|
|
|
| Paleoklimatologie is de wetenschappelijke studie van klimaten die dateren van vóór de uitvinding van meteorologische instrumenten, toen er geen directe meetgegevens beschikbaar waren. Omdat instrumentele gegevens slechts een klein deel van de geschiedenis van de aarde bestrijken, is de reconstructie van het oude klimaat belangrijk om de natuurlijke variatie en de evolutie van het huidige klimaat te begrijpen. |
| |
Paleoklimatologie maakt gebruik van een verscheidenheid aan proxy-methoden uit de aard- en levenswetenschappen om gegevens te verkrijgen
die eerder bewaard zijn gebleven in rotsen, sedimenten, boorgaten, ijskappen, boomringen, koralen, schelpen en microfossielen. Gecombineerd met technieken om de proxy's te dateren, worden de paleoklimaatgegevens gebruikt om de vroegere toestanden van de atmosfeer van de aarde te bepalen. |
| |
| Het wetenschappelijke veld van de paleoklimatologie kwam in de 20e eeuw tot wasdom. Opmerkelijke perioden die door paleoklimatologen zijn bestudeerd, zijn onder meer de frequente ijstijden die de aarde heeft ondergaan, snelle afkoelingsgebeurtenissen zoals de jongere Dryas en de snelle opwarming tijdens het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum. Studies naar veranderingen in het milieu en de biodiversiteit uit het verleden reflecteren vaak op de huidige situatie, met name de impact van het klimaat op massale uitstervingen en biotisch herstel en de huidige opwarming van de aarde. |
| |
| Geschiedenis |
| |
Noties van een veranderend klimaat ontstonden hoogstwaarschijnlijk in het oude Egypte, Mesopotamië, de Indusvallei en China, waar zich langdurige perioden van droogte en overstromingen voordeden. In de zeventiende eeuw stelde Robert Hooke dat fossielen van reuzenschildpadden gevonden
in Dorset alleen verklaard konden worden door een ooit warmer klimaat, waarvan hij dacht dat het verklaard kon worden door een verschuiving van de aardas. Fossielen werden in die tijd vaak verklaard als gevolg van een Bijbelse zondvloed. Systematische observaties van zonnevlekken begonnen in het begin van de 19e eeuw door amateurastronoom Heinrich Schwabe, waarmee een discussie op gang kwam over de invloed van de zon op het klimaat op aarde. |
| |
| De wetenschappelijke studie van paleoklimatologie begon vorm te krijgen in het begin van de 19e eeuw, toen ontdekkingen over ijstijden en natuurlijke veranderingen in het vroegere klimaat van de aarde hielpen het broeikaseffect te begrijpen. Pas in de 20e eeuw werd paleoklimatologie een verenigd wetenschappelijk vakgebied. Voorheen werden verschillende aspecten van de klimaatgeschiedenis van de aarde door verschillende disciplines bestudeerd. Aan het einde van de 20e eeuw begon het empirische onderzoek naar de oude klimaten van de aarde te worden gecombineerd met computermodellen van toenemende complexiteit. In deze periode ontwikkelde zich ook een nieuw doel: het vinden van oude analoge klimaten die informatie zouden kunnen verschaffen over de huidige klimaatverandering. |
| |
| Reconstructie van oude klimaten |
| |
| Paleoklimatologen gebruiken een grote verscheidenheid aan technieken om oude klimaten af te leiden. De gebruikte technieken zijn afhankelijk van welke variabele moet worden gereconstrueerd (dit kan temperatuur, neerslag of iets anders zijn) en hoe lang geleden het betreffende klimaat plaatsvond. De diepe mariene gegevens, de bron van de meeste isotopische gegevens, bestaan bijvoorbeeld alleen op oceanische platen, die uiteindelijk worden ondergedompeld; het oudste overgebleven materiaal is 200 miljoen jaar oud |
| |
 |
Gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de aarde over de
afgelopen 500 miljoen jaar laat zien |
|
|
 |
| Paleotemperatuurgrafieken bij elkaar geplaatst |
|
| |
| Oudere sedimenten zijn ook gevoeliger voor corruptie door diagenese. Dit komt door de miljoenen jaren van verstoring die de rotsformaties ervaren, zoals druk, tektonische activiteit en vloeistofstroming. Deze factoren resulteren vaak in een gebrek aan kwaliteit of kwantiteit van gegevens, waardoor de resolutie en het vertrouwen in de gegevens in de loop van de tijd afnemen. |
| |
| Specifieke technieken die worden gebruikt om conclusies te trekken over oude klimaatomstandigheden zijn het gebruik van sedimentkernen en speleothems van meren. Deze maken gebruik van een analyse van respectievelijk sedimentlagen en gesteentegroeiformaties, naast methoden voor het dateren van elementen waarbij gebruik wordt gemaakt van zuurstof, koolstof en uranium. |
| |
| Proxy's voor klimaatdirecte kwantitatieve metingen |
| De Direct Quantitative Measurements-methode is de meest directe benadering om de verandering in een klimaat te begrijpen. Door vergelijkingen tussen recente gegevens met oudere gegevens kan een onderzoeker basiskennis verwerven over weers- en klimaatveranderingen binnen een gebied. Er zit een nadeel aan deze methode. Gegevens over het klimaat werden pas halverwege de 19e eeuw geregistreerd. Dit betekent dat onderzoekers slechts 150 jaar aan data kunnen benutten. Dat is niet handig als je het klimaat van een gebied van 10.000 jaar geleden in kaart probeert te brengen. Hier kunnen complexere methoden worden gebruikt. |
| |
| IJs |
| Berggletsjers en de poolijskappen/ijskappen leveren veel gegevens op in de paleoklimatologie. IJsboorprojecten in de ijskappen van Groenland en Antarctica hebben gegevens opgeleverd die enkele honderdduizenden jaren teruggaan, meer dan 800.000 jaar in het geval van het EPICA-project. |
| |
- Lucht die gevangen zit in gevallen sneeuw wordt omhuld door kleine belletjes terwijl de sneeuw in de gletsjer tot ijs wordt samengedrukt onder het
gewicht van de sneeuw van latere jaren. De opgesloten lucht is een enorm waardevolle bron gebleken voor directe meting van de samenstelling
van de lucht vanaf het moment dat het ijs werd gevormd. |
- Gelaagdheid kan worden waargenomen vanwege seizoenspauzes in de ijsaccumulatie en kan worden gebruikt om de chronologie vast te stellen,
waarbij specifieke diepten van de kern worden geassocieerd met tijdsbereiken. |
| - Veranderingen in de laagdikte kunnen worden gebruikt om veranderingen in neerslag of temperatuur te bepalen |
- Veranderingen in de hoeveelheid zuurstof-18 (O-18) in ijslagen vertegenwoordigen veranderingen in de gemiddelde temperatuur van het
oceaanoppervlak. Watermoleculen die de zwaardere O-18 bevatten, verdampen bij een hogere temperatuur dan watermoleculen die de normale
zuurstof-16-isotoop bevatten. De verhouding tussen O-18 en O-16 zal hoger zijn naarmate de temperatuur stijgt, maar hangt ook af van factoren
zoals het zoutgehalte van het water en de hoeveelheid water die in de ijskappen zit opgesloten. Er zijn verschillende cycli in isotopenverhoudingen
gedetecteerd. |
- Er is stuifmeel waargenomen in de ijskernen en kan worden gebruikt om te begrijpen welke planten aanwezig waren toen de laag zich vormde.
Stuifmeel wordt in overvloed geproduceerd en de verspreiding ervan is doorgaans goed bekend. Een pollentelling voor een specifieke laag kan
worden geproduceerd door de totale hoeveelheid pollen te observeren, gecategoriseerd op vorm in een gecontroleerd monster van die laag.
Veranderingen in de plantfrequentie in de loop van de tijd kunnen in kaart worden gebracht door middel van statistische analyse van het aantal
pollen in de kern. Weten welke planten aanwezig waren, leidt tot inzicht in de neerslag en temperatuur, en de aanwezige soorten fauna.
Palynologie omvat de studie van stuifmeel voor deze doeleinden. |
- Vulkanische as zit in sommige lagen en kan worden gebruikt om het tijdstip van vorming van de laag vast te stellen. Vulkanische gebeurtenissen
verspreiden as met een unieke reeks eigenschappen (vorm en kleur van deeltjes, chemische signatuur). Het vaststellen van de bron van de as zal
een tijdsperiode opleveren om zich te associëren met de ijslaag. |
| |
| Dendroklimatologie |
| Klimaatinformatie kan worden verkregen door inzicht te krijgen in veranderingen in de boomgroei. Over het algemeen reageren bomen op veranderingen in klimaatvariabelen door de groei te versnellen of te vertragen, wat op zijn beurt doorgaans wordt weerspiegeld door een grotere of kleinere dikte van de jaarringen. Verschillende soorten reageren echter op verschillende manieren op veranderingen in klimaatvariabelen. Een boomringregistratie wordt tot stand gebracht door informatie te verzamelen over vele levende bomen in een specifiek gebied. Dit wordt gedaan door het aantal, de dikte, de ringgrenzen en de patroonaanpassing van boomgroeiringen te vergelijken. |
| |
| De verschillen in dikte die zichtbaar zijn in de jaarringen van bomen kunnen vaak een indicatie zijn van de kwaliteit van de omstandigheden in de omgeving en van de beoordeelde geschiktheid van de boomsoort. Verschillende boomsoorten zullen verschillende groeireacties vertonen op de veranderingen in het klimaat. Een evaluatie van meerdere bomen binnen dezelfde soort, samen met één van bomen van verschillende soorten, zal een nauwkeurigere analyse mogelijk maken van de veranderende variabelen binnen het klimaat en hoe deze de omringende soorten beïnvloedden. |
| |
| Ouder, intact hout dat aan verval is ontsnapt, kan de tijd die door het record wordt bestreken verlengen door de veranderingen in de ringdiepte af te stemmen op hedendaagse exemplaren. Door deze methode te gebruiken, beschikken sommige gebieden over boomringgegevens die een paar duizend jaar teruggaan. Ouder hout dat geen verband houdt met een hedendaags document, kan over het algemeen worden gedateerd met radiokoolstoftechnieken. Een boomringrecord kan worden gebruikt om informatie te produceren over neerslag, temperatuur, hydrologie en brand die betrekking heeft op een bepaald gebied. |
| |
| Sedimentaire inhoud |
| Op een langere tijdschaal moeten geologen voor gegevens naar de sedimentaire gegevens verwijzen |
| |
- Sedimenten, soms verhard tot gesteente, kunnen overblijfselen bevatten van bewaarde vegetatie, dieren, plankton of stuifmeel, die kenmerkend
kunnen zijn voor bepaalde klimaatzones. |
| - Biomarkermoleculen zoals de alkenonen kunnen informatie opleveren over hun vormingstemperatuur. |
- Chemische kenmerken, met name de Mg/Ca-verhouding van calciet in Foraminifera-tests, kunnen worden gebruikt om de temperatuur in het
verleden te reconstrueren |
- Isotopische verhoudingen kunnen verdere informatie verschaffen. Concreet reageert het Zuurstof-O18 op veranderingen in temperatuur
en ijsvolume, en het Carbon-C13 weerspiegelt een reeks factoren, die vaak moeilijk te ontwarren zijn. |
| |
| Op een langere tijdschaal kunnen de gesteentegegevens tekenen van zeespiegelstijging en -daling vertonen, en kunnen kenmerken zoals versteende zandduinen worden geïdentificeerd. Wetenschappers kunnen inzicht krijgen in het langetermijnklimaat door sedimentair gesteente te bestuderen dat miljarden jaren teruggaat. De verdeling van de geschiedenis van de aarde in afzonderlijke perioden is grotendeels gebaseerd op zichtbare veranderingen in sedimentaire gesteentelagen die grote veranderingen in de omstandigheden afbakenen. Vaak gaan ze gepaard met grote klimaatveranderingen. |
| |
| Sclerochronologie |
| Koraalringen vertonen soortgelijke bewijzen van groei als die van bomen, en kunnen dus op vergelijkbare manieren worden gedateerd. Een belangrijk verschil is hun omgeving en de omstandigheden waarin ze reageren. Voorbeelden van deze omstandigheden voor koraal zijn onder meer de watertemperatuur, de instroom van zoet water, veranderingen in de pH en golfverstoringen. Van daaruit kan gespecialiseerde apparatuur, zoals het Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR)-instrument, worden gebruikt om de temperatuur van het zeeoppervlak en het zoutgehalte van het water van de afgelopen eeuwen af te leiden. De Zuurstof O18 van koraalrode algen biedt een bruikbare indicatie van de gecombineerde temperatuur van het zeeoppervlak en het zoutgehalte van het zeeoppervlak op hoge breedtegraden en in de tropen, waar veel traditionele technieken beperkt zijn. |
| |
| Landschappen en landvormen |
Binnen de klimatologische geomorfologie is één benadering het bestuderen van relictachtige landvormen om oude klimaten af te leiden.
Vaak bezorgd zijn over de klimatologische geomorfologie uit het verleden wordt soms beschouwd als een onderwerp van de historische geologie. Bewijs van deze te bestuderen klimaten uit het verleden kan worden gevonden in de landvormen die ze achterlaten. Voorbeelden van deze landvormen zijn landvormen zoals glaciale landvormen (morenen, strepen), woestijnkenmerken (duinen, woestijnverhardingen) en kustlandvormen (zeeterrassen, strandruggen). Klimaatgeomorfologie is van beperkt nut om recente (Kwartair, Holoceen) grote klimaatveranderingen te bestuderen, aangezien deze zelden waarneembaar zijn in de geomorfologische gegevens. |
|
| Timing van proxy's |
Op het gebied van de geochronologie werken wetenschappers eraan om te bepalen hoe oud bepaalde proxy's zijn. Voor recente proxy-archieven
van boomringen en koralen kunnen de individuele jaarringen worden geteld en kan een exact jaar worden bepaald. Radiometrische datering maakt gebruik van de eigenschappen van radioactieve elementen in proxy's. In ouder materiaal zal meer radioactief materiaal vervallen zijn en zal de verhouding van verschillende elementen anders zijn dan bij nieuwere proxy's. Een voorbeeld van radiometrische datering is radiokoolstofdatering. In de lucht zetten kosmische straling voortdurend stikstof om in een specifieke radioactieve koolstofisotoop, C14. Wanneer planten deze koolstof vervolgens gebruiken om te groeien, wordt deze isotoop niet meer aangevuld en begint hij te rotten. Het aandeel 'normale' koolstof en koolstof-14 geeft informatie over hoe lang het plantmateriaal niet in contact is geweest met de atmosfeer. |
|
|
|
|
|
|
|
