Een team van wetenschappers, onder leiding van Dr. Sietske Batenburg aan de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Oxford, in nauwe samenwerking met Duitse en Britse instellingen, hebben ontdekt dat de uitwisseling van water tussen de Noord- en Zuid-Atlantische Oceaan negenenvijftig miljoen jaar geleden aanzienlijk groter werd.

De wetenschappers deden deze ontdekking toen ze neodymium-isotoopsignaturen van diepzeesedimentmonsters uit beide regio's van de Atlantische Oceaan vergeleken. Hun paper "Grote intensivering van de Atlantische omwenteling van de circulatie bij het begin van de Paleogene kaswarmte", gepubliceerd vandaag in Natuurcommunicatie , onthult dat de krachtigere circulatie samen met een toename van CO2 in de atmosfeer leidde tot een klimaatomslagpunt. Met als resultaat een meer gelijkmatige verdeling van de warmte over de aarde, een langdurige afkoelingsfase eindigde en de wereld ging een nieuwe kasperiode in.

Neodymium (Nd) isotopen worden gebruikt als tracer van watermassa's en hun vermenging. Oppervlaktewateren krijgen een Nd-isotoopsignatuur van omringende landmassa's via rivieren en door de wind opgeblazen stof. Wanneer oppervlaktewater zinkt om een ​​diepwatermassa te vormen, ze dragen hun specifieke Nd-isotoopsignatuur met zich mee. Zoals een diepwatermassa door de oceaan stroomt en zich vermengt met andere watermassa's, zijn Nd-isotoopsignatuur is opgenomen in sedimenten. Diepzeesedimenten zijn waardevolle archieven van oceaancirculatie en vroegere klimaten.

Het verhaal dat in dit artikel wordt onthuld, begint aan het einde van het Krijt (eindigend 66 miljoen jaar geleden), toen de wereld zich tussen twee broeikasstaten bevond. Het klimaat was al tientallen miljoenen jaren aan het afkoelen sinds de piek van de broeikascondities in het midden van het Krijt, ongeveer 90 miljoen jaar geleden. Ondanks langdurige afkoeling, temperatuur en zeespiegel aan het einde van het Krijt waren hoger dan nu.

Dr. Sietske Batenburg zegt:"Onze studie is de eerste om vast te stellen hoe en wanneer een diepwaterverbinding is ontstaan. Op 59 miljoen jaar geleden, de Atlantische Oceaan werd echt onderdeel van de wereldwijde thermohaliene circulatie, de stroom die vier van de vijf belangrijkste oceanen met elkaar verbindt."

De Atlantische Oceaan was nog jong, en de Noord- en Zuid-Atlantische bekkens waren ondieper en smaller dan nu. De equatoriale poort tussen Zuid-Amerika en Afrika stond slechts een ondiepe, oppervlaktewaterverbinding voor een groot deel van het late Krijt. Actief vulkanisme vormde onderwaterbergen en plateaus die de diepwatercirculatie blokkeerden. In de Zuid-Atlantische Oceaan, de Walvis Ridge-barrière gevormd boven een actieve vulkanische hotspot. Deze richel lag gedeeltelijk boven zeeniveau en vormde een barrière voor de stroming van diepwatermassa's.

Terwijl de Atlantische Oceaan steeds verder openging, de oceanische korst afgekoeld en verdwenen. Bekkens werden dieper en breder, en onderzeese plateaus en richels zonken, samen met de korst. Op een gegeven moment, diep water uit de Zuidelijke Oceaan kon naar het noorden over de Walvis Ridge stromen en de diepere delen van de Atlantische bekkens vullen.

Vanaf 59 miljoen jaar geleden, Nd-isotoopsignaturen uit de Noord- en Zuid-Atlantische Oceaan waren opmerkelijk vergelijkbaar. Dit kan erop wijzen dat één diepwatermassa, waarschijnlijk afkomstig uit het zuiden, baande zich een weg door de Atlantische Oceaan en vulde het bassin van diepe tot middelmatige diepten. De verbeterde diepwateruitwisseling, samen met toenemende atmosferische CO2, mogelijk een efficiëntere verdeling van warmte over de planeet mogelijk hebben gemaakt.

Deze studie toont aan dat om de rol van oceaancirculatie in vroegere kasklimaten te begrijpen, het is belangrijk om de verschillende rollen van geografie en klimaat te begrijpen.

Het huidige tempo van klimaatverandering door CO2-emissies door menselijke activiteit overtreft veruit het tempo van opwarming tijdens eerdere kasklimaten. Het bestuderen van de oceaancirculatie tijdens het meest recente broeikasinterval in het geologische verleden kan aanwijzingen geven over hoe de oceaancirculatie zich in de toekomst zou kunnen ontwikkelen, en hoe warmte door oceaanstromingen over de planeet wordt verdeeld.

Dit onderzoek is het resultaat van een internationale samenwerking met de Goethe-Universiteit Frankfurt; de Ruprecht-Karls-Universiteit van Heidelberg; het GEOMAR Helmholtz Centrum voor Oceaanonderzoek Kiel; het Federaal Instituut voor Geowetenschappen en Natuurlijke Hulpbronnen in Hannover; de Royal Holloway University of London en de University of Oxford.

De sedimenten voor dit onderzoek zijn allemaal afkomstig uit lange boorkernen in de oceaan. Het International Ocean Discovery Program (IODP) coördineert wetenschappelijke expedities om de oceaanbodem te boren om deze sedimenten te herstellen, en slaat de sedimentkernen op zodat ze beschikbaar zijn voor de hele wetenschappelijke gemeenschap.