Een miljoen jaar geleden, een langdurig patroon van afwisselende ijstijden en warme perioden drastisch veranderd, toen ijstijden plotseling langer en intenser werden. Wetenschappers hebben lang vermoed dat dit verband hield met de vertraging van een belangrijk stromingssysteem in de Atlantische Oceaan dat vandaag opnieuw aan het vertragen is. Een nieuwe studie van sedimenten van de Atlantische bodem brengt deze vertraging rechtstreeks in verband met een enorme opeenhoping van koolstof die uit de lucht de afgrond in wordt gesleept. Terwijl het systeem op volle snelheid draait, deze koolstof zou vrij snel weer de lucht in zijn gesijpeld, maar in deze periode stagneerde het gewoon in de diepte. Dit suggereert dat de koolstofopname de planeet heeft afgekoeld - het tegenovergestelde van het broeikaseffect dat we nu zien, zoals mensen koolstof in de atmosfeer pompen. Maar als de stroom nu blijft vertragen, we moeten niet verwachten dat het ons helpt door onze emissies op te slaan; mogelijk het tegendeel. De studie, geleid door onderzoekers van het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, verschijnt deze week in het journaal Natuur Geowetenschappen .

De wetenschappers richtten zich op een systeem van stromingen genaamd de Atlantische meridionale kantelende circulatie, of AMOC. Noordwaarts stromend nabij het oppervlak, het transporteert warm, zout water van dichtbij de evenaar naar de breedtegraden bij Groenland en Noord-Europa. Hier, het raakt kouder water uit het noordpoolgebied, wordt dichter en zinkt in de afgrond, grote hoeveelheden koolstof die uit de atmosfeer worden geabsorbeerd, met zich meebrengen. Het diepe water cirkelt dan terug naar het zuiden, waar veel ervan weer samenkomt in de Zuidelijke Oceaan, om koolstof terug naar de lucht te brengen. De reis duurt decennia tot eeuwen.

Een studie uit 2014 door de geochemicus Steven Goldstein van Lamont-Doherty en zijn toenmalige student Leopoldo Pena - die beiden ook co-auteurs zijn van de nieuwe studie - toonde aan dat deze stroom abrupt afnam rond 950, 000 jaar geleden. De nieuwe studie toont aan dat deze vertraging direct correleerde met een enorme ophoping van koolstof in de diepe Atlantische Oceaan, en overeenkomstige afname van koolstof in de lucht. Deze gebeurtenis was de schijnbare aanleiding voor een reeks ijstijden die elke 100, 000 jaar, versus eerdere die ongeveer elke 40 plaatsvonden, 000 jaar, en die minder ijs opbouwden dan die later kwamen. Wetenschappers noemen dit keerpunt de Mid-Pleistoceen Transitie, en het nieuwe patroon is blijven bestaan ​​tot in de laatste ijstijd, die eindigde omstreeks 15, 000 jaar geleden. Precies waarom het patroon is voortgezet weet niemand, maar de studie toont duidelijk aan dat de koolstof die uit de lucht ontbrak in de oceaan terechtkwam, en had een krachtig effect op het klimaat.

"Het is een één-op-één relatie. Het was alsof je een knop omdraaide, " zei hoofdauteur Jesse Farmer, die het werk deed terwijl een Ph.D. student aan Lamont-Doherty. "Het laat ons zien dat er een intieme relatie is tussen de hoeveelheid koolstof die is opgeslagen in de oceaan, en wat het klimaat doet."

De onderzoekers kwamen tot hun bevindingen door kernen van diepzeesedimenten te analyseren die in de zuidelijke en noordelijke Atlantische Oceaan zijn genomen, waar oude diepe wateren voorbijgingen en chemische aanwijzingen achterlieten over hun inhoud in de schelpen van microscopisch kleine wezens. Hun analyse bevestigde de studie van 2014 die aantoonde dat het AMOC verzwakte in een mate die niet eerder werd gezien, rond 950, 000 jaar geleden, en voor een ongewoon lange tijd. Daarom, het diepe water verzamelde ongeveer 50 miljard ton meer koolstof dan tijdens eerdere ijstijden - wat overeenkomt met ongeveer een derde van de menselijke uitstoot die alle oceanen van de wereld tot nu toe hebben opgenomen. (Voor de context, de oceanen absorberen tegenwoordig ongeveer een kwart van wat we uitstoten; land en vegetatie nemen een derde in beslag. De rest blijft in de lucht.)

In de warme periode voorafgaand aan dit evenement, de atmosfeer had ongeveer 280 delen per miljoen koolstof vastgehouden; met de vertraging, kooldioxide in de lucht daalde tot 180 ppm, zoals gemeten door ijskernen. Atmosferische koolstof was ook tijdens eerdere ijstijden gezonken, maar van 280 dpm tot slechts ongeveer 210 dpm. (Vanwege menselijke emissies in de afgelopen twee eeuwen, dit normaal herhalende 280 ppm-cijfer uit het warme tijdperk is achterhaald; atmosferische koolstof is nu tot ongeveer 410 ppm.)

Op een gegeven moment, de stroom ontwaakte weer, en dingen warmden een tijdje op voordat ze terugvielen in een andere soortgelijke extreme ijstijd, na 100, 000 jaar. "Er zijn veel ideeën over de oorzaak van deze veranderingen, maar het is moeilijk te zeggen wat de aanleiding was, " zei Bärbel Hönisch, Adviseur van de boer en co-auteur van de studie. "Er zijn verschillende schroeven die je je kunt voorstellen om te draaien, en veel losse schroeven."

een idee, omarmd door onder andere Goldstein's groep:In het noorden, herhaalde opeenhopingen van gletsjers schrapen uiteindelijk alles op het land tot op de bodem. Daaropvolgende gletsjers kunnen dan snel aan het gesteente blijven kleven en nog meer opzwellen, voordat ze ijsbergen in de oceaan lozen. Dit introduceert meer zoet water om te mengen met het AMOC, waardoor het minder dicht en uiteindelijk niet in staat om te zinken. Aan de andere kant, er zou ook ijs groeien op Antarctica en meer ijsbergen afvoeren, waardoor het oceaanwater kouder en minder zout zou worden, waardoor de groei van meer zee-ijs wordt gestimuleerd. Dit, theoretisch, zou het oppervlak afdekken en voorkomen dat diep water opstijgt en zijn koolstof vrijgeeft. Maar als dit inderdaad de manier is waarop het werkt, het is niet duidelijk wat een van de processen begint of eindigt; het is een soort kip-en-ei-vraag.

Aangenomen wordt dat de sterkte van de AMOC van nature fluctueert, maar het lijkt sinds het midden van de 20e eeuw met een ongebruikelijke 15 procent te zijn verzwakt. Niemand weet zeker wat daarachter zit, of welke effecten het kan hebben als de vertraging voortduurt. Een ander Lamont-Doherty-onderzoek vorige maand toonde aan dat een vertraging rond 13, 000 jaar geleden, aan het einde van de laatste ijstijd, werd 400 jaar later gevolgd door een intense koudegolf die eeuwen duurde.

"We moeten voorzichtig zijn om daarmee parallellen te trekken, " zei boer, nu een postdoctoraal onderzoeker aan de Princeton University. "We zien vandaag een soortgelijke verzwakking, en men zou kunnen zeggen, 'Super goed! De oceaancirculatie gaat ons redden van een opwarmend klimaat!' Maar dat klopt niet, vanwege de manier waarop verschillende delen van het klimaatsysteem met elkaar praten." Boer zei dat als het AMOC nu blijft verzwakken, het is waarschijnlijk dat minder koolstofhoudend water in het noorden zal zinken, tegelijkertijd, in de Zuidelijke Oceaan, alle koolstof die al in het diepe water aankomt, zal waarschijnlijk zonder problemen blijven opborrelen. Het resultaat:koolstof blijft zich in de lucht opbouwen, niet de oceaan.

De onderzoekers wijzen erop dat de AMOC slechts een onderdeel is van een veel groter systeem van wereldwijde circulatie dat alle oceanen met elkaar verbindt - de zogenaamde Great Ocean Conveyor, een term bedacht door wijlen Lamont-Doherty wetenschapper Wallace Broecker, die de basis legde voor veel van het huidige onderzoek. Er is veel minder bekend over de koolstofdynamiek van de Indische en Stille Oceaan, die samen de Atlantische Oceaan overschaduwen, dus er zijn veel ontbrekende stukjes van de puzzel. Lopend onderzoek in Lamont-Doherty is gericht op het bouwen van koolstofchronologieën van die andere wateren in de komende jaren.