För 24 miljoner år sedan – övergång från oligocen till miocen Kredit:Alfred-Wegener-Institut, Katharina Hochmuth
Antarktis glacialhistoria är för närvarande ett av de viktigaste ämnena inom klimatforskningen. Varför? Eftersom förvärrade klimatförändringar väcker en nyckelfråga:Hur reagerade ismassorna på den södra kontinenten på förändringar mellan kalla och varma faser tidigare, och hur kommer de att göra det i framtiden? Ett team av internationella experter, ledd av geofysiker från Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI), har nu kastat nytt ljus över nio centrala intervall i Antarktis klimathistoria, spridda över 34 miljoner år, genom att rekonstruera södra oceanens djup i var och en. Dessa nya kartor ger insikter i t.ex. de tidigare havsströmmarnas förlopp, och visa att i tidigare varma faser, de stora inlandsisarna i östra Antarktis reagerade på klimatförändringarna på ett liknande sätt som hur inlandsisar i Västantarktis gör det idag. Kartorna och den fritt tillgängliga artikeln har precis släppts i nättidskriften Geokemi, Geofysik, Geosystem , en publikation från American Geological Union.
Södra oceanen är en av de viktigaste pelarna i jordens klimatsystem. Dess antarktiska cirkumpolära ström, den mest kraftfulla strömmen på planeten, länkar Stilla havet, Atlanten och Indiska oceanen, och har effektivt isolerat den antarktiska kontinenten och dess ismassor från resten av världen i över 30 miljoner år. Då och nu, havsströmmar kan bara flöda där vattnet är tillräckligt djupt och det inte finns några hinder som landbroar, öar, undervattensåsar och platåer som blockerar deras väg. Följaktligen, alla som vill förstå Antarktis klimathistoria och glaciala historia behöver veta exakt hur djupet och ytstrukturerna på södra oceanens botten såg ut i det avlägsna förflutna.
Forskare över hela världen kan nu hitta denna information i nya, högupplösta rutnätskartor över havsbotten och datamodelleringsmetoder utarbetade av ett team av internationella experter ledda av geovetare från AWI, som täcker nio centrala intervall i Antarktis klimathistoria. "Under loppet av jordens historia, Södra oceanens geografi har ständigt förändrats, när kontinentalplattor kolliderade eller drev isär, åsar och havsberg bildade, ismassor sköt avsatta sediment över kontinentalsocklarna som bulldozers, och smältvatten transporterade sediment från land till hav, " säger AWI geofysiker och medförfattare Dr. Karsten Gohl. Varje process förändrade havets djup och, i vissa fall, strömmarna. De nya rutnätskartorna visar tydligt hur havsbottens ytstruktur utvecklats under 34 miljoner år - med en upplösning på ca. 5 x 5 kilometer per pixel, vilket gör dem 15 gånger mer exakta än tidigare modeller.
Dataset speglar resultaten av 40 års geovetenskaplig forskning i Antarktis
För att rekonstruera tidigare vattendjup, experterna samlade geovetenskapliga fältdata från 40 år av antarktisk forskning, som de sedan kombinerade i en datormodell av Sydhavets havsbotten. Basen bestod av seismiska profiler som samlats in under över 150 geovetenskapliga expeditioner och som, när den sätts från början, tillryggalägga en halv miljon kilometer. I seismisk reflektion, ljudvågor sänds ut, penetrerar havsbotten till flera kilometers djup. Den reflekterade signalen används för att producera en bild av de skiktade sedimentlagren under ytan - lite som att skära en bit kaka, som avslöjar de enskilda lagren. Experterna jämförde sedan de identifierade lagren med sedimentkärnor från motsvarande regioner, vilket gjorde att de kunde bestämma åldern på de flesta lager. I ett sista steg, de använde en datormodell för att "vända tillbaka tiden" och beräkna vilka sedimentavlagringar som redan fanns i södra oceanen med specifika intervall, och till vilket djup i havsbotten de sträckte sig under respektive epoker.
Vändpunkter i Antarktis klimathistoria
De tillämpade detta tillvägagångssätt på nio nyckelintervall i Antarktis klimathistoria, inklusive t.ex. den varma fasen av det tidiga Pliocen, för fem miljoner år sedan, som allmänt anses vara en potentiell mall för vårt framtida klimat. Då var världen i genomsnitt 2 till 3 grader Celsius varmare än idag, dels för att koldioxidkoncentrationen i atmosfären var så hög som 450 ppm (parts per million). IPCC (IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019) har citerat denna koncentration som det bästa scenariot för år 2100; i juni 2019 var nivån 415 ppm. Då, de antarktiska ishyllorna som nu flyter på havet hade med största sannolikhet kollapsat helt. "Baserat på sedimentavlagringarna kan vi säga, till exempel, att i extremt varma epoker som Pliocen, de stora inlandsisarna i östra Antarktis reagerade på ett mycket liknande sätt som vi just nu ser på inlandsisar i västra Antarktis, " rapporterar Dr Katharina Hochmuth, studiens första författare och en före detta AWI geofysiker, som nu forskar vid University of Leicester, STORBRITANNIEN.
Följaktligen, de nya kartorna ger data om viktiga klimatförhållanden som forskare runt om i världen behöver för att exakt simulera utvecklingen av ismassor i deras inlandsis och klimatmodeller, och att producera mer tillförlitliga prognoser. Forskare kan också ladda ner motsvarande datamängder från AWI:s jordsystemdatabas PANGAEA.
Förutom forskare från AWI, experter från följande institutioner deltog i studien:(1) Hela Rysslands vetenskapliga forskningsinstitut för geologi och mineralresurser i havet, St. Petersburg, Ryssland; (2) St. Petersburg State University, Ryssland; (3) University of Tasmania, Australien; (4) GNS Science, Lower Hutt, Nya Zeeland; och (5) National Institute of Oceanography and Applied Geophysics, Italien.
Rutnätskartorna skildrar södra oceanens geografi i följande nyckelintervall i Antarktis klimathistoria och glacialhistoria:
Uppgifterna om sedimentkärnor samlades in i geovetenskapliga forskningsprojekt som genomfördes i samband med Deep Sea Drilling Project (DSDP), Ocean Drilling Program (ODP), Integrerat havborrprogram, och International Ocean Discovery Program (IODP).
