Het ijs – dat zo’n 2700 meter diep in de Antarctische ijskap verstopt zit – zou tot wel 1,2 miljoen jaar oud kunnen zijn en een groot raadsel omtrent ons klimaat kunnen ophelderen.

Zo’n vijftien jaar geleden boorden wetenschappers een diep gat in de Antarctische ijskap om uiteindelijk een boorkern boven te halen die tot wel 800.000 jaar oud ijs herbergde. Een analyse van dat ijs bevestigde dat er in al die jaren een nauw verband was tussen de CO2-concentratie in de atmosfeer en het aardse klimaat. Maar dat niet alleen: de ijskern onthulde ook een tamelijk mysterieus fenomeen dat aangeduid wordt als de Midden-Pleistocene Transitie.

Midden-Pleistocene Transitie
Wat die 800.000 jaar aan ijs onthulde, was dat het klimaat in al die jaren behoorlijk fluctueerde: warme perioden (interglacialen) werden afgewisseld door koude perioden (ijstijden). En wat daarbij opviel, was dat die perioden stuk voor stuk zo ongeveer 100.000 jaar duurden. En dat is op de dag van vandaag zo, vertelt Roderik van de Wal, klimaatonderzoeker aan de UU. “De laatste koude periode begon zo’n 120.000 jaar geleden en nu zitten we alweer zo’n 11.700 jaar in het warmere Holoceen.”

40.000 jaar
Maar waar de ijskern die de wetenschappers aan het begin van deze eeuw opboorden dus onthulde dat ijstijden zo ongeveer elke 100.000 jaar plaats moesten maken voor interglacialen, vertellen aanzienlijk oudere sedimentkernen een ander verhaal. “Zo’n 1 miljoen jaar geleden volgden de ijstijden en interglacialen elkaar veel sneller op; gemiddeld elke 40.000 jaar.” En dat riep natuurlijk de vraag op waarom het gedrag van de ijscycli ergens tussen de 800.000 en 1 miljoen jaar fundamenteel is veranderd?

Milanković-theorie
Klimaatonderzoekers kunnen die vraag op dit moment slechts ten dele beantwoorden, zo vertelt Van de Wal. “De Milanković-theorie speelt een rol. Volgens deze theorie is de aantrekkingskracht van andere planeten in het zonnestelsel van invloed op de baan en positie van de aarde en daarmee ook de hoeveelheid zonnestraling die deze ontvangt. Maar die theorie is op zichzelf niet afdoende om die grote verandering in klimaatcycli te verklaren en die verandert ook niet rond die periode.” En dat knaagt. En daarom hebben onderzoekers besloten om de jacht te openen op ijs dat nog ouder is dan 800.000 jaar en dus stamt uit die periode waarin de glaciale cycli op de schop gingen. Het moet resulteren in het opboren van het oudste ijs ter wereld. “Gehoopt wordt dat er ijs wordt bovengehaald dat zo’n 1,2 miljoen jaar oud is, waarmee we de temperatuur en CO2-concentratie rond die Midden-Pleistocene Transitie kunnen reconstrueren en kunnen vaststellen wat er nu precies is gebeurd.”

Little Dome C
Aan het spannende onderzoeksproject is een lange periode van voorbereiding voorafgegaan. Daarbij was het natuurlijk allereerst de vraag waar je het beste naar ijs van een dergelijke leeftijd kunt zoeken. Daar is zorgvuldig onderzoek naar gedaan, weet Van de Wal (zie kader). En uiteindelijk is daar een locatie uitgerold: Little Dome C, op Antarctica.

Wat is nu de beste plek om het oudste ijs ter wereld op te boren? Dat is afhankelijk van verschillende factoren. Zo is het bijvoorbeeld belangrijk dat de bodemwarmte beperkt is. In het hart van onze aarde bevinden zich radioactieve elementen die warmte afgeven wanneer ze vervallen. Hierdoor warmt de bodem iets op. Dat fenomeen speelt wereldwijd, maar de mate van opwarming loopt van plek tot plek uiteen. Als je het oudste – en dus diepgelegen – ijs boven wilt halen, moet je een plek vinden waar de bodemwarmte zodanig beperkt is dat die onderste ijslagen niet smelten. Daarnaast is het belangrijk dat er op zo’n plek neerslag valt: niet te veel, maar ook niet te weinig. Want het is die neerslag die uiteindelijk de dunne jaarlijkse ijslaagjes (eigenlijk niets anders dan gecompacteerde sneeuw) vormt die de onderzoekers meer inzicht kunnen geven in hoe het klimaat door de jaren heen verandert. Ten slotte is het dan ook nog belangrijk dat de ijskap die door al die laagjes gevormd wordt niet te veel (zijwaarts) beweegt. Want dan kan de chronologie van de laagjes worden aangetast en wordt het dus ook lastig om die laagjes – en de temperatuur- en CO2-concentratie waarvan zij getuigen – te dateren.

En inmiddels zijn de voorbereidingen voor het opboren van dat 1,2 miljoen jaar oude ijs in volle gang. Zo staat de boorinstallatie al op zijn plek en is al zo’n 130 meter diep geboord. Daarbij is tot 3000 jaar oud ijs bovengehaald. Het geeft wel aan dat de onderzoekers nog veel dieper zullen moeten boren: de verwachting is zelfs tot zo’n 2700 meter diep.

En dat is – om meerdere redenen – een enorme uitdaging. Zo ligt Little Dome C behoorlijk afgelegen en dat maakt het logistiek lastig om mensen en materiaal daar te krijgen. “En dan kan er ook nog eens alleen tijdens de Antarctische zomer gewerkt worden. Dat vertraagt enorm.” Het boren zelf is ook niet eenvoudig. Zo moet men oppassen dat het zorgvuldig gemaakte boorgat niet weer dichtvriest of dat de boor vast komt te zitten. Daarnaast kan de boorinstallatie elke keer slechts 4,5 meter ijs boven halen. “Hierdoor moet de boor alvorens je op 2700 meter diepte bent eindeloos op en neer worden gehaald.” En dan moet het opgeboorde ijs ook nog zorgvuldig worden opgeslagen. “Dat gebeurt voorlopig ter plekke, maar uiteindelijk moet het ook naar Europa worden gehaald voor analyse.”

Analyse
Tijdens die analyse zal de focus liggen op luchtbelletjes die in de ijslagen opgesloten zitten. “Die ijslagen zijn gecompacteerde sneeuw. Dat betekent dat een groot deel van de lucht – doordat latere neerslag er bovenop kwam te liggen – eruit geduwd is. Maar er blijven altijd wel wat kleine luchtbelletjes over en de lucht die daarin zit, stamt uit de tijd waarin die ijslaag gevormd is. Die luchtbelletjes kunnen we uit dat ijs halen en gebruiken om de CO2-concentratie uit de tijd waarin dat luchtbelletje ontstaan is, vast te stellen.” Daarnaast kunnen onderzoekers ook uit de ijslaagjes aflezen onder welke temperaturen ze ontstaan zijn. “Daarvoor kijken we naar de verhouding tussen twee zuurstofisotopen – zuurstof-18 en zuurstof-16.”

Belang
De metingen moeten meer inzicht geven in de wijze waarop het klimaat ten tijde van de Midden-Pleistocene Transitie veranderde. “Als – zoals de Milanković-theorie veronderstelt – de instraling veranderde, leidde dat dan allereerst tot een verandering in de temperatuur of veranderde eerst de CO2-concentratie? Daar is veel discussie over.” Het oudste ijs kan helpen om die te beslechten. “En als we de volgorde van die processen weten, kunnen we de processen ook in de juiste volgorde in onze klimaatmodellen stoppen en vervolgens bijvoorbeeld ook beter voorspellen hoe groot de ijskappen in het verleden werden. En dat is belangrijk, omdat de ijskappen een grote invloed hebben op het klimaatsysteem.”

Maar de onderzoekers zijn er met hun studie niet alleen op uit om vroegere klimaten beter te gaan begrijpen; de bevindingen die uiteindelijk uit het onderzoeksproject rollen, kunnen ook helpen om ons huidige en toekomstige klimaat te doorgronden. “Om beter te begrijpen hoe het huidige klimaatsysteem functioneert, wordt vaak gekeken naar analogieën: historische perioden waarin vergelijkbare klimaatveranderingen optraden als nu.” Die historische perioden kunnen onthullen welke impact een klimaatverandering zoals die van vandaag de dag kan gaan hebben. “Maar om te achterhalen of de huidige klimaatverandering dezelfde gevolgen heeft als vergelijkbare klimaatveranderingen in het verleden, moeten we het klimaatsysteem in zijn algemeenheid beter gaan begrijpen.” En dat vereist dat zoveel mogelijk klimaatmysteries – zoals ook de Midden-Pleistocene Transitie – worden opgehelderd.

Geduld is daarbij op zijn plaats; het kan nog wel een paar jaar duren voor de wetenschappers het oudste ijs bereiken. Als het tenminste op de voorspelde plaats op ons wacht. “We verwachten het in Little Dome C te vinden,” stelt Van de Wal. “Maar garanties zijn er niet.” Het blijft de komende jaren dan ook spannend op Antarctica. “Als het uiteindelijk lukt om 1,2 miljoen jaar oud ijs boven te halen, is het onderzoeksproject al een succes,” stelt Van de Wal. Over de latere analyses maakt hij zich geen zorgen. “Dat komt wel goed.” En zo lijkt het een kwestie van tijd voor wetenschappers – gewapend met het oudste ijs op aarde – de Midden-Pleistocene Transitie doorgronden.