P4110747uitsn-levend-versch-1500-x-220.jpg

College van de maand: Een windvoorspelling van 10.000 jaar geleden

Van een zacht zomers briesje tot een fikse sneeuwstorm, de wind speelt een belangrijke rol in het klimaat op Aarde. Het verschil in luchtdruk tussen de equator en de polen creëert een wereldwijd atmosferisch circulatiesysteem en zorgt ervoor dat warmte en vocht over de Aarde verdeeld worden. Maar terwijl de wind zo bepalend is voor ons dagelijks leven, laat het maar weinig fysieke sporen na die we terug kunnen vinden in het geologisch archief. Hierdoor is het voor wetenschappers erg lastig om windsystemen in het verleden te reconstrueren. Terwijl het achterhalen hiervan belangrijk is om de natuurlijke variatie te begrijpen en voorspellingen te kunnen maken over de toekomst.

Afb. 1. De locatie van de Westenwindgordel rondom Antarctica met de Antarctische circumpolaire stroom (ACC) en de onderzoekslocatie op Zuid-Georgia aangegeven met de rode stip. Aangepast van Zwier et al. 2021.

In een nieuw wetenschappelijk artikel vertellen mijn medeonderzoekers en ik over een unieke directe methode die we hebben gebruikt om het windsysteem over de Zuidelijke Oceaan te reconstrueren over de laatste 10.000 jaar. We doen dit aan de hand van de instroming (influx) van stuifmeel dat met de wind vanaf Zuid-Amerika naar Zuid-Georgia wordt getransporteerd (afb 1), een afgelegen eiland zo’n 1700 km ten oosten van Patagonië waarover ik eerder een college van de maand schreef. Over de Zuidelijke Oceaan waait de zuidelijke westenwindgordel, vergelijkbaar met de westenwinden die domineren in Nederland. Uniek voor het zuidelijk halfrond is dat er nagenoeg geen landmassa aanwezig is. De westenwind ondervindt weinig barrières en bouwt daardoor hoge snelheid op. Die eigenschappen zorgen ervoor dat de westenwind niet alleen belangrijk is voor regionale temperatuur- en neerslagvariaties, maar ook grote invloed heeft op het globale klimaatsysteem.

De westenwind vormt als het ware een barrière rondom Antarctica, waardoor warme lucht niet tot de zuidpool kan doordringen en de enorme ijskap beschermt blijft van hogere temperaturen. Daarnaast wordt door het continue waaien over de Zuidelijke Oceaan ook de oceaancirculatie aangedreven: de Antarctische circumpolaire stroom, in volume de grootste zeestroom op aarde. Dit zorgt ervoor dat ook warme watermassa’s niet tot de ijskappen reiken, maar nog veel belangrijker: de wind beïnvloed de capaciteit van de Zuidelijke Oceaan om CO2 uit de atmosfeer op te kunnen nemen. Sinds de industriële revolutie is de Zuidelijke Oceaan goed voor ongeveer 40% van de wereldwijde oceanische opname van antropogeen koolstof. Maar veranderingen in het windsysteem kunnen ervoor zorgen dat de oceaan juist een bron van CO2 wordt. De grote vraag is daarom hoe het systeem zich op lange termijn zal gedragen met de huidige klimaatverandering.

Wat onderzoekers helpt is de natuurlijke variabiliteit van het systeem te begrijpen en daarvoor is het nodig uit te zoeken hoe het systeem zich in het verleden heeft gedragen. Over tientallen tot duizenden jaren heeft de zuidelijke westenwindgordel gevarieerd in kracht en ligging; de laatste jaren neemt de westenwind bijvoorbeeld in kracht toe en ligt de kern van de gordel zuidelijker. Maar achterhalen hoe dit duizenden jaren terug is gegaan is lastig. Vaak wordt een indirecte methode gebruikt die ervanuit gaat dat neerslag samenhangt met de snelheid en positie van de windgordel. Paleoneerslag kan afgeleid worden van bijvoorbeeld veranderingen in eigenschappen van ijslagen, isotopen samenstelling, of dominante vegetatie. In onze nieuwe studie gebruikten we stuifmeel als een unieke directe manier om de wind te reconstrueren.

Stuifmeel gedraagt zich als minuscule stofdeeltjes door de lucht en kan over enorme afstanden worden meegedragen. Hoe harder de wint waait, hoe verder het stuifmeel getransporteerd wordt. 

Afb. 2. Een van de vele meren op Zuid-Georgia. Het meer waaruit voor het onderzoek sedimenten zijn gehaald ligt in de achtergrond.
Foto: Jostein Bakke.

Uiteindelijk regent het stuifmeel uit en belandt onder andere in lacustriene sedimenten (afzettingen op de bodem van een meer) op de afgezonderde sub-Antarctische eilanden, zoals onze onderzoek locatie op Zuid-Georgia (afb 2 en 3).

Afb. 3. De sedimentkern die gebruikt is voor dit onderzoek, de gaatjes geven de locaties aan waaruit monsters zijn genomen voor sediment en stuifmeelanalyse. Foto: Maaike Zwier.

Omdat daar maar weinig plantensoorten voorkomen is het makkelijk te onderscheiden welke stuifmeelkorrels van inheemse soorten komen, en welke van Zuid-Amerikaanse. Variatie in de influx van deze exoten gebruikten we als mate van windkracht.

Uit het onderzoek blijkt dat de westenwind over de afgelopen 10.000 jaar geleidelijk in kracht is toegenomen en piekte rond 2800 tot 1500 jaar geleden (afb 4). Samen met een vegetatie- en klimaatreconstructie van Zuid-Georgia zelf (afb 4 – inheemse soorten) kunnen we de veranderingen in wind regime verbinden aan veranderingen in het lokale klimaat. Perioden met krachtigere wind lijken samen te vallen met koudere temperaturen op het eiland. Deze veranderingen lijken ook consistent te zijn met bevindingen uit studies in Patagonië en de zuid-Atlantische regio.

Afb. 4. Stuifmeeldiagram die de totale influx van exotische stuifmeelkorrels laat zien en de specifieke soorten. Veranderingen in het relatieve voorkomen van inheemse soorten zijn gebruikt om een reconstructie te maken van de lokale klimaatgeschiedenis op Zuid-Georgia. Aangepast van Zwier et al. 2021.

De huidige bevindingen dragen bij aan het begrip van zowel de ruimtelijke als tijdelijke variabiliteit van de windgordel en het klimaatsysteem in een nog weinig bestudeerde regio. De minuscule stuifmeelkorrels bieden een veelbelovende manier om een groot windsysteem in het verleden te traceren. Een volgende uitdaging is om uit te zoeken wat de drijvende krachten zijn achter de veranderingen die we zien. Daarvoor zal nog veel meer onderzoek gedaan moeten worden.

Referentie
  • Zwier, M., Bilt, W. G. van der, Stigter, H. de, & Bjune, A. E. (2021). Pollen evidence of variations in Holocene climate and Southern Hemisphere Westerly Wind strength on sub-Antarctic South Georgia: The Holocene, 095968362110604. https://doi.org/10.1177/09596836211060495