VI. PLANEET AARDE OP MENSENMAAT

Universiteit Derde Leeftijd Leuven VAN OERKNAL TOT MENS PLANEET AARDE, EEN UNIEK KOSMISCH EXPERIMENT

KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN

VI. PLANEET AARDE OP MENSENMAAT “We live on a live planet that can respond to the changes we make, either by cancelling the changes or by cancelling us.” James Ephraim Lovelock Gaia. A New Look at Life on Earth (1976)

Het levensverhaal van Planeet Aarde confronteert ons met het ware tijdskader waarbinnen onze planeet functioneert. Zoomen we in op het tijdskader van de menselijke geschiedenis, dan ontdekken we dat Planeet Aarde nog steeds ‘de touwtjes in handen heeft’. Het verhaal van de mens is en blijft onlosmakelijk verbonden met het verhaal van Planeet Aarde.

Een duik in de ijskelder Zo’n 65,5 miljoen jaar geleden begint de laatste era van de geologische geschiedenis, het cenozoïcum. De wereld herstelde zich van de Chixculubinslag. De vroegcenozoïsche wereld was een broeikaswereld, een wereld zonder ijskappen. Atmosferische koolzuurgasconcentraties lagen heel wat hoger dan vandaag. Ook oceanen waren globaal warmer dan nu. Opvallend was de uitzonderlijk warme Arctische Zee. Er heerste een subtropisch klimaat aan de Noordpool. Tussen ongeveer 53 en 51 miljoen jaar bereikte het globale klimaat een optimum, het vroeg-eoceenklimaatoptimum. Steeds meer wordt duidelijk dat deze periode gekenmerkt wordt door een cyclische afwisseling van ‘warme’ tijden en ‘zeer warme’ tijden, de hyperthermische gebeurtenissen. In het vroeg-cenozoïsche sedimentarchief merkt men kortstondige gebeurtenissen die beginnen met een uiterst negatieve afwijking in de koolstofisotopenverhouding in het sediment. Deze extreme afwijking kan enkel verklaard worden door een massale injectie van organisch koolstof – een ware ‘carbon burp’ – in het atmosfeer-oceaansysteem. Het gevolg was een volledige ontregeling van de koolstofcyclus en een snelle opwarming van het globale klimaat. De meest gekende van deze hyperthermische gebeurtenissen is het ‘paleoceen-eoceen thermische maximum’ (PETM), ongeveer 55,5 miljoen jaar geleden. Deze hyperthermische gebeurtenis kwam dus op gang door een massale injectie van een broeikasgas in het atmosfeer-oceaansysteem. De schatting is dat tussen 1.500 en 4.000 gigaton koolstof vrijkwam in ‘amper’ 15.000 tot 30.000 jaar. Deze massale injectie trok een cascade van positieve terugkoppelingsprocessen op gang. Deze cascade lag aan de basis van een globale opwarming – een ‘hothouse’ – die nog meer dan 60.000 jaar bleef duren nadat de atmosferische koolzuurgasconcentratie was gestabiliseerd. Er deed zich een globale opwarming voor van 5 tot 9°C. Dit leidde tot een extreme opwarming van de oceanen, in de tropen tot meer dan 30°C, in de Arctische Zee tot ongeveer 17°C. Uiteindelijk zal Planeet Aarde ‘wakker schieten’ en het herstel inzetten aan de hand van negatieve terugkoppelingsprocessen. Dit herstelproces heeft ongeveer PROF. MANUEL SINTUBIN, PHD FGS 4 March 2013

Universiteit Derde Leeftijd Leuven PLANEET AARDE, EEN UNIEK KOSMISCH EXPERIMENT VI. PLANEET AARDE OP MENSENMAAT

70.000 jaar in beslag genomen. Deze hyperthermische gebeurtenis duurde dus in totaal ongeveer 170.000 jaar. De reconstructie van deze gebeurtenis leert ons veel over de wijze waarom Planeet Aarde reageert op een plotse, massale injectie van een broeikasgas in het atmosfeer-oceaansysteem. De parallellen met de huidige klimaatcrisis liggen dan ook voor de hand. Zo’n 49 miljoen jaar geleden begon een globale afkoeling. Het startschot van deze overgang naar de huidige ijskelderwereld is het ‘Azolla event’, een opmerkelijke massale bloei en sterfte van zoetwatervarens in de Arctische Zee. Ongeveer 40 miljoen jaar geleden kende het globale klimaat een laatste warmteopstoot, het midden-eoceenklimaatoptimum. Mogelijk heeft deze klimaatopwarming te maken met de continent-continentcollisie van India met Eurazië en de vorming van de Himalaya. Ongeveer 33,7 miljoen jaar geleden deed zich een eerste belangrijke afkoelingsstap voor, de eoceenoligoceenklimaatovergang. Dit heeft hoogstwaarschijnlijk te maken met het ontstaan en de groei van de Antarctische ijskap. Mogelijk speelt het tot stand komen van de circum-Antarctische zeestroom hierbij een belangrijke rol. In minder dan 100.000 jaar overdekte de ijskap het hele continent. Zo’n 14 miljoen jaar geleden was er een tweede afkoelingsstap. Pas zo’n 3 miljoen jaar geleden verscheen de noordelijke ijskap. En ongeveer 2,58 miljoen jaar geleden begon de Pleistoceenglaciatie, mogelijk aangevuurd door een asteroïde-inslag. De wereld was in een tijdspanne van ongeveer 50 miljoen jaar veranderd in een ijskelderwereld.

De huidige ijskelderwereld Gedurende de Pleistoceenglaciatie zijn er in totaal al 52 glaciale cycli herkend. Elk van deze glaciale cycli bestaat uit een afwisseling van een ijstijd en een tussenijstijd. IJstijden – of glacialen – worden doorgaans gekenmerkt door groeiende ijskappen en gletsjers en door een dalende zeespiegelstijging. De atmosferische koolzuurgasconcentratie ligt tijdens ijstijden heel wat lager dan tijdens de tussenijstijden – of interglacialen. Tijdens de vier laatste ijstijden varieerde de atmosferische koolzuurgasconcentratie tussen 180 en 220 ppmv; tijdens de tussenliggende tussenijstijden tussen 280 en 300 ppmv. Deze glaciale cycli vertonen een opmerkelijke periodiciteit, die algemeen in relatie wordt gebracht met de variatie van de planetaire beweging van de Aarde rond de Zon, beter gekend als de Milankoviccycli. Ongeveer ~700.000 jaar geleden was er in het noordelijke halfrond een merkwaardige overgang in de periodiciteit van de glaciale cycli: van een dominant 41.000-jarige obliquiteitscyclus naar een dominant 100.000-jarige exentriciteitscyclus. In deze 100.000-jarige cyclus duurt het telkens ongeveer 90.000 jaar om geleidelijk de ijskap maximaal te doen aangroeien en amper 10.000 jaar om de ijskap te doen inkrimpen. Deze midden-pleistoceenovergang wordt in verband gebracht met een verandering in het globale oceaan-atmosfeercirculatiesysteem. De laatste ijstijd, die Noordwest-Europa in zijn greep hield, kennen we nu als het weichseliaan. Het duurde van ~116.000 tot ~11.500 jaar geleden. De vorige tussenijstijd, het eemiaan, duurde van ~128.000 tot ~116.000 jaar geleden. De ‘moderne mens’ – Homo sapiens – verscheen op het toneel zo’n 200.000 jaar geleden, tijdens het saaliaan, de voorlaatste ijstijd. Onze voorouders maakten het einde van deze ijstijd en de daaropvolgende tussenijstijd mee, alsook de volledige laatste ijstijd. Meer dan 80% van de menselijke geschiedenis speelt zich dus af tijdens ijstijden. De moderne mens is dan ook een ‘kind van de ijstijden’. Tijdens de laatste ijstijd veroverde de mens de wereld. Algemeen wordt nu immers aanvaard dat de ‘moderne mens’ zijn oorsprong kent in oostelijk Afrika. Dit model kennen we als het enkel-oorsprongmodel, of het ‘out-of-Africa’ model. Voor meer dan 100.000 jaar leefde de mens enkel in oostelijk Afrika. Ongeveer 70.000 jaar geleden begon de eerste migratiegolf. Een tweede migratiegolf is waarschijnlijk ongeveer 50.000 jaar geleden op gang getrokken. Zo’n 50.000 jaar

PROF. MANUEL SINTUBIN, PHD FGS 4 March 2013

2


geleden bevolkten onze voorouders het Indische subcontinent; 40.000 jaar gelden bereikten ze Zuidoost-Azië en 30.000 jaar geleden Australië. Ook Europa werd ongeveer 40.000 jaar geleden vanuit Centraal-Azië en het Midden-Oosten ‘veroverd’ door de moderne mens, die we nu kennen als de CroMagnonmens. Oostelijk Azië werd 30.000 jaar geleden bereikt. Uiteindelijk stak de moderne mens ongeveer 15.000 jaar geleden de Beringstraat, tussen Siberië en Alaska, over en begon de kolonisatie van de Amerika’s. Het leven tijdens de laatste ijstijd was geen lachertje. Het klimaat in onze contreien was uitermate grillig. De uitgesproken klimaatvariabiliteit wordt in verband gebracht met catastrofale gebeurtenissen ter hoogte van de noordelijke ijskappen, die de globale thermohaliene oceaancirculatie verstoorden. De laatste ijstijd kende dan ook een afwisseling van relatief warmere perioden – de interstadialen – en extreem koude perioden – de stadialen. De interstadialen zijn ook gekend als de DansgaardOeschgergebeurtenissen (DO). In de laatste 100.000 jaar zijn er 22 DO-gebeurtenissen herkend. Zo’n DO-gebeurtenis begon met een snelle opwarming (5 à 10°C) over enkele decennia. Vervolgens koelde het klimaat weer af in een tijdspanne van enkele eeuwen. Tijdens deze interstadialen waren de zomers in onze contreien zeer mild (vergelijkbaar met nu). De stadialen kennen we ook als de Heinrichgebeurtenissen (H). In de laatste 100.000 jaar zijn er 11 dergelijk extreem koude perioden geïdentificeerd, met een globale afkoeling van 3 à 6°C. Leven met deze hoogfrequente klimaatgrillen was dan ook enkel mogelijk in een jager-verzamelaarsgemeenschap. Tussen 25.000 en 18.000 jaar geleden kende de laatste ijstijd zijn dieptepunt, het laatste glaciaal maximum (LGM). De gemiddelde wintertemperatuur in onze contreien was toen ongeveer -8°C, 12°C kouder dan de huidige gemiddelde wintertemperatuur; de gemiddelde zomertemperatuur was toen ongeveer 4°C, 11°C kouder dan nu. Het zeeniveau lag 130 m lager dan het huidige zeeniveau. Dit lage zeeniveau heeft in belangrijke mate de migratie van de moderne mens over de hele wereld mogelijk gemaakt. Hierdoor kwamen immers uitgestrekte delen van het continentaal plat bloot te liggen.

Het holoceen, het einde van de chaos De laatste Heinrichgebeurtenis situeert zich zo’n 16.500 jaar geleden. Nadien begint de ‘klim’ uit de laatste ijstijd, al is het met horten en stoten. Het zeeniveau begint snel te stijgen, met een gemiddelde snelheid van 10 mm per jaar. Deze uiterst snelle zeespiegelstijging moet voor de toenmalige mens een traumatische ervaring geweest zijn. Een eerste snelle opwarming doet zich voor tijdens het Bølinginsterstadiaal (tussen 14.650 en 14.000 jaar geleden). Tussen 13.480 en 13.350 jaar geleden duikt het noordelijk halfrond weer een koude en droge periode in, het oude Dryas, onmiddellijk gevolgd door een warme, vochtige periode, het Allerød-interstadiaal (tussen 13.350 en 12.900 jaar geleden). Zo’n 12.900 jaar geleden zorgt de catastrofale overstroming van het Agassizmeer voor een laatste glaciale ‘prik’, het jonge Dryas. De opwarming op het einde van deze periode, zo’n 11.500 jaar geleden, luidt het begin van de huidige tussenijstijd, het holoceen, in. Zo’n 10.000 jaar geleden was de gemiddelde globale temperatuur zeer gelijkaardig aan de huidige globale temperatuur. 8.500 jaar geleden is de Fennoscandinavische ijskap volledig weggesmolten. De Noord-Amerikaanse Laurentide-ijskap verdwijnt volledig ongeveer 6.000 jaar geleden. De Groenlandse ijskap is dan ook een laatste restant van de laatste ijstijd. Ongeveer 6.000 jaar geleden kent het holoceen zijn klimaatoptimum, het holocene klimaatoptimum. Sindsdien kent het holoceen een algemene afkoelingstrend – het neoglaciaal – dat uiteindelijk culmineert in de kleine ijstijd (tussen 1600 en 1850 AD). Bij de aanvang van het holoceen doet zich een opmerkelijke en plotse verandering voor in het aardse klimaat. De klimaatvariabiliteit op decennium- tot millenniumschaal, zo kenmerkend voor de ijstijden,


3


valt extreem terug. De klimaatchaos is ten einde! Deze opmerkelijke klimaatvariabiliteit heeft geleid tot een opmerkelijke stroomversnelling in het evolutionaire verhaal van een bepaalde soort, Homo sapiens. Tussen 11.500 en 4.000 jaar geleden ontstaan de landbouw en veeteelt. Deze neolithische revolutie heeft uiteindelijk vorm gegeven aan de wereld die we vandaag kennen. En de rest is geschiedenis …

Een standaardwereld? De opmerkelijke klimaatstabiliteit van het holoceen heeft een onuitwisbaar ‘litteken’ nagelaten op de menselijke psyche. We hebben voor onszelf een ‘standaardwereld’ gecreëerd, een onveranderlijk wereldbeeld met een zeker zeeniveau, een bepaalde concentratie aan koolzuurgas in de atmosfeer, ijskappen op zowel Noordpool als Zuidpool, besneeuwde bergen, ijsberen en olifanten, …. Maar uit de aardse geschiedenis weten we dat dit een waanbeeld is. Onze wereld is gewoon een uitzondering! Plotse veranderingen in onze natuurlijke omgeving, zoals klimaatveranderingen, of extreme gebeurtenissen, zoals aardbevingen, vulkaanuitbarstingen of orkanen, hebben de mens doorheen zijn geschiedenis steeds uitgedaagd. Leven op Aarde is en blijft een risicovolle onderneming. De ene keer bleek een verandering in onze natuurlijke omgeving een gelegenheid voor technologische innovatie en maatschappelijke verandering; de andere keer betekende ze het doodvonnis voor een verzwakte samenleving of beschaving. En het zal in de toekomst niet anders zijn dan in het verleden!

Een kijkje in de toekomst “The past is the key to the future.” Vanuit onze kennis van het geologische verleden van Planeet Aarde, kunnen we inderdaad een vrij goed beeld vormen van de toekomst, niet alleen van de verre toekomst maar ook van de nabije toekomst, die ons en de komende generaties rechtstreeks aanbelangt. Maar aan dit toekomstbeeld zit een “unconvenient truth”: we leven in een wereld die permanent in verandering is. En bovendien heeft alles zijn ‘vervaldatum’. Niet alleen aan de zomer komt elk jaar een einde. Ook aan de huidige tussenijstijd zal binnen enkele duizenden jaren een einde komen. Ook aan de ijskelderwereld zal binnen enkele miljoenen jaren een einde komen. En uiteindelijk zal er ooit ook een wereld zijn zonder Homo sapiens. In het perspectief van de geologische ‘zee van tijd’ zal de menselijke impact op de aardse systemen niet meer zijn als een gebeurtenis – volgens het principe van ‘tijd als een puls’. Maar hoe ziet onze toekomst eruit, deze eeuw en mogelijk in de volgende eeuwen? De wereld van de eenentwintigste eeuw wordt geconfronteerd met een uitermate explosieve mix: een steeds toenemende wereldbevolking, een globale klimaatopwarming, en het principe van ‘tijd als een puls’. Onvermijdelijk treed het tijdperk van de natuurrampen aan. Nemen we de klimaatgebonden natuurfenomenen, zoals stormen, orkanen en overstromingen, dan zien we dat deze voornamelijk laaggelegen, kustnabije gebieden treffen. Dit zijn net de gebieden waar zich de grootste bevolkingsconcentraties in de wereld voordoen en waar bovendien de bevolking het snelst toeneemt. Ook vele steeds groeiende megasteden liggen in kustgebieden of langs grote rivieren. Blootstelling en kwetsbaarheid aan klimaatgebonden natuurfenomenen neemt dus toe. Gewoon al door de bevolkingstoename en de concentratie in verstedelijkte gebieden, neemt het risico op natuurrampen toe. Daarbovenop komt nu de klimaatverandering. Vooreerst zal de voorziene zeespiegelstijging deze laaggelegen, kustnabije gebieden meer en meer bedreigen. Bovendien worden weerfenomenen, zoals orkanen, hittegolven en droogtes, extremer. Onvermijdelijk moet dit leiden tot meer en grotere natuurrampen.


4


Vandaag leeft meer dan de helft van de wereldbevolking in een stedelijke omgeving. Het aantal megasteden – met een bevolkingsaantal groter dan 10 miljoen – neemt zeer snel toe. Ook in deze evolutie sluimert een steeds toenemend gevaar voor nooit geziene catastrofen. Vele van deze steden zijn immers ooit ontstaan als kleine landbouwnederzettingen. De beschikbaarheid van water speelde bij de plaatskeuze voor een nederzetting vaak een cruciale rol, zeker in semi-ariede gebieden (zoals in de Vruchtbare Sikkel). Maar zonder het te beseffen kozen de stichters van deze nederzettingen een locatie dicht bij actieve aardbevingsbreuken. Het resultaat is dan ook dat deze megasteden nu op of vlakbij actieve aardbevingsbreuken gelegen zijn. De ontwikkeling van deze megasteden deed zich bovendien voor in een tijdspanne van enkele decennia in de tweede helft van de twintigste eeuw, een uitermate korte tijdspanne vergeleken met het tijdsbestek van een aardbevingscyclus op de actieve breuken. Dit betekent concreet dat het risico dat deze megasteden getroffen worden door een zware aardbeving met de dag toeneemt. Het staat dan ook in de sterren geschreven dat ongeziene aardbevingscatastrofen deze eeuw de krantenkoppen zullen halen. Sinds de jaren ’80 ‘plundert’ de mens Planeet Aarde. We leven duidelijk boven onze stand, niet meer binnen de draagkracht van onze planeet. De antropogene verstoring van de aardse systemen heeft onherroepelijk een hele reeks terugkoppelingsprocessen in gang gezet, die ultiem tot doel heeft om deze verstoring teniet te doen (zie hyperthermische gebeurtenissen). Maar dit herstelproces zal een ‘zee van tijd’ vergen, tijd die Planeet Aarde heeft, tijd die de mens niet heeft! De mens heeft dan ook geen keuze meer! Aanpassen aan de vijandige broeikaswereld die ons te wachten staan aan het einde van de eenentwintigste eeuw, is het enige wat ons nog rest!

Kroniek van een aangekondigde dood Maar ook het aardse verhaal is eindig. Het lot van Planeet Aarde is onlosmakelijk verbonden met het onontkoombare lot van de Zon. Er zal zich in de verre toekomst een dramatisch scenario ontrollen van een stapsgewijze ontmanteling van de aardse systemen (leven, water, platentektoniek), gestuurd door de blijvende toename van de helderheid van de Zon. Planeet Aarde lijdt nu al aan een koolzuurgasontbering. In belangrijke mate is het succes van de landplanten hiervoor verantwoordelijk. Deze atmosferische koolzuurgasconcentratie zal blijven afnemen in een steeds warmer wordende wereld door de steeds efficiëntere silicaatverwering. Binnen enkele honderden miljoenen jaren zal een dodelijke drempelwaarde bereikt worden waaronder fotosynthese onmogelijk wordt. Fotosynthetiserend leven zal een verstikkingsdood sterven. Het verdwijnen van de planten zal leiden tot een verdere opwarming van het klimaat. Koolzuurgas zal immers massaal vrijkomen uit bodems. Gedurende honderden miljoenen jaren zal de koolzuurgasconcentratie ‘flirten’ met de doodslimiet voor fotosynthetiserend leven. Maar ook het reactief zuurstof, dat niet langer wordt aangemaakt door fotosynthese, zal door oxidatie geleidelijk uit de atmosfeer verdwijnen. Ook de dieren zullen een verstikkingsdood sterven. Uiteindelijk verdwijnt oo de beschermende ozonlaag. Meercellig leven aan het aardoppervlak wordt zo goed als onmogelijk. Binnen ongeveer 500 miljoen jaar zal het ‘tijdperk van de dieren’ afgesloten worden. De wereld zal na 1 miljard jaar terug aan de eencelligen zijn. Het leven zal zich ook hebben teruggetrokken in de ‘veilige’ diepten van de oceanen. Maar binnen 1 miljard jaar zal de Zon zo helder geworden zijn, dat in een verschroeiende broeikaswereld de oceanen zullen beginnen te verdampen. Uiteindelijk zal de Aarde gewoon uitdrogen. Op deze uitgedroogde, levenloze planeet zal ultiem ook de interne motor – platentektoniek – stilvallen. Lang voor de Zon binnen 5 tot 8 miljard jaar aan zijn doodstrijd begint, zal Planeet Aarde niet meer zijn!


5


Planeet Aarde, een uniek kosmisch experiment Sinds 1995 zijn we weer een illusie armer. Onze zon is niet de enige ster met planeten. De teller van exoplaneten – planeten buiten ons zonnestelsel – blijft maar oplopen. Meer en meer lijkt het erop dat planeten een heel ‘gewoon’ hemellichaam zijn in ons heelal. De vraag dringt zich dan natuurlijk op hoeveel planeten geschikt zijn voor leven … en uiteindelijk ook leven herbergen. Een volgende vraag is dan hoeveel van deze planeten geschikt zijn voor ‘hogere’ meercellige levensvormen … en uiteindelijk ook bewoond worden door ‘hogere’ levensvormen, zoals dieren en planten. En ultiem vragen we ons dan ook af hoeveel van deze planeten ‘intelligente’ levensvormen herbergen, die bovendien beschavingen opbouwen, die uiteindelijk contact kunnen opnemen met ons. Misschien geeft het aardse verhaal voldoende inzicht om op deze vragen een antwoord te geven. Planeet Aarde blijkt immers het resultaat te zijn van een onwaarschijnlijke samenloop van toevalligheden: een planeet met de juiste omvang op de juiste afstand tot het juiste type ster in een bijzondere planetaire configuratie (Maan, Jupiter) en net de juiste hoeveelheid water. Maar ook een planeet ontstaan op het juiste tijdstip in de globale evolutie van het heelal, zodat de juiste bouwstenen voor planeet en leven in voldoende mate aanwezig zijn. Kortom, Planeet Aarde zou wel eens een uniek, niet-reproduceerbaar kosmisch experiment kunnen zijn. We hebben gewoon geluk gehad. Waarschijnlijk zijn we dan ook alleen in het heelal! Maar het verhaal van Planeet Aarde leert ons ook dat in een evoluerend heelal elke planeet, elke ster, elk sterrenstelsel zijn eigen unieke, niet-reproduceerbare verhaal te vertellen heeft. En in dat opzicht beantwoordt de Aarde wel aan het Copernicaanse principe. Niets bijzonder dus!

“There is grandeur in this view of life, with its several powers, having been originally breathed into a few forms or into one; and that, whilst this planet has gone cycling on according to the fixed law of gravity, from so simple a beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being, evolved.”

Charles Darwin (1809-1882), On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (1859)


6

VI. PLANEET AARDE OP MENSENMAAT

Recommend Documents