In het Cenozoïcum of te wel de laatste 66 miljoen jaar van de geschiedenis van de Aarde zijn verschillende tijdstippen geselecteerd, die als vergelijking kunnen dienen voor de huidige opwarming en de gevolgen die ons te wachten staan. We spreken in dit geval van analogen, maar het zijn in feite deel-analogen (“partial analogues”), omdat niet alle omstandigheden op deze tijdstippen overeen kwamen met die van tegenwoordig.
Een belangrijk analoog is het laatste tussen-ijstijd of interglaciaal, het zogenaamde Eemien, 125.000 jaar geleden. Toen lag het CO₂ gehalte van 280-300 ppm iets boven de pre-industriële waarde, maar aanzienlijk lager dan het huidige gehalte van rond de 415. De zomerinstraling op het Noordelijk Halfrond was toen hoger (dat wordt uitgerekend met behulp van astronomische oplossingen voor het zonnestelsel), mede waardoor de mondiale temperatuur ongeveer een halve graad hoger lag, de ijskappen kleiner waren, en de zeespiegel 6 tot 10 meter hoger stond. Dit is mede gebaseerd op het voorkomen van fossiele koraalriffen uit die tijd boven het huidige zeeniveau. Onderzoek laat zien dat naast Groenland ook het afsmelten van een deel van de Antarctische ijskap bijgedragen moet hebben aan deze zeespiegel-stijging. Dat geeft duidelijk inzicht in wat ons mogelijk in de toekomst te wachten staat. Maar het is geen perfecte analoog: de zonne-instraling op het noordelijk halfrond was wel hoger maar de CO₂ concentratie flink lager dan vandaag de dag. Onze toekomst zal dus niet identiek zijn aan het Eemien. Daarnaast wordt er veel onderzoek gedaan naar oudere nog warmere periodes van de afgelopen miljoenen jaren. De belangrijkste intervallen zijn wel de warme periode van het midden Plioceen, zo’n 3 miljoen jaar geleden, toen de CO₂ concentratie wel vergelijkbaar was met vandaag de dag, maar de zeespiegel mogelijk zo’n 20 meter hoger stond. Ook het midden Mioceen, zo’n 15 miljoen jaar geleden is interessant omdat de CO₂ concentratie toen wellicht zo’n 500 ppm was. Dit is afhankelijk van onze toekomstige uitstoot vergelijkbaar met verwachtingen voor halverwege deze eeuw.
CO₂ concentraties tijdens de menselijke geschiedenis en zijn voorouders
De geologische geschiedenis van het CO₂ gehalte in de atmosfeer is vooral tijdens de laatste 800.000 jaar heel goed bekend. Dit komt omdat dat gehalte gemeten kan worden aan luchtbelletjes in de meer dan 3 kilometer lange ijskernen, die in de loop der jaren in de Antarctische ijskap zijn geboord en omhoog gehaald. In deze luchtbelletjes is de CO₂ concentratie van de atmosfeer tijdens de vorming van het ijs vastgelegd. In diezelfde ijskernen is ook de geschiedenis van de grote ijstijden van de afgelopen 800.000 jaar uitstekend te volgen. Duidelijk is dat veranderingen in het CO₂ gehalte gelijk oplopen met de ijstijden en dat dat gehalte varieerde tussen de 180 ppm tijdens die ijstijden tot 280 ppm (maximaal 300) tijdens de warme tussen-ijstijden zoals het Eemien. De huidige concentratie ligt rond de 415 en laat dus zien dat deze al veel hoger ligt dan ooit gemeten tijdens de laatste 800.000 jaar en dus ook tijdens de geschiedenis van de recente mens (Homo sapiens), die in zijn huidige vorm zo’n 200.000 jaar geleden op het toneel verscheen, en zijn directe voorouders.
Het is echter belangrijk te realiseren dat de snelheid waarmee het CO₂ gehalte nu in de atmosfeer toe neemt veel hoger ligt dan tijdens alle eerdere tijdstippen in het Cenozoïcum (de afgelopen 66 miljoen jaar). Verder laat de klimaatgeschiedenis zien dat de laatste paar miljoen jaar gekenmerkt werden door een afwisseling van koude ijstijden en warmere tussen-ijstijden met CO₂ gehaltes die beduidend lager waren dan het huidige gehalte. Dit zorgt ook voor een bijzondere situatie omdat we voor het eerst sinds zeer lange tijd weer naar een echt warme periode gaan met hogere CO₂ concentraties, terwijl het systeem Aarde zich de afgelopen miljoenen jaren juist heeft aangepast aan het regelmatig terugkeren van ijstijden.
Krijgen we dan wel meer regenwouden met meer CO₂?
In principe, zou een toename in de CO₂ concentratie in de atmosfeer inderdaad kunnen leiden tot een groei van (tropische) bossen door een toename van de fotosynthese en dus tot het opslaan van meer koolstof. Dat gebeurt nu ook: zo’n 30% van de menselijk-geproduceerde CO₂ is door de biosfeer opgenomen. Probleem is daarbij wel dat eerst het CO₂ gehalte in de atmosfeer moet stijgen wat gepaard gaat met hogere temperaturen, die op hun beurt tot waterschaarste kunnen leiden. Recent onderzoek aan het Amazone regenwoud laat zien dat tropische bossen hun vermogen om extra koolstof op te nemen aan het verliezen zijn. Dit is niet alleen het gevolg van ontbossing, maar komt ook door klimaatveranderingen en dan met name de hogere temperaturen en de droogte die daar mee gepaard gaat. Uiteindelijk zouden tropische bossen zelfs een bron (source) van koolstof kunnen worden in plaats van dat zij juist die koolstof opslaan (sink) waardoor de stijging van het CO₂ gehalte beperkt wordt. De bossen zouden daarbij zelfs voor een deel kunnen veranderen in savanne landschappen.
