Geoptimaliseerd Fysiek Model Helpt Bij Het Herstellen Van Plotselinge, Dramatische Zeespiegelstijging Na De Laatste IJstijd

Ongeveer 14.500 jaar geleden, aan het einde van de laatste ijstijd, veroorzaakte het smelten van continentale ijskappen een plotselinge en catastrofale stijging van de zeespiegel met tot wel 20 meter in slechts 500 jaar of minder. Ondanks de omvang van dit fenomeen, bekend als Meltwater Pulse 1a, zijn wetenschappers nog steeds niet zeker welke ijskappen verantwoordelijk waren voor het vrijkomen van al dat water.

Onderzoekers van Brown University hebben nu een bijgewerkt fysiek model van zeespiegel dynamiek gebruikt om Meltwater Pulse 1a te reconstrueren. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Nature Geoscience. Het onderzoeksteam ontdekte dat een aanvankelijk bescheiden smelten van ijs boven Noord-Amerika een wereldwijde kettingreactie van ijsverlies veroorzaakte, die zich uitstrekte naar Europa, Azië en Antarctica. De resultaten onthullen verrassende verbindingen tussen ijskappen over de hele wereld en kunnen wetenschappers helpen betere voorspellingen te doen over de toekomstige zeespiegelstijging.

“We zien een duidelijk interhemisferisch smeltpatroon dat samenhangt met deze catastrofale zeespiegelstijging in het verleden,” zei Allie Coonin, een Ph.D.-kandidaat aan Brown’s afdeling Aarde, Milieu en Planeetwetenschappen, die het onderzoek leidde. “Dat vertelt ons dat er een soort mechanisme is dat verantwoordelijk is voor het koppelen van deze ijskappen over de hemisferen, en dat is belangrijk voor hoe we de stabiliteit van de Groenlandse en West-Antarctische ijskappen vandaag de dag begrijpen.”

Om gebeurtenissen zoals Meltwater Pulse 1a te reconstrueren, beginnen wetenschappers met zeespiegelgegevens die zijn bewaard in oude kustlijnen en oceaanafzettingen. De afzettingen bevatten fossiele koraal en andere biologische indicatoren die helpen bij het vaststellen van de timing en de omvang van eerdere fluctuaties in de zeespiegel.

Nadat ze een idee hebben van hoeveel de zeespiegel is veranderd en waar, gebruiken wetenschappers een techniek die zeespiegelvingerafdrukken wordt genoemd, om te achterhalen welke ijskappen hebben bijgedragen aan het smeltwater. Wanneer enorme ijskappen smelten, wordt de resulterende stijging van de zeespiegel niet gelijkmatig verdeeld over de wereld. In sommige gebieden stijgt het water meer dan in andere, en in sommige gebieden kan het zelfs dalen, afhankelijk van de locatie van de smeltwatervan de bron. Het patroon van zeespiegelstijging en -daling op verschillende plaatsen over de wereld kan worden gebruikt om te traceren waar het smeltwater vandaan kwam.

Een belangrijk aspect van zeespiegelvingerafdrukken is het juiste rekening houden met de fysica van een smeltende ijskap. Zwaartekracht speelt bijvoorbeeld een belangrijke rol. Ijskappen zijn zo massief dat ze een aanzienlijke zwaartekracht uitoefenen, waardoor omringend oceaanwater naar hen toe wordt getrokken. Wanneer een ijskap smelt en massa verliest, verzwakt de zwaartekracht, waardoor water kan wegstromen. Dit betekent dat de zeespiegel nabij de ijskap kan dalen als reactie op het smelten, terwijl het water elders stijgt.

Een ander belangrijk aspect is hoe de vaste aarde reageert op smeltende gebeurtenissen. Zware ijskappen drukken op de aardkorst. Wanneer de massa van een ijskap afneemt door smelten, veert de korst eronder weer op. Deze korstveerkracht kan ook water van de smeltwatervan de bron wegduwen, waardoor de zeespiegelverandering over de wereld wordt herverdeeld.

In deze nieuwe studie gebruikten de onderzoekers een vollediger model van deze processen van korstdeformatie. Eerdere onderzoeken hadden alleen elastische deformatie gemodelleerd – de snelle, trampoline-achtige reactie op veranderingen in oppervlaktelast. Coonin en haar collega’s hielden echter ook rekening met een tweede reactie die viscose deformatie wordt genoemd, waarbij de mantel, de laag materiaal onder de aardkorst, een beetje “stroomt” zoals honing over een hellend bord.

Het was lange tijd aangenomen dat viscose reacties zich over duizenden jaren voordoen en niet belangrijk zijn voor kortdurende gebeurtenissen zoals Meltwater Pulse 1a. Maar resultaten van recente experimenten met rotsdeformatie aan Brown University en elders veranderen die opvatting.

“Mensen hebben aangetoond dat deze viscose deformatie belangrijk kan zijn op tijdschalen van decennia of eeuwen,” zei Harriet Lau, assistent-professor aan Brown’s afdeling Aarde, Milieu en Planeetwetenschappen en co-auteur van de studie. “Allie was in staat om dat in haar modellering van vaste aarde deformatie in de context van zeespiegelfysica te verwerken.”

Het resultaat is een scenario voor Meltwater Pulse 1a dat aanzienlijk verschilt van eerdere reconstructies en dichter aansluit bij beschikbare paleo-zeespiegeldata. Het nieuwe scenario suggereert dat het evenement begon met bescheiden smelten van de Laurentide-ijskap boven Noord-Amerika, wat ongeveer 3 meter bijdroeg aan de zeespiegelstijging. Dit werd gevolgd door dramatischer smelten van ijskappen boven Eurazië en West-Antarctica, die respectievelijk ongeveer 7 en 5 meter bijdroegen.

Eerdere onderzoeksresultaten hadden Meltwater Pulse 1a voornamelijk toegeschreven aan één enkele bron – hoewel ze het niet altijd eens waren over welke dat was. Sommige wetenschappers schreven het voornamelijk toe aan Noord-Amerika, terwijl anderen naar Antarctica wezen. Niemand had echter de mogelijkheid van een oorzakelijke link tussen de hemisferen opgemerkt.

“We tonen aan dat het gebruik van de juiste fysica een groot verschil maakt in de voorspellingen van de zeespiegel,” zei Coonin. “Er is meer onderzoek nodig om volledig te begrijpen hoe verschillende ijskappen met elkaar zijn verbonden,” volgens de onderzoekers, maar de nieuwe bevindingen suggereren dat het huidige snelle smelten van de Groenlandse ijskap invloed kan hebben op de dynamiek van de veel grotere Antarctische ijskap, ook al liggen de twee helften van de wereld uit elkaar.