Koraal uit verleden helpt toekomstig klimaat voorspellen

Koralen uit het verleden bevatten veel informatie over het klimaat waarin ze leefden. Dit komt doordat de samenstelling van het skelet van koralen verandert bij andere temperaturen. Die samenstelling is te meten in het skelet van koralen, zelfs als ze als miljoenen jaren oud fossiel gevonden zijn. Meer kennis over warme broeikasperioden in het verleden helpt ons om de toekomst met toenemende broeikasgassen beter te voorspellen.

Fossiele koralen bevatten informatie over het klimaat dat vroeger op de aarde heerste. Er zijn ijstijden geweest waarin grote delen van de wereld bedekt waren met ijs; maar ook warme perioden waarin het zo warm was dat er nergens ijs lag en de polen bedekt waren met bossen. Koralen helpen ons om dit soort warme broeikasperioden te begrijpen. Hiermee krijgen we een beter beeld van mogelijke toekomstscenario’s van een opwarmende aarde. De laatste warme periode was het vroege Eoceen (56 tot 50 miljoen jaar geleden). Tijdens deze broeikasperiode groeiden er bossen op de polen en palmbomen in Nederland. Maar hoe kunnen we precies weten hoe warm het was miljoenen jaren geleden?

Meten aan koralen

Een manier om de temperatuur van perioden uit het verleden te herleiden, is door het skelet van fossiele koralen te bestuderen. Als koralen leven, groeit hun skelet. Hiervoor hebben ze mineralen en elementen nodig die in het zeewater rondzweven. Koralen maken hun skelet door elementen uit het zeewater op te nemen. Omstandigheden, zoals de temperatuur van het zeewater, beïnvloeden de concentratie van deze mineralen en elementen. Bij andere temperaturen verandert de samenstelling van het skelet van een koraal.

Voornamelijk isotopen van zuurstof en koolstof in het skelet (kader), zijn van belang voor het meten van de groeitemperatuur. De verhouding van lichte en zware zuurstof- en koolstofatomen die samen bindingen vormen in het skelet wordt namelijk alleen bepaald door de temperatuur waarin het skelet groeit. Dit is ook te meten als het diertje zelf al dood is, maar het skelet nog bestaat. Het is zelfs te meten aan het skelet van koralen die al miljoenen jaren oud zijn en als fossiel in een gesteente zitten. Dit meten kan aan koralen, maar ook aan schelpen van zeedieren. Echter, alleen als deze fossielen goed bewaard zijn gebleven, is de temperatuur van het zeewater nog steeds te meten. Meerdere van dit soort temperatuurmetingen geven informatie over het klimaat in de tijd dat de koralen en andere zeedieren zijn gegroeid.

Goed bewaard is belangrijk

De koralen moeten goed bewaard zijn, anders is de temperatuur niet meer correct te meten. Dit betekent dat de isotopenbindingen van zuurstof en koolstof niet moeten zijn aangetast. Hoe ouder het fossiel, hoe groter de kans is dat het aangetast is. Dit gebeurt vooral als er zoetwater, zoals grondwater of regenwater, lange tijd langs of door het fossiel stroomt. In dit water zitten ook zuurstof en koolstof isotopen, die uitgewisseld kunnen worden tussen het koraal en het water. De isotopen in het koraal zijn dan niet meer gelijk aan de samenstelling van het zeewater waarin de koralen groeiden. Als men de temperatuur wil meten aan fossielen die deze uitwisseling hebben gehad, zal de gevonden temperatuur erg afwijken van de échte temperatuur. Het is dus erg belangrijk om te controleren in welke staat het fossiel is.

Koralen uit een broeikaswereld

Dit soort metingen zijn toegepast op fossiele koralen uit het broeikasklimaat van het vroege Eoceen. Deze koralen (figuur 1) groeiden zo’n 54 miljoen jaar geleden in het zuiden van Australië, in de tijd dat Australië nog ongeveer aan Antarctica vast zat (figuur 2). Omdat het zo dicht bij de pool lag zou je verwachten dat het er erg koud was, maar het tegendeel bleek waar; er lag een subtropische zee tussen Australië en Antarctica. Zeewatertemperaturen rond de 20 graden zullen jaarlijkse gemiddeldes zijn geweest. Temperaturen richting de 30˚C in de zomer bleken geen uitzondering voor dit klimaat. Uit andere onderzoeken bleek dat de temperaturen richting de tropen ook warmer waren dan nu, maar het verschil was minder groot vergeleken met de polen. Dat vooral hoge breedtegraden, rond de polen, veel warmer waren rond deze tijd, is opvallend.

Blik naar de toekomst

Metingen uit het verleden helpen ons om de toekomst beter te kunnen voorspellen. Nu we weten dat vooral de polen een stuk warmer werden in het verleden vergeleken met andere gebieden, kunnen we betere voorspellingen maken. Met de huidige toename van broeikasgassen in de atmosfeer, is het vrijwel zeker dat de aarde gaat opwarmen. Hoe warm het kan worden en welke gebieden harder op zullen warmen dan anderen bij een bepaalde hoeveelheid aan broeikasgassen, wordt steeds een klein beetje duidelijker. Uit onderzoek blijkt dat vroeger voornamelijk de polen veel warmer konden worden. Dit is ook vergelijkbaar met wat we nu al kunnen waarnemen; de laatste jaren is de temperatuur op de polen meer toegenomen dan op andere gebieden op aarde. Als we naar de kennis uit de koralen van het Eoceen kijken, lijkt het dus mogelijk dat de polen in de toekomst bijna net zo warm kunnen worden als de subtropen nu zijn, afhankelijk van hoe ver we door zullen gaan met de uitstoot van broeikasgassen.