Ongeveer een miljoen jaar geleden is er iets groots met de planeet gebeurd. Er was een grote verschuiving in de reactie van het klimaatsysteem van de aarde op variaties in onze baan rond de zon. De verschuiving wordt de Mid-Pleistoceen Transitie genoemd. Vóór de MPT vonden om de 41.000 jaar cycli tussen glaciale (koudere) en interglaciale (warmere) perioden plaats. Na de MPT werden de ijstijden intenser - intens genoeg om ijskappen te vormen op het noordelijk halfrond die 100.000 jaar duurden. Dit gaf de aarde de regelmatige ijstijdcycli die tot in de menselijke tijd hebben voortgeduurd.

Wetenschappers vragen zich al lang af wat dit heeft veroorzaakt. Een waarschijnlijke reden zou een fenomeen zijn dat Milankovitch-cycli wordt genoemd - cyclische veranderingen in de baan van de aarde en de richting van de zon die van invloed zijn op de hoeveelheid energie die de aarde absorbeert. Wetenschappers zijn het erover eens dat dit al miljoenen jaren de belangrijkste natuurlijke oorzaak is van het afwisselen van warme en koude perioden. Onderzoek heeft echter aangetoond dat de Milankovitch-cycli een miljoen jaar geleden geen enkele grote verandering hebben ondergaan, dus waarschijnlijk was er iets anders aan het werk.

Gelijktijdig met de MPT ondervond een groot systeem van oceaanstromingen dat helpt om warmte over de hele wereld te verplaatsen, een ernstige verzwakking. Dat systeem, dat warmte door de Atlantische Oceaan naar het noorden stuurt, is de Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Had deze vertraging te maken met de verschuiving in ijstijden? Zo ja, hoe en waarom? Dit waren open vragen. Een nieuw artikel dat vandaag is gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences stelt een antwoord voor.

De onderzoekers analyseerden kernen van diepzeesedimenten die waren genomen in de zuidelijke en noordelijke Atlantische Oceaan, waar oude diepe wateren voorbijgingen en chemische aanwijzingen achterlieten. "Wat we ontdekten is dat de Noord-Atlantische Oceaan, vlak voor deze crash, heel anders handelde dan de rest van het bekken", zei hoofdauteur Maayan Yehudai, die het werk deed als Ph.D. student aan de Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University.

Voorafgaand aan die crash van de oceanische circulatie begonnen ijskappen op het noordelijk halfrond effectiever aan hun gesteente te kleven. Hierdoor werden gletsjers dikker dan voorheen. Dit leidde op zijn beurt tot een grotere wereldwijde afkoeling dan voorheen en verstoorde de Atlantische warmtetransportband. Dit leidde tot zowel sterkere ijstijden als de verschuiving van de ijstijdcyclus, zegt Yehudai.

Het onderzoek ondersteunt een langbesproken hypothese dat de geleidelijke verwijdering van geaccumuleerde gladde continentale bodems tijdens eerdere ijstijden ervoor zorgde dat ijskappen zich steviger aan het oudere, hardere kristallijne gesteente eronder vastklampten en dikker en stabieler werden. De bevindingen geven aan dat deze groei en stabilisatie net voor de verzwakking van het AMOC het mondiale klimaat heeft gevormd.

"Ons onderzoek beantwoordt een van de grootste vragen over de grootste klimaatverandering die we hebben gehad sinds het begin van de ijstijden," zei Yehudai. "Het was een van de meest substantiële klimaattransities en we begrijpen het niet helemaal. Onze ontdekking legt de oorsprong van deze verandering vast op het noordelijk halfrond en de ijskappen die daar zijn geëvolueerd als drijfveer voor deze verschuiving naar de klimaatpatronen die we vandaag waarnemen. Dit is een zeer belangrijke stap om te begrijpen wat de oorzaak is en waar het vandaan komt. Het benadrukt het belang van de Noord-Atlantische regio en de oceaancirculatie voor de huidige en toekomstige klimaatverandering."

Het onderzoek werd ook geleid door Yehudai's adviseur, Lamont geochemist Steven Goldstein, samen met Lamont afgestudeerde student Joohee Kim. Andere medewerkers waren Karla Knudson, Louise Bolge en Alberto Malinverno van Lamont-Doherty; Leo Pena en Maria Jaume-Segui van de Universiteit van Barcelona; en Torsten Bickert van de Universiteit van Bremen. Yehudai is nu bij het Max Planck Instituut voor Chemie.