Hoe de Zuidelijke Oceaan het klimaat en de atmosfeer van kooldioxide beheerde tijdens de gematigde interglacialen

Veranderingen in de circulatie van de Zuidelijke Oceaan voor en na de Mid-Brunhes Event

Het klimaat van de aarde heeft miljoenen jaren fluctuerende periodes van kou en warmte ervaren. Tijdens de zogenaamde “lauw warme interglacialen”—warme fasen tussen 800.000 en 430.000 jaar geleden—lagen de atmosferische CO2-concentraties slechts rond de 240 tot 260 ppm (deeltjes per miljoen). Latere interglacialen bereikten waarden van 280 tot 300 ppm.

Ter vergelijking: de huidige concentratie is al boven de 420 ppm gestegen door menselijke emissies. Waarom deze eerdere warme perioden kouder waren, bleef tot nu toe onduidelijk. Een nieuwe studie benadrukt nu de Zuidelijke Oceaan, de oceaan rondom de Zuidpool, als een beslissende factor.

“Onze data tonen voor het eerst aan dat een sterkere stratificatie van de Zuidelijke Oceaan cruciaal was voor de relatief koele interglacialen vóór de Mid-Brunhes Event,” zegt Dr. Huang Huang, de hoofdonderzoeker van de studie. Hij voltooide zijn Ph.D. aan GEOMAR in 2019 en werkt nu in het Laoshan Laboratorium in Qingdao (China).

De Mid-Brunhes Event verwijst naar een significante klimaatverandering die ongeveer 430.000 jaar geleden plaatsvond. Na dit evenement werden de interglacialen warmer, langer en hadden ze hogere CO2-niveaus in de atmosfeer. “Met onze nieuwe methodologische aanpak konden we zelfs kortetermijnvariaties in de oceaan detecteren—wat ons een veel gedetailleerder beeld van de dynamiek van de Zuidelijke Oceaan biedt.”

Een blik in het verleden met innovatieve lasertechnologie

Om hun onderzoeksvraag te beantwoorden, analyseerde het team een ferromangaanlaag die werd verzameld van de Antarctische continentale marge op een diepte van ongeveer 1.600 meter. Deze lagen groeien extreem langzaam en registreren de chemische handtekening van zeewater over honderden duizenden jaren.

Met behulp van een nieuwe lasertechniek—de 2D laser ablatie techniek, waarbij kleine monsters van materiaal precies worden verdampt en vervolgens geanalyseerd—onderzochten de onderzoekers de isotopische samenstelling van lood dat in de laag is bewaard. Loodisotopen onthullen hoe sterk de waterlagen in de oceaan in het verleden waren gemengd. Een nieuwe methode maakt ook absolute datering van de lagen van hetzelfde monster mogelijk. Op deze manier kunnen veranderingen in het klimaat uit het verleden met een zeer hoge temporele resolutie worden gereconstrueerd.

“Deze nieuwe lasermethode opent volledig nieuwe mogelijkheden voor klimaatreconstructie,” zegt Dr. Jan Fietzke, een fysicus en hoofd van het LA-ICP-MS (laser ablatie inductief gekoppelde plasma massaspectrometrie) laboratorium bij GEOMAR. “Het stelt ons in staat om een beter begrip te krijgen van de rol van de Zuidelijke Oceaan in de wereldwijde koolstofcyclus, wat ook relevant is voor het voorspellen van toekomstige klimaatontwikkelingen.”

Sterkere stratificatie: Oceaanprocessen bepalen het klimaat

De data tonen aan dat tijdens de lauw warme interglacialen de Zuidelijke Oceaan sterker was gestapeld—de bovenste en onderste waterlagen mengden minder. Dit betekende dat meer koolstof opgeslagen bleef in de diepe oceaan in plaats van in de atmosfeer te komen. Minder atmosferische CO2 leidde op zijn beurt tot een zwakker broeikaseffect, koelere temperaturen in Antarctica en waarschijnlijk ook tot een grotere Antarctische ijskap.

De resultaten benadrukken de cruciale rol van oceaanveranderingen in de gevoeligheid van het klimaat systeem van de aarde.