Sedimenten van Arctische meren onthullen onverwachte stormpatronen

Dronenfoto van het onderzoeksgebied. Credit: Willem van der Bilt

Willem van der Bilt van de afdeling Aardwetenschappen aan de Universiteit van Bergen en het Bjerknes Centrum heeft, samen met een groep onder leiding van Mateusz Strzelecki aan de Universiteit van Wrocław in Polen, gewerkt aan verschillende nieuwe methoden om meer maatschappelijk relevante informatie over gevaren uit geologische archieven, zoals meer sedimenten, te halen. Ze combineerden verschillende technieken voor hoge-resolutie scanning binnen een geostatistisch kader.

In hun artikel, gepubliceerd in Nature Communications, evalueerden ze sedimenten van een kustmeer op Svalbard. Het onderzoek richtte zich op stormachtig weer—deeltjes zoals zandkorrels en zeezout die door wind en golven in kustmeren terechtkomen en veranderingen in windsterkte en golfhoogte door de tijd heen registreren.

“We gebruikten een toolbox van technieken die typisch worden toegepast om andere historische informatie uit geologische gegevens te extraheren. We gebruiken ze, bijvoorbeeld, om meer te leren over het gedrag van gletsjers in het verleden of om iets te zeggen over de frequentie van overstromingen. Toen dacht ik; we kunnen ook naar de wind kijken, toch?” zegt van der Bilt.

Van der Bilt legt wat achtergrond uit. De recente snelle afname van het zee-ijs in de Arctische gebieden heeft ertoe geleid dat de winden de zee langer en over grotere gebieden kunnen opjagen. Als gevolg hiervan is de golfhoogte in de afgelopen decennia toegenomen, wat leidt tot een verhoogde kusterosie, aangezien veel energie wordt overgedragen naar de kust wanneer deze golven de Arctische kusten raken.

Tegelijkertijd zijn deze omgevingen gevoeliger voor de klappen van golven, aangezien permafrost—de ijzige lijm die Arctische kustlandschappen bij elkaar houdt—smelt als reactie op klimaatverandering. Dit is een probleem, niet alleen omdat de stormgedreven instorting van Arctische kusten de infrastructuur vernietigt, maar ook omdat erosie enorme hoeveelheden koolstof uit kustpermafrostafzettingen vrijgeeft.

“Er wonen niet veel mensen in het gebied, maar er is veel koolstofopslag in de permafrost van Arctische kusten. Het is een enorme reservoir van koolstof dat wordt gemobiliseerd. En hierdoor zijn onderzoekers steeds meer geïnteresseerd geraakt in het veranderende gedrag van winden en golven in de Arctische gebieden. Ook hier in Noorwegen.”

De studie richtte zich op een kustmeer op Svalbard waarvan ze wisten dat het een stabiel windsysteem door de tijd heen kon registreren. Ze hebben een paar meren geboord die beschermd werden door een rotsachtige rug en begonnen deze sedimenten te onderzoeken. Ze gebruikten een geteste toolbox met methoden, verfijnden deze en implementeerden ook enkele verbeteringen.

“We hebben dit stormsignaal uit deze sedimenten gehaald. En we begonnen te begrijpen dat we verschillende signalen die we in deze sedimenten registreerden konden koppelen aan de heersende windsysteem in het gebied—de Westerlies en de Oostelijken—en een geschiedenis van 10.000 jaar wind konden creëren,” zegt van der Bilt.

Toen ze naar het resultaat keken, bleek het dat de resultaten het tegenovergestelde waren van wat het team had verwacht. “De veronderstelling is dat een minder ijzige, warme Arctische omgeving winderiger zal zijn, maar de sedimenten tonen ons dat het andersom is. We leerden dat de stormachtige fasen die we in onze gegevens zien, eigenlijk samenvallen met fasen van koudere klimaatcondities in de Noord-Atlantische Oceaan. Dat was een grote verrassing,” zegt van der Bilt.

Een ander opmerkelijk punt dat ze observeerden, was een vorm van cycliciteit. “We ontdekken dat stormachtig weer een cycliciteit van 1.500 jaar vertoont. Deze periodiciteit is een wijdverbreid kenmerk van veel klimaatgegevens uit de Noord-Atlantische Oceaan en fungeert als een soort hartslag van het klimaat systeem van de regio.”

“Ten slotte vinden we dat beide hoofd windsysteem van de regio—de Poolse Oostelijken en de Westerlies elkaar nabootsen: ze verzwakken en versterken synchroon door de tijd heen,” zegt van der Bilt.

Hij gelooft dat dit een onderwerp is dat over het hoofd is gezien en hoopt dat hun studie de kennis over een proces dat onze levens en het oppervlak van de aarde vormt—wind—versterkt. Het doel is om het opkomende veld van paleotempestologie—het onderzoek naar veranderingen in de sterkte van wind in het verleden—te bevorderen.

Promovendus Zofia Stachowska van het Instituut voor Marine- en Milieuwetenschappen en de Doctorale School aan de Universiteit van Szczecin is de eerste auteur van deze studie. Ze is erg blij met de uitkomst van dit onderzoek en de publicatie.

“Ik ben blij, niet alleen omdat het helpt om aanzienlijke kennisleemtes op te vullen, maar ook omdat het enkele algemeen aanvaarde aannames over klimaatverandering uitdaagt. Ik denk dat dit verrassende patroon dat we laten zien—zoals koudere periodes die stormachtiger zijn—van hoge relevantie zou kunnen zijn. Tenslotte geeft dit een wending aan het verhaal dat een warmere Arctische omgeving stormachtiger zal zijn,” zegt Stachowska.

Ze hoopt dat deze publicatie bijdraagt aan de discussie over de relevantie van klimaatmodellen en een referentie wordt in de paleotempestologie, en dat de methodologie die ze hebben gebruikt misschien de toekomstige standaard zal worden voor soortgelijke studies.

“Ik ben ook enthousiast over de mogelijkheid om nieuwe technieken toe te passen, zoals hoge-resolutie CT en XRF-scanning, die details onthulden die met het blote oog onzichtbaar zouden zijn geweest. De resultaten die we hebben verkregen waren duidelijk, en dit zou niet mogelijk zijn geweest zonder de multi-proxy aanpak die we hebben toegepast. Ik heb een grote waardering voor Willem van der Bilt, die mijn werk heeft begeleid tijdens mijn studiebezoeken aan EARTHLAB aan de UiB,” zegt ze.

Stachowska hoopt dat de relevantie van deze studie duidelijk zal worden. “Dat wil zeggen; het heeft echte wereldimplicaties en reikt verder dan wetenschappelijke nieuwsgierigheid, aangezien de socio-economische impact van klimaatverandering ons allemaal aangaat. Svalbard is een hotspot voor klimaatverandering, dat zich veel sneller opwarmt dan het wereldgemiddelde en snel vooruitgaat in de toekomst. Onze bevindingen benadrukken processen die de toekomstige stabiliteit van de kust of koolstofvrijgave door kusterosie in de Arctis direct kunnen beïnvloeden.”

Begeleiders van der Bilt en Strzelecki zijn ook enthousiast over de publicatie. “Het is spannend om hier deel van uit te maken, en ik hoop echt dat dit als een onderzoeks onderwerp op zichzelf naar voren zal komen, omdat ik denk dat er veel te ontdekken valt.”