In een tweetal artikelen die op het eerste oog weinig hebben uit te staan met de huidige klimaatdiscussies, wordt nieuw licht geworpen op de omstandigheden die hebben geleid tot de vijf grote “mass extinctions” die in de geologie worden onderscheiden.
De klassieke “Big Five” massa-extincties zoals deze werden geïdentificeerd door Raup en Sepkoski (1982) worden algemeen erkend als de meest significante: Eind Ordovicium (444 miljoen jaar geleden), Late Devoon (383-359 miljoen jaar geleden), Eind Perm (252 miljoen jaar geleden), Eind Trias (201 miljoen jaar geleden) en Eind Krijt (66 miljoen jaar geleden).
Algemeen werd aangenomen dat de oorzaken voor het massale uitsterven voor de verschillende periodes ook anders waren. Het massale sterven in het Ordovicium zou zijn veroorzaakt door een plotseling inzettende ijstijd. Dat van de Krijt-periode werd veroorzaakt door een enorme meteoor en de overige rampen zouden te maken hebben met zgn. LIP-erupties (large igneous province).
Bij deze rampen ontstaan vlakten met actieve vulkanische scheuren en kunnen honderdduizenden vierkante kilometers land door dikke lagen gesmolten gesteente worden bedekt.
Gedacht werd dat, omdat bij deze uitbarstingen werden ook immense hoeveelheden broeikasgassen als kooldioxide in de atmosfeer worden uitgestoten, er een razendsnelle opwarming van de aarde in gang zal worden gezet, maar waardoor ook de oceanen sterk verzuurden en van hun opgeloste zuurstof werden beroofd (anoxie). Een aardige samenvatting van dit alles is te vinden op https://www.nationalgeographic.nl/wetenschap/2019/09/wat-waren-de-5-massa-extincties-en-wat-veroorzaakte-ze.
Nieuwe inzichten
Het eerste artikel waarin wordt gebroken met de bovenstaande ‘consensus’ is van de hand van Bond en Grasby. Het artikel “Late Ordovician mass extinction caused by volcanism, warming, and anoxia, not cooling and glaciation” verscheen in ‘Geology’ maart 2020.
In dit artikel wordt door de auteursde stelling uitgewerkt dat Ordovicium massa extinctie helemaal niet verschilde van de overige ‘Big Five’ en ook het gevolg was van vulkanisme, een opwarmend klimaat en grootschalig optredende anoxia.
Het is natuurlijk ook een artikel dat aardig past binnen de ‘global warming’ discussie en wordt dan ook opgeleukt met een commentaar als: “The removal of cooling from the list of Phanerozoic extinction drivers has relevance to the modern phase of global warming: rather than casting doubt on the warming-extinction nexus, the Late Ordovician mass extinction (LOME) now corroborates it. All major mass extinctions are associated with global warming.”
Ook wanneer we de ‘Big five’ uitbreiden met de massa extinctie in het midden van de Perm-periode, zoals wordt voorgesteld door Rampino (zie: https://www.firstpost.com/tech/science/earth-saw-its-sixth-mass-extinction-260-million-years-ago-new-research-proposes-7360721.html) blijft deze conclusie blijkbaar hetzelfde:
“Volgens de beschikbare gegevens stierf [gedurende deze periode] ongeveer 60 procent van de mariene soorten uit en volgens de auteur van de studie zou eenzelfde hoeveelheid niet-mariene soorten ook kunnen zijn uitgestorven. (…) Het uitsterven van Guadalupe heeft iets gemeen met de andere vijf: “Alle zes grote massale uitstervingen zijn gecorreleerd met verwoestende milieu-omwentelingen – in het bijzonder massale uitbarstingen van vloedbasalt, die elk meer dan een miljoen vierkante kilometer beslaan met dikke lavastromen.”
Het tweede artikel waarin de consensus wordt aangevallen gaat ook over de LOME. Het is gepubliceerd op 2 december 2021 in Nature geoscience, en is misschien wel het meest bedreigende artikel wat ik tot dusverre heb gelezen over klimaatverandering.
Het artikel heeft een vrij neutrale titel: “Late Ordovician climate change and extinctions driven by elevated volcanic nutrient supply” en is van de hand van Longman, J. et al.
In dit artikel wordt uitgewerkt dat de lava, die vrijkomt bij grote vulkanische gebeurtenissen (de LIP-erupties), grote hoeveelheden fosfaat bevat, die in de door hem bestudeerde Ordovicium-periode, vrij snel zullen vrijkwamen bij verweringsprocessen in de oceaan.
Erger nog, de hoeveelheid fosfaat die toen vrijkwam was zo groot dat deze een algenbloei heeft veroorzaakt, die alle aanwezige zuurstof in de oceanen heeft verbruikt.
Nu zal dit voor een enkel jaar misschien nog wel te overleven zijn, maar teveel fosfaat in het zeewater is een zeer hardnekkig probleem. Ook al omdat blauwalgen, vaak verantwoordelijk voor algenbloei, in staat zijn om de andere kritieke bemesting-stof, stikstof, zelf uit de lucht te halen.
Fosfaat-problematiek
De “Lang leve de zee”-lezing van C. Slomp uit 2014 (https://www.uu.nl/sites/default/files/2014oratie-slomp.pdf) waarin wordt ingegaan op het fosfaatprobleem in de Oostzee, kan worden gezien als een goede illustratie van de wijze waarop het fosfaatprobleem afwijkt van andere verontreinigingen. Hieronder heb ik enkele relevante passages opgenomen:
“Wel is het zo dat de instroom van fosfaat vanaf 1980 al sterk is afgenomen. Dat komt omdat het probleem in de 70-er jaren is onderkend. Vooral in Zweden en Finland is het afvalwater vanaf die tijd steeds beter gezuiverd van fosfaat. Maar in plaats van een afname in algenbloeien zien we nog steeds een toename. Wat is er aan de hand?
Om dat te verklaren moet je het lot van het fosfaat in de Oostzee begrijpen. Je kunt de zee voorstellen als een hele grote bak met water waar fosfaat via de rivieren in stroomt. Er is ook een uitstroom van water met fosfaat naar de Noordzee, maar die uitstroom is voor de fosfaatbalans niet erg belangrijk, dus die negeren we hier verder. Vooral is echter belangrijk de begraving in de zeebodem.
Fosfaat wordt daar begraven in de vorm van organisch materiaal – dat zijn de resten van dode algen en bacteriën, en in de vorm van fosfaatmineralen. Bij de vorming van die mineralen gaat het fosfaat dat vrij komt uit algen een binding aan met andere elementen zoals calcium, mangaan en ijzer. Maar een probleem is dat de begraving van fosfaat geen gelijke tred houdt met de instroom van het fosfaat. De begraving is veel langzamer. Dat komt onder meer omdat de begraving van fosfaat gevoelig is voor de zuurstofconcentratie in het zeewater. Als de zuurstofconcentratie daalt wordt de begraving van fosfaat steeds minder efficiënt. Dat betekent dat het fosfaat niet in de zeebodem verdwijnt maar steeds opnieuw door algen hergebruikt kan worden.”
Slomp komt voor dit vreemde verschijnsel met de volgende, plausibele verklaring:
“[M]icro-organismen die verantwoordelijk zijn voor de afbraak van de dode algen [gebruiken] maar een deel van het fosfaat. Bij algen is de gemiddelde verhouding van koolstof ten opzichte van fosfor gelijk aan 106, dat wil zeggen dat er per 106 koolstof atomen maar 1 fosfor atoom in een cel zit. Bacteriën bleken een veel hogere koolstof-fosfor verhouding te hebben van boven de 400 (Figuur 6).
Bacteriën hebben al het fosfaat dat in algen zit dus niet nodig. Sterker nog, het fosfaat zit in de weg als de bacteriën bij het koolstof in de dode algen willen komen. Ze proberen daarom het fosfaat actief kwijt te raken door enzymen uit te scheiden die het fosfaat vrijmaken uit het dode algen materiaal.”
De aanwezigheid van algen
Maar hoe kunnen we weten dat algen bij de genoemde uitstervingsgolven een belangrijke rol hebben gespeeld?
Een belangrijke onderzoekstechniek is die waarbij wordt gekeken naar de verschillende koolstof-isotopen in kalksteen, wat ontstaat door de opeenhoping van (kalkhoudende) stoffelijke overblijfselen van in zee levende organismen.
De isotopen koolstof-12 en koolstof-13 zijn van nature aanwezig in oceaanwater, maar Aardse levensvormen hebben een voorkeur voor koolstof-12. Dus hoe meer leven er is, hoe meer koolstof-12 er uit de circulatie wordt gehaald en hoe hoger het percentage koolstof-13 in de kalksteen wordt. Wanneer we de leeftijd van een kalksteenlaag kennen, kan dus worden bepaald hoe het in die tijd gesteld was met het leven in het biotoop waarin de kalksteenlaag ontstond.
Daarnaast hebben bacteriën en algen de neiging om ondiep water op te zoeken terwijl hogere levensvormen zich veel meer over ondiep en iets dieper water verspreiden. Dus als in de kalksteenlagen op de bodem van ondiep water meer koolstof-13 belandt dan in de dieper liggende lagen even verderop, dan is dat een aanwijzing dat eencelligen de overheersende levensvorm zijn geweest.
In het onderzoek van Longman et al. werden de volgende data verzameld:
Het is duidelijk dat de fosfaat (P)- input door de vulkaanuitbarstingen samenviel met de enorme koolstof-13 pieken. De klaarblijkelijk opgetreden algenbloei zorgde voor de volgende mate van zuurstofloosheid van het oceaanwater:
De onderzoekers kampen blijkbaar nog met de vraag hoe het mogelijk was dat de ene fosfaatgolf, na 10 miljoen jaar, nog invloed kon hebben op de volgende, maar ik geloof dat Slomp in 2014, zoals hierboven uiteengezet, hiervoor een aardige verklaring heeft gevonden.
De Late Ordovicium-extinctie was voor zover bekend de op één na zwaarste massa-extinctie ooit, (na die aan het einde van het Perm-tijdperk) waarbij naar schatting 85 procent van alle soorten op aarde werd uitgeroeid.
Het leven speelde zich nog voornamelijk af in het water, hoewel er aanwijzingen zijn dat primitieve planten en insecten al in vochtige omgevingen op het land voorkwamen. De gebeurtenis betekende vooral het einde van zeeorganismen als koralen, schelpdragende armpotigen, aalachtige wezens genaamd conodonten, en trilobieten.
Maar als Bond en Grasby (2020) gelijk hebben en alle Big Five’ het gevolg zijn van vulkanisme, een opwarmend klimaat en grootschalig optredende anoxia, zou dan niet overal fosfaatbemesting en resulterende algenbloei een verbindende schakel kunnen zijn? En als dat zo is, dan moeten daarvan toch ook sporen te vinden zijn?
Het voert in dit kader natuurlijk te ver om alle genoemde periodes te bespreken, maar in ieder geval voor de grootste van allemaal, was wel het wel relatief eenvoudig om relevante aanwijzingen hierover te vinden.
Het uitsterven in het Perm-tijdperk
National geographic geeft de volgende samenvatting van de grootste massa-extinctie die we kennen: (https://www.nationalgeographic.nl/wetenschap/2019/09/wat-waren-de-5-massa-extincties-en-wat-veroorzaakte-ze)
“Zo’n 252 miljoen jaar geleden werd het leven op aarde geconfronteerd met het ‘Grote Afsterven’: de Perm-Trias-extinctie. De catastrofe was de zwaarste massa-extinctie die het leven op de planeet ooit heeft getroffen. In een periode van slechts 60.000 jaar stierven 96 procent van alle soorten in zee en ongeveer 75 procent van alle soorten op land uit. De bossen op aarde werden weggevaagd en herstelden zich pas tien miljoen jaar later. Van de vijf massa-extincties is de Perm-Trias-extinctie de enige waarbij ook ontelbare insectensoorten uitstierven. Mariene ecosystemen hadden vier tot acht miljoen jaar nodig om zich te herstellen.
Verreweg de belangrijkste oorzaak van deze massa-extinctie waren de zogenaamde Siberische Trappen, een immens complex van actieve vulkanische scheuren die meer dan drie miljoen kubieke kilometer gesmolten gesteente uitbraakten en grote delen van het huidige Siberië met dikke lagen lava bedekten.”
Op https://www.sciencelink.net/nieuws-and-verdieping/de-ergste-algenbloei-aller-tijden/4385.article wordt aandacht besteed aan het onderzoek van Meyer et al. “δ13C evidence that high primary productivity delayed recovery from end-Permian mass extinction” (2010).
Dit onderzoek focust zich op de vraag hoe het mogelijk is dat het landleven zich na het Siberische Trappen incident vrij snel herstelde maar dat de oceanen nog zo’n 5 miljoen jaar extreem arm aan zuurstof bleven:
“Hoe dat precies kon, was tot nu toe een raadsel. (…)
In de kalksteenlagen in het zuiden van China, die Meyer heeft onderzocht, blijkt [er een duidelijke] koolstof-13-gradiënt als functie van de waterdiepte te zitten. En die gradiënt is nog relatief steil ook. Conclusie: bacteriën en algen overheersten 250 miljoen jaar geleden inderdaad, en het waren er véél.
De verklaring is niet zo moeilijk te verzinnen. De vulkanen moeten grote hoeveelheden CO2 in de atmosfeer hebben uitgebraakt. Dat schiep de condities voor een enorme algenbloei in de oceanen. Die algen gingen dood en werden afgebroken door navenant grote kolonies bacteriën, die voor een deel aeroob waren. Met als gevolg dat het bacteriële zuurstofverbruik zó hoog werd dat er voor andere organismen, zoals vissen, nauwelijks zuurstof in het water overbleef.
Kennelijk duurde het 5 miljoen jaar voordat de extra CO2 op was, waarna het eencellige leven zich op een veel lager niveau stabiliseerde en de vissen letterlijk weer lucht kregen.”
Nu is de CO2-hypothese wel erg slecht gekozen. Waarom zouden bacteriën zo sterk op CO2 reageren als er geen extra voedsel beschikbaar zou zijn (CO2 is vrijwel nooit de meest beperkende groei-factor)? Maar waar het totaalplaatje natuurlijk wel weer sterk aan doet denken, is de fosfaat-problematiek die, zoals hierboven al besproken, eindeloos weer kan opspelen door de gebrekkige binding van fosfaat onder zuurstofloze omstandigheden.
Anders dan men zou verwachten is klimaatverandering als zodanig dus eigenlijk vrijwel nooit een aanleiding voor massa extincties, maar is het optreden van zuurstofloze omstandigheden, zoals besproken in de blog “opwarming”, wel degelijk een fors probleem!
Extreem weer
Waarom is deze hypothese zo bedreigend?
Op mijn website en in eerdere blogs (o.a. “Temperatuurrecord in het Arctisch gebied”, “De El Niño uitzondering”, “Gaan we nog wat doen aan het klimaat?”, “Opwarming”, “De Canadese nachtmerrie” en de webpagina’s “Ontkenners” en “Het veranderende klimaat” ) ben ik al tot vervelens toe ingegaan op de effecten van algenbloei op het klimaat. Algenbloei gaat hier samen met anoxie en opwarming, deze factoren vallen ook nu samen en het lijkt er niet op dat dit toevallig is.
Ik geloof dat daaruit en nu dus ook er uit het materiaal wat we beschikbaar hebben over de “Big Five” uitstervingsgolven, vrij duidelijk valt te destilleren dat overbemesting van de oceanen een héél slecht idee is.
In de eerste decennia van de eenentwintigste eeuw wordt per jaar gemiddeld ongeveer 19 miljoen ton fosfaat in de vorm van erts per jaar gewonnen, wat wordt gebruikt om de “groene revolutie” te onderhouden en tot een goed einde te brengen. Tachtig procent van de gewonnen fosfaat eindigt als kunstmest op het land (https://www.wur.nl/nl/Dossiers/dossier/Fosfaat-1.htm), dat komt dus ongeveer overeen met 15 miljoen ton.
In het onderzoek van Longman, J. et al. werd gevonden dat gedurende de zwaarste puls in het Ordovicium in totaal 2.89 × 1015 mol Fosfor vrijkwam. Op basis van Monte-Carlo simulatie werd gevonden dat de jaarlijkse flux rond de 3 x 1010 mol P per jaar moet zijn geweest.
Volgens het USGS, het National Minerals Information Center, werd in 2020 47 miljoen ton fosfaat (P2O5) als kunstmest gebruikt. Eén mol fosfaat weegt 94,97 gram. Maar dat betekent dus dat er op dit moment per jaar 4,95 x 1011 mol fosfaat als kunstmest over het land wordt verspreid, ofwel 9,9 x 1011 mol fosfor. Afspoelingsverliezen worden door het WUR begroot op 10%, waardoor er dus, alleen al vanuit deze bron ruim drie maal zoveel fosfor naar de zeeën wordt afgevoerd, als gedurende de LOME.
Gelukkig is fosfaat op het land ook goed gebonden aan de grond, maar uit- en afspoelingsverliezen zullen er toch ook nog zijn. Ook de landbouwproducten bevatten het nodige fosfaat, die geconsumeerd zullen worden en vervolgens niet altijd worden gezuiverd, voordat de fosfaat ‘terug wordt gegeven’ aan de natuurlijke ecosystemen, waar het eindeloos kan worden hergebruikt.
De effecten hiervan zijn inmiddels al wel duidelijk zichtbaar bij de kustwateren waar de effecten van fosfaatbemesting het meest zichtbaar zijn. In de blog opwarming is hierover al de volgende afbeelding opgenomen. Maar dit alles betekent natuurlijk wel dat we op dit moment gevaarlijk dicht bij een Large Igneous Province (LIP) simulatie zijn.
Dit zorgt dus voor opwarming… (zie: https://kaltesonne.de/warum-feuer-im-sueden-der-usa-ein-echtes-klimawandelsignal-darstellen/)
De effecten hiervan zijn inmiddels, zoals het IPCC om de paar jaar laat weten, al wel duidelijk zichtbaar. 97% van de wetenschappers zou het daar al over eens zijn…
Maar dat ging natuurlijk over de effecten van kooldioxide; hoe kun je dan aannemelijk maken dat deze opwarming een andere oorzaak heeft?
het belangrijkste argument hiervoor, naast de overduidelijke concentratie van opwarming in de kustgebieden, is natuurlijk dat de aard van opwarming anders moet zijn. Kooldioxide versterkt de terugstraling van langgolvige straling. Als gevolg van de terugstraling zou de langolvige straling de opwarming moeten verzorgen.
Opwarming door algenbloei vindt plaats door opwarming van de oppervlaktetemperatuur van het zeewater (SST), waardoor de wolkenvorming wordt tegengegaan (zie blog de El Niño uitzondering, onder SST en wolken). Opwarming door algenbloei is dan door kortgolvige straling.
Dit kunnen we meten. Nog onlangs heeft Willis Eschenbach na een intensieve studie naar de terugstraling, als gevolg van de aanwezigheid van kooldioxide in de atmosfeer, al op in https://wattsupwiththat.com/2022/01/07/where-is-the-top-of-the-atmosphere/ opgemerkt:
“Why is the surface warming faster than the CO2 increase would suggest? Well, the main reason is the increase in the amount of sunlight absorbed by the surface. That solar energy has increased by 1.5 W/m2 over the 21-year period of the CERES record.”
Een duidelijke bevestiging van de opwarming door algenbloei-hypothese…
Tot dusverre hebben de studies van de IPCC over de invloed van de zon zich steeds beperkt tot de vaststelling dat de invloed van zonnevlekken op het klimaat verwaarloosbaar is. Over de wolken (cloud feedback) wordt enkel opgemerkt dat de invloed hiervan moeilijk te bepalen is, hoewel in de AR6 studie wordt opgemerkt dat de invloed van wolken waarschijnlijk toch verkoelend is (zie AR6, hoofdstuk 7). Zonder overigens in te gaan op de vraag hoe wolkenvorming wordt tegengegaan door een toename van kooldioxide.
Maar deze houding is wat mij betreft inmiddels niet meer acceptabel. Als er een belangrijke bron van opwarming bestaat, die niet in de klimaatmodellen van het IPCC is opgenomen, betekent immers ook dat deze modellen niet (langer) betrouwbaar zijn.
Voor een land als Nederland, wat aantoonbaar wordt geconfronteerd met een algenprobleem, zou het toch jammer zijn als in de komende jaren miljarden worden geïnvesteerd in het stoppen van het kooldioxide broeikaseffect, terwijl dat mogelijk, of zelfs, naar alle waarschijnlijkheid, helemaal niet eens ons belangrijkste klimaatprobleem is…
En dit alles bevat dus eigenlijk een tweeledige boodschap met goed en slecht nieuws:
Er is een duidelijke aanvullende, of misschien wel concurrerende, hypothese voor de recente opwarming van de Aarde.
Naast een wereldwijde gemiddelde opwarming door het broeikas-effect veroorzaakt door de toename van kooldioxide, lijkt er inmiddels veel meer bewijs te bestaan voor de effecten van plaatselijk optredende algenbloeien, en de begeleidende Marine Heatwaves/ extreem weer, die eveneens verantwoordelijk zouden kunnen zijn voor de almaar oplopende gemiddelde wereldtemperatuur.
Als we er niet in slagen om de fosfor-kringloop op wereldschaal grotendeels te sluiten, zouden we te maken kunnen hebben met een heel groot probleem.