Kan het zo zijn dat er meer CO₂ in de atmosfeer zit omdat de aarde opwarmt en niet andersom?

Hoewel de initiële opwarming van de Aarde veroorzaakt is door menselijke uitstoot van broeikasgassen, kan de opwarming zelf óók voor meer uitstoot van CO₂ zorgen. Voorbeelden van deze zogenaamde positieve terugkoppelingen als gevolg van de opwarming zijn het vrijkomen van CO₂ en methaan door het smelten van permafrost of het effect van de toename van bosbranden en waterschaarste op het vermogen van bossen om koolstof op te slaan. Een negatieve feedback betreft de toename van chemische verwering bij hogere temperaturen waardoor CO₂ uit de atmosfeer verwijderd wordt, maar het probleem met dit mechanisme is dat het op veel langere tijdschalen speelt. Deze direct aan de temperatuurstijging gekoppelde feedback mechanismen maken deel uit van hoe het complexe systeem Aarde reageert op de toename aan broeikasgassen in de atmosfeer waar wij verantwoordelijk voor zijn.

#CO2 #feedback #broeikaseffect

Bij het beantwoorden van deze vraag moeten we natuurlijk wel meteen duidelijk maken dat de huidige opwarming van de Aarde het gevolg is van de door de mens veroorzaakte uitstoot van broeikasgassen, in het bijzonder CO₂. Echter, door deze opwarming worden er terugkoppelingsmechanismes in het klimaatsysteem in werking gezet die het gevolg zijn van de opwarming zelf en die deze versterken (positieve terugkoppelingen of feedbacks) of juist afzwakken (negatieve feedbacks). Deze feedback mechanismes kunnen er ook voor zorgen dat het gehalte aan broeikasgassen in de atmosfeer extra toeneemt, waardoor versterkte opwarming plaats vindt (positief), of dat dat gehalte juist afneemt (negatief).

Door opwarming worden er terugkoppelingsmechanismes in het klimaatsysteem in werking gezet die het gevolg zijn van de opwarming zelf en die deze versterken (positieve terugkoppelingen of feedbacks) of juist afzwakken (negatieve feedbacks).

Positieve feedback mechanismes

Voorbeelden van positieve feedbacks waarbij dus het gehalte aan broeikasgassen in de atmosfeer toeneemt zijn het ontdooien van de permafrost, de bevroren bodem, in delen van Siberië en Noord Amerika en het vrijkomen van methaan (CH₄) uit gashydraten (een vorm van water ijs met veel methaan in zijn kristalstructuur), die in de permafrost maar ook in de zeebodem zijn opgeslagen. Daarbij komen broeikasgassen als CO₂ en CH₄ vrij, die in de atmosfeer terecht komen en op hun beurt bijdragen aan een verdere opwarming van onze planeet.

Daarnaast zien we dat de opwarming en de daarmee gepaard gaande droogte zorgt voor een toename in zowel het aantal als de omvang van bosbranden, zoals in Siberië en Canada, waardoor opnieuw meer CO₂ aan de atmosfeer wordt toegevoegd. Deze toename wordt op zich wel weer gebufferd door hergroei en door het voor langere tijd opslaan van zogenaamde pyrogene koolstof in terrestrische en mariene reservoirs. Onderzoek laat verder zien dat hogere temperaturen ook kunnen leiden tot waterschaarste. Hierdoor zouden op termijn bijvoorbeeld tropische bossen gedeeltelijk kunnen veranderen in savanne landschappen, waarbij ze een bron van koolstof (carbon source) worden in plaats van dat ze koolstof opslaan (carbon sink).

Dit zijn allemaal voorbeelden van positieve terugkoppelingen (feedbacks) in het klimaatsysteem waardoor de oorspronkelijke verandering, de initiële opwarming veroorzaakt door de uitstoot van broeikasgassen door de mens, versterkt wordt door een verder toename van het gehalte van die broeikasgassen in de atmosfeer (als antwoord op de gestelde vraag). Er is echter nog veel onzekerheid over de rol en het belang van deze positieve feedback mechanismen. Wel wordt met name de ontdooiing van de permafrost in toenemende mate in klimaatmodellen ingebouwd.

Negatieve feedback mechanismes

Er zijn echter ook negatieve feedback mechanismes gekoppeld aan de temperatuurstijging, die dus juist zorgen voor een afname van het gehalte van de broeikasgassen in de atmosfeer. Een voorbeeld van zo’n negatieve feedback is de toename in fotosynthese als gevolg van hogere temperaturen (tot de optimale groeitemperatuur is bereikt). Hierdoor wordt er extra CO₂ uit de atmosfeer gehaald, maar dit mechanisme wordt overschaduwd door de positieve feedbacks die optreden tussen een (verdere) toename in temperatuur en plantengroei, zoals juist temperatuur stress en de eerder genoemde waterschaarste. Een ander voorbeeld van een negatieve feedback is de chemische verwering op Aarde. Deze neemt toe bij een hogere temperatuur waardoor meer CO₂ uit de atmosfeer verwijderd wordt door de chemische processen die een rol spelen bij deze vorm van verwering. Dit natuurlijke proces speelt echter vooral op veel langere tijdschalen, denk aan vele duizenden jaren, een rol. Het idee om het fijngemalen mineraal olivijn op grote schaal te gebruiken om CO₂ uit de atmosfeer te halen is er op gebaseerd.

het hele klimaatsysteem met zijn vele interne terugkoppelingsmechanismes is enorm complex en die complexiteit maakt het dan ook zo lastig om te voospellen wat er nu precies gaat gebeuren.

Andere feedback mechanismes

Tot dus ver hebben we ons vanwege de gestelde vraag geconcentreerd op feedback mechanismen in het klimaatsysteem die het gevolg zijn van de stijging van de globale temperatuur zelf en die leiden tot een toename in het CO₂ gehalte. Daarnaast hebben we ook gekeken naar voorbeelden van negatieve terugkoppelingen, waarbij de opwarming juist leidt tot een reductie van het CO₂ gehalte. Er zijn echter nog veel meer terugkoppelingsmechanismes in het klimaatsysteem en dan met name de koolstofcyclus die een belangrijke rol spelen bij het reguleren / bepalen van het CO₂ gehalte in de atmosfeer, maar die niet direct samenhangen met de temperatuurstijging zelf. Zo wordt een belangrijk deel, ongeveer 50%, van onze CO₂ uitstoot opgenomen door oceanen, bossen en andere ecosystemen, waardoor het CO₂ gehalte en dus de temperatuur aanzienlijk minder snel stijgt. Maar als de oceanen warmer worden en meer CO₂ opnemen kunnen ze op de duur echter weer minder CO₂ opnemen (door de hogere temperatuur, door stagnatie en verminderde productiviteit, en door veranderingen in de alkaliniteit), waardoor het effect van deze negatieve feedback wat zal afnemen. Daarnaast hebben we ook al gezien dat er aanwijzingen zijn dat door de verdergaande opwarming bossen juist minder CO₂ opnemen of zelfs zouden kunnen veranderen van een opslag (sink) in een bron (source) van koolstof. Aan de andere kant neemt de groei van bomen wel weer toe bij stijgende CO₂ concentraties. Kortom het hele klimaatsysteem met zijn vele interne terugkoppelingsmechanismes is enorm complex en die complexiteit maakt het dan ook zo lastig om te voospellen wat er nu precies gaat gebeuren. Maar dat er iets gaat gebeuren is zeker, want door de extra CO₂ die nu de atmosfeer in komt wordt het huidige evenwicht al (ernstig) verstoord.

Hoe kwam dit artikel tot stand?

Dit antwoord is geschreven door Frits Hilgen.

Reviewers: Wouter Peters en Friederike Wagner-Cramers

Redacteur: Joseline Houwman

Gepubliceerd op: 2 april 2021

[1] Hubau, W., Lewis, S.L., Phillips, O.L. et al. Asynchronous carbon sink saturation in African and Amazonian tropical forests. Nature 579, 80–87 (2020) .

[2] Jones, M.W., Santín, C., van der Werf, G.R. et al. Global fire emissions buffered by the production of pyrogenic carbon. Nat. Geosci. 12, 742–747 (2019) .

[3] Maia et al., 2020. The carbon sink of tropical seasonal forests in southeastern Brazil can be under threat. Science Advances, Vol. 6, no. 51 .

[4] Harvey, F. 2020. Tropical forests losing their ability to absorb carbon, study finds. The Guardian. https://www.theguardian.com/environment/2020/mar/04/tropical-forests-losing-their-ability-to-absorb-carbon-study-finds

[5] Schädel, C. 2020. The irreversible emissions of a permafrost ‘tipping point’. Carbon Brief. https://www.carbonbrief.org/guest-post-the-irreversible-emissions-of-a-permafrost-tipping-point

[6] Turetsky M.R., Abbott, B.M., Jones M.C., Anthony K.W., Olefeldt D., Schuur E.A.G., Koven C., McGuire A.D., Grosse G., Kuhry P., Hughelius G., Lawrence D.M., Gibson C., Sannel A.B.K. 2019. Permafrost collapse is accelerating carbon release. Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-019-01313-4