En smeltende ijsbergen afkomstig uit Antarctica lijken een sleutelrol te spelen.
We weten al een tijdje dat de baan van de aarde om de zon bepalend is voor het moment waarop ijstijden hun intrede doen. Is de afstand tussen de aarde en de zon groter, dan start er hoogstwaarschijnlijk een ijstijd, omdat er dan minder zonnestraling het aardoppervlak bereikt. Tot nu toe was het echter onduidelijk hoe kleine variaties in zonne-energie zulke dramatische veranderingen in het klimaat op aarde kunnen veroorzaken. Maar een nieuwe studie onthult nu hoe dit precies in zijn werk gaat. “Het was al duidelijk hoe de aarde uit een ijstijd tevoorschijn komt,” zegt aardwetenschapper Martin Ziegler, verbonden aan de Universiteit van Utrecht. “Onze resultaten geven ons nu eindelijk ook aanwijzingen over hoe een ijstijd in gang wordt gezet.”
Missing link
De onderzoekers hebben in de studie als het ware de ‘missing link’ gevonden in het proces dat leidt tot een ijstijd. ”De koude klimaatomstandigheden van een ijstijd zijn gerelateerd aan een verminderde atmosferische CO2-concentratie,” legt Ziegler aan Scientias.nl uit. “Deze ontbrekende CO2 is opgeslagen in de diepzee, mogelijk gemaakt door een veranderende oceaancirculatie. Tot nu toe was het echter onduidelijk welk proces deze omslag in de oceaancirculatie veroorzaakte en wat precies die extra opslag van koolstof in de oceaan aanspoorde.”
IJsbergen
Maar nu hebben de onderzoekers hier een verklaring voor gevonden. In hun studie leggen de onderzoekers uit dat, wanneer de baan van de aarde rond de zon aan de juiste voorwaarden voldoet, ijsbergen steeds verder weg van Antarctica beginnen te smelten. “In de studie laten we zien dat aan het begin van een ijstijd, het traject van ijsbergen in de Zuidelijke Oceaan afkomstig van Antarctica veranderen,” aldus Ziegler. “Ze smelten veel verder naar het noorden. Deze smeltlocatie is belangrijk, omdat het zoetere water een lagere dichtheid heeft dan zout zeewater en het op die manier de mondiale circulatiepatronen beïnvloedt.” Het betekent dat er enorme hoeveelheden zoet water van de Zuidelijke Oceaan naar de Atlantische Oceaan stromen. Naarmate de Zuidelijke Oceaan daardoor zouter wordt en de Noord-Atlantische Oceaan zoeter, ontstaan er drastische veranderingen in de grootschalige circulatiepatronen die de oceanen kenmerken. Daarmee wordt er ook CO2 aan de atmosfeer onttrokken, met een vermindering van het broeikaseffect als gevolg. En zo ontstaat vervolgens een ijstijd.
Boorkernen
Deze bevindingen komen voort uit de analyse van monsters, verzameld door het International Ocean Discovery Program (IODP). “De studie was mogelijk omdat er in 2016 voor het eerst zeer lange (~250 m) kernen in de westelijke Indische Ocean zijn geboord,” vertelt onderzoeker Jeroen van der Lubbe, verbonden aan de Vrije Universiteit Amsterdam, aan Scientias.nl. “Een internationaal team van onderzoekers werkten maandenlang aan boord van een boorschip aan het verzamelen van sedimentkernen en het in kaart brengen van hun eigenschappen. Ik heb namens Nederland en de Vrije Universiteit Amsterdam deel genomen aan de expeditie (361 ‘Southern African Climate’), waarin de kern voor deze studie is genomen.” De onderzoekers komen zo tot een interessante ontdekking. “De oceaantemperaturen op locatie die we hebben bestudeerd (ten zuiden van Zuid-Afrika) zijn tegenwoordig veel te warm, waardoor ijsbergen niet meer tot op die plek weten te overleven,” vertelt Ziegler. “Toen ik de sedimenten bestudeerde die aan het begin van de laatste ijstijd waren afgezet, trof ik hier veel van ijsberg afkomstig materiaal in aan. Ik was erg verrast. Die ontdekking was het startpunt van deze studie en leidde uiteindelijk tot een nieuwe theorie over het ontstaan van ijstijden.”
Klimatologische omstandigheden
De wetenschappers gebruikten vervolgens diverse technieken voor het reconstrueren van de klimatologische omstandigheden in het verleden. Eén daarvan was het identificeren van kleine fragmenten van Antarctisch gesteente dat in open zee door de smeltende ijsbergen is afgezet. Het lijkt erop dat deze afzettingen op consistente wijze vooruitliepen op veranderingen in de diepe oceaancirculatie. Dat maakten de onderzoekers op uit de chemie van kleine diepzeefossielen genaamd foraminifera. Daarnaast gebruikte het team ook nieuwe klimaatmodelsimulaties om hun hypothese te testen, waarbij ze ontdekten dat enorme hoeveelheden zoet water door de ijsbergen konden worden verplaatst.
Sleutel
Al met al betekent het dat smeltende ijsbergen afkomstig uit Antarctica een sleutelrol hebben gespeeld bij het ontstaan van ijstijden. De ijsbergen lokken een reeks aan kettingreacties uit die de aarde in een langdurige periode van lage temperaturen dompelt. “Het smelten van ijsbergen is een trigger die de circulatie aan het begin van een ijstijd in een bepaalde modus zette, waardoor de diepzee meer koolstof kon opslaan dan tijdens het interglaciaal,” vat Ziegler samen. “Het is al geruime tijd bekend dat de Zuidelijke Oceaan een belangrijke rol speelt in de overgang van een ijstijd naar een warme interglaciale periode (onze huidige toestand). Onze studie laat nu zien dat de Zuidelijke Oceaan tevens een sleutelrol speelt aan het begin van een ijstijd. Deze link is nog niet eerder in overweging genomen en de gegevens om deze link aan te tonen bestonden niet. Het is dus een verrassende ontdekking die ons een nieuw perspectief geeft op het ontstaan van ijstijden.”
Verstoring
Het beschreven proces heeft de afgelopen 1 miljoen jaar al regelmatig ijstijden veroorzaakt. En dat zou ook in de toekomst weer moeten gebeuren. “Het beschreven proces zou over een paar duizend jaar waarschijnlijk het begin van een nieuwe ijstijd hebben ingeluid,” aldus Ziegler. Op dit moment bevindt de aarde zich nog in een interglaciale periode, waarin het warmer is. Maar dat zou dus ‘binnenkort’ moeten veranderen. De vraag is echter of dat ook daadwerkelijk gaat gebeuren. De onderzoekers wijzen namelijk op verstoring van het natuurlijke ritme van de ijstijdencyclus. De veroorzaker? De mondiale opwarming als gevolg van door de mens uitgestoten CO2.
Emissies
De onderzoekers betogen dat de hedendaagse hoge CO2-concentraties het ontstaan van een nieuwe ijstijd onmogelijk maken, ook bij een ‘gunstige’ aardbaan. “Door de verbranding van fossiele koolstof hebben mensen de natuurlijke ijstijdencyclus volledig in de war geschopt,” legt Ziegler desgevraagd uit. “Het atmosferische CO2-gehalte is nu hoger dan we in de afgelopen 3 miljoen jaar hebben gezien. Dit leidt tot een aanhoudende opwarming van de aarde. Het smelten van ijskappen en de toevoeging van zoet water zullen in de toekomst echter ook gevolgen hebben voor de wereldwijde oceaancirculatie. De gevolgen hiervan zijn nog niet helemaal duidelijk, maar onze studie toont eens te meer aan dat het oceaan-atmosfeer-klimaatsysteem gevoelig is voor zelfs relatief kleine triggers. We zullen dus alle veranderingen nauwgezet moeten volgen.”
Volgens co-auteur Ian Hall kunnen de onderzoeksresultaten worden gebruikt om te begrijpen hoe ons klimaat in de toekomst gaat reageren op de door de mens ingezette klimaatverandering. “We zien al dat het Antarctische continent steeds meer massa verliest en dat er steeds meer ijsbergen drijven in de Zuidpoolzee, als gevolg van de mondiale opwarming die gepaard gaat met de huidige uitstoot van broeikasgassen door de mens,” stelt Hall. “Daarmee benadrukt onze studie het belang van het begrijpen van ijsbergtrajecten en smeltpatronen. Die dragen bij aan het ontwikkelen van betrouwbare voorspellingen van hun toekomstige impact op de oceaancirculatie en het klimaat.”
