Hvordan Atlanterhavet blev en del af den globale cirkulation ved et klimatisk vendepunkt

Et team af forskere, ledet af Dr. Sietske Batenburg ved University of Oxfords Department of Earth Sciences, i tæt samarbejde med tyske og britiske institutioner, har opdaget, at udvekslingen af ​​vand mellem Nord- og Sydatlanten blev betydeligt større for 59 millioner år siden.

Forskerne gjorde denne opdagelse, da de sammenlignede neodymisotopsignaturer af dybhavssedimentprøver fra begge områder af Atlanten. Deres papir "Major intensivification of Atlantic væltende cirkulation ved begyndelsen af ​​palæogen drivhusvarme" offentliggjort i dag i Naturkommunikation , afslører, at den mere kraftige cirkulation sammen med en stigning i atmosfærisk CO2 førte til et klimatisk vendepunkt. Med en deraf følgende mere jævn fordeling af varme over jorden, en langsigtet afkølingsfase sluttede, og verden gik ind i en ny drivhusperiode.

Neodym (Nd) isotoper bruges som sporstof for vandmasser og deres blanding. Overfladevand får en Nd-isotop signatur fra omgivende landmasser gennem floder og vindblæst støv. Når overfladevand synker for at danne en dybvandsmasse, de bærer deres specifikke Nd-isotop signatur med sig. Når en dybvandsmasse strømmer gennem havet og blandes med andre vandmasser, dens Nd-isotop signatur er inkorporeret i sedimenter. Dybhavssedimenter er værdifulde arkiver over havcirkulation og tidligere klimaer.

Historien afsløret i dette papir begynder i slutningen af ​​kridtperioden (der sluttede for 66 millioner år siden), da verden var mellem to drivhusstater. Klimaet var blevet afkølet i titusinder af år siden de højeste drivhusforhold i midten af ​​Kridttiden, omkring 90 millioner år siden. På trods af langvarig køling, temperaturer og havniveau i slutningen af ​​kridtperioden var højere end i dag.

Dr. Sietske Batenburg siger:"Vores undersøgelse er den første til at fastslå, hvordan og hvornår en dybvandsforbindelse blev dannet. For 59 millioner år siden, Atlanterhavet blev virkelig en del af den globale termohaline cirkulation, strømmen, der forbinder fire af de fem største oceaner."

Atlanterhavet var stadig ungt, og de nord- og sydatlantiske bassiner var lavvandede og smallere end i dag. Den ækvatoriale port mellem Sydamerika og Afrika tillod kun en lavvandet, overfladevandsforbindelse i store dele af den sene kridtperiode. Aktiv vulkanisme dannede undersøiske bjerge og plateauer, der blokerede dybvandscirkulationen. I det sydlige Atlanterhav, Walvis Ridge-barrieren dannet over et aktivt vulkansk hotspot. Denne højderyg var delvist over havets overflade og dannede en barriere for strømmen af ​​dybvandsmasser.

Da Atlanterhavet fortsatte med at åbne sig, havskorpen afkølede og aftog. Bassiner blev dybere og bredere, og undersøiske plateauer og højdedrag sank, sammen med skorpen. På et tidspunkt, dybt vand fra det sydlige ocean var i stand til at strømme nordpå over Walvis Ridge og fylde de dybere dele af Atlanterhavsbassinerne.

Fra 59 millioner år siden og frem, Nd-isotopsignaturer fra Nord- og Sydatlanten var bemærkelsesværdigt ens. Dette kan tyde på, at en dybvandsmasse, sandsynligvis stammer fra syd, banede sig vej gennem Atlanterhavet og fyldte bassinet fra dybe til mellemliggende dybder. Den forbedrede udveksling af dybt vand, sammen med stigende atmosfærisk CO2, kan have muliggjort en mere effektiv fordeling af varme over planeten.

Denne undersøgelse viser, at for at forstå, hvilken rolle havcirkulationen spiller i tidligere drivhusklimaer, det er vigtigt at forstå geografiens og klimaets forskellige roller.

Den nuværende hastighed af klimaændringer som følge af CO2-emissioner fra menneskelig aktivitet overstiger langt opvarmningshastigheden under tidligere drivhusklimaer. At studere havcirkulationen under det seneste drivhusinterval i den geologiske fortid kan give fingerpeg om, hvordan havcirkulationen kan udvikle sig i fremtiden, og hvordan varme vil blive fordelt over planeten af ​​havstrømme.

Denne forskning er resultatet af et internationalt samarbejde med Goethe-Universitetet Frankfurt; Ruprecht-Karls-Universitetet i Heidelberg; GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel; det føderale institut for geovidenskab og naturressourcer i Hannover; Royal Holloway University of London og University of Oxford.

Sedimenterne til denne undersøgelse blev alle taget fra lange havborekerner. Det Internationale Ocean Discovery Program (IODP) koordinerer videnskabelige ekspeditioner for at bore havbunden for at genvinde disse sedimenter, og lagrer sedimentkernerne, så de er tilgængelige for hele det videnskabelige samfund.