Massive antarktiske vulkanudbrud forbundet med pludselige klimaændringer på den sydlige halvkugle

Nye resultater offentliggjort i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) af Desert Research Institute (DRI) professor Joseph R. McConnell, Ph.D., og kolleger dokumenterer en 192-årig serie af vulkanudbrud i Antarktis, der faldt sammen med accelereret deglaciation omkring 17, 700 år siden.

"Detaljerede kemiske målinger i Antarktis iskerner viser, at massive, halogenrige udbrud fra den vestantarktiske bjerg Takahe-vulkan faldt nøjagtigt sammen med begyndelsen af ​​den hurtigste, udbredte klimaændringer på den sydlige halvkugle i slutningen af ​​den sidste istid og starten på stigende globale drivhusgaskoncentrationer, " ifølge McConnell, der leder DRI's ultra-sporkemiske iskerne analytiske laboratorium.

Klimaændringer, der begyndte ~17, For 700 år siden inkluderede et pludseligt polskifte i vestlige vinde omkring Antarktis med tilsvarende ændringer i havisens udbredelse, havets cirkulation, og ventilation af det dybe hav. Beviser for disse ændringer findes i mange dele af den sydlige halvkugle og i forskellige palæoklimaarkiver, men hvad der foranledigede disse ændringer er stort set forblevet uforklarligt.

"Vi ved, at hurtige klimaændringer på dette tidspunkt var primeret af ændringer i solinsolation og indlandsisen på den nordlige halvkugle, " forklarede McConnell. "Glaciale og interglaciale cyklusser er drevet af solen og jordens kredsløbsparametre, der påvirker solinsolation (intensiteten af ​​solens stråler) såvel som af ændringer i de kontinentale iskapper og drivhusgaskoncentrationer."

"Vi postulerer, at disse halogenrige udbrud skabte et stratosfærisk ozonhul over Antarktis, som analogt med det moderne ozonhul, førte til store ændringer i atmosfærisk cirkulation og hydroklima på hele den sydlige halvkugle, " tilføjede han. "Selvom klimasystemet allerede var klargjort til omskifteren, vi hævder, at disse ændringer igangsatte skiftet fra en hovedsageligt glacial til en overvejende interglacial klimatilstand. Sandsynligheden for, at dette blot var en tilfældighed, er ubetydelig."

Desuden, nedfaldet fra disse udbrud - indeholdende forhøjede niveauer af flussyre og giftige tungmetaller - udvidede sig med mindst 2, 800 kilometer fra bjerget Takahe og nåede sandsynligvis det sydlige Sydamerika.

Hvordan blev disse massive antarktiske vulkanudbrud opdaget og verificeret?

McConnells iskernelaboratorium muliggør målinger i høj opløsning af iskerner udvundet fra fjerne egne af Jorden, som Grønland og Antarktis. En sådan iskerne, kendt som West Antarctic Ice Sheet Divide (WAIS Divide) kernen blev boret til en dybde på mere end to miles (3, 405 meter), og meget af det blev analyseret i DRI Ultra-Trace Laboratory for mere end 30 forskellige grundstoffer og kemiske arter.

Yderligere analyser og modelleringsundersøgelser, der er kritiske til at understøtte forfatternes resultater, blev foretaget af samarbejdende institutioner rundt om i USA og verden.

"Disse præcise, Optegnelser i høj opløsning illustrerer, at den kemiske anomali observeret i WAIS Divide-iskernen var resultatet af en række udbrud af Mt. Takahe, der ligger 350 kilometer mod nord, " forklarede Monica Arienzo, Ph.D., en assisterende forskningsprofessor i hydrologi ved DRI, der driver massespektrometre, der muliggør måling af disse elementer til så lavt som dele pr. kvadrillion (svarende til 1 gram i 1, 000, 000, 000, 000, 000 gram).

"Ingen anden så langvarig rekord blev fundet i de 68, 000-års WAIS Divide rekord, " bemærker Michael Sigl, Ph.D., som først observerede anomalien under kemisk analyse af kernen. "Forestil dig miljøet, samfundsmæssige, og økonomiske konsekvenser, hvis en række moderne eksplosive udbrud fortsatte i fire eller fem generationer på de lavere breddegrader eller på den nordlige halvkugle, hvor de fleste af os bor!"

Opdagelsen af ​​denne unikke begivenhed i WAIS Divide-registret var ikke den første indikation af en kemisk anomali, der opstod ~17, 700 år siden.

"Anomalien blev opdaget i meget mere begrænsede målinger af Byrds iskerne i 1990'erne, " bemærker McConnell, "men præcis, hvad det var, eller hvad der skabte det, var ikke klart. De fleste tidligere antarktiske iskerneregistreringer har ikke inkluderet mange af de grundstoffer og kemiske arter, som vi studerer, såsom tungmetaller og sjældne jordarter, der karakteriserer anomalien - så på mange måder var disse andre undersøgelser blinde for Takahe-bjerget."

DRI's første fund blev bekræftet ved analyse af replikatprøver fra WAIS Divide, giver næsten identiske resultater.

"Vi fandt også den kemiske anomali i is fra to andre antarktiske iskerner, inklusive arkiverede prøver fra Byrd Core tilgængelig fra Københavns Universitet og is fra Taylor Glacier i Antarctic Dry Valleys, " sagde Nathan Chellman, en kandidatstuderende, der arbejder i McConnells laboratorium.

Udvinding af WAIS-Divide iskernen og analyse i DRI's laboratorium blev finansieret af U.S. National Science Foundation (NSF).

"WAIS Divide iskernen giver os mulighed for at identificere hver af de sidste 30, 000 års snefald i individuelle islag, hvilket muliggør en detaljeret undersøgelse af forholdene under deglaciation, " sagde Paul Cutler, NSF Polar Programs' glaciologiprogramleder. "Værdien af ​​WAIS Divide-kernen som en klimarekord i høj opløsning er tydelig i disse seneste resultater og er endnu en belønning for den otte år lange indsats for at opnå den."