A reconstruction of 25,000 years of South Ocean carbon chemistry, using micro-fossils buried in sediments, shows sub-Antarctic waters have played a key role in regulating atmospheric carbon dioxide since the Last Glacial Maximum (LGM). Chemical changes measured in micro-fossil shells, as well as sediments, showed that different regions of the Southern Ocean varied in terms of their circulation, chemistry and biological productivity during the last glacial-interglacial cycle. This resulted in regional variations in the exchange of carbon dioxide (CO2) between the atmosphere and the ocean, with some parts of the Southern Ocean becoming net ‘sinks’ of atmospheric CO2 and others becoming sources of the gas. The research, published in Nature Geoscience today, was undertaken by Australian Antarctic Division palaeoclimate scientist Dr Andrew Moy and an international team from Australia, the United Kingdom, Germany and Spain.
"Das Südpolarmeer nimmt derzeit mehr atmosphärisches CO2 auf als jeder andere Ozean und hat eine entscheidende Rolle bei der Regulierung des vergangenen atmosphärischen CO2 gespielt", sagte Dr. Andrew Moy. "Die physikalischen, biologischen und chemischen Variablen, die diesen CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre während der Eiszeit steuern, sind jedoch nicht vollständig verstanden.", so Moy weiter
Um diese Wissenslücke zu schließen, untersuchte das Forscherteam die chemische Zusammensetzung von mikroskopisch kleinen Foraminiferenschalen in Sedimentproben, die in 3.000 Metern Tiefe unter der Meeresoberfläche im indopazifischen Sektor des Südpolarmeeres südlich von Tasmanien gesammelt wurden. Daraus konnten die Forschenden gelöste CO2-Gehalte in Oberflächengewässern rekonstruieren und mit den in antarktischen Eiskernen gemessenen CO2-Gehalten vergleichen. Sie stellten fest, dass die Oberflächengewässer des Südpolarmeeres in der indopazifischen Region während des LGM vor etwa 12.000 Jahren eine Netto-CO2-Senke waren. Zwischen 12.000 bis ca. 4.000 Jahren vor Heute war das Gebiet eine Netto-CO2-Quelle, um danach wieder ein Netto-Senke zu werden.
Dr. Andrew Moy, heute Paläoklimaforscher der Australian Antarctic Division, hat 2005 als Gastwissenschaftler im Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven gearbeitet. Gemeinsam mit dem AWI-Biogeowissenschaftler Dr. Jelle Bijma beschäftigte er sich mit Fragen des globalen Kohlenstoffkreislaufs und des Klimawandels. Zu dieser Zeit war Dr. Jelle Bijma der Koordinator des EU-RP5-Projekts C6 („Carbonate Chemistry, Carbon Cycle and Climate Change“), dessen Hauptziel es war, einen Multi-Proxy-Ansatz zu verwenden, um die ozeanische Karbonatchemie in den letzten 130.000 Jahren zu rekonstruieren. Ein wichtiger Teil der vorliegenden Studie wurde im Rahmen dieses Projekts durchgeführt/begonnen.
„Ein Verständnis der Glazial-Interglazialen Dynamik des natürlichen Kohlenstoffspeichers im Ozean und die CO2 Freisetzung am Ende der Eiszeit ist eine Voraussetzung um das Ausmaß der heutigen globalen CO2Ausstoß überhaupt einzuordnen und über Lösungen dieses Problems nachzudenken“ sagt Prof. Jelle Bijma. „Denn im natürlichen System Erde ist der Ozean unser Thermostat“.
"In diesem Teil des Südpolarmeeres wurde während der LGM die biologische Produktivität gesteigert, was zu einer Abnahme des atmosphärischen CO2 führte", sagte Dr. Moy. Gleichzeitig war der Auftrieb und der Austausch von CO2-reichem Tiefwasser mit der Meeresoberfläche reduziert." Als sich die Erde von der LGM in eine wärmere Zwischeneiszeit verlagerte, trugen Änderungen in der Stärke der biologischen Pumpe in diesen Gewässern und ein verstärkter Auftrieb und anschließende Freisetzung von gespeichertem CO2 aus der Tiefsee zu einem Anstieg des atmosphärischen CO2 bei."
Eine ähnliche Studie im „Atlantiksektor“ des Südpolarmeeres der Subantarktis ergab, dass diese Region vor etwa 4000 Jahren während des Abschmelzens eine starke Netto-CO2-Quelle war, bevor sie zeitweise abnahm, um im Gleichgewicht mit der Atmosphäre zu sein (weder Quelle noch Senke).
Dr. Moy sagte, dass die Studie helfen wird, geochemische Modelle zu verbessern, die glazial-interglaziale Variationen der atmosphärischen CO2-Veränderung erklären, und die Modellierung zukünftiger Veränderungen zu verbessern.
„Gegenwärtige Modelle gehen davon aus, dass die physikalischen, biologischen und chemischen Variablen, die den CO2-Austausch zwischen Ozean und Atmosphäre steuern, im gesamten Südpolarmeer einheitlich sind. Diese und andere neue Forschungsergebnisse zeigen jedoch, dass diese Prozesse unterschiedlich sind und regional variieren“, sagte er.
Originalstudie
Andrew D. Moy, Martin R. Palmer, William R. Howard, Jelle Bijma, Matthew J. Cooper, Eva Calvo, Carles Pelejero, Michael K. Gagan & Thomas B. Chalk: Varied contribution of the Southern Ocean to deglacial atmospheric CO2 rise. Nature Geoscience, 21. Oktober 2019, DOI:10.1038/s41561-019-0473-9