Een aantal jaar geleden, tijdens het analyseren van ijskernmonsters van het James Ross-eiland in Antarctica, wetenschappers Joe McConnell, doctoraat, en Nathan Chellman, doctoraat, van DRI, en Robert Mulvaney, doctoraat, van de British Antarctic Survey merkte iets ongewoons op:een aanzienlijke toename van de niveaus van zwarte koolstof die begon rond het jaar 1300 en tot op de dag van vandaag voortduurt.

Zwarte koolstof, gewoonlijk roet genoemd, is een lichtabsorberend deeltje dat afkomstig is van verbrandingsbronnen zoals verbranding van biomassa (bijv. bosbranden) en, recenter, verbranding van fossiele brandstoffen. In samenwerking met een internationaal team van wetenschappers uit het Verenigd Koninkrijk, Oostenrijk, Noorwegen, Duitsland, Australië, Argentinië, en de VS, McConnell, Chellman, en Mulvaney gingen op zoek naar de oorsprong van de onverwachte toename van zwarte koolstof gevangen in het Antarctische ijs.

De bevindingen van het team, die deze week verscheen in Natuur , wijzen op een onwaarschijnlijke bron:oude Māori-landverbrandingspraktijken in Nieuw-Zeeland, uitgevoerd op een schaal die de atmosfeer over een groot deel van het zuidelijk halfrond beïnvloedde en andere pre-industriële emissies in de regio in de afgelopen 2 in het niet deed, 000 jaar.

"Het idee dat mensen op dit moment in de geschiedenis zo'n significante verandering in atmosferische zwarte koolstof hebben veroorzaakt door hun landopruimingsactiviteiten, is behoorlijk verrassend, " zei McConnell, onderzoekshoogleraar hydrologie bij DRI die de studie heeft ontworpen en geleid. "Vroeger dachten we dat als je een paar honderd jaar terug zou gaan, je naar een ongerept, pre-industriële wereld, maar het is duidelijk uit deze studie dat mensen de afgelopen 700 jaar het milieu boven de Zuidelijke Oceaan en het schiereiland Antarctica hebben beïnvloed."

De zwarte koolstof traceren naar de bron

Om de bron van de zwarte koolstof te identificeren, het onderzoeksteam analyseerde een reeks van zes ijskernen verzameld op James Ross Island en continentaal Antarctica met behulp van DRI's unieke continue ijskernanalysesysteem. De methode die wordt gebruikt om zwarte koolstof in ijs te analyseren, werd voor het eerst ontwikkeld in het laboratorium van McConnell in 2007.

Terwijl de ijskern van James Ross Island een opmerkelijke toename van zwarte koolstof liet zien, beginnend rond het jaar 1300, met niveaus die verdrievoudigden in de 700 jaar die volgden en een piek bereikten tijdens de 16 ^e en 17 ^e eeuwen, zwarte koolstofniveaus op locaties op het vasteland van Antarctica bleven in dezelfde periode relatief stabiel.

Andreas Stohl, doctoraat, van de Universiteit van Wenen leidde atmosferische modelsimulaties van het transport en de depositie van zwarte koolstof rond het zuidelijk halfrond die de bevindingen ondersteunden.

"Van onze modellen en het afzettingspatroon boven Antarctica gezien in het ijs, het is duidelijk dat Patagonië, Tasmanië, en Nieuw-Zeeland waren de meest waarschijnlijke punten van oorsprong van de verhoogde uitstoot van zwarte koolstof vanaf ongeveer 1300, ' zei Stohl.

Na raadpleging van paleofire-gegevens uit elk van de drie regio's, er bleef slechts één haalbare mogelijkheid over:Nieuw-Zeeland, waar houtskoolverslagen een grote toename van de brandactiviteit lieten zien vanaf het jaar 1300. Deze datum viel ook samen met de geschatte aankomst, kolonisatie, en de daaropvolgende verbranding van een groot deel van de beboste gebieden van Nieuw-Zeeland door de Māori-bevolking.

Dit was een verrassende conclusie, gezien het relatief kleine landoppervlak van Nieuw-Zeeland en de afstand (bijna 4, 500 mijl), die rook zou zijn gereisd om de ijskernlocatie op James Ross Island te bereiken.

"Vergeleken met natuurlijke verbranding in plaatsen zoals de Amazone, of Zuidelijk Afrika, of Australië, je zou niet verwachten dat de verbranding van Māori in Nieuw-Zeeland een grote impact zou hebben, maar wel over de Zuidelijke Oceaan en het Antarctisch Schiereiland, " zei Chellman, postdoctoraal onderzoeker bij DRI. "In staat zijn om ijskernrecords te gebruiken om de impact op de atmosferische chemie aan te tonen die zich uitstrekte over de hele Zuidelijke Oceaan, en om dat toe te schrijven aan de Māori-aankomst en vestiging van Nieuw-Zeeland 700 jaar geleden was echt geweldig."

Onderzoekseffecten

De onderzoeksresultaten zijn om een ​​aantal redenen belangrijk. Eerst, de resultaten hebben belangrijke implicaties voor ons begrip van de atmosfeer en het klimaat van de aarde. Moderne klimaatmodellen vertrouwen op nauwkeurige informatie over het klimaat in het verleden om projecties voor de toekomst te maken, vooral op emissies en concentraties van lichtabsorberende zwarte koolstof die verband houden met de stralingsbalans van de aarde. Hoewel vaak wordt aangenomen dat menselijke invloeden tijdens pre-industriële tijden verwaarloosbaar waren in vergelijking met achtergrond- of natuurlijke verbranding, deze studie levert nieuw bewijs dat emissies van menselijke verbranding de atmosfeer van de aarde en mogelijk het klimaat veel eerder hebben beïnvloed, en op veel grotere schaal, dan eerder gedacht.

Tweede, fallout van biomassaverbranding is rijk aan micronutriënten zoals ijzer. De groei van fytoplankton in een groot deel van de Zuidelijke Oceaan is nutriëntenbeperkt, dus de toegenomen neerslag van de verbranding van de Māori heeft waarschijnlijk geleid tot eeuwenlange verhoogde fytoplanktongroei in grote delen van het zuidelijk halfrond.

Derde, de resultaten verfijnen wat bekend is over de timing van de aankomst van de Māori in Nieuw-Zeeland, een van de laatste bewoonbare plekken op aarde die door mensen werd gekoloniseerd. Māori-aankomstdata op basis van radiokoolstofdata variëren van de 13 ^e tot 14 ^e eeuw, maar de preciezere datering die mogelijk is gemaakt door de ijskernrecords wijst op het begin van grootschalige verbranding door de vroege Māori in Nieuw-Zeeland tot 1297, met een onzekerheid van 30 jaar.

"Van deze studie en ander eerder werk dat ons team heeft gedaan, zoals op 2, 000 jaar oude loodvervuiling in het noordpoolgebied uit het oude Rome, het is duidelijk dat ijskernrecords zeer waardevol zijn om meer te weten te komen over menselijke effecten op het milieu uit het verleden, "Zei McConnell. "Zelfs de meest afgelegen delen van de aarde waren niet per se ongerept in pre-industriële tijden."