VUB-wetenschapper ontrafelt astronomische cycli van 450 miljoen jaar geleden met ongekende precisie

Nieuwe methode brengt vroegere klimaatveranderingen beter in kaart en kan zo ook huidige voorspellingen nauwkeuriger maken

Dinsdag 6 oktober 2020 — De kwaliteit van voorspellingen en modellen voor de opwarming van de aarde hangt in grote mate af van hoe goed we vroegere klimaatveranderingen kunnen begrijpen. In zijn doctoraat bestudeerde Matthias Sinnesael (VUB-UGent) astronomische cycli voor de geologische periode van het Ordovicium, zo’n 450 miljoen jaar geleden, toen het klimaat er helemaal anders uitzag. Hij ontwikkelde hiervoor nieuwe methodes in samenwerking met signal processing ingenieurs. Het resultaat zijn tijdsschalen van ongekende precisie, die een beter inzicht mogelijk maken in de oorzaken, timing en duur van klimaatveranderingen gedurende het Ordovicium: “omdat astronomische cycli erg regelmatig van aard zijn, konden we heel precieze geologische tijdschalen reconstrueren die ronduit uniek zijn voor dergelijke oude gesteentes,” zo Sinnesael.

De zon is een belangrijke aandrijver van ons klimaat. De baan en oriëntatie van de aarde ten opzichte van de zon varieert voortdurend op een heel regelmatige manier. Deze natuurlijke variaties, astronomische cycli, bepalen de intensiteit en de verdeling van de instraling van het zonlicht op aarde en zijn daarmee over langere perioden gezien in belangrijke mate verantwoordelijk voor variaties in het klimaat. Onder leiding van prof Philippe Claeys van de VUB-onderzoeksgroep Analytical, Environmental and Geo-Chemistry (AMGC) bestudeerde Matthias Sinnesael de rol van astronomische cycli op het klimaatsysteem van het Ordovicum.

Het Ordovicum, die de tijd tussen 485 miljoen jaar en 444 miljoen jaar geleden bestrijkt, is extra interessant omdat ze belangrijke informatie bevat over snelle en ingrijpende klimaatsveranderingen. De CO₂-concentraties in de atmosfeer waren vele malen hoger dan vandaag, en er kwam op de continenten zo goed als geen vegetatie voor. Het grootste deel van het ontwikkelde leven vertoefde nog in de oceanen. Vrijwel alle landmassa’s bevonden zich in de zuidelijke hemisfeer en één gigantische oceaan bedekte de noordelijke hemisfeer. Een andere fascinerende eigenschap van het Ordovicium is de evolutie van een zeer warm klimaat naar een zeer koud klimaat dat gekenmerkt werd door ijstijden. Niettemin blijft het in kaart brengen van het klimaat in een dergelijke vroege periode een flinke uitdaging.

Met unieke precisie tijdschalen reconstrueren

Van alle natuurlijke ‘archieven’ die ons toelaten het klimaat van vroeger te bestuderen, zoals bomen, ijs, veenafzettingen, stalagmieten, enz, zijn het enkel de gesteenteafzettingen die het mogelijk maken om vele miljoenen jaren terug in de tijd te gaan. “Omdat we met zulke oude gesteentes werken, moeten we zeer voorzichtig zijn in onze benaderingen. Daarom draait een groot deel van dit werk om volgende cruciale vraag: Hoe kunnen we deze astronomische cycli zo waarheidsgetrouw mogelijk identificeren en reconstrueren?” zo Sinnesael. “Onze studie heeft hiervoor bestaande methodes gebruikt, maar vooral ook nieuwe methodes ontwikkeld.”

Hiervoor werd nauw samengewerkt met de VUB-onderzoeksgroep Fundamental Electricity and Instrumentation (ELEC) onder leiding van prof. Johan Schoukens. Algoritmes, oorspronkelijk ontwikkeld om muzieksignalen te analyseren werden aangepast aan de geologische context.“Fundamenteel bestaan zowel astronomische cycli als muziek uit combinaties van frequenties en amplitudes. We hebben deze interdisciplinaire overeenkomsten gebruikt voor het herkennen en ‘vertalen’ van de geologische data.In samenwerking met de Universidad Pública de Navarra, Pamplona gaan we dit onderzoek nu verder verfijnen.”

Contact

Matthias Sinnesael

[email protected]

0471 654 578

publicaties in samenwerking met de ingenieurs (technische papers):

https://gmd.copernicus.org/articles/9/3517/2016/gmd-9-3517-2016.html

Sinnesael et al. (2018): Spectral Moments in Cyclostratigraphy: Advantages and Disadvantages Compared to More Classic Approaches. Paleoceanography and Paleoclimatology, vol. 33, p. 493-510.https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2017PA003293

publicatie over algemeen methodologie van astronomische cycli:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012825219304179