De samenstellingsverhoudingen van elementen zoals magnesium, calcium of strontium in zeewater zijn een belangrijk middel voor de reconstructie van vroegere oceanische processen. Tot nu toe is aangenomen dat deze verhoudingen constant zijn over lange tijdsperioden en over grote gebieden. Echter, een studie onder leiding van de Kiel University (CAU) en het GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel toont aan dat belangrijke elementverhoudingen in de oceanen van vandaag veel variabeler zijn dan eerder werd gedacht. Deze bevinding roept ook vragen op over de reconstructie van de oceaangeschiedenis. De studie is gisteren gepubliceerd in het internationale tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Om de huidige veranderingen in het oceaansysteem te begrijpen en toekomstige veranderingen te kunnen voorspellen, een kijkje in het verleden kan helpen. Maar gegevens van directe metingen van zeewatersamenstelling gaan nauwelijks 150 jaar terug. Voor het verkrijgen van informatie uit vroeger tijden gebruiken wetenschappers natuurlijke archieven die ons indirect inzicht geven in de processen in de oceanen van toen. Bepalen van de verhoudingen van bepaalde elementen in zeewater, bijvoorbeeld magnesium tot calcium of strontium tot calcium, is daarbij een belangrijk instrument. Deze verhoudingen worden "bevroren" in de carbonaatskeletten van organismen zoals foraminiferen of koralen en maken het vervolgens mogelijk om belangrijke conclusies te trekken over zeewatertemperaturen en andere omgevingscondities in het verleden.

Tot nu, de hypothese is dat deze elementaire verhoudingen in de oceanen relatief constant zijn en dat ze slechts heel langzaam veranderen in de loop van miljoenen jaren. Nutsvoorzieningen, een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Kiel University (CAU) en het GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel onder de paraplu van het Future Ocean Network heeft deze hypothese opnieuw gecontroleerd in een uitgebreide studie. "We ontdekten dat de variabiliteit van magnesium-tot-calcium- en strontium-tot-calcium-verhoudingen in de oceaanwateren van vandaag aanzienlijk kan variëren van ecosysteem tot ecosysteem. Aangezien voorheen een grotendeels uniforme samenstelling in de hele oceaan werd aangenomen, de vraag rijst of een milieueffect over het hoofd is gezien, " zegt Dr. Mario Lebrato, die het onderzoek heeft gestart terwijl hij werkte bij het Institute of Geosciences bij CAU.

Voor de studie, wetenschappers uit meer dan tien landen hebben 1100 monsters verzameld en vervolgens geanalyseerd in 14 verschillende ecosystemen, van het wateroppervlak tot 6000 meter diepte op 79 expedities wereldwijd gedurende een periode van negen jaar. De resultaten zijn zowel relevant voor de reconstructie van de oceaangeschiedenis als voor het begrip van huidige biogeochemische processen.

"Voor de reconstructie van zeewatertemperaturen in eerdere tijdperken van de geschiedenis van de aarde werden tot nu toe goed gedefinieerde en constante elementaire verhoudingen in zeewater aangenomen. In ons laboratorium, we hebben speciale analytische protocollen ontwikkeld om deze verhoudingen met zeer kleine onzekerheden te bepalen. Onze nieuwe uiterst nauwkeurige gegevens laten nu zien dat deze aanname niet altijd correct is, " zegt co-auteur Dr. Dieter Garbe-Schönberg, hoofd van de laboratoria voor geochemie van sporenelementen bij het Instituut voor Geowetenschappen van de CAU.

"Het is opwindend om zulke grote ruimtelijke verschillen in elementaire verhoudingen in de moderne oceaan te zien. Deze bevindingen zijn moeilijk te matchen met onze huidige ideeën over transport en vermenging van watermassa's en, daarom, een uitdaging vormen voor oceaanmodelbouwers om deze patronen te verzoenen met wat we weten over oceaanfysica en de putten en bronnen van deze chemische elementen, " voegt prof. dr. Andreas Oschlies toe, hoofd van de afdeling Biogeochemical Modeling bij GEOMAR en tevens co-auteur van de studie.

Onderzoekers moeten nu begrijpen wat de huidige variabiliteit van elementaire verhoudingen veroorzaakt en welke effecten dit heeft. "Als we een diepgaand begrip hebben van de onderliggende mechanismen, we zullen de elementaire verhoudingen beter kunnen gebruiken voor verschillende zeewetenschappelijke disciplines en vragen, " Dr. Lebrato benadrukt, die nu werkt bij het Bazaruto Center for Scientific Studies in Mosambique, met het oog op de toekomst. Dit is met name relevant voor mariene regio's nabij de kust en op hoge breedtegraden van de subpolaire regio's. Hier, de methoden die in het verleden zijn gebruikt om oceaantemperaturen te reconstrueren, moeten worden gecorrigeerd met betrekking tot de regionale ecosystemen.