We weten al jaren dat het klimaat op aarde is als een gigantische Rube Goldberg-machine:trek aan één hendel, en een enorme keten van gebeurtenissen komt in beweging. Toch zijn veel van de stappen die deze veranderingen aanjagen, gehuld in onzekerheid.

"Een belangrijke vraag in het veld is nog steeds wat ervoor zorgde dat de aarde periodiek in en uit ijstijden fietste, " zei Asst. Prof. Malte Jansen, wiens onderzoek aan de Universiteit van Chicago de processen probeert te ontdekken en te begrijpen die deel uitmaken van het mondiale klimaat. "We zijn er vrij zeker van dat de koolstofbalans tussen de atmosfeer en de oceaan moet zijn veranderd, maar we weten niet precies hoe of waarom."

In een nieuwe studie, Jansen en voormalig postdoctoraal onderzoeker van UChicago, Alice Marzocchi, leggen uit hoe een eerste klimaatverandering een reeks gebeurtenissen in gang kan zetten die tot een ijstijd leiden. Hun model laat zien hoe de toename van Antarctisch zee-ijs in een kouder klimaat een waterval van veranderingen kan veroorzaken die ertoe kunnen bijdragen dat het mondiale klimaat in ijstijden verandert.

De verantwoordelijkheid (of schuld) voor het klimaat op aarde wordt gedeeld door land, leven, atmosfeer en oceaan. Elementen bewegen heen en weer tussen alle vier in een langzame dans die de aarde miljarden jaren bewoonbaar heeft gehouden, maar het klimaat kan veranderen als elementen zich ophopen op een of meer van de locaties.

Bijvoorbeeld, we zitten momenteel in een pauze tussen ijstijden; de afgelopen tweeënhalf miljoen jaar, gletsjers hebben de aarde periodiek bedekt en trokken zich vervolgens terug. wetenschappers, daarom, hebben aanwijzingen verzameld over hoe dit proces van ijstijd werkt en hoe het wordt geactiveerd. Het is waarschijnlijk dat kleine veranderingen in de baan van de aarde tot enige afkoeling hebben geleid. Maar dat alleen zou het niet doen, zei Janssen. Er zouden enorme begeleidende veranderingen in het klimaatsysteem moeten zijn geweest om rekening te houden met de hoeveelheid koeling die daarop volgde.

"De meest plausibele verklaring is dat er enige verandering was in de manier waarop koolstof werd verdeeld tussen de atmosfeer en de oceaan, Jansen zei. "Er is geen gebrek aan ideeën over hoe dit gebeurt, maar het is niet helemaal duidelijk hoe ze allemaal in elkaar passen." Simulaties zijn het daar niet mee eens, en geen enkele komt volledig overeen met het geologische bewijs dat beschikbaar is voor wetenschappers.

Voortbouwend op een studie die Jansen een paar jaar geleden publiceerde, Jansen en Marzocchi werkten een model uit van hoe de glaciale overgang had kunnen verlopen.

Op hun foto, de atmosfeer koelt genoeg af om Antarctisch zee-ijs te laten ontstaan. "De Zuidelijke Oceaan rond Antarctica speelt een sleutelrol in de oceaancirculatie, omdat het een gebied is waar diep water naar de oppervlakte stijgt voordat het weer in de afgrond verdwijnt, Jansen zei. "Als gevolg daarvan, toegenomen Antarctisch zee-ijs heeft grote gevolgen."

Het deksel van ijs verandert de oceaancirculatie, maar het blokkeert ook fysiek de oceaan om koolstofdioxide uit te wisselen met de atmosfeer. Dit betekent dat er steeds meer koolstof in de diepe oceaan wordt gezogen en daar blijft. Minder koolstofdioxide in de atmosfeer zou leiden tot een omgekeerd broeikaseffect, waardoor de planeet afkoelt.

"Wat dit suggereert, is dat het een feedbacklus is, " zei Marzocchi, nu een onderzoekswetenschapper bij het National Oceanography Centre in het VK. "Als de temperatuur daalt, er komt minder koolstof in de atmosfeer, wat zorgt voor meer koeling."

De verklaring sluit aan bij bewijs over het klimaat in het verleden uit bronnen zoals sedimenten, koraalrif, en kernmonsters van gletsjers.

"Wat me verbaasde, is hoeveel van deze toegenomen opslag kan worden toegeschreven aan alleen fysieke veranderingen, waarbij de Antarctische zee-ijsbedekking de belangrijkste speler is, " zei Marzocchi. Alleen de fysieke effecten, alvorens rekening te houden met veranderingen van biologische groei, verantwoordelijk voor ongeveer de helft van de afname van kooldioxide die wordt verondersteld te hebben plaatsgevonden.

De resultaten zijn een nieuwe stap om te begrijpen hoe het klimaat op aarde werkt over lange tijdschalen, zeiden de wetenschappers.

"De oceaan is het grootste koolstofreservoir op geologische tijdschalen, "Zei Marzocchi. "Dus het bestuderen van de rol die de oceaan speelt in de koolstofcyclus helpt ons om toekomstige veranderingen in het milieu nauwkeuriger te simuleren."