leren we meer over de uitwerking van klimaatopwarming op extreem weer en extreme seizoenen. Hierdoor worden de onzekerheden in onze modellen voor de toekomst steeds kleiner, en kunnen we ons beter voorbereiden op de veranderingen in ons weer en klimaat in de toekomst. Opwarming van ons klimaat met 1 tot 2 graden lijkt onvermijdelijk, maar we zijn niet te laat om nog meer opwarming te voorkomen. De beste investering in onze toekomst is dus het beperken van onze klimaatvoetafdruk bijvoorbeeld door minder dierlijke producten te consumeren en ons energieverbruik te beperken. In de tussentijd blijven we leren van het klimaat van vroeger: Het verleden is de sleutel tot de toekomst.

Dr. Niels De Winter is paleoklimatoloog aan de VUB.