Door ongewone rotsmonsters te analyseren die jaren geleden op Antarctica zijn verzameld, hebben wetenschappers van de Universiteit van Californië, Santa Cruz, een opmerkelijk verslag ontdekt van hoe de Oost-Antarctische ijskap heeft gereageerd op klimaatveranderingen gedurende een periode van 100.000 jaar tijdens het Laat-Pleistoceen.

De Oost-Antarctische ijskap is 's werelds grootste ijsmassa. Inzicht in de gevoeligheid voor klimaatverandering is van cruciaal belang om te kunnen inschatten hoeveel de zeespiegel zal stijgen naarmate de temperatuur op aarde stijgt. Recente studies suggereren dat het mogelijk kwetsbaarder is voor ijsverlies dan eerder werd gedacht.

De nieuwe studie, gepubliceerd op 15 september in Nature Communications , levert bewijs van veranderingen aan de basis van de ijskap over een breed gebied als reactie op cyclische klimaatveranderingen tijdens het Pleistoceen. De veranderingen worden weerspiegeld in de soorten mineralen die aan de basis van de ijskap zijn afgezet.

"Een van de belangrijkste bevindingen is dat de ijskap reageerde op temperatuurveranderingen in de Zuidelijke Oceaan", zegt co-auteur Terrence Blackburn, universitair hoofddocent aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz. "Het warme water vreet aan de randen van de ijskap en zorgt ervoor dat het ijs sneller stroomt, en die reactie reikt tot diep in het hart van de ijskap."

De in het onderzoek geanalyseerde gesteentemonsters bestaan ​​uit afwisselende lagen opaal en calciet die zich vormden als minerale afzettingen aan de basis van de ijskap, waarbij cyclische veranderingen in de samenstelling van subglaciale vloeistoffen werden geregistreerd.

"Elke laag in deze monsters is een manifestatie van een verandering aan de basis van de ijskap, aangedreven door veranderingen in de beweging van de ijsstromen", zei eerste auteur Gavin Piccione, een Ph.D. kandidaat die met Blackburn bij UCSC werkt.

Door de lagen te dateren, vonden de onderzoekers een opvallende correlatie tussen de lagen van minerale afzettingen en het record van polaire zee-oppervlaktetemperaturen afgeleid van ijskernen. Het opaal werd afgezet tijdens koude periodes en het calciet tijdens warme periodes.

"Deze klimaatschommelingen veroorzaken veranderingen in het gedrag van de ijskap, zodat de chemie en hydrologie onder het ijs veranderen", zegt co-auteur Slawek Tulaczyk, een professor in aard- en planetaire wetenschappen aan het UCSC, die het gedrag van ijskappen en gletsjers al jaren bestudeert. decennia.

De klimaatcycli die overeenkomen met de minerale lagen zijn relatief kleine fluctuaties die zich om de paar duizend jaar voordoen binnen de meer uitgesproken glaciaal-interglaciale cycli die om de 100.000 jaar plaatsvonden gedurende het Pleistoceen. De glaciaal-interglaciale cycli worden voornamelijk aangedreven door veranderingen in de baan van de aarde rond de zon. De kleinere klimaatcycli op millennial-schaal omvatten oscillaties in polaire temperaturen die worden aangedreven door verzwakking en versterking van een grote oceaanstroom (de Atlantic Meridional Overturning Circulation, of AMOC) die grote hoeveelheden warmte noordwaarts transporteert door de Atlantische Oceaan.

Tulaczyk zei dat de nieuwe bevindingen de gevoeligheid van de Antarctische ijskap voor kleine, kortdurende klimaatschommelingen onthullen.

"Hoe belangrijk de Antarctische ijskap ook is - hij is verantwoordelijk voor bijna 17 meter zeespiegelstijging sinds het laatste glaciale maximum - we weten echt heel weinig over hoe hij heeft gereageerd op klimaatvariabiliteit," zei hij. "We kennen de laatste 20.000 jaar vrij goed, maar verder zijn we bijna blind geweest. Daarom zijn deze resultaten zo verbluffend. Mensen stoten hier al tientallen jaren hun hoofd tegen de muur."

De twee gesteentemonsters die voor dit onderzoek werden geanalyseerd, werden verzameld uit gletsjermorenen die meer dan 900 kilometer (560 mijl) van elkaar verwijderd waren, en ze vormden zich over verschillende perioden die in totaal meer dan 100.000 jaar beslaan. Met andere woorden, ze registreren vergelijkbare cycli van minerale afzetting onder het ijs die zich voordoen over een groot gebied en gedurende lange tijdsperioden.

"De chemie van de twee monsters kwam overeen, ook al kwamen ze zo ver uit elkaar, wat ons het vertrouwen gaf dat er een grootschalig, systematisch proces aan de gang was", zei Piccione.

Het mechanisme achter de vorming van lagen opaal en calciet is een beetje ingewikkeld en vereist niet alleen begrip van minerale chemie, maar ook van de ongewone hydrologie onder de Antarctische ijskap. Warmte uit het binnenste van de aarde ("geothermische verwarming") veroorzaakt smelten aan de basis van de ijskap, die door de dikte van het ijs is geïsoleerd van ijskoude polaire temperaturen. Waar het ijs dunner wordt naar de randen van de ijskap, begint subglaciaal smeltwater opnieuw te bevriezen, opgeloste mineralen concentreren en uiteindelijk hypersaline pekels vormen.

Minerale afzettingen vormen zich wanneer het water wordt geconcentreerd door opnieuw in te vriezen, en het eerste dat neerslaat is calciet, de meest voorkomende vorm van calciumcarbonaat. Opaal (amorf silica) zal uiteindelijk neerslaan uit oudere, oververzadigde pekels die geen koolstof meer bevatten.

"Antarctica heeft deze interessante pekels zonder koolstof erin, omdat het allemaal eerder is neergeslagen, dus wanneer die pekel wordt geïsoleerd van andere waterbronnen, vormen ze opaal", legt Piccione uit.

Om een ​​laag calciet op het opaal te krijgen, is een instroom van koolstofhoudend gletsjersmeltwater nodig, dat optreedt tijdens warme intervallen in de klimaatcycli, wanneer de AMOC vertraagt. Dat leidt tot opwarming op het zuidelijk halfrond en brengt warm water in contact met de drijvende ijsplaten aan de randen van de ijskap. Terwijl het warme water op de bodem van de ijsplaten wegvreet, begint de "aardingslijn" waar het ijs in contact komt met land zich terug te trekken en stroomt het ijs sneller van het binnenland naar de randen.

Tulaczyk legde uit dat de beweging van het ijs over het gesteente warmte genereert, waardoor de hoeveelheid smeltwater aan de basis van de ijskap toeneemt. "Als je je een kaart voorstelt van waar zich smeltwater onder de ijskap bevindt, dan breidt dat gebied zich uit in warme periodes en krimpt het in koude periodes, als een hartslag", zei hij.

De resulterende "freeze-flush-cycli" aan de voet van het ijs zijn verantwoordelijk voor de afwisselende lagen opaal en calciet in de rotsen.

De bevindingen wijzen op de watertemperatuur in de Zuidelijke Oceaan als het belangrijkste mechanisme dat de reactie van de Antarctische ijskap op veranderingen in het wereldwijde klimaat stuurt. De temperaturen op Antarctica zijn zo koud dat een paar graden opwarming het oppervlak van het ijs niet zal doen smelten, maar wetenschappers weten dat de ijskap in het verleden is gesmolten en dat delen ervan zijn ingestort, zei Blackburn. "Het was moeilijk te begrijpen, maar dit toont duidelijk aan dat de opwarming van de oceaan het drijvende mechanisme is", zei hij.

"Als je kijkt naar de plaatsen die tegenwoordig ijs verliezen, zijn ze geconcentreerd langs de randen van de ijskap waar het in contact staat met de opwarmende oceaan", voegde Tulaczyk eraan toe. "De belangrijkste oorzaak van de opwarming van de oceaan is nu atmosferische kooldioxide, niet de AMOC, maar ik denk niet dat het de ijskap kan schelen wat de opwarming veroorzaakt."

Tulaczyk zei dat de bevindingen aantonen dat de ijskap zich tijdens warme periodes kan terugtrekken en zich vervolgens kan herstellen tijdens de daaropvolgende afkoeling. "In de context van de drempelvraag - zit de ijskap op een drempel waarboven weggelopen smelten zou zijn en het zal allemaal verdwijnen - dat is niet wat ik hier zie," zei hij. "Het ijs is gevoelig voor deze kortetermijnfluctuaties, maar de omvang van het ijsverlies is klein genoeg om te herstellen met afkoeling." + Verder verkennen

Nieuwe studie toont terugtrekking van Oost-Antarctische ijskap tijdens eerdere warme periodes