Paleoklimatoloog Niels de Winter en collega's ontwikkelden een innovatieve manier om de geklonterde isotoopmethode te gebruiken om het klimaat in het geologische verleden op seizoensschaal te reconstrueren. Ze laten zien dat dinosauriërs te maken hadden met warmere zomers dan eerder werd gedacht. De resultaten suggereren dat op de middelste breedtegraden, seizoenstemperaturen zullen waarschijnlijk stijgen samen met de klimaatopwarming, terwijl het seizoensverschil behouden blijft. Dit resulteert in zeer hoge zomertemperaturen.

Paleoklimatologen bestuderen het klimaat van het geologische verleden. Met behulp van een innovatieve techniek, nieuw onderzoek van een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Niels de Winter (VUB-AMGC &Universiteit Utrecht) laat voor het eerst zien dat dinosauriërs te maken kregen met grotere seizoensverschillen dan eerder werd gedacht.

De Winter stelt dat "we dachten dat wanneer het klimaat opwarmde zoals in het Krijt, de tijd van de dinosauriërs, het verschil tussen de seizoenen zou afnemen, net zoals de huidige tropen minder temperatuurverschil ervaren tussen zomer en winter. Echter, onze reconstructies laten nu zien dat de gemiddelde temperatuur inderdaad is gestegen, maar dat het temperatuurverschil tussen zomer en winter vrij constant bleef. Dit leidt tot warmere zomers en warmere winters."

Om het klimaat in deze periode van hoge CO2-concentratie beter te karakteriseren, de onderzoekers gebruikten zeer goed bewaarde fossielen van weekdieren die tijdens het Krijt in Zuid-Zweden leefden, ongeveer 78 miljoen jaar geleden. Die schelpen groeiden in de warme, ondiepe zeeën die destijds een groot deel van Europa bedekten. Ze registreerden maandelijkse variaties in hun omgeving en klimaat, als de ringen in een boom. Voor hun onderzoek hebben de Winter en het team gebruikten voor het eerst de "geklonterde isotoop"-methode, in combinatie met een door Niels de Winter ontwikkelde methode.

Samengeklonterde isotopen in combinatie met de VUB-UU-methode – een revolutie in de geologie

Isotopen zijn atomen van hetzelfde element met verschillende massa's. Sinds de jaren vijftig, de verhouding van zuurstofisotopen in carbonaat is in het geologische verleden gebruikt om de watertemperatuur te meten. Echter, hiervoor moesten onderzoekers de chemie van het zeewater inschatten, aangezien de isotopenverhouding van het zeewater de isotopenverhouding van de schelp beïnvloedt, wat resulteert in een grotere onzekerheid. Ongeveer tien jaar geleden, de "geklonterde isotoop" methode werd ontwikkeld, die niet afhankelijk is van de chemie van het zeewater en nauwkeurige reconstructies mogelijk maakt. Maar de geklonterde isotoopmethode heeft een nadeel:er is zoveel carbonaat voor nodig dat temperatuurreconstructies op een meer gedetailleerd niveau, zoals seizoensschommelingen op basis van schelpen, waren niet mogelijk.

De Winter heeft nu een innovatieve methode ontwikkeld waarbij metingen van veel kleinere hoeveelheden carbonaat slim worden gecombineerd voor temperatuurreconstructies. De geklonterde isotoopmethode vereist dus veel minder materiaal en kan daarom worden gebruikt voor onderzoek aan fossiele schelpen, die, zoals boomringen, beschikken over veel informatie over hun levensomstandigheden. De methode maakt het ook mogelijk carbonaat van opeenvolgende zomers (en winters) te aggregeren voor een betere reconstructie van seizoenstemperaturen. Bijvoorbeeld, Winter ontdekte dat de watertemperatuur in Zweden tijdens de Krijt "kasperiode" schommelde tussen 15°C en 27°C, meer dan 10°C warmer dan vandaag.

Het team werkte ook samen met wetenschappers van de Universiteit van Bristol (VK) die klimaatmodellen ontwikkelen om de resultaten te vergelijken met klimaatsimulaties van het Krijt. Waar eerdere klimaatreconstructies van het Krijt vaak kouder uitkwamen dan deze modellen, de nieuwe resultaten komen goed overeen met de Bristol-modellen. Dit toont aan dat variaties in seizoenen en waterchemie erg belangrijk zijn bij klimaatreconstructies.

"Het is erg moeilijk om klimaatveranderingen van zo lang geleden op seizoensschaal te bepalen, maar de seizoensschaal is essentieel om klimaatreconstructies goed te krijgen. Als er nauwelijks verschil is tussen de seizoenen, reconstructies van de gemiddelde jaartemperatuur komen anders uit dan situaties waarin het verschil tussen de seizoenen groot is. Men dacht dat tijdens het tijdperk van de dinosauriërs het verschil tussen de seizoenen klein was. We hebben nu vastgesteld dat er grotere seizoensverschillen waren. Met hetzelfde temperatuurgemiddelde over een jaar, je krijgt in de zomer een veel hogere temperatuur."

De Winter legt uit dat hun "resultaten daarom suggereren dat op de middelste breedtegraden, seizoenstemperaturen zullen waarschijnlijk stijgen samen met de klimaatopwarming, terwijl het seizoensverschil behouden blijft. Dit resulteert in zeer hoge zomertemperaturen. De resultaten brengen nieuw inzicht in de dynamiek van een warm klimaat op zeer fijne schaal, waarmee zowel klimaatreconstructies als klimaatvoorspellingen kunnen worden verbeterd. Bovendien, ze laten zien dat een warmer klimaat ook extreme seizoenen kan hebben."

De ontwikkeling heeft verstrekkende gevolgen voor de manier waarop klimaatreconstructies worden uitgevoerd. Hiermee kunnen onderzoekers zowel het effect van zeewaterchemie als dat van verschillen tussen zomer en winter bepalen, waarmee de nauwkeurigheid van tientallen jaren van temperatuurreconstructies wordt geverifieerd. Voor zijn baanbrekende onderzoek De Winter is genomineerd voor zowel de jaarlijkse EOS Pipetteerprijs als New Scientist Wetenschapstalent 2021.