Met Paleoklimaatonderzoekers op expeditie naar de broeikaswereld van de toekomst Appy Sluijs Palaeo-ecologie; Departement Biologie; Universiteit Utrecht.

Presentatie over: "Met Paleoklimaatonderzoekers op expeditie naar de broeikaswereld van de toekomst Appy Sluijs Palaeo-ecologie; Departement Biologie; Universiteit Utrecht."— Transcript van de presentatie:

1 Met Paleoklimaatonderzoekers op expeditie naar de broeikaswereld van de toekomst Appy Sluijs Palaeo-ecologie; Departement Biologie; Universiteit Utrecht Lucas J Lourens Faculteit Geowetenschappen; Universiteit Utrecht

2 Opzet Het Broeikaseffect - De Koolstofkringloop - de korte koolstofkringloop - de lange koolstofkringloop - Het hitterecord, 55 miljoen jaar geleden

3 Primaire bepalers mondiaal klimaat
- Zon - Broeikasgassen Samen bepalen ze de totale hoeveelheid energie op het aardoppervlak

4 Broeikaseffect Houdt aardoppervlak warm  niet diepbevroren (+31ºC) Broeikasgassen: H2O, CO2, CH4, NOx, O3, VOCs etc. Zon en broeikasgassen bepalen de totale hoeveelheid energie op het aardoppervlak

5 Broeikaseffect Venus vs Aarde

6 The Faint Young Sun Paradox

7 De Aardse Thermostaat

8 Data SOI and NOAA

9 Totale hoeveelheid energie neemt toe
Zonneactiviteit Constant!

10 Noordelijke IJs?zee (27-8)
National Snow and Ice Data Center

11 CO2 concentratie laatste millennium: Hockeystick
IPCC, 2001

12 CO2 concentratie door ijstijden
Ruddiman, 2001

13 CO2 concentratie sinds de dinosauriërs
2250? 2100? 1850 Royer et al., 2006; GCA

14 Vraag: Waarom was CO2 dan zo hoog
Vraag: Waarom was CO2 dan zo hoog? De Koolstofkringloop bepaalt hoeveel koolstof (C) zich op welke plaats op aarde bevindt. - de korte koolstofkringloop - de lange koolstofkringloop

15 De Korte Koolstofkringloop: Fotosynthese en Respiratie
Fotosynthese: 6CO2 + 6H2O + zonlicht  C6H12O6 + 6O2 CO2 CO2 O2 O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 O2 C6H12O6

16 De Korte Koolstofkringloop: Fotosynthese en Respiratie
Respiratie: 6CO2 + 6H2O + zonlicht  C6H12O6 + 6O2 CO2 CO2 CO2 CO2 CO2

17 De Korte Koolstofkringloop: Fotosynthese en Respiratie

18 Seizoenale vegetatie kringloop
Winter Zomer

19 De jaarlijkse cyclus Data SOI and NOAA

20 De Korte Koolstofkringloop: Fotosynthese en Respiratie

21 Vraag: Waarom was CO2 dan zo hoog
Vraag: Waarom was CO2 dan zo hoog? De Koolstofkringloop bepaalt hoeveel koolstof (C) zich op welke plaats op aarde bevindt. - de korte koolstofkringloop niet - de lange koolstofkringloop?

22 De Lange Koolstofkringloop: Opslag van C; langere tijdschalen
Als koolstofhoudend materiaal sneller ophoopt dan het in het ecosysteem wordt afgebroken: opslag in sedimenten

23 De Lange Koolstofkringloop: Opslag van C; langere tijdschalen
Veen

24 De Lange Koolstofkringloop: Opslag van C; langere tijdschalen
Steenkool

25 Photische zone, calcium carbonaat (kalk) productie: 2HCO3- + Ca2+  CaCO3 + CO2 + H2O

26 Photische zone, calcium carbonaat (kalk) productie: 2HCO3- + Ca2+  CaCO3 + CO2 + H2O

27 Begraving

28 Begraving

29 Waarom zijn HCO3- en Ca2+ nog niet op in de oceaan?
Fotische zone, calcium carbonaat (kalk) productie: 2HCO3- + Ca2+  CaCO3 + CO2 + H2O Waarom zijn HCO3- en Ca2+ nog niet op in de oceaan? Blijkbaar ook een bron

30 Onderliggend mechanisme: Plaattectoniek

31 Vulkanisme: CO2 afkomstig van gesubduceerde kalk

32 Silicaatverwering op continenten
Kooldioxide Water Koolzuur CaSiO3 + 2H2O + 2CO2  Ca2+ + 2HCO3- + SiO2 + H2O (silicaat gesteente + water + kooldioxide  calcium + bicarbonaat+ silica + water)

33 Silicaatverwering op continenten
Kooldioxide Water Koolzuur CaSiO3 + 2H2O + 2CO2  Ca2+ + 2HCO3- + SiO2 + H2O 2HCO3- + Ca2+  CaCO3 + CO2 + H2O

34 Silicaatverwering: CO2  HCO3-

35 De Lange Koolstofkringloop:

36 De Lange Koolstofkringloop: Opslag van C; langere tijdschalen

37 De Lange Koolstofkringloop: Opslag van C; langere tijdschalen
Fossiele brandstoffen: 5,000 Methaan in hydraatvorm: ~5,000

38 Vraag: Waarom was CO2 dan zo hoog
Vraag: Waarom was CO2 dan zo hoog? De Lange Koolstofkringloop bevond zich in een staat waarbij iets minder C was opgeslagen in gesteenten en iets meer in de oceanen en de atmosfeer

39 5 minuten ademhalen: case-study naar het hitterecord van 55 miljoen jaar geleden

40 Klimaatgeschiedenis opgeslagen in sedimenten
Micro- fossielen Macro fossielen

41 CO2 vs temperatuur sinds de dinosauriërs
Zachos et al. In prep

42 Taxodiaceae (Metasequoia)

43 Taxodiaceae (Metasequoia)

44

45 POLEN IJSVRIJ: Zeespiegel ~100m hoger

46 Zeespiegel zonder ijskappen

47 Stabiele Koolstof Isotopen
12C: 6 protonen and 6 neutronen (98.89%) 13C: 6 protonen and 7 neutronen (1.11%) 12CO2 13CO2 12CO2 12CO2 12CO2 Planten nemen beter 12C op dan 13C  in biomassa: 12C 99%; 13C 1% verhouding 13C/12C verandert

48 Stabiele Koolstof Isotopen
12C: 6 protonen and 6 neutronen (98.89%) 13C: 6 protonen and 7 neutronen (1.11%) 13C: hoger  meer 13C lager  meer 12C

49 Stabiele Koolstof Isotopen: 13C

50

51 Paleoceen-Eoceen temperatuursmaximum
PETM: 55 miljoen jaar geleden C12!

52 Paleoceen-Eoceen temperatuursmaximum
PETM: 55 miljoen jaar geleden C12!

53

54 Koolstof-isotopen shift methaan hydraten

55 Gashydraten hypothese!!!
Eerst een beetje opwarming door CO2 toename (vulkanen) Diepzee warmt op (1000 jaar) Warmte door zeebodem naar CH4 hydraten (2000 jaar) Methaanscheet

56 Boorkern nabij New York
PETM: Boorkern nabij New York Sluijs et al. 2007; Nature

57 Sluijs et al. 2007; Nature

58 Kortom: het PETM werd veroorzaakt door een enorme en snelle toename van de CO2 concentratie in de atmosfeer!

59 Kortom: het PETM werd veroorzaakt door een enorme en snelle toename van de CO2 concentratie in de atmosfeer! schatting PETM C input: 2-7 x 1018 g menselijke C uitstoot (alle fossiele brandstoffen): 5 x 1018 g PETM is een goede analoog voor de toekomst

60 PETM mondiale opwarming
+5 +5 +8 +5 +5 +6-8 +6-8

61 Hitterecord 23° C Sluijs et al. 2006; Nature

62 Benthic Foraminifer Extinction event
~40% of calcareous species went extinct Followed by radiations “BIG” K/T boundary: no extinctions!!

63 Zoogdier evolutie tijdens het PETM
Source: Phil Gingerich

64 Zoogdier evolutie tijdens het PETM

65 Hitterecord Verzuring 55 miljoen jaar

66 Photische zone, calcium carbonaat (kalk) productie: 2HCO3- + Ca2+  CaCO3 + CO2 + H2O

67 Photische zone, calcium carbonaat (kalk) productie: 2HCO3- + Ca2+  CaCO3 + CO2 + H2O

68 PETM temperatuur : Noordpool
Sluijs et al. 2006, Nature

69 PETM temperatuur : New York
Zachos et al. 2006, Geology

70 PETM temperatuur : New York
Sluijs et al., 2007; Nature

71 PETM temperatuur : Tasmanie Lag naast Antarctica tijdens het PETM
Bijl, Sluijs, Schouten et al. unpubl

72 Klimaatmodellen? Model-data mismatch
-5 5 10 15 20 25 30 35 -5 5 10 15 20 25 30 35 Klimaatmodel voor PETM: Pool – evenaar – pool temperatuur 1120 ppm CO2 Mean Annual Surface Temperature (ºC) -80 -40 40 80 Latitude (degrees) Model output Huber and Nof 2006, Palaeo 3.

73 Klimaatmodellen? Model-data mismatch
-5 5 10 15 20 25 30 35 -5 5 10 15 20 25 30 35 Klimaatmodel Pre/post PETM surface temperature PETM temperature Mean Annual Surface Temperature (ºC) -80 -40 40 80 Latitude (degrees) Model output Huber and Nof 2006, Palaeo 3.