Grafieken van de wereldwijde zeespiegel rond de tijd van het slecht begrepen Laatste Glaciale Maximum (27, 000 tot 20, 000 jaar geleden) toonden eerder stabiele ijskappen voor ongeveer 10, 000 jaar voordat het ijs langzaam begon te smelten. Nieuwe analyse van de eerste Great Barrier Reef-monsters over de tijd 22, 000 jaar geleden tot 19, 000 jaar geleden voegt eindelijk detail toe aan die periode, levert waardevolle inzichten op voor modellen van klimaat- en ijskapdynamiek.

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Yusuke Yokoyama van de Universiteit van Tokio, verdeelt nu het Laatste Glaciale Maximum in twee verschillende perioden:

• periode A-30, 000 tot 21, 500 jaar geleden, het zeeniveau was relatief stabiel
• periode B-21, 000 tot 17, 000 jaar geleden, het zeeniveau was onstabiel met grote, snelle schommelingen

De snelle daling van de zeespiegel waargenomen 21, 000 jaar geleden is bijzonder opvallend omdat het in tegenspraak is met het huidige begrip van deze periode.

"Dit daagt het paradigma uit dat de grootte van de gletsjer slechts langzaam kan veranderen, omdat snelle veranderingen in de zeespiegel betekenen dat water snel moet smelten of bevriezen, " zei Yokoyama, hoofdauteur van het onderzoeksartikel gepubliceerd in Natuur op 26 juli 2018.

Deze snelle verschuivingen in de grootte van oude gletsjers zijn significant in de context van moderne klimaatverandering en de bijbehorende effecten.

"De huidige modellen van gletsjerdynamiek zijn misschien te conservatief. Er moet rekening worden gehouden met de mogelijkheid van snelle stijgingen of dalingen van de zeespiegel, ' zei Yokoyama.

Toekomstige klimaatvoorspellingsmodellen worden getest op hun vermogen om historische klimaatparameters nauwkeurig te berekenen die worden geverifieerd door voorbeeldgegevens. Allemaal nauwkeurig, gedetailleerde gegevens over oude klimaten zijn aanvullende punten om de nauwkeurigheid van klimaatmodellen te controleren.

"Onderzoeksteams zoals de onze verzamelen gegevens over hoe de aarde vroeger was, en vervolgens gebruiken andere onderzoeksgroepen die gegevens om hun modellen van het toekomstige klimaat continu te verbeteren, ' zei Yokoyama.

"Het is erg belangrijk om de grootte en locatie van ijskappen te begrijpen, omdat grote ijsmassa's fungeren als een vriezer voor de lokale omgeving - gletsjers veranderen de oceaantemperatuur en het zoutgehalte, die de oceaanomstandigheden beïnvloeden. Het begrijpen van oude zeespiegels kan geologische structuren onthullen, zoals landbruggen, die van belang kunnen zijn geweest voor trekroutes of soortenscheiding, ' zei Yokoyama.

Ophalen van het rif

In 2010, Yokoyama was de co-chief scientist van het internationale Integrated Ocean Drilling Program Expedition 325:Great Barrier Reef Environmental Changes. Universitair hoofddocent Jody Webster van de Universiteit van Sydney, School of Geosciences was ook co-chief scientist op de expeditie. Het onderzoeksteam bracht twee maanden door op het 93,6 meter lange (102 meter lange) onderzoeksschip Grootschip Maya het verzamelen van fossiele koraalrifmonsters. De rifkernen die in dit onderzoek zijn geanalyseerd, kwamen van twee locaties:Hydrographers Passage voor de kust van Mackay en Noggin Pass voor de kust van Cairns, beide aan de oostkust van de Australische staat Queensland.

Het verzamelen van fossiele koralen van het Laatste Glaciale Maximum is technisch en logistiek een uitdaging.

"We hebben koraal bemonsterd van 90 meter tot 130 meter (98 tot 142 yards) onder het huidige zeeniveau. Het is moeilijk om ergens tussen de 50 en 200 meter (55 en 219 yards) onder water gegevens te verzamelen; duikers kunnen meestal niet onder de 30 meter gaan (33 yards) en scheepskapiteins gaan liever niet ondieper dan 200 meter, ' zei Yokoyama.

Het Great Barrier Reef werd geselecteerd als de monsterlocatie voor de koraalkern omdat het een uniek duidelijk beeld kan geven van het gedrag van de gletsjerijskap in het verleden. De tropische ligging van het rif nabij de evenaar betekent dat het verre van de directe invloed van gletsjerijskappen was en blijft. dus lokale veranderingen in de zeespiegel tot aan het Great Barrier Reef weerspiegelen wereldwijde veranderingen.

Aanvullend, de Australische tektonische plaat heeft minimale seismische activiteit, dus aardbevingen hebben de positie van het rif niet veranderd. De zacht glooiende structuur van het oude Great Barrier Reef betekende ook dat onderzoekers de monsters die ze nodig hadden fysiek konden verzamelen.

"Locaties in de buurt van de voormalige ijskappen kunnen geen nauwkeurige geschiedenis van de zeespiegel geven, omdat ze na verloop van tijd worden overschreven door grote vervormingen van de aarde, ' zei Yokoyama.

Rifstalen bestuderen

Onderzoekers bestudeerden de structuur van koraal- en algenlagen in koraalkernmonsters om de waterdiepte te bepalen. Geavanceerde radiokoolstof- en uranium-thorium-dateringsresultaten van het team van de Universiteit van Tokio identificeerden wanneer het water op een bepaald niveau was. Onderzoekers combineren tijd- en dieptegegevens om te bepalen wanneer het wereldwijde gemiddelde zeeniveau bepaalde diepten zou hebben bereikt.

"Twee sterfgevallen van riffen zijn heel duidelijk in de koraalkernen die we hebben onderzocht, ' zei Yokoyama.

Toen de ijskappen groeiden, de wereldwijde zeespiegel daalde, zodat het koraal uitdroogde en stierf, maar koraal in diepere wateren overleefde. Als het water te diep wordt, zonlicht en voedingsstoffen zijn niet meer beschikbaar en het rif kan verdrinken.

Deze twee sterfgevallen komen overeen met een daling van de zeespiegel en een daaropvolgende stijging. De leeftijden van de twee sterfgevallen suggereren dat beide plaatsvonden over slechts 4, 000 jaar, die onderzoekers opmerken is bijzonder abrupt.

Webster leidde het team van rifwetenschappers uit Spanje, Japan, en de VS die verantwoordelijk zijn voor het interpreteren van ecologische gegevens die worden gebruikt om de diepte van rifhabitats te volgen, en dus relatief zeeniveau, overuren. Die informatie werd vervolgens gecombineerd met radiometrische gegevens en door Yokoyama en zijn team gebruikt om fluctuaties in de verticale positie van de zeebodem te modelleren die worden veroorzaakt door veranderingen in het water- of ijsvolume. De gecombineerde resultaten verduidelijkten de dynamiek van de ijskap tijdens de slecht begrepen laatste ijstijdperiode.

"Fossiele koraalriffen waren erg gevoelig voor veranderingen in het milieu, dus door de biologische assemblages in de kernen te onderzoeken, konden we reconstrueren hoe oude waterdiepten in de loop van de tijd veranderden, ' zei Webster.