Nieuwe methode ontdekt om omvang zee-ijs in verleden te reconstrueren

In een nieuwe studie tonen de onderzoekers aan dat organische moleculen die vaak gevonden worden in oceaansedimenten op hoge breedtegraden - in de buurt dus van poolgebieden - en die viervoudig onverzadigde alkenonen (C37:4) genoemd worden, geproduceerd worden door een of meerdere tot nog toe onbekende soorten algen die in ijs leven. 

Als de concentratie van het zee-ijs stijgt of daalt, gebeurt hetzelfde ook met de algen die er in leven, en met de moleculen die ze achterlaten. 

"We hebben aangetoond dat deze molecule een zeer goede proxy is voor de concentratie aan zee-ijs", zei Karen Wang, een doctoraatsstudent aan de Brown University in Rhode Island en de hoofdauteur van de studie. "De concentratie van deze molecule in sedimenten uit verschillende periodes zou ons kunnen toelaten de concentratie aan zee-ijs te reconstrueren in de loop van de tijd." 

Een proxy is in de aardwetenschappen een grootheid die meetbaar is, zoals jaaringen in bomen, en die gebruikt kan worden om andere, niet direct meetbare grootheden uit het verleden te reconstrueren, zoals de temperatuur in het geval van jaarringen. Of de concentratie aan zee-ijs in dit geval.

Andere soorten alkenoon-moleculen worden al jaren gebruikt als proxy's voor de temperatuur van het zeeoppervlak. Bij verschilende temperaturen maken algen die op het zeeoppervlak leven verschillende hoeveelheden aan van alkenonen die C37:2 en C37:3 genoemd worden. Wetenschappers kunnen de verhouding tussen die twee moleculen in oceaansedimenten gebruiken om de temperatuur te schatten in het verleden. 

C37:4 - waar deze studie om draait - werd lang beschouwd als een probleem voor de temperatuurmetingen. Het duikt op in sedimenten die afkomstig zijn uit de buurt van het Noordpoolgebied en verstoort de verhouding tussen C37:2 en C37:3. 

"Dat was voornamelijk waarvoor het alkenoon C37:4 bekend stond, het in de war sturen van de temperatuurverhoudingen", zei Yongsong Huang. "Niemand wist waar het vandaan kwam en of het voor iets bruikbaar was. Sommige mensen hadden wel theorieën, maar niemand wist het zeker." 

Huang is de belangrijkste onderzoeker van de studie en een professor aan de afdeling aard-, milieu- en planetaire wetenschap van de Brown University.   

Om uit te vissen wat er met C37:4 juist aan de hand was, bestudeerden de onderzoekers sedimenten en stalen zeewater met C37:4 die afkomstig waren van met ijs bedekte plaatsen rond het Artisch gebied. Ze gebruikten geavanceerde technieken voor DNA-sequentie om de organismen in de stalen te identificeren. 

Dat leverde tot dan onbekende soorten eencellige algen op - coccolithoforen - van de orde Isochrysidales. De onderzoekers kweekten die nieuwe soorten in hun laboratorium en toonden aan dat zij het inderdaad waren die uitzonderlijk grote hoeveelheden C37:4 produceerden. 

De volgende stap was onderzoeken of de moleculen die achtergelaten werden door deze in het ijs levende algen, gebruikt zouden kunnen worden als een betrouwbare proxy voor zee-ijs. Daarvoor keken de onderzoekers naar de concentraties van C37:4 in sedimentkernen uit verschillende plaatsen in de Arctische Oceaan in de buurt van de huidige grenzen van het zee-ijs. Het is bekend dat deze plaatsen in het recente verleden zeer gevoelig zijn gebleken aan regionale schommelingen van de temperatuur. 

Uit het onderzoek bleek dat de hoogste concentraties aan C37:4 voorkwamen als het klimaat het koudste was en het zee-ijs op zijn maximum. De hoogste concentraties stammen uit het Jonge Dryas, een zeer koude en ijzige periode die zo'n 12.000 jaar geleden plaatsvond en die in het Engels ook 'the Big Freeze' wordt genoemd. Als het klimaat het warmste was en er veel minder zee-ijs was, was er weinig C37:4 te vinden, zo bleek uit het onderzoek.  

"De correlaties die we gevonden hebben met deze nieuwe proxy waren veel sterker dan met andere merkers die mensen gebruiken", zei Huang. "Geen enkele correlatie zal ooit perfect zijn, aangezien modellen maken van zee-ijs een warrig proces is, maar deze correlaties zijn waarschijnlijk de sterkste die je ooit gaat krijgen." 

De nieuwe proxy heeft bovendien een aantal bijkomende voordelen ten opzichte van andere proxy's, zeggen de onderzoekers. 

Bij een andere methode om het zee-ijs in het verleden te reconstrueren zoekt men naar de fossiele overblijfselen van een andere soort algen die diatomeeën genoemd worden. Maar die methode wordt minder betrouwbaar naarmate men verder terug gaat in de tijd omdat fossiele moleculen kunnen uiteenvallen. 

Moleculen zoals C37:4 blijven over het algemeen beter bewaard, wat hen potentieel meer geschikt maakt voor reconstructies in het verre verleden dan andere methodes. De onderzoekers denken duizenden en mogelijk zelfs miljoenen jaren terug te kunnen gaan.  

De wetenschappers zijn van plan de nieuwe algensoorten voort te onderzoeken om beter te begrijpen hoe ze in het zee-ijs verankerd raken en hoe ze deze alkenoon-verbinding produceren. Het lijkt erop dat de algen leven in bellen van zout water en kanaaltjes in het zee-ijs, maar het zou ook kunnen dat ze tot bloei komen net nadat het ijs gesmolten is. Als de onderzoekers deze dynamieken begrijpen, zal dat hen helpen om C37:4 beter te calibreren als een proxy voor zee-ijs.

De onderzoekers hopen dat de nieuwe proxy uiteindelijk een beter begrip van de dynamiek van het zee-ijs in de loop van de tijd zal mogelijk maken. Die informatie zou de modellen van het klimaat in het verleden beter maken, wat zou leiden tot betere voorspellingen van klimaatveranderingen in de toekomst. 

De studie van onderzoekers van de Brown University, de Britse Plymouth University en NINA, het Norsk institutt for naturforskning, is gepubliceerd in Nature Communications.  Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van Brown University.