Ett internationellt forskarlag inklusive geokemisten vid University of Tokyo, professor Yusuke Yokoyama, samlade in kärnprover av forntida korallrev för forskningsprojekt som avslöjar forntida havsnivåer och kan förbättra framtida klimatförutsägelsemodeller. Ingen levande korall skadas när man samlar in prover av forntida rev. Kredit:Hironobu Kan
Grafer över globala havsnivåer runt tiden för det dåligt förstådda Last Glacial Maximum (27, 000 till 20, 000 år sedan) visade tidigare stabila inlandsisar för cirka 10, 000 år innan isen sakta började smälta. Ny analys av de första proverna från Great Barrier Reef som täcker tiden 22, 000 år sedan till 19, 000 år sedan lägger äntligen detaljer till den perioden, ger värdefulla insikter för modeller av klimat och inlandsdynamik.
Forskargruppen, ledd av professor Yusuke Yokoyama vid Tokyos universitet, delar nu upp det sista istidsmaximum i två distinkta perioder:
Den snabba nedgången i havsnivån observerades 21, 000 år sedan är särskilt slående eftersom det strider mot nuvarande uppfattning om denna period.
"Detta utmanar paradigmet att glaciärstorleken bara kan förändras långsamt, eftersom snabba havsnivåförändringar innebär att vattnet måste smälta eller frysa snabbt, sa Yokoyama, huvudförfattare till forskningsartikeln publicerad i Natur den 26 juli 2018.
Dessa snabba förändringar i storleken på forntida glaciärer är betydande i samband med moderna klimatförändringar och dess associerade effekter.
"Nuvarande modeller av glaciärens dynamik kan vara för konservativa. Möjligheten för snabba ökningar eller minskningar av havsnivån bör övervägas, sa Yokoyama.
Framtida klimatförutsägelsemodeller testas genom deras förmåga att exakt beräkna historiska klimatparametrar som verifieras av provdata. Allt korrekt, detaljerade data om forntida klimat är ytterligare punkter för att kontrollera klimatmodellernas noggrannhet.
Korallrev växer i grunda vatten där de förblir täckta av havet men fortfarande får solljus. Resterna av forntida rev undersöktes för att bestämma havsnivåer från länge sedan av en forskargrupp ledd av professor Yusuke Yokoyama vid University of Tokyo. Kredit:Hironobu Kan
"Forskningsteam som vårt samlar in data om hur jorden brukade vara, och sedan använder andra forskargrupper dessa data för att kontinuerligt förbättra sina modeller av det framtida klimatet, sa Yokoyama.
"Det är verkligen viktigt att förstå storleken och placeringen av inlandsisar eftersom stora iskroppar fungerar som en frys för den lokala miljön - glaciärer förändrar havets temperatur och salthalt, som påverkar havsförhållandena. Att förstå gamla havsnivåer kan avslöja geologiska strukturer, som landbroar, som kunde ha varit viktiga för migrationsvägar eller artseparation, sa Yokoyama.
Samlar från revet
2010, Yokoyama var co-chief scientist för det internationella Integrated Ocean Drilling Program Expedition 325:Great Barrier Reef Environmental Changes. Docent Jody Webster från University of Sydney, School of Geosciences var också co-chief scientist på expeditionen. Forskargruppen tillbringade två månader på det 93,6 meter långa (102 yard långa) forskningsfartyget Stora Maya insamling av fossila korallrevsprover. Revkärnorna som analyserades i denna studie kom från två platser:Hydrographers Passage offshore of Mackay och Noggin Pass offshore of Cairns, båda på östkusten av den australiensiska delstaten Queensland.
Att samla fossila koraller från Last Glacial Maximum är tekniskt och logistiskt utmanande.
"Vi tog prov på koraller från 90 meter till 130 meter (98 till 142 yards) under nuvarande havsnivå. Det är svårt att samla in data någonstans mellan 50 och 200 meter (55 och 219 yards) under vattnet; dykare kan vanligtvis inte gå under 30 meter (33 yards) och fartygskaptener föredrar att inte gå grundare än 200 meter, sa Yokoyama.
Stora barriärrevet valdes ut som provplatsen för korallkärnan eftersom det kan avslöja en unikt tydlig bild av tidigare glaciärinlandsbeteende. Revets tropiska läge nära ekvatorn betyder att det var och förblir långt ifrån den omedelbara påverkan av glaciärisar, så havsnivåförändringar lokalt till Stora barriärrevet speglar globala förändringar.
Dessutom, den australiska tektoniska plattan har minimal seismisk aktivitet, så jordbävningar ändrade inte positionen för revet. Den svagt sluttande strukturen hos det antika Stora Barriärrevet innebar också att forskare fysiskt kunde samla in de prover de behöver.
Greatship Maya är på väg att påbörja provinsamling med hjälp av en forskningsborr (mitten) över resterna av forntida delar av Great Barrier Reef, nu nedsänkt i djupt vatten. I bakgrunden, vågor bryter över det moderna Stora Barriärrevet i grunt vatten. Universitetet i Tokyo Professor Yusuke Yokoyama var en av chefsforskare på expeditionen för att samla in fossila korallkärnprover 2010. Kredit:Yusuke Yokoyama
"Platser nära de tidigare inlandsisarna kan inte ge korrekt havsnivåhistorik eftersom de med tiden skrivs över av stora deformationer av jorden, sa Yokoyama.
Studerar revprover
Forskare studerade strukturen av korall- och alglager i korallkärnprover för att bestämma vattendjupet. Avancerade radiokol- och uran-torium-dateringsresultat från teamet vid University of Tokyo identifierade när vattnet var på särskilda nivåer. Forskare kombinerar tids- och djupdata för att avgöra när globala genomsnittliga havsnivåer skulle ha nått vissa djup.
"Två dödshändelser av rev är mycket tydliga i korallkärnorna vi undersökte, sa Yokoyama.
När inlandsisarna växte, den globala havsnivån föll så korallen torkade ut och dog, men koraller på djupare vatten överlevde. Om vattnet blir för djupt, solljus och näringsämnen blir otillgängliga och revet kan drunkna.
Dessa två dödshändelser är förenliga med en sänkning av havsnivån och en efterföljande höjning. Åldrarna för de två dödshändelserna tyder på att båda hände över endast 4, 000 år, vilket forskarna anmärker är särskilt abrupt.
Webster ledde teamet av revforskare från Spanien, Japan, och USA som ansvarar för att tolka ekologiska data som används för att spåra revets livsmiljödjup, och därför relativ havsnivå, över tid. Den informationen kombinerades sedan med radiometriska data och användes av Yokoyama och hans team för att modellera fluktuationer i havsbottens vertikala position orsakade av förändringar i vatten- eller isvolym. De kombinerade resultaten förtydligade inlandsisens dynamik under den dåligt förstådda Last Glacial Maximum-perioden.
"Fossila korallrev var mycket känsliga för miljöförändringar, så genom att undersöka de biologiska sammansättningarna i kärnorna kunde vi rekonstruera hur forntida vattendjup förändrades genom tiden, sa Webster.
