Hvordan havbunden i det antarktiske hav ændrer sig - og klimaet følger trop

Istidshistorien i Antarktis er i øjeblikket et af de vigtigste emner inden for klimaforskning. Hvorfor? Fordi forværrede klimaændringer rejser et nøglespørgsmål:Hvordan reagerede ismasserne på det sydlige kontinent på ændringer mellem kolde og varme faser i fortiden, og hvordan vil de gøre det i fremtiden? Et team af internationale eksperter, ledet af geofysikere fra Alfred Wegener Instituttet, Helmholtz Center for Polar- og Havforskning (AWI), har nu kastet nyt lys over ni centrale intervaller i klimahistorien i Antarktis, spredt over 34 millioner år, ved at rekonstruere dybden af ​​det sydlige ocean i hver enkelt. Disse nye kort giver indsigt i f.eks. de tidligere havstrømme, og vise det, i tidligere varme faser, de store iskapper i Østantarktis reagerede på klimaændringer på samme måde som, hvordan iskapper i Vestantarktis gør det i dag. Kortene og den frit tilgængelige artikel er netop udgivet i online-tidsskriftet Geokemi, Geofysik, Geosystemer , en publikation fra American Geological Union.

Det sydlige Ocean er en af ​​de vigtigste søjler i Jordens klimasystem. Dens antarktiske cirkumpolære strøm, den kraftigste strøm på planeten, forbinder Stillehavet, Atlanterhavet og Indiske Oceaner, og har effektivt isoleret det antarktiske kontinent og dets ismasser fra resten af ​​verden i over 30 millioner år. Dengang og nu, havstrømme kan kun flyde, hvor vandet er tilstrækkeligt dybt, og der ikke er nogen forhindringer som landbroer, øer, undersøiske højdedrag og plateauer blokerer deres vej. Derfor, enhver, der søger at forstå klimahistorien og glacialhistorien i Antarktis, skal vide præcis, hvordan dybden og overfladestrukturerne i det sydlige oceans bund så ud i en fjern fortid.

Forskere over hele kloden kan nu finde denne information i nye, højopløsningsgitterkort over havbunden og datamodelleringstilgange udarbejdet af et team af internationale eksperter ledet af geovidenskabsmænd fra AWI, som dækker ni centrale intervaller i klimahistorien i Antarktis. "I løbet af Jordens historie, det sydlige Oceans geografi har konstant ændret sig, da kontinentalplader kolliderede eller drev fra hinanden, dannede kamme og havbjerge, ismasser skubbede aflejrede sedimenter hen over kontinentalsoklen som bulldozere, og smeltevand transporterede sediment fra land til hav, " siger AWI geofysiker og medforfatter Dr. Karsten Gohl. Hver proces ændrede havets dybde og, i nogle tilfælde, strømmene. De nye gitterkort viser tydeligt, hvordan havbundens overfladestruktur udviklede sig over 34 millioner år - med en opløsning på ca. 5 x 5 kilometer pr. pixel, hvilket gør dem 15 gange mere præcise end tidligere modeller.

Datasæt afspejler resultaterne af 40 års geovidenskabelig forskning i Antarktis

For at rekonstruere tidligere vanddybder, eksperterne indsamlede geovidenskabelige feltdata fra 40 års antarktisk forskning, som de så kombinerede i en computermodel af det sydlige Oceans havbund. Grundlaget bestod af seismiske profiler indsamlet under over 150 geovidenskabelige ekspeditioner, og som, når den sættes ende-til-ende, tilbagelægge en halv million kilometer. I seismisk refleksion, lydbølger udsendes, trænger ned i havbunden til flere kilometers dybde. Det reflekterede signal bruges til at producere et billede af de lagdelte sedimentlag under overfladen - lidt som at skære et stykke kage, som afslører de enkelte lag. Eksperterne sammenlignede derefter de identificerede lag med sedimentkerner fra de tilsvarende regioner, hvilket gjorde det muligt for dem at bestemme alderen på de fleste lag. I et sidste trin, de brugte en computermodel til at 'dreje tiden tilbage' og beregne, hvilke sedimentaflejringer der allerede var til stede i det sydlige ocean med bestemte intervaller, og til hvilke dybder i havbunden de strakte sig i de respektive epoker.

Vendepunkter i klimahistorien i Antarktis

De anvendte denne tilgang til ni nøgleintervaller i Antarktis klimahistorie, herunder f.eks. den varme fase af det tidlige Pliocæn, fem millioner år siden, som i vid udstrækning anses for at være en potentiel skabelon for vores fremtidige klima. Dengang var verden i gennemsnit 2 til 3 grader celsius varmere end i dag, dels fordi kuldioxidkoncentrationen i atmosfæren var så høj som 450 ppm (parts per million). IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019) har nævnt denne koncentration som det bedste scenario for år 2100; i juni 2019 var niveauet 415 ppm. Dengang, de antarktiske ishylder, der nu flyder på havet, var højst sandsynligt fuldstændig kollapset. "Baseret på sedimentaflejringerne kan vi fortælle, for eksempel, at i ekstremt varme epoker som Pliocæn, de store iskapper i Østantarktis reagerede på en meget lignende måde, som vi i øjeblikket ser i iskapper i Vestantarktis, " rapporterer Dr. Katharina Hochmuth, undersøgelsens første forfatter og en tidligere AWI geofysiker, som nu forsker ved University of Leicester, Storbritannien.

Derfor, de nye kort giver data om vigtige klimatiske forhold, som forskere over hele verden har brug for for nøjagtigt at simulere udviklingen af ​​ismasser i deres indlandsis og klimamodeller, og at producere mere pålidelige prognoser. Forskere kan også downloade de tilsvarende datasæt fra AWIs jordsystemdatabase PANGAEA.

Ud over forskere fra AWI, eksperter fra følgende institutioner deltog i undersøgelsen:(1) Hele Ruslands videnskabelige forskningsinstitut for geologi og mineralressourcer i havet, Sankt Petersborg, Rusland; (2) St. Petersburg State University, Rusland; (3) University of Tasmania, Australien; (4) GNS Science, Lower Hutt, New Zealand; og (5) National Institute of Oceanography and Applied Geophysics, Italien.

Gitterkortene viser det sydlige Oceans geografi i følgende nøgleintervaller i Antarktis klimahistorie og gletsjerhistorie:

1. 34 millioner år siden – overgang fra eocæn til tidlig oligocæn; den første indlandsis af kontinental størrelse på det antarktiske kontinent
2. 27 millioner år siden - den tidlige oligocæn;
3. 24 millioner år siden – overgang fra Oligocæn til Miocæn;
4. 21 millioner år siden - det tidlige miocæne;
5. 14 millioner år siden - midten af ​​miocæn, Miocæn Climatic Optimum (gennemsnitlig global temperatur ca. 4 grader Celsius varmere end i dag; høj kuldioxidkoncentration i atmosfæren);
6. 10,5 millioner år siden - det sene miocæn, større istid i kontinental skala;
7. 5 millioner år siden - det tidlige Pliocæn (gennemsnitlig global temperatur ca. 2-3 grader Celsius varmere end i dag; høj kuldioxidkoncentration i atmosfæren);
8. 2,65 millioner år siden – overgang fra Pliocæn til Pleistocæn;
9. 0,65 millioner år siden - Pleistocæn.

Dataene om sedimentkerner er indsamlet i geovidenskabelige forskningsprojekter udført i forbindelse med Deep Sea Drilling Project (DSDP), Ocean Drilling Program (ODP), Integreret havboringsprogram, og International Ocean Discovery Program (IODP).