Naarmate het broeikasgas kooldioxide stijgt en de aarde opwarmt, zal het ijs van Antarctica kwetsbaarder worden voor cycli op astronomische schaal, met name de kanteling van onze planeet terwijl deze rond zijn as draait.
Uit nieuw onderzoek blijkt dat de ijskappen van Antarctica meer dan 30 miljoen jaar geschiedenis het sterkst hebben gereageerd op de kantelhoek van de aarde op zijn as wanneer het ijs zich uitstrekt in de oceanen, in wisselwerking staat met stromingen die warm water kunnen lappen aan hun marges en kunnen leiden tot verhoogde smelten. Het effect van de kanteling bereikte een piek toen de kooldioxidespiegels vergelijkbaar waren met wat wetenschappers voorspellen voor de volgende eeuw, als mensen de uitstoot niet onder controle krijgen.
Terwijl het kooldioxidegehalte 400 delen per miljoen overschrijdt, zal het klimaat gevoeliger worden voor de helling van de aarde, of scheefheid, rapporteerden onderzoekers op 14 januari in het tijdschrift Nature Geoscience.
"Echt kritisch is de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer", zegt co-auteur Stephen Meyers, een paleoklimatoloog aan de Universiteit van Wisconsin, Madison.
Een scenario met hoge kooldioxide en een hoge hellingshoek kan bijzonder verwoestend zijn voor het kilometers dikke ijs dat Antarctica bedekt.
Het verleden reconstrueren
Gedurende ongeveer 40.000 jaar kantelt de as van de aarde heen en weer 'als een schommelstoel', zei Meyers. Momenteel is deze helling ongeveer 23,4 graden, maar deze kan zo laag zijn als 22,1 graden of zelfs 24,5 graden.
De kanteling is van belang voor waar en wanneer zonlicht de wereld raakt en kan dus het klimaat beïnvloeden.
Om een geschiedenis te reconstrueren van hoe Antarctica's ijs op deze kanteling heeft gereageerd, gebruikten Meyers en zijn co-auteurs enkele informatiebronnen over het klimaatverleden van de aarde. Een bron was calciumcarbonaat uit de oceaanbodem, achtergelaten door eencellige organismen die benthische foraminiferen worden genoemd. Deze organismen scheiden om zich heen een calciumcarbonaatschaal uit, die een wereldwijde, continue registratie vastlegt van de chemie van de oceanen en de atmosfeer.
Sedimentregistraties van rond Antarctica vormden een andere bron van klimaatgeschiedenis - een specialiteit van co-auteur en paleoklimatoloog Richard Levy van GNS Science en Victoria University of Wellington in Nieuw-Zeeland. Deze sedimenten, geboord uit de oceaanbodem in lange, kolomvormige kernen, hebben ook een record van het verleden. Een gletsjer dumpt bijvoorbeeld een kenmerkende mix van modder, zand en grind waar hij zich bevindt. Deze kernen geven een zeer gedetailleerd beeld van waar de ijskappen ooit waren, zei Meyers, maar er zijn hiaten in het record.
IJscycli
Met gegevens uit beide bronnen hebben de onderzoekers een geschiedenis van Antarctica samengesteld van 34 miljoen tot 5 miljoen jaar geleden. De eerste grote ijskappen op Antarctica vormden 34 miljoen jaar geleden, zei Levy, en het hele jaar door werd zee-ijs de norm slechts 3 miljoen jaar geleden, toen het kooldioxidegehalte onder de 400 delen per miljoen daalde.
Van ongeveer 34 miljoen jaar geleden tot ongeveer 25 miljoen jaar geleden was de koolstofdioxide erg hoog (600 tot 800 ppm) en het meeste ijs van Antarctica was op het land en kwam niet in contact met de zee. De ijsvooruitgang en -terugtocht van het continent waren op dit moment relatief ongevoelig voor de helling van de planeet, vonden de onderzoekers. Tussen ongeveer 24,5 miljoen en ongeveer 14 miljoen jaar geleden daalde de atmosferische kooldioxide tot tussen 400 en 600 ppm. De ijskappen liepen vaker de zee in, maar er was niet veel drijvend zee-ijs. Op dit moment werd de planeet behoorlijk gevoelig voor de kanteling van de aardas.
Tussen 13 miljoen en 5 miljoen jaar geleden daalde het kooldioxidegehalte opnieuw en daalde tot 200 ppm. Drijvend zee-ijs werd prominenter, vormde in de winter een korst over de open oceaan en daalde alleen in de zomer. De gevoeligheid voor de helling van de aarde nam af.
Het is niet helemaal duidelijk waarom deze verandering in gevoeligheid voor scheefheid optreedt, vertelde Levy aan WordsSideKick.com, maar de reden lijkt het contact tussen het ijs en de oceaan te omvatten. In tijden van hoge kanteling worden de poolgebieden warm en worden de temperatuurverschillen tussen de evenaar en de polen minder extreem. Dit verandert op zijn beurt de wind- en stromingspatronen - die grotendeels worden aangedreven door dit temperatuurverschil - en verhoogt uiteindelijk de stroom van warm oceaanwater naar de rand van Antarctica.
Wanneer ijs grotendeels op het land is, raakt deze stroom het ijs niet. Maar wanneer de ijskappen tegen de oceaanbodem zijn geaard, in contact met de stromingen, is de stroom warm water van groot belang. Drijvend zee-ijs lijkt een deel van de stroming te blokkeren, waardoor de neiging tot smelten van de ijskap afneemt. Maar wanneer het kooldioxidegehalte hoog genoeg is om het drijvende zee-ijs te laten smelten, houdt niets die warme stroming tegen. Dat is het moment waarop de helling van de aarde er het meest toe doet, zoals gebeurde tussen 24,5 miljoen en 14 miljoen jaar geleden.
Deze geschiedenis vormt een probleem voor de toekomst van Antarctica. In 2016 sprong het kooldioxidegehalte in de atmosfeer van de aarde permanent voorbij 400 ppm. De laatste keer in de geologische geschiedenis van de aarde dat koolstofdioxide zo hoog was, was er het hele jaar door geen zee-ijs op Antarctica, zei Levy. Als de emissies doorgaan zoals ze zijn, zal het zee-ijs haperen, zei Levy, 'en zullen we terugspringen naar een wereld die al miljoenen jaren niet bestaat.'
"De kwetsbare ijskappen op zee van Antarctica zullen het effect voelen van onze huidige relatief hoge kanteling en de opwarming van de oceaan aan de marges van Antarctica zal worden versterkt", zei hij.
Maandag (14 januari) meldde een andere groep onderzoekers dat de snelheid van Antarctische smelt al zes keer sneller is dan een paar decennia geleden. De onderzoekers ontdekten dat het continent tussen 1979 en 1990 ongeveer 40 gigaton ijs per jaar verloor. Tussen 2009 en 2017 verloor het gemiddeld 252 gigaton ijs per jaar.
De onderzoekers onderzoeken nu de kleine variaties in gevoeligheid voor de kanteling van de aarde die optreden over de drie brede patronen die ze hebben gevonden, maar de hoofdboodschap is al duidelijk, zei Levy.
'Antarctisch zee-ijs is duidelijk belangrijk', zei hij. "We moeten doorgaan en manieren bedenken om de emissiedoelstellingen te halen."
