18 sedimentkärnor från havsbotten fördes ombord på forskningsfartyget Polarstern med hjälp av kolvar och gravitationsekolod. Kredit:Katharina Pahnke/University of Oldenburg
Under den senaste istiden omkring 20, 000 år sedan, järnhaltigt damm fungerade som gödningsmedel för marint växtplankton i södra Stilla havet, främja CO 2 sekvestrering och därmed jordens glaciala kylning. Men var kom dammet ifrån? Forskare under ledning av Dr Torben Struve, geovetare vid universitetet i Oldenburg, Tyskland, har undersökt denna öppna fråga om klimathistoria, vilket också är relevant med hänsyn till nuvarande klimatförändringar.
Med hjälp av sedimentkärnor från havsbotten, de fann att en stor del av stoftet som avsatts i södra södra Stilla havet vid den tiden hade färdats extremt långt. Upp till 80 procent av dammet kom från det som nu är nordvästra Argentina, varifrån den transporterades nästan helt runt jordklotet av de rådande västliga vindarna. Efter en resa på upp till 20, 000 kilometer, det bidrog avsevärt till den ökade tillförseln av järn till det glaciala södra Stilla havet. Dammintaget från Australien, som dominerar i södra Stilla havet idag, spelade endast en mindre roll. Forskargruppen har publicerat dessa nya insikter om mekanismerna för naturlig järntillförsel i södra oceanen i tidskriften Naturkommunikation .
"Vi har analyserat dammets kemiska fingeravtryck och jämfört det med geologiska data från flera kontinenter. Detta var mödosamt arbete, som ett pussel, säger Struve, en postdoktor i forskargruppen "Marine Isotope Geochemistry" vid universitetets institut för kemi och biologi i den marina miljön (ICBM). Teamet inkluderade forskare från hans grupp såväl som kollegor från Alfred Wegener Institute-Helmholtz Center for Polar and Marine Research, Bremerhaven (Tyskland), och från Columbia University, New York (USA).
Forskarna tog prov på 18 sedimentkärnor från södra Stilla havet mellan Antarktis, Nya Zeeland och Chile, ett studieområde som är ungefär lika stort som Ryssland. Senare, de undersökte den kemiska sammansättningen av damm som fanns i proverna. "Detta damm kommer i slutändan från sten, som har karakteristiska egenskaper beroende på dess ursprungsplats och geologiska historia så att varje källa har sin egen signatur, " förklarar Struve.
Forskarna fokuserade på spårmetaller, i synnerhet sällsynta jordartsmetaller och specifika isotoper, det vill säga varianter av olika vikt, av grundämnena neodym, bly och strontium. Denna signatur är bevarad under miljontals år och ger därmed tillförlitlig information om bergpartiklars ursprung även efter 20, 000 år.
De enskilda sektionerna av en av de undersökta sedimentkärnorna. Eftersom den senare kan bli upp till 30 meter lång, de dissekeras vanligtvis. Kredit:Katharina Pahnke/University of Oldenburg
Vid den tiden, den senaste istiden var på topp. Enligt resultaten, västliga vindar blåste dammpartiklar från den östra sidan av centrala Anderna i Sydamerika över Atlanten och Indiska oceanen. Som sådan, det järnhaltiga dammet transporterades en gång runt jorden innan det deponerades på de mellersta breddgraderna i södra Stilla havet. Eftersom alger i dessa vatten vanligtvis saknar järn som ett avgörande näringsämne för tillväxt, järnhaltigt damm fungerar som ett naturligt gödningsmedel fram till idag.
Som alla växter, växtplankton – mikroskopiska alger – absorberar kol med hjälp av fotosyntes och minskar därmed andelen koldioxid (CO) 2 ) i atmosfären. Enligt Struve, den kraftigt ökade tillförseln av järnhaltigt mineraldamm till denna marina region, främst från Sydamerika, kunde hjälpa till att förklara "hur jorden kunde ha blivit så kall överhuvudtaget vid den tiden".
Det var redan känt att järntillförseln under den senaste istiden var mycket högre än under den nuvarande varma perioden. "Men vi blev förvånade när vi upptäckte att dammets källor och transportvägar var helt annorlunda än idag och också annorlunda än vad vi hade förväntat oss."
Forskargruppen drar slutsatsen att de ovanligt höga stoftutsläppen från Sydamerika måste ha bidragit väsentligt till minskningen av CO 2 i istidens atmosfär. Tillförseln av järnhaltigt mineraldamm minskade CO 2 atmosfärens nivå med upp till 40 ppm ("parts per million"). Detta motsvarar nästan hälften av den naturliga CO 2 variation i atmosfären under de senaste 400, 000 år uppgående till 100 ppm. För att sätta detta i perspektiv, sedan industrialiseringens början, antropogena utsläpp har ökat CO 2 nivå från cirka 280 till cirka 415 ppm.
I dag, inget damm från Sydamerika kan påvisas i studieområdet. "Global uppvärmning har förändrat vindarna och miljöförhållandena i källregionerna, Struve säger, som fortsätter att studera sedimentets kärnor. Tillsammans med sina kollegor, han vill ta reda på hur dammets sammansättning har förändrats sedan istidens topp och hur detta kan ha bidragit till klimatförändringarna.
