Onderzoekers ontdekken Arctische klimaatomstandigheden tijdens het late Mioceen

April 5, 2016 Een internationaal team van wetenschappers onder leiding van het Alfred Wegener Institute (AWI) Helmholtz Centre for Polar and Marine Research is erin geslaagd om wat licht te werpen op de klimaatgeschiedenis van de Noordelijke IJszee. Met bodemmonsters van de Lomonosovkam konden ze aantonen dat het centrale noordpoolgebied zes miljoen tot tien miljoen jaar geleden 's zomers volledig ijsvrij was, met een temperatuur aan het oppervlak van 4 tot 9 graden Celsius. In de lente, herfst en winter dreven er ijsschotsen op het oppervlak. De nieuwe gegevens betekenen een fundamentele stap voor het herscheppen van vroegere klimaatomstandigheden in het noordpoolgebied en kunnen worden gebruikt om klimaatmodellen te verifiëren, zoals gemeld in het huidige nummer van het tijdschrift Nature Communications. De monsters die in het onderzoek zijn gebruikt, zijn in de zomer van 2014 verzameld tijdens een expeditie aan boord van het onderzoeksschip Polarstern. AWI-geoloog, expeditieleider en hoofdauteur Prof. Dr. Rüdiger Stein beschreef het Arctische zee-ijs als een zeer belangrijke en gevoelige factor in het wereldwijde klimaatsysteem en zei dat het belangrijk was om de oorzaken van de huidige en vroegere veranderingen in het zee-ijs beter te begrijpen. "Voor deze expeditie was ons doel om sedimenten uit het centrale Noordpoolgebied te halen, die we kunnen gebruiken om het zee-ijs in de afgelopen 50 miljoen jaar te reconstrueren. Tot nu toe ontbrak het ons aan de juiste bodemmonsters en dus aan de gegevens om de perioden van deze omvang te reconstrueren," zei Prof. Dr. Stein in het Duits. De westelijke helling van de Lomonosovkam, een groot onderwatergebergte in het centrale noordpoolgebied, werd gekozen als locatie voor de bemonstering. De reden hiervoor was dat op deze plek in het verleden herhaaldelijk grote aardverschuivingen hadden plaatsgevonden, waardoor de onderliggende sedimenten en rotsformaties tot een dikte van ongeveer 500 meter bloot kwamen te liggen. De onderzoekers waren ook verrast door de omvang van de onderzeese scheidingsranden (tektonische randen), die zich over een afstand van meer dan 300 kilometer uitstrekten van de Noordpool tot bijna aan het zuidelijke uiteinde van de bergkam aan de Siberische kant. De sedimentkern gebruiken als klimaatarchief Van de sedimentkernen die in twee dagen werden gewonnen (allemaal ongeveer vier tot acht meter lang elk), bleek er één ideaal om als klimaatarchief te gebruiken. Met behulp van microfossielen, dinoflagellaten genaamd, konden de onderzoekers vaststellen dat de sedimenten in het onderste deel van de kern ongeveer zes miljoen tot tien miljoen jaar geleden waren, dat wil zeggen uit het late Mioceen. De gewonnen monsters gaven de onderzoekers dus een unieke kans om de klimaatomstandigheden in de centrale Noordelijke IJszee te reconstrueren, waarover tot nu toe zeer vage en tegenstrijdige gegevens bestonden. Sommige wetenschappers geloofden dat het centrale deel van de Noordelijke IJszee in die tijd het hele jaar door bedekt was met ijs, zoals nu het geval is. Deze aanname blijkt echter in tegenspraak met de onderzoeksresultaten. Op basis van de nieuwe gegevens moeten de Noordpool en de centrale Noordelijke IJszee in die periode in de geschiedenis in de zomer ijsvrij zijn geweest. Biomarkers geven inzicht in klimaat in het verleden Deze analyse is gebaseerd op biomarkers, dat zijn organische verbindingen die bestaan uit organismen die in het verleden leefden maar nu bewaard zijn gebleven in het sediment. Twee van deze biomarkers werden uit de bodemmonsters gehaald. De eerste groep bestond uit kalkalgen die aan het wateroppervlak leefden, open water nodig hadden en afhankelijk waren van zonlicht om voedsel/energie te produceren. In de centrale Noordelijke IJszee is zonlicht alleen beschikbaar tijdens de lente- en zomermaanden, terwijl het tijdens de overige maanden donker wordt. Daarom kunnen de gegevens van de biomarkers van de kalkalgen een indicatie geven van de klimatologische omstandigheden tijdens die zomermaanden. Bovendien ontwikkelden de kalkalgen verschillende biomarkermoleculen als gevolg van de watertemperatuur. Op basis van de moleculen berekende Prof. Dr. Stein dat de oppervlaktetemperatuur van de Noordelijke IJszee ongeveer 4 tot 9 graden Celsius was, wat duidde op ijsvrije omstandigheden tijdens de zomer. De tweede groep biomarkers, bestaande uit Arctische zee-ijs diatomeeën, toonde aan dat de Noordelijke IJszee niet het hele jaar door ijsvrij was. Prof. dr. Stein zei dat ze, door hun gegevens te vergelijken met de oppervlaktewatertemperaturen en de verspreiding van het zee-ijs, konden aantonen dat het centrale deel van de Noordelijke IJszee zes miljoen tot tien miljoen jaar geleden 's zomers ijsvrij kan zijn geweest. In de lente en de daaraan voorafgaande winter zou het zee-ijs wel aanwezig zijn geweest. Hij voegde eraan toe dat de Noordpool een soortgelijke seizoensgebonden ijsbedekking moet hebben gehad als nu bij de Arctische randzeeën. Nieuwe gegevens kunnen klimaatmodellen verbeteren Deze reconstructie van het vroegere klimaat van het Noordpoolgebied wordt ondersteund door klimaatsimulaties. Hierbij wordt echter uitgegaan van een relatief hoog kooldioxidegehalte in de atmosfeer van 450 ppm. Dit komt doordat in sommige studies over het late Mioceen, als het kooldioxidegehalte lager was, ongeveer 280 ppm, een ijsvrij noordpoolgebied niet kon worden gereconstrueerd. Hoe dan ook, of het kooldioxidegehalte tijdens het Mioceen te hoog was of dat de Miocene simulaties onvoldoende gevoeligheid hadden in het Noordpoolgebied moet nog worden vastgesteld en vereist verder onderzoek. Zoals Prof. Dr. Stein zei, "als onze klimaatmodellen de zeeijsbedekking van vroegere perioden betrouwbaar kunnen reproduceren, zouden we ook nauwkeuriger voorspellingen kunnen doen van toekomstige klimaat- en zeeijsschommelingen in het centrale noordpoolgebied." Link naar studie.