Dankzij een zeldzaam, doorzichtig, zwart-wit kristal dat dertig jaar in een kist lag deden onderzoekers een alarmerende ontdekking: de Oost-Antarctische ijskap, die bestaat uit tachtig procent van al het ijs op aarde, is mogelijk nog kwetsbaarder voor de opwarming van de aarde dan eerder werd gedacht.
Wetenschappers gingen ervan uit dat deze ijskap voor het laatst zo'n drie miljoen jaar geleden slonk. Maar uit nieuw onderzoek naar de in het gebied gevonden kristallen blijkt dat een groot deel slechts 400.000 jaar geleden wegsmolt, zo beschreven de onderzoekers in een publicatie in het vakblad Nature. En het meest zorgwekkende is dat uit de berekeningen van het team blijkt dat die grote verandering plaatsvond tijdens een lange, maar relatief milde warme periode.
De hoeveelheid CO2in de atmosfeer was in die tijd niet bijzonder groot, met een maximum van slechts zo'n 300 ppm (parts per million), vertelt David Harwood, die onderzoek doet naar de geschiedenis van het Antarctische ijs aan de Amerikaanse University of Nebraska-Lincoln.
“Dat is het griezelige,” zegt hij. Het huidige CO2-niveau is al sinds 1915 hoger dan 300 ppm en bedraagt momenteel 410 ppm. In de komende eeuwen kan die extra CO2zorgen voor een stijging van zowel de temperatuur als de zeespiegel waardoor die flink hoger worden dan 400.000 jaar het geval was, stelt hij. “Dat belooft weinig goeds voor de toekomst.”
Er werd al voorspeld dat ook de andere ijskappen op aarde, waaronder die in Groenland en West-Antarctica, in de komende honderd jaar zullen slinken. Groenland ligt ver van de Noordpool en ondervindt de effecten van warme luchtstromen. West-Antarctica ligt in een grote kom die gedeeltelijk onder de zeespiegel uitsteekt, waardoor het gebied te maken heeft met de effecten van warme oceaanstromen. Er werd altijd gedacht dat de Oost-Antarctische ijskap minder risico liep, omdat het op de ijzig koude Zuidpool ligt en omdat het grootste deel van de kap op land ligt, en zo beschermd is tegen de warmte van de oceaan.
“Tientallen jaren werd de Oost-Antarctische ijskap gezien als onverwoestbaar,” zegt Slawek Tulaczyk die als glacioloog werkzaam is aan de University of California in Santa Cruz en die deel uitmaakte van het onderzoeksteam. “Het was tot voor kort ondenkbaar dat ook deze kap slinkt.”
Als de nieuwe onderzoeksresultaten kloppen, dan zou Oost-Antarctica mogelijk al eerder dan gedacht kunnen gaan bijdragen aan de zeespiegelstijging. Als alle voorspellingen over het smelten van gletsjers in de komende eeuwen uitkomen, inclusief die in Oost-Antarctica, zijn de tot nog toe door de mens geproduceerde broeikasgassen mogelijk nu al goed voor een zeespiegelstijging van zo'n veertien meter.
Het oplossen van een mysterie
Deze ontdekking kwam tot stand door het bestuderen van de dunne laagjes van een zwart-wit kristal die afkomstig is van ver onder de ijskap. Tulaczyk en Terry Blackburn, een geochemicus die aan dezelfde universiteit werkt, stuitten bij toeval op het kristal terwijl ze onderzoek deden naar iets anders. Het begon allemaal in 2017, toen ze op Taylor Valley aan de kust van Oost-Antarctica waren om te proberen een mysterie op te lossen: uit hun eigen metingen en die van andere onderzoekers bleek dat het uraniumgehalte in het water dat daar naar boven borrelde ongewoon hoog was.
“Dit signaal kwam van elders, verderop in de vallei,” aldus Graham Edwards, een promovendus van Blackburn die toen ook mee was. Ze gingen dan ook op zoek naar de bron van het uranium, in de hoop dat ze zo meer te weten konden komen over de geschiedenis van de ijskap.
De meeste mensen kennen uranium vooral als nucleaire brandstof, maar sporen van dit element zijn terug te vinden in rotsen, rivieren en zeeën over de hele wereld. Het bestaat vooral in zijn zware vorm, uranium-238. Maar wetenschappers kunnen daarin ook altijd enkele atomen van een lichtere vorm, uranium-234, vinden. Deze isotoop ontstaat door radioactief verval van zijn zwaardere soortgenoot. In alle oceanen op aarde is de verhouding tussen deze twee vormen relatief constant: ongeveer één atoom uranium-234 op elke 16.000 atomen uranium-238.
Wetenschappers vermoeden dat zich uranium-234 ophoopt in het water onder een ijskap wanneer deze gedurende een lange periode een continent bedekt. Dat komt doordat het uranium-238 in het gesteente en de kiezels onder het ijs vervalt, waardoor er lichte uraniumatomen in het water belanden die zich in de loop van de tijd verzamelen.
Het bijzondere aan het water dat in Taylor Valley opborrelt is dat het twee tot vijf keer zoveel van het lichtere uranium-234 bevat als normaal. “Dergelijke vloeistoffen zijn gedurende een aanzienlijke tijd in contact geweest met gesteente,” vermoedt Blackburn.
Meting van de hoeveelheid uranium-234 onder de Oost-Antarctische ijskap kan dus iets zeggen over hoe lang het geleden was dat de ijskap voor het laatst kromp.
Stenen een antwoord ontfutselen
Maar niemand had ooit nog een meting gedaan van uranium-234 ónder een ijskap. Dus gingen Blackburn, Edwards en Tulaczyk op zoek naar mineralen die waren ontstaan in het water onder de ijskap in Oost-Antarctica. In dat gesteente zou misschien zijn terug te zien hoeveel uranium-234 er zat in het water waar het was gevormd, wat op zijn beurt weer iets kon zeggen over wanneer de laatste keer was dat de ijskap smolt.
Het lijkt misschien onmogelijk om gesteente te vinden dat onder de ijskap lag, maar Tulaczyk en Blackburn wisten van een plek waar stenen van onder het ijs naar de oppervlakte komen; in een gebied met de naam Elephant Moraine, vlak achter de bergen van Taylor Valley.
Daar liggen duizenden keien verspreid over het ijs. De stenen, die afkomstig zijn uit de onderste laag van het ijs, worden naar boven gebracht doordat het ijs daar over een bergkam stroomt, als een golf die in glaciaal tempo breekt. Door de constante droge wind wordt het ijsoppervlak boven de stenen ieder jaar een paar centimeter dunner, waardoor de stenen uiteindelijk aan de oppervlakte komen te liggen.
In de jaren tachtig verzamelde een wetenschapper van de Amerikaanse Ohio State University enkele honderden stenen in Elephant Moraine. Het overgrote deel waren stenen van graniet, zandsteen en basalt, die waren ontstaan voordat de ijskap het continent bedekte. Maar hij vond ook enkele mysterieuze stukken kristal, die zo'n dertig jaar in de verzameling lagen totdat Blackburn erover las en er in 2019 drie opvroeg uit de zogenaamde ‘Polar Rock Repository’ van de universiteit.
Met name een van die stenen was opvallend. Deze had flinterdunne, afwisselende laagjes van gebroken wit opaal en barnsteen of zwart calciet zoals het patroon van groeiringen bij een boom.
Blackburn hakte er steeds een laag af, en bepaalde de leeftijd van elke laag door het gehalte aan uranium-234 te bepalen en daarnaast dat van een ander radioactief element, thorium-230. De snelheid waarmee het uranium hierin vervalt is bekend. Hij ontdekte dat de lagen in de vuistgrote steen zich in de loop van 120.000 jaar hadden gevormd, en dat de eerste laag zo'n 270.000 jaar oud was.
Daarna bepaalde hij het percentage van het lichtere uranium-234 in elke laag. Hij ging ervan uit dat dit in iedere laag hetzelfde zou zijn, omdat “het idee was dat de Oost-Antarctische ijskap al miljoenen jaren stabiel is,” zegt hij.
Tot zijn verrassing gaf het kristal een ander beeld: de hoeveelheid uranium-234 nam per laag met vijftig procent toe. In de exacte wereld van de geochemie “is dat een enorme toename,” aldus Blackburn. Onderzoek naar twee andere, gelaagde kristallen uit Elephant Moraine leverde hetzelfde resultaat op.
Dat kon maar een ding betekenen: de Oost-Antarctische ijskap was recenter dan gedacht nog gekrompen. Met het verdwijnen van het ijs kon het water dat zich daaronder bevond in de oceaan stromen, waardoor de hoeveelheid uranium-234 weer op een laag niveau belandde. Pas toen de ijskap weer aangroeide begon zich er weer uranium-234 onder te verzamelen; wat ook terug te zien was in de kristallen.
De smelt van het ijs was ook niet gering, aldus Tulaczyk. Het ijs moet zich vanaf de huidige kustlijn ruim zeshonderd kilometer terugtrekken voordat het zeewater Elephant Moraine kan bereiken. Elephant Moraine ligt aan de rand van een uitgestrekt gebied dat Wilkes Basin wordt genoemd. Hier daalt de ijskoude, rotsachtige ondergrond tot een diepte van maar liefst 1300 meter onder zeeniveau. Daardoor wordt het ijs blootgesteld aan stromingen diep in de oceaan, waardoor het aan de onderkant kon afsmelten.
Tulaczyk schat dat over een oppervlakte van zo'n 300.000 vierkante kilometer (ongeveer de helft van Frankrijk) de ijskap honderden meters dunner werd, totdat deze losliet van de bodem en in de oceaan wegdreef. De zwakkere ijskap kon ook verder landinwaarts het ijs niet meer dragen, en in het Wilkes Basin ging meer dan een miljoen kubieke kilometer aan ijs verloren, waardoor de zeespiegel zo'n drie tot vier meter steeg.
Het gebeurde al eens eerder
Deze nieuwe onderzoeksresultaten leveren zeer welkome extra gegevens op, aldus Maureen Raymo, die als marien geoloog werkt aan het Lamont-Doherty Earth Observatory in New York. Ze bestudeert wereldwijd kustlijnen uit het verleden die zich inmiddels hoog boven het water bevinden, inclusief zand, schelpen en ophopingen van fossiele garnalen. Aan die kustlijnen is te zien dat de zeespiegel vroeger verscheidene keren hoger was dan nu. Een van die momenten was 400.000 jaar geleden, toen het water volgens haar schattingen zo'n tien tot vijftien meter hoger stond dan het huidige niveau.
De gletsjers op Groenland en West-Antarctica en elders ter wereld zouden bijdragen aan een stijging van zo'n negen meter als ze zouden smelten. Als daar nog zo'n drie tot vier meter bij zou komen van het Wilkes Basin in Oost-Antarctica “klopt dat precies” bij die schattingen, aldus Raymo.
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
