Klimaatreconstructies

Dr. Marcel van der Meer
Wetenschappelijk medewerker
Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek


Fossiel van de rog Heliobatis met Bony visjes, Wyoming, USA

Fossiel van de rog Heliobatis met Bony visjes, Wyoming, USA: Beeld: John Cancalosi / HH

1. Wat is de belangrijkste wetenschappelijke ontwikkeling in uw vakgebied?

In de organische geochemie draait het om het onderzoeken van organisch materiaal afgezet in het (verre) verleden. De samenstelling van het organisch materiaal, de componenten waaruit dit materiaal bestaat, en de stabiele isotopen verhoudingen (koolstof, stikstof en waterstof) van zowel het geheel als van individuele componenten geven inzicht in de oorsprong van dit materiaal en daarmee informatie over de omstandigheden tijdens de vorming ervan. Zo worden al enkele decennia de verhouding van organische verbindingen specifiek voor haptofyte algen, alkenonen, gebruikt om de absolute zeewatertemperatuur te reconstrueren. In eerste instantie is de kalibratie van deze methode tot stand gekomen door de verhouding van deze verbindingen te meten in de toplaag van sedimenten van over de hele wereld en dus van alkenonen geproduceerd in verschillende watertemperaturen, later is deze relatie bevestigd in culture experimenten. Meer recentelijk is er een methode voor het reconstrueren van zeewatertemperaturen in het verleden ontwikkeld, op basis van organische componenten geproduceerd door Archaea (ook wel oerbacteriën genoemd).

Naast methodes voor het reconstrueren van zeewatertemperaturen in het verleden wordt er gewerkt aan methodes voor het reconstrueren van CO2 concentraties, temperaturen op land, de watercyclus, het zoutgehalte van zeewater etc., allemaal op basis van organisch materiaal. Als belangrijke ontwikkeling in dit vakgebied zie ik ten eerste het steeds verder ontwikkelen van bestaande methodes en bedenken en ontwikkelen van nieuwe methodes om informatie uit fossiel organisch materiaal te halen. Een tweede ontwikkeling is het combineren van meerdere van deze reconstructies op basis van fossiel organisch materiaal met reconstructies gebaseerd op anorganisch materiaal om een zo goed mogelijk beeld te krijgen van het vroegere klimaat, klimaatsveranderingen inclusief mogelijk positieve en negatieve terugkoppelingsmechanismen.

2. Op welke wetenschappelijke doorbraak hoopt u?

Ik ben druk bezig met het ontwikkelen van een methode om absolute zoutgehaltes van het zeewater te reconstrueren op basis van fossiel organisch materiaal. Het is bekend dat zowel de zuurstof – als waterstofisotopenverhouding van water gecorreleerd is met het zoutgehalte van dat water. Nu is uit kweekexperimenten met haptofyte algen gebleken dat de relatieve hoeveelheid deuterium die ingebouwd wordt in door deze algen geproduceerde componenten, alkenonen, afhankelijk is van het zoutgehalte waarin de algen gekweekt zijn. Deze biologische isotopenfractionatie is onafhankelijk van plaats en tijd in tegenstelling tot de correlatie tussen de zuurstof- en waterstofisotopenverhouding van het water met het zoutgehalte. De basis voor het reconstrueren van zoutgehaltes is er en de eerste toepassingen zijn erg hoopgevend, maar de grote doorbraak, het kunnen reconstrueren van absolute zoutgehaltes daar moeten nog veel kleine en grote stappen voor gemaakt worden.

3. Wat is de waarde van uw vakgebied voor de samenleving?

Op dit moment wordt er meestal gebruik gemaakt van computermodellen om te voorspellen hoe, in welke mate en met welke snelheid ons klimaat mogelijk gaat veranderen als gevolg van de toename van het broeikasgas CO2 in de atmosfeer. Een van de scenario’s die redelijk wat aandacht krijgt bijvoorbeeld is dat door het smelten van (zee)ijs rond de Noordpool de bovenste waterlaag in dit gebied relatief zoet wordt, door de relatief lage dichtheid zou dit water niet meer “zinken”. Dit heeft mogelijk een groot effect op de netto watercirculatie in de Atlantische oceaan met als mogelijk gevolg het vertragen van de Golfstroom, de stroom die er voor zorgt dat het in Noordwest-Europa relatief warm is. Het opwarmen van de aarde zou dus op deze manier lagere tempraturen in West-Europa tot gevolg kunnen hebben. De werkelijkheid is aanzienlijk minder simpel dan hier beschreven, deze oceaan circulatie is het netto resultaat van heel veel verschillende stromingen en strominkjes die voornamelijk voortkomen uit wind in combinatie met de draaiing van de aarde. De vraag is dus of de Golfstroom zo gemakkelijk te stoppen is door het smelten van poolijs.

Een alternatief voor het modelleren van het klimaat en daaraan gekoppeld oceaanstromingen is terug gaan in de tijd naar periodes waarvan we weten dat de Aarde is opgewarmd en de CO2-concentratie is toegenomen, zoals na de laatste ijstijd. Door zeewatertemperatuur en zoutgehalte te reconstrueren voor het zelfde tijdvak, maar voor verschillende geografische locaties, kan er een goed beeld gevormd worden van hoe oceaanstromingen veranderen met toenemende temperaturen en afsmeltende poolkappen. Voor het reconstrueren van zeewatertemperaturen zijn er op het moment meerdere methodes beschikbaar, gebaseerd op organisch materiaal afkomstig van algen en archaea, bijvoorbeeld. Het reconstrueren van absolute zoutgehaltes, een essentieel onderdeel van het reconstrueren van oceaanstromingen, is op het moment niet mogelijk. Een nieuwe methode zoals die hierboven beschreven is dan ook zeer welkom.

Klimaatreconstructies van het verleden geven ons de informatie die noodzakelijk is om een meer realistisch beeld van de toekomst te verkrijgen.


Andere bijdragen in Aardwetenschappen, De aarde, Klimaat