Ett team under ledning av geokemisten Dr Katharina Pahnke från Oldenburg har upptäckt viktiga bevis för att ökningen av koldioxidhalterna i atmosfären i slutet av den senaste istiden utlöstes av förändringar i Antarktiska oceanen. Forskarna från University of Oldenburgs Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM), Max Planck-institutet för marin mikrobiologi i Bremen och Alfred Wegener-institutet, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI) kunde visa att det djupa södra Stilla havet var starkt skiktat under den senaste istiden, och kunde därmed ha underlättat på lång sikt, djuphavslagring av växthusgasen koldioxid (CO2). Studien, som nu har publicerats i den akademiska tidskriften Vetenskap , indikerar också att under loppet av uppvärmningen efter slutet av den senaste istiden ökade blandningen av djupvattenmassorna, släpper ut lagrad CO2 och ökar den globala uppvärmningen.

Södra oceanen spelar en viktig roll i klimathändelser eftersom CO2 kan absorberas från atmosfären i havet. När ökade mängder damm avsätts i havsvattnet, mikroskopiska alger förökar sig eftersom järnet som finns i dammet fungerar som gödningsmedel. När dessa encelliga alger dör, de sjunker till havsbotten, tar med sig den sekvestrerade koldioxiden. För att säkerställa ett långsiktigt avlägsnande av CO2 från atmosfären, dock, den måste förvaras under stabila förhållanden på djupt vatten under långa tidsperioder.

För att ta reda på hur vattenmassorna i det djupa södra Stilla havet har utvecklats under de senaste 30, 000 år, teamet återvann sedimentkärnor från vattendjup på mellan 3, 000 och mer än 4, 000 meter under en expedition av forskningsfartyget "Polarstern" till södra Stilla havet. Geokemisterna Dr. Chandranath Basak och Dr. Henning Fröllje från ICBM, de två huvudförfattarna till studien, extraherat små tänder och annat skelettskräp från fossila fiskar från sedimentet för att analysera deras innehåll av isotoper av den sällsynta jordartsmetallen neodym.

"Neodym är särskilt användbart för att identifiera vattenmassor av olika ursprung, sade Pahnke, chefen för Max Planck Research Group för marin isotopgeokemi baserad på ICBM och Max Planck Institute for Marine Microbiology i Bremen, förklarar att varje vattenlager har sin egen karaktäristiska neodymsignatur. Isotopförhållandena för detta element varierar beroende på vilken havsbassäng vattnet kommer ifrån. Till exempel, den kallaste och därför djupaste vattenmassan i södra Stilla havet bildas på Antarktis kontinentalsockel och bär en distinkt neodymsignatur. Över denna massa finns ett lager som kombinerar vatten från Nordatlanten, södra Stilla havet och norra Stilla havet och är därför märkt av en annan signatur.

Använda fiskrester i djuphavssediment, forskarna kunde spåra variationerna i neodymkoncentrationer på olika djup över tiden. Resultatet:vid toppen av den senaste istiden cirka 20, 000 år sedan, neodymsignaturen för prov tagna från djup under 4, 000 meter var betydligt lägre än på lägre djup. "Den enda förklaringen till en så uttalad skillnad är att det inte fanns någon blandning av vattenmassorna vid den tiden, sa Fröllje, som för närvarande arbetar vid universitetet i Bremen. Han och hans kollegor drog av detta slutsatsen att de djupa vattnen var starkt skiktade under istiden.

När klimatet på södra halvklotet blev varmare mot slutet av den senaste istiden runt 18, 000 år sedan, skiktningen av vattenmassorna bröts upp och neodymvärdena på olika djup konvergerade. "Det var förmodligen mer blandning eftersom vattnets densitet minskade som ett resultat av uppvärmningen, " förklarade Pahnke. Detta ledde sedan till utsläpp av koldioxid som lagrats på djupt vatten.

Klimatforskare har sedan en tid tillbaka spekulerat i varför fluktuationer i atmosfärens CO2-nivåer följde samma mönster som temperaturen på södra halvklotet medan temperaturen i norr ibland stred mot dessa fluktuationer. En teori är att vissa processer i södra oceanen spelade en viktig roll.

"Med våra analyser har vi för första gången gett konkreta bevis som stöder teorin att det finns ett samband mellan koldioxidfluktuationerna och skiktningen i södra oceanen, " sa medförfattare till studien Dr. Frank Lamy från AWI i Bremerhaven. Den aktuella studien stöder hypotesen att uppvärmningen av det södra halvklotet bröt upp stabil skiktning i Antarktiska oceanen, vilket resulterade i att koldioxiden som lagrades i dessa vatten frigörs.