De glaciale geschiedenis van Antarctica is momenteel een van de belangrijkste onderwerpen in klimaatonderzoek. Waarom? Omdat de verslechterende klimaatverandering een belangrijke vraag oproept:hoe reageerden de ijsmassa's van het zuidelijke continent in het verleden op veranderingen tussen koude en warme fasen, en hoe gaan ze dat in de toekomst doen? Een team van internationale experts, onder leiding van geofysici van het Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Centrum voor Polair en Marien Onderzoek (AWI), heeft nu nieuw licht geworpen op negen cruciale intervallen in de klimaatgeschiedenis van Antarctica, verspreid over 34 miljoen jaar, door de diepte van de Zuidelijke Oceaan in elk ervan te reconstrueren. Deze nieuwe kaarten bieden inzicht in b.v. de voorbije loop van oceaanstromingen, en laat dat zien, in vroegere warme fasen, de grote ijskappen van Oost-Antarctica reageerden op dezelfde manier op klimaatverandering als de ijskappen op West-Antarctica dat tegenwoordig doen. De kaarten en het vrij beschikbare artikel zijn zojuist gepubliceerd in het online tijdschrift Geochemie, Geofysica, Geosystemen , een publicatie van de American Geological Union.

De Zuidelijke Oceaan is een van de belangrijkste pijlers van het klimaatsysteem van de aarde. Zijn Antarctische Circumpolaire Stroom, de krachtigste stroom op de planeet, verbindt de Stille Oceaan, Atlantische en Indische Oceaan, en heeft het Antarctische continent en zijn ijsmassa's al meer dan 30 miljoen jaar effectief geïsoleerd van de rest van de wereld. Toen en nu, oceaanstromingen kunnen alleen stromen waar het water voldoende diep is en er geen obstakels zijn zoals landbruggen, eilanden, onderwaterruggen en plateaus die hun weg versperren. Overeenkomstig, iedereen die de klimaatgeschiedenis en glaciale geschiedenis van Antarctica wil begrijpen, moet precies weten hoe de diepte en oppervlaktestructuren van de bodem van de Zuidelijke Oceaan er in het verre verleden uitzagen.

Onderzoekers over de hele wereld kunnen deze informatie nu vinden in nieuwe, rasterkaarten met hoge resolutie van de oceaanbodem en benaderingen voor gegevensmodellering, opgesteld door een team van internationale experts onder leiding van geowetenschappers van de AWI, die negen cruciale intervallen in de klimaatgeschiedenis van Antarctica beslaan. "In de loop van de geschiedenis van de aarde, de geografie van de Zuidelijke Oceaan is voortdurend veranderd, toen continentale platen botsten of uit elkaar dreven, ruggen en onderzeese bergen gevormd, ijsmassa's duwden afgezette sedimenten over het continentaal plat als bulldozers, en smeltwater transporteerde sediment van land naar zee, ", zegt AWI-geofysicus en co-auteur Dr. Karsten Gohl. Elk proces veranderde de diepte van de oceaan en, in sommige gevallen, de stromingen. De nieuwe rasterkaarten laten duidelijk zien hoe de oppervlaktestructuur van de oceaanbodem zich gedurende 34 miljoen jaar heeft ontwikkeld - met een resolutie van ca. 5 x 5 kilometer per pixel, waardoor ze 15 keer nauwkeuriger zijn dan eerdere modellen.

Dataset weerspiegelt de resultaten van 40 jaar geowetenschappelijk onderzoek op Antarctica

Om de vroegere waterdiepten te reconstrueren, de experts verzamelden geowetenschappelijke veldgegevens van 40 jaar Antarctisch onderzoek, die ze vervolgens combineerden in een computermodel van de zeebodem van de Zuidelijke Oceaan. De basis bestond uit seismische profielen verzameld tijdens meer dan 150 geowetenschappelijke expedities en die, wanneer ze van begin tot eind worden geplaatst, een half miljoen kilometer afleggen. Bij seismische reflectie, geluidsgolven worden uitgezonden, de zeebodem binnendringen tot een diepte van enkele kilometers. Het gereflecteerde signaal wordt gebruikt om een ​​beeld te produceren van de gelaagde sedimentlagen onder het oppervlak - een beetje zoals het snijden van een fluitje van een cent, die de afzonderlijke lagen onthult. De experts vergeleken vervolgens de geïdentificeerde lagen met sedimentkernen uit de overeenkomstige regio's, waardoor ze de leeftijden van de meeste lagen konden bepalen. In een laatste stap, ze gebruikten een computermodel om 'de tijd terug te draaien' en te berekenen welke sedimentafzettingen al met bepaalde tussenpozen in de Zuidelijke Oceaan aanwezig waren, en tot welke diepten in de zeebodem ze zich uitstrekten in de respectieve tijdperken.

Keerpunten in de klimaatgeschiedenis van Antarctica

Ze pasten deze benadering toe op negen belangrijke intervallen in de klimaatgeschiedenis van Antarctica, inclusief bijv. de warme fase van het vroege Plioceen, vijf miljoen jaar geleden, die algemeen wordt beschouwd als een potentiële sjabloon voor ons toekomstige klimaat. Destijds was de wereld gemiddeld 2 tot 3 graden Celsius warmer dan nu, deels omdat de kooldioxideconcentratie in de atmosfeer maar liefst 450 ppm (parts per million) was. Het IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019) heeft deze concentratie genoemd als het beste scenario voor het jaar 2100; in juni 2019 was het niveau 415 ppm. Vroeger, de Antarctische ijsplaten die nu op de oceaan drijven, waren hoogstwaarschijnlijk volledig ingestort. "Op basis van de sedimentafzettingen kunnen we zeggen, bijvoorbeeld, dat in extreem warme tijdperken zoals het Plioceen, de grote ijskappen in Oost-Antarctica reageerden op een vergelijkbare manier als wat we momenteel zien in ijskappen in West-Antarctica, " meldt Dr. Katharina Hochmuth, de eerste auteur van de studie en een voormalig AWI-geofysicus, die nu onderzoek doet aan de Universiteit van Leicester, VK.

Overeenkomstig, de nieuwe kaarten bieden gegevens over belangrijke klimatologische omstandigheden die onderzoekers over de hele wereld nodig hebben om de ontwikkeling van ijsmassa's nauwkeurig te simuleren in hun ijskap- en klimaatmodellen, en om betrouwbaardere voorspellingen te doen. Onderzoekers kunnen de bijbehorende datasets ook downloaden van de AWI Earth-systeemdatabase PANGAEA.

Naast onderzoekers van de AWI, deskundigen van de volgende instellingen namen deel aan de studie:(1) het hele Russische wetenschappelijk onderzoeksinstituut voor geologie en minerale hulpbronnen van de oceaan, St. Petersburg, Rusland; (2) Staatsuniversiteit van Sint-Petersburg, Rusland; (3) Universiteit van Tasmanië, Australië; (4) GNS-wetenschap, Lagere hut, Nieuw-Zeeland; en (5) het Nationaal Instituut voor Oceanografie en Toegepaste Geofysica, Italië.

De rasterkaarten geven de geografie van de Zuidelijke Oceaan weer in de volgende belangrijke intervallen in de klimaatgeschiedenis en glaciale geschiedenis van Antarctica:

1. 34 miljoen jaar geleden - overgang van het Eoceen naar het vroege Oligoceen; de eerste ijskap van continentale grootte op het Antarctische continent
2. 27 miljoen jaar geleden — het vroege Oligoceen;
3. 24 miljoen jaar geleden - overgang van het Oligoceen naar het Mioceen;
4. 21 miljoen jaar geleden - het vroege Mioceen;
5. 14 miljoen jaar geleden - het midden van het Mioceen, Mioceen Climatic Optimum (gemiddelde temperatuur op aarde ca. 4 graden Celsius warmer dan vandaag; hoge kooldioxideconcentratie in de atmosfeer);
6. 10,5 miljoen jaar geleden - het late Mioceen, grote ijstijd op continentale schaal;
7. 5 miljoen jaar geleden - het vroege Plioceen (gemiddelde temperatuur op aarde ca. 2-3 graden Celsius warmer dan vandaag; hoge kooldioxideconcentratie in de atmosfeer);
8. 2,65 miljoen jaar geleden - overgang van het Plioceen naar het Pleistoceen;
9. 0,65 miljoen jaar geleden - het Pleistoceen.

De gegevens over sedimentkernen zijn verzameld in geowetenschappelijke onderzoeksprojecten in het kader van het Deep Sea Drilling Project (DSDP), Ocean Drilling Program (ODP), Geïntegreerd Ocean Drilling-programma, en het International Ocean Discovery Program (IODP).