Uitgebreid zee-ijs bedekte de oceanen van de wereld tijdens de laatste ijstijd, die verhinderde dat zuurstof in de diepe oceaanwateren kon doordringen, de relatie tussen zuurstof en koolstof bemoeilijkt, een nieuwe studie heeft gevonden.

"Het zee-ijs is in feite als een gesloten raam voor de oceaan, " zei Andreas Schmittner, een klimaatwetenschapper aan de Oregon State University en co-auteur van het papier. "Het gesloten raam houdt frisse lucht buiten; het zee-ijs fungeerde als een barrière om te voorkomen dat zuurstof de oceaan binnendringt, als muffe lucht in een kamer vol mensen. Als je het raam opent, zuurstof van buiten kan naar binnen komen en de lucht is niet zo muf."

De bevindingen, onlangs gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , eerdere veronderstellingen over de relatie tussen zuurstof en koolstofdioxide in diepe oceaanwateren in twijfel trekken. Het begrijpen van deze relatie geeft onderzoekers belangrijke inzichten in hoe de oceanen van de wereld kunnen reageren op klimaatverandering, zei Schmittner, een professor in OSU's College of Earth, Oceaan, en Atmosferische Wetenschappen.

De oceaan speelt een belangrijke rol in de koolstofcyclus; kooldioxide uit de atmosfeer lost op in oppervlaktewater, waar algen de koolstof omzetten in organisch materiaal. Ademhaling van die organische stof verwijdert zuurstof terwijl koolstof naar de diepe oceaan zakt. Het proces van het overbrengen van koolstof van het oppervlak van de oceaan naar de diepte staat bekend als de biologische pomp.

Momenteel, de oceaan verliest zuurstof en die trend zal zich naar verwachting voortzetten omdat de oplosbaarheid van zuurstof afneemt naarmate de temperatuur hoger wordt. Dat zou ertoe leiden dat wetenschappers hogere zuurstofconcentraties verwachten tijdens de laatste ijstijd, toen de oceanen kouder waren, Schmittner zei, maar eerder verzameld sediment van onder de zeebodem vertoont in die periode lagere zuurstofniveaus in de diepe oceaan.

Onderzoekers hebben eerder getheoretiseerd dat de biologische pomp sterker was tijdens de laatste ijstijd, toenemende koolstofademhaling. Maar dat veronderstelt dat de zuurstof aan het oppervlak van de oceaan in evenwicht is met de atmosfeer, aldus Schmittner.

In hun nieuwe werk Schmittner en zijn collega's, Ellen Cliff en Samar Khatiwala van de Universiteit van Oxford, gebruikte modellering om de lagere zuurstofniveaus in de diepe oceaan te onderzoeken.

Ze ontdekten dat onevenwichtigheid een belangrijke rol speelde in de koolstofcyclus. De zuurstofconcentraties in de diepe oceaan werden verlaagd omdat het oppervlaktewater minder in evenwicht was met de atmosfeer. Het onevenwicht was het gevolg van het enorme zee-ijs, voornamelijk boven de Zuidelijke Oceaan, evenals een hogere ijzerbemesting uit de atmosfeer van de ijstijd, wat stoffiger was, aldus Schmittner.

Dat betekent dat de zuurstofniveaus in de diepe oceaan niet alleen worden geïnformeerd door het biologische pompproces, maar ook door het zee-ijs, of gebrek aan, net zoals de luchtkwaliteit van een kamer kan veranderen door het openen of sluiten van een raam, hij zei.

De methode van de onderzoekers om de rol van zee-ijs en andere processen in de koolstof- en zuurstofcycli van de oceaan te begrijpen, kan ook worden toegepast op toekomstige klimaatmodellering, aldus Schmittner.

"De huidige modellen kunnen de effecten van de biologische pomp op oceaanzuurstof niet scheiden van zee-ijs of andere invloeden, " zei hij. "Dit verandert ons begrip van het proces en de redenen voor die veranderingen."