Onder de kou, donkere diepten van de Noordelijke IJszee bevinden zich enorme voorraden methaan. Deze winkels rusten in een delicaat evenwicht, stabiel als een vaste stof genaamd methaanhydraten, bij zeer specifieke drukken en temperaturen. Als die balans doorslaat, het methaan kan vrijkomen in het water erboven en uiteindelijk in de atmosfeer terechtkomen. In zijn gasvorm, methaan is een van de krachtigste broeikasgassen, de aarde ongeveer 30 keer efficiënter opwarmen dan koolstofdioxide. Het begrijpen van mogelijke bronnen van atmosferisch methaan is van cruciaal belang voor het nauwkeurig voorspellen van toekomstige klimaatverandering.

In de Noordelijke IJszee vandaag, ijskappen oefenen druk uit op de grond eronder. Die druk verspreidt zich helemaal naar de zeebodem, het beheersen van de precaire stabiliteit in zeebodemsedimenten. Maar wat gebeurt er als de ijskappen smelten?

Nieuw onderzoek, gepubliceerd op vandaag in Geologie , geeft aan dat tijdens de laatste twee wereldwijde perioden van smelten van zee-ijs, de afname van de druk veroorzaakte het vrijkomen van methaan uit begraven reserves. Hun resultaten tonen aan dat als poolijs, zoals de Groenlandse ijskap, smelt, vergelijkbare methaanuitstoot is waarschijnlijk en moet worden opgenomen in klimaatmodellen.

Pierre-Antoine Dessandier, een postdoctoraal wetenschapper aan de Arctic University of Norway, en zijn co-auteurs waren geïnteresseerd in twee periodes van ongeveer 20 duizend jaar geleden (ka), bekend als het Laatste Glaciale Maximum (LGM), en 130ka, bekend als de Eemien-deglaciatie. Omdat de Eemian minder ijs had en warmer was dan de LGM, het lijkt meer op wat het noordpoolgebied vandaag doormaakt, dienen als een goede analoog voor toekomstige klimaatverandering.

"De oudste geregistreerde episode (Eemien) is erg belangrijk omdat het een sterk interglaciaal was in het noordpoolgebied, met zeer vergelijkbare klimaatkenmerken als wat er vandaag gebeurt, "Zei Dessandier. "Het idee met het Eemien interglaciaal is om... dat te vergelijken met wat er in de toekomst zou kunnen gebeuren. Methaanemissie op de zeebodem is belangrijk om te overwegen voor het modelleren van ruimtelijke schattingen van het toekomstige klimaat."

Om het vrijkomen van methaan in het verleden te volgen, Dessandier mat isotopen van koolstof (koolstofmoleculen met enigszins verschillende samenstellingen) in de schelpen van kleine oceaanbewoners die foraminiferen worden genoemd. Omdat de foraminiferen hun schelpen bouwen met ingrediënten uit het water om hen heen, het koolstofsignaal in de schelpen weerspiegelt de chemie van de oceaan terwijl ze leefden. Nadat ze zijn gestorven, die schelpen worden bewaard in zeebodemsedimenten, langzaam opbouwen van een record van tienduizenden jaren.

Om dat record te bereiken, Dessandier en het team moesten een diepe kern boren voor de westkust van Svalbard, een Noorse archipel in de Noordelijke IJszee. Het team verzamelde twee kernen:een referentiekern van 60 meter, die ze tot nu toe gebruikten en stratigrafie correleren, en een 22 meter lange kern die de LGM en de Eemien deglaciations overspant. De locatie voor de 22 meter lange kern werd gekozen op basis van de "pokdaligheid" -functie, markeren waar het gas in het verleden met geweld ontsnapte, en massieve carbonaatgesteenten die zich vormen waar methaan nog steeds uitlekt.

Koolstofisotopen van microscopisch kleine schillen in de lange kern onthulden meerdere afleveringen van methaanafgifte, die geochemici herkennen aan hun duidelijke pieken in het record. Omdat er nog steeds methaan uit de sedimenten sijpelt, Dessandier moest ervoor zorgen dat het signaal niet afkomstig was van moderne interferentie. Hij vergeleek de koolstofisotoopwaarden van de schelpen met metingen die zijn collega's deden op carbonaatmineralen die zich buiten de schelpen vormden. nadat de foraminiferen waren gestorven, toen de methaanemissie het meest intens was.

Het isotopenverslag toonde aan dat naarmate het ijs smolt en de druk op de zeebodem afnam, methaan kwam in hevige spurten vrij, langzaam sijpelt, of - hoogstwaarschijnlijk - een combinatie van beide. Tegen de tijd dat het ijs volledig was verdwenen, enkele duizenden jaren later, de methaanemissies waren gestabiliseerd.

Hoeveel methaan is uiteindelijk in de atmosfeer terechtgekomen, wat zou bijdragen aan het broeikaseffect, blijft onzeker. Een deel van het probleem bij het kwantificeren hiervan zijn de microbiële gemeenschappen die op de zeebodem en in het water leven, en die methaan gebruiken om te overleven.

"Voor de microben, het is een oase. Het is fantastisch, "Zei Dessandier. "Dus ze groeien als een gek, en sommige soorten produceren methaan en andere consumeren het." Die activiteit bemoeilijkt het gedetailleerde koolstofrecord van de kern. In sedimenten, een bruisende gemeenschap met veel methaanrecycling zou het oorspronkelijke signaal kunnen overdrukken; in de waterkolom, waar voedingsstoffen mogelijk minder overvloedig zijn, methaan kan worden opgeslokt of omgezet in koolstofdioxide voordat het de atmosfeer bereikt.

Ondanks moderne complicaties, het team heeft twee methaanuitstoot geïdentificeerd die verband houden met het terugtrekken van ijs, zoals ze veronderstellen dat het vandaag zou kunnen gebeuren. Het beste voor Dessandier was het ontdekken van lagen massieve tweekleppigen in de kernen die, gebaseerd op moderne waarnemingen van op afstand bediende voertuigen, kan wijzen op een methaanlek. "Het was super interessant voor ons om dezelfde soorten lagen te observeren bij de LGM en de Eemian, " zei hij. "Het bevestigde wat we in het begin dachten, met een methaanrijke zeebodem waardoor deze gemeenschap zich kan ontwikkelen... We kunnen zeggen dat deze gebeurtenissen erg op elkaar lijken, met vergelijkbare processen die plaatsvinden tijdens beide perioden van opwarming. Dit is dus iets om rekening mee te houden voor onze huidige opwarming. Het kan nog een keer gebeuren."