Een nieuwe temperatuurreconstructie van de afgelopen 24.000 jaar

In 2013 scoorde mede-blogger Jos een wereldhit met The Wheelchair. De Wheelchair bestond uit:

• de temperatuurreconstructie van het Holoceen (het huidige interglaciaal) van Shaun Marcott;
• het temperatuurverloop tijdens de periode van deglaciatie aan het eind van de laatste ijstijd uit een studie van Jeremy Shakun;
• een projectie van de opwarming tot 2100 uit het IPCC rapport uit 2007.

De afbeelding hierboven, uit een artikel van Ars Technica, is een geactualiseerde versie van die grafiek, gebaseerd op een deze maand verschenen temperatuurreconstructie van de afgelopen 24.000 jaar door onderzoekers van de Universiteit van Arizona. Eerste auteur is Matthew Osman. De periode omvat het hele Holoceen, maar ook de periode uit de laatste ijstijd waarin de ijskappen het grootst waren, het Laatste Glaciale Maximum (LGM).

Aan de grote lijn is niet heel veel veranderd. Na het LGM begon de deglaciatie, de overgang vanuit de ijstijd naar het interglaciaal. Zo’n 12.000 jaar geleden zat er een dipje in de temperatuurstijging, de Jonge Dryas genaamd. En ongeveer 9.000 jaar geleden stabiliseerde de temperatuur, tot aan de industriële revolutie. Dat de temperatuur daarna weer is gaan stijgen – en vooral in de laatste halve eeuw in hoog tempo – zal voor de bezoekers van ons blog geen nieuws zijn. De afbeelding hieronder, afkomstig uit een commentaar in Nature van Marcott en Shakun over het onderzoek van Osman, laat de reconstructie zien zonder toegevoegde projecties.

Wat meer op detailniveau springen er wel enkele verschillen in het oog. Volgens de reconstructie van Osman was de wereld tijdens het LGM gemiddeld ongeveer 7°C kouder dan in het Holoceen. Dat is een graad meer dan onderzoekers van dezelfde groep uit Arizona vorig jaar berekenden. In 2016 was er nog wat wetenschappelijke opschudding over een onderzoek dat op 6°C uitkwam. Verschillende onderzoeken vonden destijds een wat minder koude ijstijd. In het onderzoek van Shakun, dat Jos gebruikte in The Wheelchair, was het verschil bijvoorbeeld 4°C. Het IPCC-rapport uit 2013 hield wel rekening met een koude ijstijd en gaf een ruime bandbreedte: 3 tot 8 graden. Het nieuwe IPCC-rapport is wat opgeschoven naar de koude kant: 5 tot 7 graden. Het resultaat van Osman stemt behoorlijk goed overeen met de recentere schattingen waar dat rapport zich op baseerde.

Een ander interessant aspect is het verdwijnen van het zogeheten Holoceen Klimaatoptimum. Volgens eerdere reconstructies zou de gemiddelde wereldtemperatuur zo’n 7000 jaar geleden een piek hebben bereikt, om daarna heel langzaam te dalen tot halverwege de negentiende eeuw. In het onderzoek van Marcott bedroeg die afkoeling een halve tot een hele graad. Een nieuwe reconstructie die vorig jaar uitkwam vond een afkoeling aan de onderkant van die bandbreedte, rond een halve graad. In het onderzoek van Osman is die periode van afkoeling verdwenen en stijgt de temperatuur nog een flintertje in die periode, ongeveer een kwart van een graad. Dat is in overeenstemming met wat klimaatmodellen verwachten. De concentratie van CO₂ en enkele andere broeikasgassen is in de loop van het Holoceen wat gestegen – al dan niet door menselijk toedoen, maar dat is weer een heel andere discussie (de hypothese over het vroege Antropoceen van Ruddiman) – en dat zou een beetje invloed moeten hebben op de temperatuur. De tegenspraak tussen temperatuurreconstructies en modelberekeningen noemen paleoklimatologen het “Holocene temperature conundrum”.

Opvallend genoeg kwam een onderzoek van Samantha Bova et al. begin dit jaar, via een heel andere methode, tot eenzelfde resultaat. Volgens Bova zit er een aanzienlijke seizoensinvloed in de reconstructies. Dat is zeker geen rare gedachte. De aanwijzingen, proxy’s in jargon, voor temperatuurveranderingen in het verleden komen grotendeels uit geochemische analyses van fossiele resten uit sedimentlagen. Het zijn dus aanwijzingen die ooit zijn vastgelegd tijdens de groei van bijvoorbeeld plankton, of koralen. Vaak gaat die groei het snelst in warme en zonnige seizoenen. En dus ligt het voor de hand dat warme en zonnige seizoenen nogal eens oververtegenwoordigd zijn in proxy’s.

De Milanković-cycli zorgen voor geleidelijke veranderingen in die seizoenen. Op het noordelijk halfrond hebben we in de loop van het Holoceen iets minder zon gekregen in de zomer, door de cycli. En ook in de tropen wordt de hoeveelheid zonlicht net wat anders verdeeld over het jaar. De afbeelding hieronder uit het onderzoek van Bova illustreert dit. Die afbeelding laat zien hoe de hoeveelheid zonlicht in de tropen in de maanden juni t/m september is veranderd in de loop van het Holoceen en in het vorige interglaciaal (LIG; interglacialen verlopen niet allemaal identiek). In haar onderzoek spoort Bova de seizoensinvloed in proxy’s op en gaat ze na hoe groot de invloed ervan is op reconstructies. Haar resultaat komt verrassend goed overeen met dat van Osman. Na correctie voor de seizoensinvloed vindt zij een opwarming van een kwart van een graad over de afgelopen 6500 jaar.

En toch is niet zonder meer te zeggen dat de twee onderzoeken elkaar bevestigen. Osman meent dat het seizoenseffect klein is, en verklaart zijn resultaat uit de ongelijkmatige verdeling van proxy’s over het klimaatoppervlak. Bova en Osman hebben in hun onderzoeken, uit praktische overwegingen, alleen proxy’s uit de oceanen meegenomen. Oceanen beslaan 70% van het aardoppervlak, dus op zich hebben ze daar het grootste deel van de wereld mee te pakken. Maar temperatuurveranderingen boven land zijn wel vaak wat groter dan boven de oceanen. Bovendien zijn sommige stukken oceaan behoorlijk ondervertegenwoordigd. Osman besloot zelfs om enkele proxy’s voor de Zuidelijke Oceaan mee te nemen die eigenlijk niet aan zijn criteria voldeden, omdat hij anders vrijwel niets overhield. De meeste proxy’s komen van het noordelijk halfrond. De diepste delen van de oceanen zijn ook niet heel ruim vertegenwoordigd. Er blijft, kortom, nog aardig wat onzekerheid over. Al is dat ook wel wat te relativeren: het gaat uiteindelijk maar om een half graadje minder of een kwart graadje meer over een periode van zes, zevenduizend jaar.

Het wetenschappelijke belang van het onderzoek van Osman zou wel eens meer in de methode kunnen zitten dan in de details van de uitkomst. De onderzoekers in Arizona hebben 7 jaar gewerkt aan de ontwikkeling van hun methode, die proxy’s combineert met een modern aardsysteemmodel. De methode is in zekere zin te vergelijken met hoe weerkaarten worden gemaakt: waarnemingen vormen de basis; het kaartbeeld wordt vervolgens verder ingevuld door modellen. In plaats van meetgegevens van weerstations zijn de waarnemingen in dit geval de proxy’s. Natuurlijk is de resolutie in plaats en tijd van deze methode een stuk kleiner dan die van weerkaarten. Maar het eindresultaat is ook hier een ruimtelijke weergave van de temperatuur. Osman en zijn collega’s hebben kaarten gemaakt met tussenstappen van 200 jaar. Samengevoegd leveren die een animatie op van het verloop van de wereldtemperatuur. Zoals in het weerbericht wel eens animaties te zien zijn die zijn gemaakt door weerkaarten achter elkaar te plaatsen.

In de animatie is goed te zien dat het smelten van ijskappen op het noordelijk halfrond een grote invloed heeft op de lokale temperaturen in Noord-Amerika en het noorden van Eurazië tijdens de deglaciatie.

Volgens het onderzoek van Osman is het verloop van de gemiddelde wereldtemperatuur tijdens de hele periode van 24.000 jaar vrijwel volledig te verklaren door de veranderingen in de hoeveelheid ijs en de invloed daarvan op de albedo, en door veranderingen in de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer. Veranderingen in de oceaancirculatie en de Milanković-cycli dragen ook wat bij, maar niet meer dan een paar procent. Op lokaal niveau kan dat anders zijn. Oceaancirculatie en variaties in de aardbaan kunnen immers een aanzienlijke invloed hebben op de verdeling van warmte over het aardoppervlak.

Of een eerste versie van een nieuwe methode alle details juist heeft is natuurlijk niet zeker. Het valt bijvoorbeeld op dat het te verwachten effect van de Milanković-cycli, een kleine afkoeling van vooral het uiterste noorden van de planeet in de loop van het Holoceen, niet zichtbaar is. Terwijl andere onderzoeken wel aanwijzingen hebben gevonden voor die afkoeling in het Noordpoolgebied. Het lijkt me voorbarig om die zogeheten neoglaciatie nu als weerlegd te beschouwen. Mogelijk mist de reconstructie van Osman de afkoeling in het hoge noorden omdat hij geen proxy’s van land meeneemt. Of het is het gevolg van beperkingen van het gebruikte klimaatmodel. Vroeg of laat zullen nieuwe onderzoeken die vraag wel beantwoorden. En tegelijkertijd weer nieuwe vragen opwerpen. Zoals dat nu eenmaal altijd gaat.