Een nieuwe analyse van strontiumisotopen in mariene sedimenten heeft wetenschappers in staat gesteld om fluctuaties in de oceaanchemie te reconstrueren die verband houden met veranderende klimaatomstandigheden in de afgelopen 35 miljoen jaar.

De resultaten, gepubliceerd op 26 maart in Wetenschap , nieuwe inzichten te verschaffen in de innerlijke werking van de wereldwijde koolstofcyclus en, vooral, de processen waarbij koolstof uit het milieu wordt verwijderd door de afzetting van carbonaten.

"Strontium lijkt erg op calcium, zodat het wordt opgenomen in de calciumcarbonaatschillen van mariene organismen, ", legt hoofdauteur Adina Paytan uit, onderzoeksprofessor aan het Instituut voor Mariene Wetenschappen van UC Santa Cruz.

Paytan en haar co-auteurs keken naar de verhoudingen van verschillende isotopen van strontium, inclusief radiogene isotopen (geproduceerd door radioactief verval) en stabiele isotopen, die aanvullende informatie verschaffen over geochemische processen. Ze ontdekten dat de stabiele isotopenverhouding van strontium in de oceaan de afgelopen 35 miljoen jaar aanzienlijk is veranderd, en het verandert nog steeds vandaag, wat grote veranderingen in de strontiumconcentratie van het zeewater impliceert.

"Het is niet in een stabiele toestand, dus wat er in de oceaan komt en wat eruit gaat, komt niet overeen, " zei Paytan. "De strontiumsamenstelling van zeewater verandert afhankelijk van hoe en waar carbonaten worden afgezet, en dat wordt beïnvloed door veranderingen in de zeespiegel en het klimaat."

De fluctuaties in de strontiumisotoopverhoudingen die in deze studie zijn geanalyseerd, weerspiegelen het gecombineerde effect van verschuivingen in de mondiale balans van geologische processen, waaronder verwering van rotsen op het land, hydrothermische activiteit, en de vorming van carbonaatsedimenten in zowel diepzee als ondiep, nearshore mariene omgevingen.

Carbonaatafzetting in de open oceaan is afkomstig van marien plankton zoals coccolithoforen en foraminiferen, die hun schelpen bouwen van het calciumcarbonaatmineraal calciet. In ondiep water op het continentaal plat, harde koralen zijn overvloediger, en ze bouwen hun skelet van een ander mineraal calciumcarbonaat, aragoniet, die meer strontium bevat dan calciet.

"Als zich koralen vormen, ze verwijderen strontium, en wanneer ze worden blootgesteld, dit strontium spoelt uit en gaat terug in de oceaan, "Zei Paytan. "Met veranderingen in de zeespiegel, min of meer van het continentaal plat waar koralen groeien wordt blootgesteld, dus dat heeft invloed op de strontiumsamenstelling van zeewater."

Carbonaatafzetting wordt ook teruggevoerd naar het klimaatsysteem, omdat de oceaan koolstofdioxide uit de atmosfeer opneemt, en carbonaatafzetting op geologische tijdschalen verwijdert koolstof uit het systeem. De wereldwijde koolstofcyclus en atmosferische koolstofdioxide zijn nauw verbonden met klimaatverandering, zowel op de lange termijn als tijdens de terugkerende ups en downs van recente ijstijdcycli.

"Het nieuwe type informatie dat we uit de stabiele strontiumisotopen kunnen lezen, stelt ons nu in staat om het zakelijke einde van de wereldwijde koolstofcyclus van dichtbij te bekijken, wanneer koolstof uit het milieu wordt verwijderd en in mariene carbonaatbedden wordt gelegd, " zei co-auteur Mathis Hain, assistent-professor Aard- en planetaire wetenschappen aan UCSC.

"Deze bevindingen werpen een nieuw venster open om ons te laten zien hoe de wereldwijde koolstofcyclus zich door de geologische tijd heen heeft aangepast aan de zeespiegel en klimaatverandering, " voegde hij eraan toe. "We zullen deze inzichten nodig hebben bij het sturen van onze reactie op onze huidige klimaatnoodsituatie en om de ergste effecten van oceaanverzuring te verzachten."

De onderzoekers waren in staat om een ​​robuust en gedetailleerd verslag van strontiumisotoopvariaties in zeewater te reconstrueren op basis van een analyse van zeebariet gewonnen uit diepzeesedimentkernen.

"Records zoals deze zijn van cruciaal belang om te begrijpen hoe onze aarde in geologische tijden werkt, "Zei co-auteur Elizabeth Griffith van de Ohio State University. "Ons internationale team werkte samen om dit unieke record te creëren en de betekenis ervan uit te leggen door middel van wiskundige modellering, zodat we veranderingen in het verleden kunnen reconstrueren toen de klimaatomstandigheden anders waren. De hoop is om inzicht te krijgen in hoe onze blauwe planeet in de toekomst zou kunnen werken."