Aan het einde van het Eoceen verschoof het klimaat op aarde naar een veel kouder klimaat, waardoor in het Oligoceen een permanente poolijskap op Antarctica kon ontstaan. Recente studies, gebaseerd op sedimentaire gesteentenlagen met een zeer hoge temporele resolutie, tonen aan dat deze mondiale klimaatovergang onderbroken werd door verschillende klimaatschommelingen, in de orde van enkele tienduizenden jaren, die verband hielden met periodieke veranderingen in de aardbaan.

Schommelingen in de aardbaan hebben gevolgen voor de verdeling van het zonlicht dat het aardoppervlak bereikt. Dit heeft zijn weerslag op de atmosferische en oceanische circulaties, en zodoende op het wereldwijde klimaat. Deze baanvariaties zijn bijvoorbeeld betrokken bij de afwisseling tussen glaciale en interglaciale cycli die de laatste miljoenen jaren het klimaat van de aarde hebben gekenmerkt.

De aardbaan vergeleken met botanische gegevens

De precieze reconstructie van het klimaat tijdens de overgang Eoceen-Oligoceen is complex. Voor dergelijke oude tijdsperioden zijn de verschillende beschikbare paleomilieu-indicatoren immers vaak te weinig nauwkeurig gedateerd om deze "snelle" aardbaanveranderingen op de geologische tijdschaal te kunnen verklaren. Klimaatreconstructies zijn momenteel gebaseerd op compilaties waarin vele fossielen, vooral van planten, worden verzameld die in ongeveer dezelfde periode worden gedateerd, maar die enkele miljoenen jaren kan omvatten. Deze compilaties vormen dus een klimatologische "momentopname", maar kunnen soms een tegenstrijdig beeld geven van de beschouwde klimaten.

In deze studie van wetenschappers uit Amsterdam, Parijs, Marseille, Stockholm, Rennes en Potsdam is nagegaan in hoeverre het feit dat in modellen en botanische compilaties geen rekening wordt gehouden met orbitale variaties, een vertekend beeld geeft van de paleoklimaten van die tijd. 

Op basis van Franse modellen die onlangs zijn aangepast voor de simulatie van oude klimaten (het aardsysteemmodel IPSL-CM5A2 en het continentale oppervlaktemodel ORCHIDEE), is in deze studie een groot aantal simulaties uitgevoerd waarbij verschillende baanconfiguraties zijn getest (veranderingen in de precessie-, obliquiteits- en excentriciteitsparameters). Deze simulaties maken het mogelijk de overeenkomst met de botanische gegevens die voor de periode beschikbaar zijn te verbeteren en de gebieden van de aardbol in kaart te brengen waar de vegetatie een grote gevoeligheid vertoont voor de baanveranderingen voor de twee beschouwde perioden.

Warme perioden kunnen even veranderlijk zijn als koude perioden

‘Broeiklimaatperioden, zonder ijskappen, worden gewoonlijk als stabieler beschouwd dan ijsperioden. Dat komt omdat ijskappen belangrijke terugkoppelingsmechanismen in gang zetten die de initiële klimaatverstoringen versterken die door orbitale veranderingen worden veroorzaakt,’ zegt Delphine Tardif van het Institut de physique du globe in Parijs. ‘Maar tot onze verrassing ontdekten we dat het klimaat in het Eoceen opmerkelijke variabiliteit kon vertonen, ondanks de afwezigheid van ijskappen aan de polen.’

Deze resultaten tonen aan dat de vegetatie in de tropen, bij een constant CO2-niveau, kan hebben geschommeld tussen tropisch regenwoud en open struikgewas, of zelfs woestijn. Het is bekend dat het broeikasklimaat in het Eoceen in de tropen een grote verscheidenheid aan tropische bossen heeft gekweekt. ‘Het is verbazingwekkend te beseffen dat veranderingen in de omloopbaan dit bos tot struikgewas zouden hebben gereduceerd. Iets wat we graag zouden willen herbevestigen met het fossielenbestand,’ zegt Carina Hoorn van het Instituut voor Biodiversiteit en Ecosysteem Dynamica. Deze regionale maar grote veranderingen in het milieu houden verband met de invloed van de precessie, en in mindere mate de obliquiteit, op de intertropische temperatuurgradiënten, waardoor met tussenpozen een moessonachtig klimaat kon ontstaan. 

Het internationale team toont ook aan dat het gecombineerde effect van CO2-dalingen en variaties in de obliquiteit leidt tot een fragmentatie van bioklimatologische verbindingen in Anatolië en Siberië. De biogeografische implicaties van deze resultaten zijn belangrijk, aangezien deze gebieden die Europa met Azië verbinden van cruciaal belang waren voor de migratie van Aziatische fauna naar West-Europa tijdens de faunale dispersie die de Grande Coupure wordt genoemd.

Lees het artikel in Science Advances

Orbital variations as a major driver of climate and biome distribution during the greenhouse to icehouse transition
door Delphine Tardif, Agathe Toumoulin, Frédéric Fluteau, Yannick Donnadieu, Guillaume Le Hir, Natasha Barbolini, Alexis Licht, Jean-Baptiste Ladant, Pierre Sepulchre, Nicolas Viovy, Carina Hoorn, Guillaume Dupont-Nivet