Sedimentkernen uit de Zuidoostelijke Stille Oceaan: een klimaatarchief van 8 miljoen jaar over de temperatuurimpact op de oceaan

Onderzoek naar Sedimentkern in de Zuid-Oostelijke Stille Oceaan

Onder leiding van het Leibniz Instituut voor Baltisch Zeeonderzoek Warnemünde (IOW) is een sedimentkern uit de Zuid-Oostelijke Stille Oceaan onderzocht die de afgelopen 8 miljoen jaar van de aarde vastlegt.

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, toont aan dat de intensiteit van de Antarctische Circumpolaire Stroom (ACC), die de drie grootste oceanen van de wereld verbindt, bijzonder gevoelig is voor temperatuurveranderingen. Dit heeft op zijn beurt een significante invloed op de uitwisseling van CO2 tussen de oceaan en de atmosfeer.

Tijdens een expeditie met een Amerikaans onderzoeksschip in de centrale en oostelijke Stille Oceaan in 2019 verzamelden onderzoekers van het IOW, het Alfred Wegener Instituut, het Helmholtz Centrum voor Pool- en Marien Onderzoek (AWI, Bremerhaven), het Lamont-Doherty Aardobservatorium (LDEO, VS) en MARUM—Centrum voor Mariene Milieuwetenschappen (Bremen) verschillende sedimentkernen. IOW-wetenschapper Antje Wegwerth onderzocht een van deze kernen om conclusies te trekken over de klimaatsontwikkeling van de afgelopen 8 miljoen jaar.

De kern werd genomen op een diepte van 3.800 m nabij de Drake Passage, het smalste punt van de Antarctische Circumpolaire Stroom. Deze stroom is de sterkste oceaanstroom ter wereld en verbindt de Stille, Atlantische en Indische Oceaan.

Gedurende miljoenen jaren heeft de ACC niet alleen warmte, zout en voedingsstoffen, maar ook opgelost koolstofdioxide (CO2) rond Antarctica gecirculeerd. De resultaten van deze studie zullen worden gebruikt voor de verdere ontwikkeling van huidige klimaatmodellen en helpen om het toekomstige klimaat beter in te schatten in het licht van de opwarming van de aarde.

Algen onthullen vroegere zeewatertemperaturen

Het onderzoeksteam heeft in totaal 300 sedimentmonsters uit de 380 m lange kern onderzocht met behulp van een techniek die bekendstaat als alkenon-paleothermometrie. Deze methode bereikte een temporele resolutie van ongeveer 25.000 jaar over de 8 miljoen jaar die de kern beslaat. Het doel van de alkenon-methode is om de vroegere oppervlaktetemperaturen van het water af te leiden.

Alkenonen zijn chemische verbindingen die achterblijven wanneer eencellige kalkalgen sterven. Kalkalgen scheiden calciumcarbonaat af en komen wereldwijd in de oceanen voor. Alkenonen verschillen afhankelijk van de heersende temperaturen, en hun analyse biedt daarom een unieke kans om conclusies te trekken over vroegere zeewatertemperaturen.

De Circumpolaire Stroom werd sterker tijdens koude periodes

De onderzoekers ontdekten dat de intensiteit van de ACC tussen de 2,2 en 5,3 miljoen jaar geleden toenam tijdens lange koude periodes van ongeveer 400.000 jaar. De verhoogde intensiteit van de ACC leidde waarschijnlijk tot een grotere menging van diep zeewater, waardoor CO2 uit de oceaan in de omringende lucht en uiteindelijk in de atmosfeer vrijkwam.

Volgens de hoofdauteur van de studie, IOW-wetenschapper Antje Wegwerth, was de verhoogde intensiteit van de ACC tijdens zulke lange koude periodes verrassend. “Eerdere studies van de afgelopen 1 miljoen jaar hebben een verhoogde ACC-intensiteit aangetoond tijdens relatief korte warme periodes van 10.000 jaar, in plaats van tijdens koude periodes. Dit suggereert dat de interacties tussen de oceaan en de atmosfeer verschillen afhankelijk van de bestudeerde tijdschalen en daarom in meer detail en op verschillende temporele resoluties moeten worden onderzocht.”

Resultaten tegenspreken eerder aangenomen wereldwijde afkoeling

Bovendien werd eerder aangenomen dat er ongeveer 2,7 miljoen jaar geleden, tijdens het begin van de grote verglacialisatie op het noordelijk halfrond, een wereldwijde afkoeling plaatsvond. De IOW-studie toonde echter een relatief sterke opwarming van ongeveer 5°C in de Zuidelijke Oceaan en vooral in de Zuid-Oostelijke Stille Oceaan aan. Deze opwarming duurde 700.000 jaar.

Het onderzoeksteam concludeert dat deze opwarming, samen met een verzwakte ACC, leidde tot de accumulatie van het broeikasgas CO2 in de subpolaire diepe oceaanwateren. Dit werd gevolgd door een constante verwijdering van CO2 uit de atmosfeer en uiteindelijk een afkoeling van het wereldklimaat.

De opwarming kan ook invloed hebben gehad op de gedeeltelijke smelting van het Antarctische ijs, wat uiteindelijk leidde tot een verzwakking van de vorming van de Noord-Atlantische Diepe Wateren en de Atlantische Omkering Circulatie, waardoor de verglacialisatie van het Noordelijk Halfrond werd bevorderd.

Huidige klimaatmodellen kunnen worden verbeterd op basis van de resultaten

In een vervolgproject zullen de klimaat- en omgevingsomstandigheden en de interacties met het naburige Patagonië van de afgelopen 8 miljoen jaar in een hogere temporele resolutie worden onderzocht dan voorheen. Dit zal bijdragen aan een beter begrip van het klimaat en helpen bij het verbeteren van de huidige klimaatmodellen.

Het doel is om toekomstige klimaatontwikkelingen beter te kunnen inschatten. Vooral vanuit de Zuidelijke Oceaan zijn er slechts beperkte gegevens over het verleden beschikbaar, wat deze studie tot een belangrijke schat aan gegevens maakt voor de wereldwijde klimaatsontwikkeling in de context van de voortschrijdende opwarming van de aarde.