Over de ijstijden op onze planeet is al veel gezegd en geschreven. Minder is er bekend over de periodes daartussenin, de interglacialen. Daar zijn onderzoekers nu meer over te weten gekomen.
Al miljoenen jaren warmt de aarde op en koelt hij af. Tijdens de minder koude interglacialen zat er logischerwijs meer CO2 in de lucht dan tijdens de ijstijden. Tussen de 800.000 en 430.000 jaar geleden, bevatte de atmosfeer tijdens de interglacialen bijvoorbeeld tussen de 240 en 260 CO2-deeltjes per miljoen luchtdeeltjes (ppm). De ijskappen smolten toen grotendeels, de zeespiegel steeg en mensen, dieren en planten konden zich verder verspreiden. Ter vergelijking: tegenwoordig bedraagt de CO2-concentratie al meer dan 420 ppm, als gevolg van menselijke uitstoot.
De rol van de Zuidelijke Oceaan
Het punt is dat het tijdens die interglacialen relatief koel bleef, terwijl het in de tropen vrij heet was. Hoe dat kon, was tot nu toe een raadsel. Maar Chinese onderzoekers denken een verklaring te hebben: de rol van de Zuidelijke Oceaan, het water rond de Zuidpool. “Onze gegevens laten voor het eerst zien dat een sterkere gelaagdheid van de Zuidelijke Oceaan bepalend was voor de relatief koele interglacialen vóór het zogeheten Mid-Brunhes-event”, zegt hoofdonderzoeker Huang Huang, die werkzaam is bij het Laoshan Laboratory in het Chinese Qingdao.
Het Mid-Brunhes-event markeert een grote klimaatomslag ongeveer 430.000 jaar geleden. Na dit moment werden de warme perioden niet alleen warmer, maar ook langer, met duidelijk hogere CO2-niveaus in de atmosfeer.
De ferromangaankorst
“Met onze nieuwe methode konden we zelfs kortdurende veranderingen in de oceaan detecteren”, legt Huang uit. “Daardoor krijgen we een veel gedetailleerder beeld van de dynamiek van de Zuidelijke Oceaan.” Om te achterhalen wat er gebeurde, analyseerde het onderzoeksteam een ferromangaankorst afkomstig van de Antarctische continentale rand, op een diepte van ongeveer 1600 meter. Zulke korsten groeien extreem langzaam en leggen over honderdduizenden jaren de chemische samenstelling van het zeewater vast.
Met behulp van een nieuwe lasermethode verdampten de onderzoekers piepkleine hoeveelheden materiaal, waarna ze de isotopensamenstelling van lood onderzochten. Deze loodisotopen geven informatie over hoe sterk de waterlagen in de oceaan zich in het verleden mengden.
Daarnaast konden de onderzoekers met een nieuwe dateringsmethode de ouderdom van elke laag in dezelfde korst nauwkeurig bepalen, waardoor klimaatschommelingen heel nauwkeurig konden worden gereconstrueerd. “Deze nieuwe lasermethode opent compleet nieuwe mogelijkheden voor klimaatonderzoek”, zegt onderzoeker Jan Fietzke. “We krijgen zo beter inzicht in de rol van de Zuidelijke Oceaan in de wereldwijde koolstofcyclus, wat ook belangrijk is om toekomstige klimaatverandering te voorspellen.”
Minder goed gemengd
Maar wat is die rol nu precies? De Zuidelijke Oceaan was tijdens de minder warme interglacialen sterker gestratificeerd. Dat wil zeggen dat de bovenste en onderste waterlagen zich minder goed mengden. Hierdoor bleef meer koolstof in de diepzee opgeslagen, in plaats van dat het in de atmosfeer terechtkwam. Minder CO2 in de lucht leidde tot een zwakkere broeikaswerking, lagere temperaturen op Antarctica en waarschijnlijk ook een grotere Antarctische ijskap.
Het is bijzonder dat deze oceaandynamiek helemaal op de Zuidpool een doorslaggevende rol speelde voor het klimaat overal ter wereld. Dat is ook voor de huidige tijd belangrijk: allerlei klimaatprocessen en -dynamieken waar dan ook zijn met elkaar verbonden.
In de afgelopen 2,6 miljoen jaar, het Pleistoceen, zijn er meer dan twintig ijstijden geweest. Die zijn te verdelen in drie fases: eerst had je de vroege ijstijden (2,6 tot 1 miljoen jaar geleden). In deze periode begonnen zich grote ijskappen te vormen op het noordelijk halfrond, vooral in Noord-Amerika, Noord-Europa en Siberië. De afwisseling tussen koude en warme perioden verliep toen nog vrij snel, ongeveer elke 41.000 jaar. Daarna volgde een overgangsperiode. De ijstijden begonnen langer en kouder te worden, met een ritme van ongeveer 100.000 jaar. Dit markeert de overgang naar de zogeheten Mid-Pleistocene Transitie. De laatste acht ijstijden van 800.000 tot 11.700 jaar geleden vormen de laatste fase. Sinds die tijd herhaalt zich een duidelijk patroon: een lange koude periode van ongeveer 90.000 jaar, gevolgd door een warme interglaciale periode van ongeveer 10.000 jaar. De aarde bevindt zich momenteel in zo’n interglaciale fase, het Holoceen, dat ongeveer 11.700 jaar geleden begon. De laatste grote ijstijd, het Weichselien, duurde van ongeveer 115.000 tot 11.700 jaar geleden. Op het hoogtepunt, zo’n 20.000 jaar geleden, lagen enorme ijskappen over Noord-Europa, tot aan Nederland en Noord-Duitsland, Canada en grote delen van Noord-Amerika. De zeespiegel lag toen ruim 120 meter lager dan nu en gebieden zoals de Noordzee stonden droog.
