Met zijn witte zandstranden en mooi weer, het verre zuidelijke Caribische eiland Barbados is een magneet voor vakantiegangers. Het is ook een magneet voor geologen en klimaatwetenschappers. Dat komt omdat het grotendeels is gemaakt van fossiele koralen die vanaf de kustlijn hoog in het heuvelachtige binnenland reiken. Binnen deze afzettingen liggen prachtig bewaard gebleven records van vroegere zeespiegels - misschien wel de meest voor de hand liggende barometer van vroegere klimaten.

Barbados duwt al honderdduizenden jaren omhoog vanaf de zeebodem, waarschijnlijk redelijk stabiel. Tegelijkertijd, de zeespiegel is gestegen en gedaald terwijl het klimaat is opgewarmd en afgekoeld, voetafdrukken achterlaten via de vorming of dood van de koralen. Het eiland belichaamt dus een relatief toegankelijke chronologie van klimaatschommelingen uit het verleden. Het decoderen van hun exacte timing en omvang kan onderzoekers helpen te voorspellen hoe ver zeeën zullen stijgen tijdens ons huidige tijdperk van door de mens veroorzaakte klimaatverandering.

Onlangs, een team van het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University bezocht om de koralen te proeven, en nieuwe analytische technieken op hen toe te passen. "De wereld wordt warmer, en de polen smelten, "zei teamleider Maureen Raymo. "De grote vraag is, in de komende decennia en eeuwen, gaat de zeespiegel met een voet stijgen? Met drie voet? Met tien voet? Om hierover na te denken, we kunnen wachten. Of, we kunnen kijken naar tijden in het verleden toen het klimaat een beetje warmer was dan vandaag. En we kunnen vragen, hoe hoog waren de zeeën in die tijd?"

Geologen zijn al sinds de jaren 1840 geïntrigeerd door de fossiele koralen van Barbados. In dwarsdoorsnede, het eiland ziet eruit als een trap, samengesteld uit achtereenvolgens hogere kliffen en terrassen naarmate men landinwaarts gaat. Op veel plaatsen, kliffen reiken tientallen meters hoog, netjes eindigend in een plateau, die dan verderop in een andere klif uitmondt. Sommige wetenschappers hebben lang beweerd dat het eiland in één keer werd gevormd; maar voor anderen, de trapvormige formaties suggereerden een geleidelijk stijgend proces, met elk opeenvolgend hogere klif en terras gevormd door golfslag. In de jaren 1960, chemische isotopen die werden gebruikt om de leeftijd van gesteenten te meten, toonden aan dat dit laatste het geval was.

In de meeste geologische formaties, de oudste rotsen liggen op de bodem, jongere erop. op Barbados, het is het omgekeerde. De oudste koralen, momenteel geschat op 500, 000 tot 700, 000 jaar, zijn op de hoge grond, de jongste langs de kust. Net voor de kust onder de golven, levende koraalriffen bouwen hun skeletten, en zal waarschijnlijk op een dag ook op het droge opstijgen. Het eiland stijgt omdat de tektonische plaat die de bodem van de Atlantische Oceaan vormt, langzaam onder de plaat schuift die het Caribisch gebied vormt. In het proces, een gigantische stapel Atlantische modder wordt afgeschraapt bij de plaatgrens en stapelt zich op in een steeds groter wordende wig. Barbados rijdt omhoog op deze wig. Volgens de huidige schattingen stijgt het aantal ongeveer 30 centimeter per 1 000 jaar, voor honderdduizenden jaren.

Key papers in de late jaren 1960 door Brown University geoloog Kenneth Mesolella en Lamont klimatoloog Wallace Broecker toonden aan dat, gesuperponeerd tegen deze gestage stijging, de koraalgroei in het verleden is tot stilstand gekomen of hervat met stijgingen en dalingen van de zeespiegel. Verder, ze toonden aan dat de timing van de zeespiegelverschuivingen overeenkwam met de zogenaamde Milankovitch-cycli, een reeks herhaalde overlappende veranderingen in de baan van de aarde waarvan gedacht wordt dat ze de afkoeling en opwarming van de aarde veroorzaken - en dus het toenemen en afnemen van ijstijden - gedurende tien- en honderdduizenden jaren. Deze studies van Barbados waren de sleutel tot het vastleggen van de nu algemeen aanvaarde theorie dat Milankovitch-cycli een meesterlijke controller zijn van het planetaire klimaat. De resultaten van natuurlijke schommelingen kunnen worden gezien als analogieën van wat kan resulteren uit door de mens veroorzaakte opwarming. Echter, er zijn nog steeds vragen over de exacte timing en omvang van dergelijke schommelingen, en hoe snel ijskappen, en dus de zeespiegel, reageren op hen. Barbados is een ideale plek om deze vragen te onderzoeken.

De reis van de groep begon met een tweedaagse verkenning om locaties te identificeren voor het bemonsteren van koralen. Een van de eerste haltes was Batt's Rock, een populair strand in het zuidwesten van het eiland. De onverharde parkeerplaats net achter het strand werd ondersteund door een steile klif, doorsneden door een reeks ondiepe grotten. Raymo zei de grotten, momenteel slechts enkele meters boven zeeniveau, had gekerfd kunnen zijn door golfslag van slechts 5, 000 jaar geleden. Dit. ze zegt, was een korte warme periode waarin de zeespiegel voldoende steeg om de stijging van het eiland te overwinnen.

We liepen omhoog via een steile weg die door de klif was gesneden naar een drukke weg, gelegen op een vlak terras erboven. Hierboven, een andere klif en een wegafsluiting gingen omhoog naar de campus van de University of the West Indies. al die tijd, de overblijfselen van oude rifwezens waren handig zichtbaar in de verticale wanden:hersenkoralen, pijler koralen, ster koralen, egels, weekdieren, wormen. Er waren ook tal van boorgaten ter grootte van een golfbal waar eerdere onderzoekers monsters hadden genomen.

Deze eerdere onderzoekers hebben de leeftijden van veel sites geschat, inclusief het gedeelte bij de universiteit, waarvan wordt gezegd dat het ongeveer 120 is, 000 jaar oud. Maar nu zijn er meer veeleisende isotopische technieken beschikbaar gekomen, sommigen van hen zijn gepionierd door leden van het team. Dit omvat de interpretatie van subtiele veranderingen in het element strontium, ontwikkeld door Raymo's afstudeerder Michael Sandstrom, die het onderwerp van een groot deel van de steekproef zou zijn. Het team had ook GPS-instrumenten meegebracht waarmee ze de locaties en hoogtes van monsters met veel grotere precisie zouden kunnen bepalen dan eerdere onderzoekers hebben kunnen doen.

Raymo's groep kijkt naar een paar belangrijke periodes uit het verleden. Bij andere expedities naar zuidelijk Afrika, Patagonië, Australië en de Amerikaanse oostkust, ze zijn tijdens het Plioceen op de zeespiegel terechtgekomen. In deze periode, ongeveer 3 miljoen jaar geleden, was de temperatuur ongeveer 2 graden Celsius boven het huidige niveau - wat we tegen het einde van deze eeuw kunnen bereiken - en het atmosferische koolstofdioxideniveau ongeveer hetzelfde als nu. Ze zijn ook geïnteresseerd in periodes van schijnbare snelle opwarming tussen ijstijden, zo'n 400, 000 jaar geleden, en weer zo'n 120, 000 jaar geleden. Deze periodes waren ook net iets warmer dan vandaag.

De zeespiegel was in al deze perioden vrijwel zeker hoger dan nu, maar schattingen van hoeveel hoger variëren enorm. De zeeën in het midden van het Plioceen waren mogelijk 30 tot 120 voet hoger dan vandaag, of ergens daar tussenin. Bij de 400, 000 jaar, een controversiële schatting plaatst het niveau op 60 voet hoger; Raymo beweert dat het eerder 18 tot 40 was. Een onderzoek uit 2009 in Barbados door andere onderzoekers suggereert dat 121, 000 jaar geleden, zeeën stegen in slechts een eeuw maar liefst 9 voet - misschien als gevolg van een plotselinge ineenstorting van de West-Antarctische ijskap. Als het dan zou kunnen gebeuren, het kan nu gebeuren, zei Raymo. Met behulp van de nieuwe veeleisende methoden, ze wilde zien of het echt zo was.

Bij het zoeken naar voorbeeldsites, in de buurt van de stad Oistins, een paar afstudeerders spraken zich een weg naar de omheinde tuin van gepensioneerde Ronald Blackmore. Blackmore's huis grensde aan een mooi zichtbare klif die in de 120 leek te vallen, 000 jaar bereik. Toen het team uitlegde waar ze naar op zoek waren en waarom, Blackmore stond te popelen om te helpen. Hij keek de volgende dag urenlang toe terwijl het team monsters hamerde en uitboorde. Ze haalden brokken uitspreidende elandenkoralen weg, varenachtige Monastrias, en een deel van de perfect doorgesneden kop van een gigantisch hersenkoraal. Allen bevonden zich in groeipositie, wat betekent dat dit gedeelte direct uit de zee was getild en intact was gebleven, met de koraalkoppen naar de lucht gericht - niet door elkaar gegooid en opnieuw afgezet door golven van een latere stijging of daling van de zeespiegel, die gemakkelijk leeftijdsmetingen zouden kunnen verwarren.

Na de bemonstering, Jacqueline Austermann, een Lamont-wetenschapper die gespecialiseerd is in het modelleren van eerdere zeespiegels, een lijst op met andere factoren die tot tegenstrijdige schattingen hebben geleid. De meeste hebben eigenlijk niets met water te maken, maar land. Voor een, ze zei, wanneer kilometers dik ijs de continenten op hoge breedte bedekt, hierdoor wordt de korst ingedrukt. Als een ballon die is samengedrukt, bevroren kusten aan de continentale randen worden omhoog gedrukt - het zogenaamde forebulge-effect. Als het ijs zich terugtrekt, het tegenovergestelde gebeurt; land in het binnenland stijgt, en de kusten zinken. Het zinken van de kust begon op veel plaatsen zo'n 15 000 jaar geleden, toen de meest recente ijskap die Noord-Amerika bedekte, zich terugtrok. Vandaag, een groot deel van de oostkust van de VS en verder tot aan de Bahama's nog steeds aan het zinken is, meetbaar vergroten van de zeespiegelstijging rond New York City en andere gebieden.

Anderzijds, wanneer ijs smelt en de zeespiegel stijgt, het toegenomen gewicht van water drukt op de zeebodem. Dit zorgt ervoor dat sommige kustgebieden uitpuilen - een proces dat continentale levering wordt genoemd. Dit kan het stijgende water op sommige plaatsen gedeeltelijk tegengaan. Het tegenovergestelde gebeurt wanneer de zeespiegel daalt en de druk op de zeebodem afneemt.

Er is ook een zwaartekrachteffect gecreëerd door ijskappen zelf. Vandaag, de Groenlandse ijskap smelt snel en verliest massa. Maar Noord-Europa, die relatief dichtbij is, ziet niet zoveel zeespiegelstijging als men zou verwachten. Dit, zei Austermann, is omdat de verspilling van Groenland betekent dat er minder zeewater wordt aangetrokken door Groenland en het omliggende gebied; het effect strekt zich uit tot ongeveer 1, 000 mijl rond, waaronder Noord-Europa valt. Specialisten die dit effect nog steeds precies proberen te meten, noemen het 'het Europese probleem'.

Al deze verschijnselen werken op verschillende tijdschalen in verschillende gebieden, op vaak verwarrende en tegenstrijdige manieren tegen elkaar uitspelen. Zelfs Austermann, een wereldexpert, geeft toe dat het verbijsterend is om te proberen te achterhalen wat de oceaan op een bepaald moment werkelijk aan het doen was. Barbados is een goede plek om te beginnen, Hoewel, ze zei, niet alleen vanwege de fossiele koralen, maar omdat het dicht bij de evenaar ligt en relatief geïsoleerd is van de meeste effecten, behalve het waterpeil zelf. "We noemen Barbados graag de peilstok van de zeespiegel, " ze zei.

Verschillende teamleden stonden voor de niet-benijdenswaardige taak om gedurende meerdere dagen monsters te nemen van wegafsluitingen op een lager niveau. Hier, er was weinig tot geen schaduw om te beschermen tegen de felle tropische zon, en vrachtwagens en auto's raasden constant door op slechts een paar meter afstand, uitlaatsporen achterlatend.

Anderen van ons verkenden het hoge land, waar aangename winden enorme suikerrietplantages verdringen en melkveebedrijven uitgestrekt over de terrassen. Naast het precies vastleggen hoe snel de zee 120 steeg, 000 jaar geleden, Raymo wilde de vraag oplossen hoe oud de oudste rotsen van het eiland precies zijn. Niemand heeft dit nog bepaald, maar de hoge grond zou de plek zijn om te kijken.

We kwamen toevallig de Apes Hill Club tegen, een omheinde enclave op een reeks van hoge, glooiende heuvels gewijd aan golf, polo en dure huizen. Raymo liet haar universiteitspasje zien aan de vriendelijke bewaker, en sprak haar naar binnen. Al snel hadden we toestemming van de manager om monsters te nemen. De volgende dag reden we er allemaal naartoe.

Apes Hill is een soort verloren wereld, bewaard voor de helter-skelter van ontwikkeling hieronder. Er waren uitzichten op zowel de Atlantische Oceaan als de Caraïben, ver onder. Honderden voet boven zeeniveau was een rij spectaculaire zeegrotten, bedekt met hangende boomwortels en gevuld met intacte koralen. Verderop op de weg, een waterval die langs een rotswand naar beneden stortte in een rond zwembad. "Het ziet er bijna kunstmatig uit, " zei Steven Goldstein, een Lamont-geochemicus. Het bleek dat hij gelijk had; nauwkeurig onderzoek toonde aan dat de randen van het zwembad van beton waren gemaakt om eruit te zien als steen. Een slim gecamoufleerde waterpomp in de struiken was de bron van de waterval.

De rest was heel echt. Op ongeveer 750 voet hoogte, de 16e hole van de golfbaan lag in de schaduw van een enorme zeeboog vol met tandachtige stalactieten en stalagmieten. If you looked through the arch toward the 17th hole, the arch strongly resembled the jaw of a super-gigantic Tyrannosaurus rex. As the team prepared to take a sample from a nearby cliff, a golf ball whizzed into a pond nearby. As Dyer hammered out a sample, one student was stationed as a precaution to watch out for falling rocks, another for flying golf balls.

"These are probably the oldest corals on the island, " said Raymo. She said that based purely on elevation and the conventional wisdom that the island has been rising a foot every 1, 000 jaar, they might be 750, 000 years old. Maar, she averred,  conventional wisdom could be wrong. "They could be a lot older. Maybe they are younger. At this point, we just don't know this, or many other things. That's what we're trying to find out."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.