20.000 jaar oude grotsedimenten op Alaskaanse eiland onthullen nieuwe klimaat aanwijzingen

Paul Wilcox, een geoloog aan de Universiteit van Innsbruck, heeft het eerste bewijs ontdekt van landgebonden smeltwaterpulsen van de Cordilleran IJskap tijdens de laatste ijstijd, ongeveer 20.000 jaar geleden. De leeftijd van de grot sedimenten werd vastgesteld met behulp van optische dateringstechnieken, wat cruciaal is om de reeks klimaatgebeurtenissen die leiden tot een opwarmende planeet samen te stellen.

De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience. Ongeveer 20.000 jaar geleden bereikte de Cordilleran IJskap in het westen van Noord-Amerika zijn maximale omvang. Dit werd gevolgd door een opwarming van het klimaat, wat leidde tot het smelten van de ijskap. Hoewel algemeen wordt aangenomen dat de toenemende energie van een verandering in de positie van de aarde ten opzichte van de zon een belangrijke rol speelde bij het vormgeven van het klimaat in deze periode, was de energie van deze verandering simpelweg niet sterk genoeg om alleen verantwoordelijk te zijn voor het smelten en terugtrekken van de ijskap. Aanvullende klimatologische krachten waren nodig om de terugtrekking van de ijskap op gang te brengen, maar deze blijven mysterieus.

Een team onder leiding van Paul Wilcox van de Quaternary Research Group aan het Instituut voor Geologie is onlangs een stap dichterbij het oplossen van dit mysterie gekomen met de ontdekking van 20.000 jaar oude grot sedimenten op Prince of Wales Island in Alaska. Michael Meyer, hoofd van het laboratorium voor optisch gestimuleerde luminescentiedatering en ook lid van de Quaternary Research Group, en Daniela Festi, een pollenonderzoeker bij GeoSphere Oostenrijk, waren nauw betrokken bij de analyse van de grot sediment monsters.

Het onderzoeken van klimaatverandering uit het verleden is een van de meest effectieve manieren om de mechanismen en gevolgen van de huidige door de mens veroorzaakte klimaatverandering te begrijpen. Inzichten uit geologische en historische klimaatarchieven helpen bij het verfijnen van voorspellingen van toekomstige klimaatscenario’s, wat cruciaal is voor het ontwikkelen van effectieve strategieën voor zowel mitigatie als aanpassing.

Verrassende ontdekking

Wilcox vond het sediment bewijs dat in de studie wordt beschreven tijdens veldonderzoek in afgelegen grotten op Prince of Wales Island. “De grot sedimenten leken vreemd, omdat ze geen organisch afval bevatten – wat zeer ongebruikelijk is in een gematigd regenwoud,” zegt Wilcox. Bovendien vertoonden de afzettingen anomalieën in verwering: terwijl grot sedimenten meestal chemisch worden verweerd, leek het alsof de door Wilcox ontdekte rotsen blootgesteld waren aan mechanische verweringsprocessen.

“Ik nam systematisch enkele monsters om erachter te komen hoe oud deze sedimenten zijn,” zegt Wilcox, die het onderzoeksproces beschrijft. Het dateren van grot sedimenten is een moeilijke taak, vooral wanneer er geen organisch materiaal beschikbaar is voor de meer gebruikelijke radiokoolstofdatering (14C-datering) methode.

Grotten als tijdcapsules

Een alternatieve methode om sedimenten numeriek te dateren is door hun intrinsieke lichtsignalen die in de loop van de tijd ophopen direct te analyseren, met behulp van optisch gestimuleerde luminescentiedatering (OSL). Een dergelijke OSL-dateringsbenadering is afhankelijk van de aanwezigheid van zandkorrelgrote kwarts in het sediment en bepaalt de tijd van de laatste blootstelling van het sediment aan licht.

“Een beperkende factor in OSL-analyse is de beschikbaarheid van kwarts. Hoewel de locatie zich in een kalksteenregio bevindt, vonden we net genoeg kwartsresten om deze dateringsaanpak haalbaar te maken,” zegt Michael Meyer, die meer dan tien jaar intensief aan deze dateringsmethode in verschillende geologische contexten heeft gewerkt. “OSL-datering is een krachtige techniek om de recente geologische geschiedenis te beperken, maar is zelden toegepast op grot sedimenten om verschillende methodologische redenen. Als onderdeel van dit onderzoekswerk slaagden we er voor het eerst in om sedimentmonsters uit een grot te dateren met OSL,” legt Meyer uit.

De geanalyseerde sedimenten zijn tussen de 20.000 en 17.000 jaar oud en zijn aan het einde van de laatste ijstijd in de grot afgezet. Ze zijn tot op de dag van vandaag onaangeroerd gebleven. “In zekere zin fungeerde de grot als een soort tijdcapsule die de sedimenten duizenden jaren heeft bewaard,” zegt Wilcox. Bewaard pollen werd ook binnen de sedimenten gevonden. “Dit bewijst indirect dat er mogelijk ijsvrije biologische toevluchtsoorden waren tijdens de maximale omvang van de ijskap waarin planten konden overleven, zelfs onder extreme klimatologische omstandigheden,” legt Daniela Festi uit, die de pollen gegevens analyseerde.

Smeltende ijsmassa’s

De kwartsafzetting in het midden van een kalksteenregio bewijst dat de sedimenten over lange afstanden moeten zijn getransporteerd om de grot te bereiken. Hier sluit het aan bij klimaatverandering tijdens de laatste ijstijd: de grot sedimenten zijn bewijs van smeltwater evenementen van de Cordilleran IJskap. Dit is buitengewoon zeldzaam, aangezien de overgrote meerderheid van de sedimenten die door smeltwater van de ijskap worden getransporteerd in de oceaan eindigt. “Dit is het eerste bewijs van landgebonden smeltwater evenementen van deze ijskap,” zegt Wilcox.

Cascade-effect in klimaatverandering

Huidig onderzoek naar de mechanismen en drijfveren van antropogene klimaatverandering heeft de Noord-Atlantische circulatie (AMOC) geïdentificeerd als een potentieel kantelpunt voor het wereldwijde klimaatsysteem. Paleoklimatische gegevens tonen aan dat sterke smeltwaterpulsen in de Noord-Atlantische Oceaan – bekend als Heinrich-evenementen – herhaaldelijk plaatsvonden tijdens de laatste ijstijdcyclus, wat de warmtebalans van de regio aanzienlijk verstoorde en wereldwijde klimaatgevolgen uitlokte.

Recente gegevens uit grot sedimenten in Alaska onthullen dat smeltwater evenementen in de noordoostelijke Stille Oceaan – aangeduid als Siku-evenementen – voorafgingen aan die in de Noord-Atlantische Oceaan. “Dit ondersteunt de hypothese dat klimaatveranderingen in de noordoostelijke Stille Oceaan een voorwaarde waren voor de verschuivingen die in de Noord-Atlantische Oceaan werden waargenomen,” legt Wilcox uit.

Het begrijpen van de ruimtelijke en temporele dynamiek van deze smeltwater evenementen, en hun impact op zowel de Atlantische als de Stille Oceaan, is van cruciaal belang. Toekomstige klimaatopwarming kan leiden tot een verhoogde instroom van zoetwater in deze bekken – vooral de Noord-Atlantische Oceaan – wat oceanische circulatiesystemen buiten kritieke drempels kan duwen. De volgende stap is om aanvullende grotten in de regio met vergelijkbare sedimentarchieven te onderzoeken om de dynamiek van de ijskap tijdens de laatste ijstijd vollediger te reconstrueren. Dergelijk onderzoek zal ons begrip van zoetwaterinvoersprocessen uit het verleden verbeteren en helpen anticiperen op hun rol in het vormgeven van oceanen en klimaatsystemen onder toekomstige opwarmingsscenario’s.