Naukowcy odkrywają arktyczne warunki klimatyczne w późnym miocenie

April 5, 2016 Międzynarodowemu zespołowi naukowców kierowanemu przez Centrum Badań Polarnych i Morskich Instytutu Alfreda Wegenera (AWI) udało się rzucić nieco światła na historię klimatu Oceanu Arktycznego. Wykorzystując próbki gleby z Grzbietu Łomonosowa, udało im się udowodnić, że centralna Arktyka była całkowicie wolna od lodu w okresie letnim od sześciu do dziesięciu milionów lat temu, a temperatura na jej powierzchni wynosiła od 4 do 9 stopni Celsjusza. Wiosną, jesienią i zimą na powierzchni unosiły się kry lodowe. Nowe dane oznaczają fundamentalny krok w odtwarzaniu przeszłych warunków klimatycznych Arktyki i mogą być wykorzystane do weryfikacji modeli klimatycznych, jak podano w bieżącym wydaniu czasopisma Nature Communications. Próbki wykorzystane w badaniu zostały zebrane latem 2014 roku podczas wyprawy na pokładzie statku badawczego Polarstern. Opisując arktyczny lód morski jako bardzo ważny i wrażliwy czynnik w globalnym systemie klimatycznym, geolog AWI, kierownik wyprawy i główny autor prof. dr Rüdiger Stein powiedział, że ważne jest lepsze zrozumienie przyczyn obecnych i przeszłych zmian w lodzie morskim. "W przypadku tej wyprawy naszym celem było pobranie osadów z centralnej Arktyki, które możemy wykorzystać do rekonstrukcji lodu morskiego w ciągu ostatnich 50 milionów lat. Do tej pory brakowało nam odpowiednich próbek gleby, a tym samym danych do rekonstrukcji okresów tej wielkości" - powiedział prof. dr Stein w języku niemieckim. Jako miejsce pobierania próbek wybrano zachodnie zbocze Grzbietu Łomonosowa, dużego podwodnego pasma górskiego w środkowej Arktyce. Wynikało to z faktu, że miejsce to doświadczyło w przeszłości powtarzających się dużych osuwisk, co spowodowało odsłonięcie osadów i formacji skalnych o grubości około 500 metrów. Naukowcy byli również zaskoczeni zasięgiem podmorskich krawędzi separacyjnych (krawędzi tektonicznych), które rozciągały się na ponad 300 kilometrów od bieguna północnego prawie do południowego krańca grzbietu po stronie syberyjskiej. Wykorzystanie rdzenia osadów jako archiwum klimatu Spośród rdzeni osadów wydobytych w ciągu dwóch dni (każdy o długości od czterech do ośmiu stóp), jeden z nich okazał się idealny do wykorzystania jako archiwum klimatyczne. Korzystając z mikroskamieniałości zwanych dinoflagellatami, naukowcy byli w stanie określić, że osady w dolnej części rdzenia pochodzą sprzed około sześciu do dziesięciu milionów lat, z późnego miocenu. Wydobyte w ten sposób próbki dały naukowcom wyjątkową okazję do zrekonstruowania warunków klimatycznych w środkowej części Oceanu Arktycznego, dla których do tej pory istniały bardzo niejasne i sprzeczne dane. Niektórzy naukowcy uważali, że w tym czasie centralny Ocean Arktyczny był pokryty lodem przez cały rok - tak jak ma to miejsce dzisiaj. Jednak to założenie wydaje się być sprzeczne z wynikami badań. W oparciu o nowe dane, w tym okresie w historii, latem biegun północny i centralny Ocean Arktyczny musiały być wolne od lodu. Biomarkery dają wgląd w przeszły klimat Analiza ta opiera się na biomarkerach, które są związkami organicznymi składającymi się z organizmów, które żyły w przeszłości, ale obecnie są zachowane w osadach. Dwa z tych biomarkerów zostały wyekstrahowane z próbek gleby. Pierwszą grupą były glony wapienne, które istniały na powierzchni wody, wymagając otwartej wody i polegały na świetle słonecznym do produkcji żywności/energii. W centralnej części Oceanu Arktycznego światło słoneczne jest dostępne tylko w miesiącach wiosennych i letnich, podczas gdy w pozostałych miesiącach robi się ciemno. W związku z tym dane uzyskane z biomarkerów glonów wapiennych mogą wskazywać na warunki klimatyczne panujące w tych miesiącach letnich. Ponadto algi wapienne wytworzyły różne cząsteczki biomarkerów w zależności od temperatury wody. Prof. dr Stein powiedział, że na podstawie tych cząsteczek obliczono temperaturę powierzchni Oceanu Arktycznego na około 4 do 9 stopni Celsjusza, co wskazuje na warunki wolne od lodu w okresie letnim. Druga grupa biomarkerów, obejmująca okrzemki z arktycznego lodu morskiego, wykazała, że Ocean Arktyczny nie był wolny od lodu przez cały rok. Prof. dr Stein powiedział, że porównując ich zapisy z temperaturami wód powierzchniowych i rozmieszczeniem lodu morskiego, mogli wykazać, że centralny Ocean Arktyczny mógł być wolny od lodu latem od sześciu do dziesięciu milionów lat temu. Wiosną i poprzednią zimą lód morski byłby obecny. Dodał, że biegun północny musiał mieć podobną sezonową pokrywę lodową, jaka obecnie występuje na morzach marginalnych Arktyki. Nowe dane mogą poprawić modele klimatyczne Ta rekonstrukcja klimatu Arktyki w przeszłości została poparta symulacjami klimatycznymi. Zakładają one jednak stosunkowo wysoką zawartość dwutlenku węgla w atmosferze na poziomie 450 ppm. Wynika to z faktu, że w niektórych badaniach dotyczących późnego miocenu, jeśli zawartość dwutlenku węgla była niższa, na poziomie około 280 ppm, nie można było zrekonstruować Arktyki wolnej od lodu. W każdym razie to, czy zawartość dwutlenku węgla w miocenie była zbyt wysoka, czy też symulacje miocenu miały niewystarczającą czułość w Arktyce, nie zostało jeszcze ustalone i wymaga dalszych badań. Jak powiedział prof. dr Stein, "jeśli nasze modele klimatyczne będą w stanie wiarygodnie odtworzyć pokrywę lodu morskiego z wcześniejszych okresów, będziemy również w stanie zapewnić dokładniejsze prognozy przyszłych wahań klimatu i lodu morskiego w środkowej Arktyce". Link do badania.