Reconstructing past atmospheric CO2 levels to better understand climate change

~~~ for dutch scroll down ~~~

Direct measurements of air bubbles trapped in ice, deposited in the last million years, show that the concentration of atmospheric carbon dioxide (CO₂) has a striking relationship with temperature on Earth. Beyond that one-million-year record, long-scale CO₂ reconstructions are made on the basis of proxies, i.e. physically preserved material which reflect an environmental parameter. Despite tremendous strides over the past several decades, it remains difficult to accurately reconstruct long-scale CO₂.

Caitlyn Witkowski's research develops and applies a new approach to an established CO₂ proxy, the stable carbon isotopic composition (δ¹³C) of organic compounds characteristic of algae. As opposed to the more commonly used species-specific compound, here she instead explores a new suite of organic compounds derived from all algal species. She shows in two modern environmental transects across high CO₂ gradients that this is indeed possible and then applies these general organic compounds to three different time periods: the past ~200 thousand years, the past 17 million years, and the past 500 million years. This newly developed proxy based on general algal biomarkers shows promise, both geographically (location) and geologically (time), as the longest spanning CO₂ record to date.

Read more about Waitkowski's research on this newspage about her publication in Science Advances on November 28th, 2018.

CO₂-concentraties van het verleden reconstrueren om klimaatverandering beter te begrijpen

NESSC-onderzoeker Caitlyn Witkowski (NIOZ) ontwikkelde voor haar PhD-onderzoek een nieuwe methode om concentraties van koolstofdioxide (CO₂) in het verleden te reconstrueren. Klimaatwetenschappers bestuderen de geschiedenis van de aarde om beter te begrijpen hoe gevoelig het klimaat is voor de steeds verder toenemende CO₂ concentraties. Echter, het is lastig om voor heel lange tijdschalen de hoeveelheid CO₂ vast te stellen. Witkowski ontwikkelde een nieuwe methode op basis van restanten van mariene algensoorten waarmee zij een 500 miljoen jaar lange reconstructie van CO₂-concentraties wist samen te stellen – nog niet eerder werd de klimaatgeschiedenis van de aarde tot zo ver in het verleden blootgelegd. Witkowski verdedigt haar proefschrift op vrijdag 17 januari 2020 aan de Universiteit Utrecht.

Metingen aan luchtbellen die in ijs zaten opgesloten laten zien dat CO₂ de temperatuur op aarde beïnvloedt. Reconstructies van CO₂-concentraties van nog langer geleden worden door wetenschappers samengesteld op basis van proxies: bewaarde materialen uit het verleden waarmee omgevingsfactoren en temperatuur kunnen worden gereconstrueerd. Ondanks de vele ontwikkelingen afgelopen decennia in dit onderzoeksveld is het moeilijk gebleken om de CO₂-concentraties ouder dan een miljoen jaar te reconstrueren.

Record
Witkowski ontwikkelde tijdens haar PhD-onderzoek een nieuwe methode voor een al bestaande CO₂-proxy, de koolstof isotoopcompositie (δ¹³C) van stoffen die in algen voorkomen. Ze toetste deze methode op twee plekken die een hoge CO₂-gradient hebben en paste de methode toe om voor drie verschillende tijdsperiodes een reconstructie maken: de afgelopen 200 duizend jaar, 17 miljoen jaar en 500 miljoen jaar. Deze proxy, gebaseerd op algemeen voorkomende biomarkers in algen, is veelbelovend, zowel geografisch (locatie) en geologisch (tijd), en heeft recordperiode van 500 miljoen jaar aan klimaatgeschiedenis blootgelegd.