Ruimtestof onthult omstandigheden van het Arctische ijs vóór satellietbeelden
IJskappen in de Arctische zee nemen snel af, wat ertoe leidt dat het resterende ijs sneller smelt en de beschikbaarheid van voedingsstoffen verandert. In een studie geleid door de Universiteit van Washington tonen onderzoekers aan hoe deeltjes uit de ruimte kunnen helpen bij het recreëren van de ijstoestand van de afgelopen 30.000 jaar.
Sinds 1979, het jaar waarin de reguliere satellietmonitoring begon, is het Arctische zee-ijs met meer dan 42% afgenomen. Naarmate het ijs dunner wordt en zich terugtrekt, wordt er meer water blootgesteld aan zonlicht. IJs weerkaatst zonlicht, maar donker water absorbeert het, wat de opwarming bevordert en het verlies van ijs versnelt. Klimaatmodellen geven aan dat de Arctische regio binnen enkele decennia zomers zonder ijs zal meemaken, en wetenschappers zijn nog steeds onzeker over wat dit betekent voor het leven op aarde.
Onderzoekers weten al geruime tijd dat fijnkorrelig stof uit de ruimte de oppervlakte van de aarde bedekt. Dit stof valt vanuit de kosmos met een constante snelheid en vestigt zich in oceaanafzettingen. Een studie gepubliceerd in Science toont aan dat het volgen van waar kosmisch stof is gevallen—en waar niet—kan onthullen hoe de dekking van zee-ijs door de millennia heen is veranderd.
“Als we de timing en ruimtelijke patronen van het afnemen van ijsdekking in de toekomst kunnen projecteren, zal dat ons helpen de opwarming te begrijpen, veranderingen in voedselwebben en visserij te voorspellen, en ons voor te bereiden op geopolitieke verschuivingen,” zegt Frankie Pavia, assistent-professor oceanografie aan de UW, die de studie leidde.
Kosmisch stof zwiept door de ruimte nadat sterren exploderen en kometen botsen. Terwijl het de zon passeert, wordt kosmisch stof geïmplanteerd met een zeldzame vorm van helium—helium-3. Wetenschappers meten helium-3 om kosmisch stof van aardse resten te onderscheiden. “Het is alsof je naar een speld in een hooiberg zoekt,” aldus Pavia. “Je hebt dit kleine beetje kosmisch stof dat overal neerdaalt, maar je hebt ook aardafzettingen die vrij snel zich ophopen.”
In deze studie was Pavia meer geïnteresseerd in de afwezigheid van kosmisch stof. “Tijdens de laatste ijstijd was er bijna geen kosmisch stof in de Arctische afzettingen,” zei hij.
De onderzoekers hypotheseerden dat kosmisch stof kan dienen als een proxy voor ijs voordat er satellieten waren om veranderingen in dekking te monitoren. IJs aan de oppervlakte van de zee blokkeert kosmisch stof om de zeebodem te bereiken, terwijl open water kosmisch stof in afzettingen laat neerdalen. Door de hoeveelheid kosmisch stof in sedimentkernen van drie locaties te analyseren, reconstrueerden de onderzoekers de geschiedenis van zee-ijs van de afgelopen 30.000 jaar.
De drie locaties in de studie “beslaan een gradient van moderne ijsbedekking,” zegt Pavia. De eerste, gelegen nabij de Noordpool, is het hele jaar door bedekt. De tweede ligt aan de rand van het ijs tijdens het jaarlijkse minimum in september, en de derde was in 1980 bedekt met ijs, maar is nu seizoensgebonden ijsvrij.
De onderzoekers ontdekten dat de jaar-rond ijsbedekking overeenkwam met minder kosmisch stof in het sediment. Dit werd ook waargenomen tijdens de laatste ijstijd, ongeveer 20.000 jaar geleden. Toen de aarde begon te ontdooien, verscheen kosmisch stof opnieuw in de monsters. De onderzoekers koppelden vervolgens de ijsbedekking aan de beschikbaarheid van voedingsstoffen, waarbij ze aantoonden dat de consumptie van voedingsstoffen piekte wanneer zee-ijs laag was en afnam naarmate er meer ijs opbouwde.
De gegevens over de cyclus van voedingsstoffen komen van kleine schelpen die ooit werden bewoond door stikstofafbrekende organismen, genaamd foraminiferen. Chemische analyse van de schelpen van deze organismen toont aan welk percentage van de totaal beschikbare voedingsstoffen werd geconsumeerd toen ze leefden.
“Naarmate het ijs in de toekomst afneemt, verwachten we een toegenomen consumptie van voedingsstoffen door fytoplankton in de Arctische regio, wat gevolgen heeft voor het voedselweb,” zegt Pavia.
Aanvullend onderzoek is nodig om te laten zien wat de veranderingen in de beschikbaarheid van voedingsstoffen aandrijft. Eén hypothese suggereert dat de afname van zee-ijs de hoeveelheid voedingsstoffen die door oppervlakteorganismen worden gebruikt, verhoogt omdat er meer fotosynthese plaatsvindt, maar een andere stelt dat voedingsstoffen worden verdund door het smelten van ijs. Beide scenario’s geven een verhoogde consumptie aan, maar alleen het eerste geeft aan dat er sprake is van een toename in mariene productiviteit.
Onderzoekers die ook aan de studie hebben bijgedragen zijn Jesse R. Farmer van de Universiteit van Massachusetts Boston; Laura Gemery en Thomas M. Cronin van de Verenigde Staten Geological Survey; en Jonathan Treffkorn en Kenneth A. Farley van Caltech.
