45 miljoen jaar temperatuursverandering op Antarctica: lessen voor de toekomst

Een internationaal team van wetenschappers heeft met behulp van fossiele moleculen en machine learning de eerste overzichten gemaakt van de temperaturen in de Antarctische Oceaan van de afgelopen 45 miljoen jaar. Dit biedt belangrijke inzichten in de mechanismen die temperatuurveranderingen veroorzaken en een vooruitblik op de ontwikkeling van de Antarctische ijskap en toekomstige veranderingen van de zeespiegel. De resultaten suggereren dat we een kantelpunt naderen waarbij de opwarming van de oceanen door CO₂ in de atmosfeer een forse zeespiegelstijging zal veroorzaken door het smelten van de ijskappen.

Het team kon de temperaturen van de oceaan reconstrueren voor periodes waarin de ijskappen aangroeiden en krompen. Het smelten van ijskappen en de terugtrekking van gletsjers op Antarctica is van groot belang omdat het smeltende ijs in de regio de zeespiegel met enkele meters kan doen stijgen.

Fossiele moleculen

Het onderzoek, op 15 september gepubliceerd in Nature Geoscience, stond onder leiding van wetenschappers van de Victoria University of Wellington (Nieuw-Zeeland), GNS Science (idem) en Birmingham University (Verenigd Koninkrijk). Het team analyseerde fossiele moleculen uit gesteenten en uit sedimentmonsters, afkomstig uit oceaankernen, die tijdens verschillende boorexpedities werden genomen. Aan de hand van deze monsters kunnen we de temperatuur van de oceaan achterhalen in de periode waarin  deze fossiele moleculen werden afgezet. "We hebben nu over een periode van 45 miljoen jaar een temperatuurregistratie van de Antarctische Oceaan. Die geeft een gedegen overzicht van de variatie van deze temperaturen en hoe deze samenhangt met veranderingen in de hoeveelheid ijs en het landschap van Antarctica. Dankzij onze resultaten zijn betere schattingen van toekomstige trends mogelijk", aldus coauteurs Francesca Sangiorgi en Frida Hoem van het departement Aardwetenschappen, Universiteit Utrecht.

Drempel

De variaties in oceaantemperaturen, atmosferische CO₂ en de hoeveelheid ijs op Antarctica gingen de laatste 45 miljoen jaar grotendeels gelijk op. Doorgaans versterkte een warme periode nog eens de krimp van de ijskap, maar verrassend genoeg kwam de afkoeling van de oceaan niet altijd overeen met een toename van het Antarctische ijs - meer bepaald voor een periode van ongeveer 1 miljoen jaar in het late Oligoceen (25 tot 24 miljoen jaar geleden). "We concludeerden dat tektonische daling van West-Antarctica de instroom van nog relatief warm oceaanwater in het gebied van de Rosszee bevorderde. Dat belemmerde de uitbreiding van de ijskap tot in de oceaan zoals wij die nu wel kennen. Pas 1 miljoen jaar later, toen de oceaan voldoende afkoelde bij lage CO₂-concentraties in de atmosfeer – minder dan 400 ppm – kon de ijskap zich uitbreiden", aldus Sangiorgi. "Onze resultaten ondersteunen de hypothese dat er een drempelwaarde bestaat voor atmosferische CO₂ waaronder ijskappen op Antarctica groeien en waarboven de opwarming van de oceaan hun terugtrekking verergert." De onderzoekers concluderen dat het deel van de ijskap in direct contact met de oceaan zal verdwijnen wanneer de atmosferische CO₂ boven de 400 ppm uitkomt, een drempelwaarde die we in 2013 hebben overschreden.

Stabiliteit op de lange termijn

Deze studie benadrukt het belang van klimatologische en niet-klimatologische factoren en de fundamentele rol van de temperatuur van de oceanen voor de stabiliteit van de Antarctische ijskappen op lange termijn, en biedt lessen voor de toekomst. Een steeds warmere oceaan, veroorzaakt door stijgende atmosferische CO₂, zal leiden tot het catastrofale smelten van die delen van de Antarctische ijskappen die onder de zeespiegel liggen. Deze ijskappen alleen al kunnen het zeeniveau met 20 m doen stijgen als ze volledig smelten. "We kunnen momenteel veranderingen zien in het ijs op Antarctica - niet in het minst door het verlies van sommige ijsplaten en de recente scheuren in de Thwaitesgletsjer, een van de grootste gletsjers in de regio. Dit nieuwe onderzoek naar het verleden van de aarde is een van de duidelijkste aanwijzingen tot nu toe dat menselijke activiteiten hoeveelheden CO₂ blijven produceren, waarbij de komende decennia en eeuwen veel ijs aan de rand van Antarctica zal smelten en we een wereldwijde zeespiegelstijging kunnen verwachten."

De werkzaamheden werden gefinancierd en mogelijk gemaakt door het International Ocean Discovery Program, Antarctica New Zealand, de Royal Society Te Apārangi Marsden Fund (NZ), de Natural Environment Research Council (UK) en de Amerikaanse National Science Foundation award en het poolprogramma van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO). Ondersteuning werd verleend door de Universiteit van Birmingham, de Universiteit Utrecht, Yale University en het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ).

Artikel

B. Duncan et al (2022), ‘Late Oligocene decoupling of global climate and Antarctic ice volume’, Nature Geoscience, https://www.nature.com/articles/s41561-022-01025-x