Nieuw ontwikkelde geologische technieken helpen bij het blootleggen van de meest nauwkeurige klimaatregistraties met een hoge resolutie tot nu toe, volgens een nieuwe studie. Uit het onderzoek blijkt dat de standaardpraktijk om modern en fossiel koraal te gebruiken om de temperatuur van het zeeoppervlak te meten, misschien niet zo eenvoudig is als oorspronkelijk werd gedacht. Door microscopische technieken met hoge resolutie te combineren met geochemische modellering, onderzoekers gebruiken de ontstaansgeschiedenis van Porites-koraalskeletten om de records te verfijnen die worden gebruikt om wereldwijde klimaatvoorspellingen te doen.

De nieuwe bevindingen worden gerapporteerd in het tijdschrift Grenzen in de mariene wetenschappen .

Al meer dan 500 miljoen jaar, koralen hebben passief de veranderende temperatuur van het zeeoppervlak bijgehouden door de verhouding van calcium tot strontium en zuurstofisotopen in hun skelet vast te leggen, aldus de onderzoekers. De koraalskeletten - die zijn gemaakt van calciumcarbonaatmineraal - groeien in lagen zoals boomringen met verhoogde hoeveelheden strontium en de lichtere isotoop van zuurstof tijdens het warmere seizoen. Klimaatwetenschappers profiteren van dit proces om de temperatuur van het zeeoppervlak door de tijd heen te volgen.

Echter, deze techniek voor het volgen van het klimaat is niet zonder gebreken, zei professor geologie en microbiologie van de Universiteit van Illinois, Bruce Fouke, die het nieuwe onderzoek leidde.

"We kunnen op koraal gebaseerde temperatuurrecords van het zeeoppervlak vergelijken met records die zijn gemaakt met temperatuursondes, "Fouke zei, "Opmerkelijk, de koraalgegevens zijn meestal nauwkeurig, maar er zijn gevallen waarin de metingen tot wel negen graden Celsius afwijken, en dit moet worden rechtgezet."

Om hun skeletten te laten groeien, koraalpoliepen zetten aragoniet af. Echter, het mineraal kristalliseert ook uit zeewater, zeiden de onderzoekers, en dat kan problemen veroorzaken bij het analyseren van de oorspronkelijke chemie van het koraalskelet. Terwijl zeewater door de poreuze koraalstructuur stroomt, het zet nieuw gekristalliseerd aragoniet af op skeletten. Dat nieuwe aragoniet, die een andere temperatuur van het zeeoppervlak kan registreren, verandert de oorspronkelijke skeletchemie door een proces dat diagenese wordt genoemd, zei Fouk.

"Het is moeilijk om de diagenetische aragoniet te onderscheiden van het oorspronkelijke koraalskelet zonder krachtige microscopen te gebruiken, " zei Kyle Fouke, een student aan de Bucknell University, Carl R. Woese Institute for Genomic Biology affiliate en co-auteur van de studie. "Het is ook een uitdaging om precies te weten wanneer de diagenetische wijziging plaatsvond - dagen of decennia nadat de skeletten werden gevormd. Tenzij u de nieuwste microscopietechnieken gebruikt om uw monsters te selecteren, je zou een mix van de twee zeer verschillende temperatuurrecords kunnen verzamelen en meten."

Om dit te testen, het team verzamelde boorkernen van de skeletten van levende Porites-koraalkoppen op 10 tot 30 voet waterdiepte op het Great Barrier Reef voor de kust van Australië. Deze grote koraalkoppen bereiken een diameter van bijna 10 voet, en sommige groeien al honderden jaren.

"Op basis van onze analyses we zien dat de oudere delen van de koraalkoppen die in dieper zeewater groeien een hogere concentratie diagenetisch aragoniet bevatten, ' zei Kyle Fouke.

"Door gebruik te maken van een breed scala aan licht, elektronen- en röntgenmicroscopietechnieken - beschikbaar gesteld onder leiding van co-auteur Mayandi Sivaguru, een associate director bij het Carl R. Woese Institute for Genomic Biology Microscopy Core aan de U. of I. - we waren in staat om duidelijk onderscheid te maken tussen het originele skelet en diagenetische aragoniet, wanneer aanwezig, " zei Lauren Todorov, een student moleculaire en cellulaire biologie en co-auteur van de studie.

Met behulp van deze technieken, het team ontdekte een veelheid aan verschillende geschiedenissen van aragonietkristallisatie, variërend van seizoensvariaties in de groei van het skelet tot processen op kleinere schaal die zich kunnen voordoen in dagelijkse, zelfs per uur cycli.

Door de extra stappen te nemen om de relatieve timing tussen de skeletale en diagenetische aragonietkristallisatie te bepalen, het team integreerde zijn gegevens met chemische mengmodellen voor calcium, strontium- en zuurstofisotopen uit geochemische studies van Porites uit Papoea-Nieuw-Guinea. Van dit, het team creëerde de eerste betrouwbare en reproduceerbare correctiefactor die de grootte van de fout bepaalt die diagenetische verandering kan veroorzaken bij metingen van de zeeoppervlaktetemperatuur.

"Aanvullend, omdat dit is bereikt met het carbonaatmineraal aragoniet, die alomtegenwoordig is onder het zeeleven, dezelfde correctiefactor kan worden gebruikt bij andere zeedieren die carbonaatskeletten en schelpen afscheiden, ' zei Bruce Fouk.

Temperatuurrecords van het zeeoppervlak afgeleid van de chemie van koraalskeletten zijn de gouden standaard voor nauwkeurige klimaatreconstructies en toekomstige voorspellingen, zeiden de onderzoekers, en dit nieuwe inzicht versterkt dit instrument alleen maar verder.