Kleine mariene protistenschalen onthullen aanwijzingen voor het begin van ijstijden

Onderzoek naar de Oorzaken van IJstijden – Wat leidt tot lagere atmosferische CO2-niveaus tijdens ijstijden is een vraag die wetenschappers al decennia lang bezighoudt. Ph.D. student Monica Garity van de UConn-afdeling Mariene Wetenschappen en haar co-auteurs werken eraan om dit mysterie te ontrafelen. Door de patronen van koolstofopslag in de diepe oceaan te bestuderen, geven de onderzoekers nieuwe inzichten in deze oude vraag. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

De oceaan speelt een centrale rol in de koolstofbalans van de aarde en fungeert zowel als een opslagplaats als een bron van koolstof voor de atmosfeer. Om de rol van de oceaan in de veranderingen van de atmosferische CO2 in het verleden beter te begrijpen, hebben de onderzoekers de afgelopen 150.000 jaar bestudeerd en de trends in koolstofopslag in de oceaan gevolgd terwijl grote continentale ijskappen zich uitbreidden en weer terugtrokken tijdens de laatste twee ijstijden. Garity legt uit dat veel van het bestaande onderzoek zich richt op het eindgedeelte van de ijstijden, genaamd terminatie, in plaats van de processen die de opbouw van ijs aan het begin veroorzaken, genaamd inceptie.

“Een van de belangrijkste dingen waar we naar kijken, is of er een consistent feedbackmechanisme is dat optreedt tijdens de glaciaire inceptie en terminatie,” zegt Garity. “We weten dat er waarschijnlijk verschillende feedbacks samenwerken om de lagere atmosferische CO2 te bereiken die we tijdens ijstijden zien, maar het identificeren van deze mechanismen is een uitdaging.”

De onderzoekers bestudeerden sedimentkernen die diep uit de Atlantische Oceaan zijn gehaald, in een gebied dat de Brazil Margin wordt genoemd. Garity legt uit dat deze kernen in de jaren ’90 zijn genomen en dat ze zijn gedateerd, zodat de onderzoekers eenvoudig monsters kunnen nemen uit de delen van de kernen die overeenkomen met de gevraagde tijdsperiode. In het sediment bevinden zich de schelpen van kleine protisten genaamd foraminifera, die de chemie van de oceaan op het moment dat ze leefden, vastlegden. Ze analyseerden de foraminifera op stabiele isotopen en metaalverhoudingen, waaronder boor en calcium.

De verhouding van boor tot calcium in de foraminifera kan worden gebruikt om de historische concentratie van carbonaationen in de oceaan te reconstrueren, wat omgekeerd gerelateerd is aan de koolstofinhoud. Garity zegt dat er een grote hoeveelheid van de kleine schelpen nodig was om de metingen uit te voeren, vooral voor monsters uit de diepste kernen, waar er minder microfossielen zijn. Om dit te doen, vriesdrogen de onderzoekers eerst de monsters en wassen vervolgens het sediment over zeer fijne zeven.

“Het is veel staan bij de gootsteen en het wassen van de modder, en dan hebben we al deze kleine foraminifera achtergelaten in de zeef. We kijken onder de microscoop en kiezen een zeer specifieke soort uit de vele verschillende soorten die in elk moddermonster aanwezig zijn. De soort die we gebruiken is een zeer betrouwbare recorder van de historische oceaanchemie en is de beste voor het type analyse dat we uitvoeren,” zegt Garity.

Deze methode biedt een fascinerende kijk op het verleden en laat de verzuring van de oceaan in actie zien. Wanneer de koolstofopslag in de oceaan toeneemt, wordt het water zuurder en kunnen de foraminifera oplossen, zegt Garity.

De onderzoekers zagen dat de concentratie van carbonaationen 115.000 jaar geleden in de diepste delen van de Atlantische Oceaan daalde tijdens de eerste afname van atmosferische pCO2, wat aangeeft dat er een verhoogde koolstofopslag was tijdens de vroege stadia van glaciaire inceptie. Garity zegt dat dit een opwindende ontdekking was. “In dit artikel tonen we aan dat de diepe Atlantische Oceaan verbonden is met de trends in atmosferische CO2, waar we een daling van atmosferische CO2 en een opbouw van koolstof in de Atlantische Oceaan zien tijdens elke fase van glaciaire inceptie. Vervolgens, tijdens de terminaties, wanneer de atmosferische CO2 toeneemt, zien we een vrijgave uit de Atlantische Oceaan,” zegt Garity.

Garity wijst erop dat dit werk duidelijke implicaties heeft voor het veranderende klimaat van vandaag. Meer koolstof in de atmosfeer betekent meer koolstof die de oceaan binnendringt, maar de processen die vandaag plaatsvinden, verlopen op een versnelde tijdschaal in vergelijking met die in het verleden. Toekomstige richtingen voor dit project omvatten het creëren van meer registraties op verschillende locaties in de oceaan, zegt Garity. “Het zou geweldig zijn als we nog een B/Ca-record van de zuidelijke bronwater voor glaciaire inceptie konden krijgen, omdat het hebben van één geweldig is, maar we willen proberen te verifiëren dat dezelfde trend zich voordoet op andere locaties in de Atlantische Oceaan.”

Garity zegt dat de hulp van co-auteurs en de NSF Research Experience for Undergraduate (REU) studenten Hope Jerris en Jacquelyn McBride heeft bijgedragen aan het succes van dit onderzoek. Garity zal binnenkort haar Ph.D. afronden en Jerris hoopt soortgelijk onderzoek voort te zetten in een Ph.D. “Hoe meer we het klimaat in het verleden kunnen begrijpen, hoe meer we kunnen proberen te begrijpen hoe het klimaat in de toekomst zal veranderen,” zegt Garity. “Dit is gewoon weer een puzzelstuk in het ontrafelen van het decennialange mysterie van de ijstijden.”