S some Recent Developments in Paleoclimatology
Vóór 1970 richtte veel paleoklimatologisch onderzoek zich voornamelijk op klimaatreconstructies die beschreven wat er was gebeurd, met studies waarbij een verscheidenheid aan verschillende soorten proxy-gegevens werd gebruikt (Wendland, 1991). Radiometrische dateringstechnieken, zoals radiokoolstof en kalium-argon datering, boden een kwantitatieve manier om klimaatveranderingen in het verleden te dateren. Het paleoklimatologisch onderzoek werd gestimuleerd door de oprichting van talrijke onderzoekscentra die zich specialiseerden in bepaalde proxy-gegevens en dateringsmethoden. Zo kwam de dendroklimatologie, de studie van boomringen, in een stroomversnelling na de oprichting van het Laboratorium voor onderzoek naar boomringen aan de Universiteit van Arizona in de VS in 1937. Soortgelijke dendroklimatologische laboratoria werden later opgericht aan de Columbia University in New York, de University of Arkansas, de Climatic Research Unit, University of East Anglia, Verenigd Koninkrijk, en het Zwitserse Federale Instituut voor Bos-, Sneeuw-, en Landschapsonderzoek, Zwitserland, om er maar enkele te noemen. Er zijn ook onderzoekscentra ontstaan die zich richten op andere proxy’s zoals palynologie, waaronder de Universiteit van Minnesota in de Verenigde Staten, de Universiteit van Cambridge in Engeland, de Universiteit van Lund in Zweden, de Universiteit van Bern in Zwitserland, en de Russische Academie van Wetenschappen, Instituut voor Geografie in Moskou. Ook ontstonden er vooraanstaande centra voor paleoceanografisch onderzoek van het Kwartair, waarvan enkele opmerkelijke centra gevestigd zijn aan de Universiteit van Cambridge, de Brown University en de Columbia University. Naarmate de tijd vorderde, werden verbeteringen en nieuwe technieken voor gegevensanalyse ontwikkeld in vooraanstaande onderzoekscentra zoals het Quaternary Research Center in de Verenigde Staten en het Xian Laboratory of Loess and Quaternary Geology van de Chinese Academie van Wetenschappen. Nieuw opgeleide academici die aan deze onderzoekscentra afstudeerden, begonnen hun eigen onderzoekscentra en bouwden paleoklimatologische databanken op.
Vanaf het begin van de jaren zeventig stimuleerde de ontwikkeling van supersnelle computers een nieuw soort paleoklimatologie die zich specialiseert in het analyseren van grote paleoklimatologische datasets (Wright en Bartlein, 1993). Sommige interpretatie-instrumenten in paleoklimatologische analyses zijn kwalitatief van aard, hetgeen tot op de dag van vandaag voortduurt en analyses kan inhouden van lokale tot hemisferische schalen (Figuur 1). Eerdere kwantitatieve studies pasten elementaire overdrachtsfuncties toe om proxy-variabelen om te zetten in klimaatvariabelen, waarbij ook moderne klimaatgegevens moesten worden gekalibreerd met moderne milieugegevens. De moderne relaties werden toegepast op fossiele milieugegevens om het klimaat in het verleden kwantitatief te reconstrueren (Webb en Bryson, 1972). Naarmate de datasets groeiden, nam ook de verfijning toe van de kwantitatieve interpretatie-instrumenten voor het analyseren van grootschalige paleoklimatologische datasets (Mann et al., 1998; Prentice et al., 1991). Zo is de onlangs samengestelde Noord-Amerikaanse droogteatlas, die geografische kaarten van de ernst van de droogte per jaar verschaft, gebaseerd op een geografisch netwerk van 835 boomring-sites (figuur 3; Cook en Krusic, 2004). Veel netwerken van paleoklimatologische gegevens zijn nu beschikbaar via het World Data Center-A for Paleoclimatology (WDC-A) in Boulder, CO (Webb et al., 1994), en andere spiegelsites over de hele wereld in Johannesburg in Zuid-Afrika, Lanzhou in China, Mendoza in Argentinië, Nairobi in Kenia, en Pune in India (Eakin et al., 2003). Deze datanetwerken variëren van regionale tot mondiale schaal, met als voorbeelden de International Tree Ring Database (Grissino-Mayer en Fritts, 1997) en de Global Pollen Database.
De computerrevolutie heeft ook een paleoklimatologisch perspectief geschapen voor het omgaan met GCM’s. Deze modellen zijn vergelijkbaar met die welke worden gebruikt bij dagelijkse weersvoorspellingen, maar in plaats daarvan worden de principes toegepast om grootschalige klimaatpatronen uit het verleden te simuleren. Eerdere pogingen waren vooral gericht op de atmosfeer, maar paleoklimatologische modellering heeft zich ontwikkeld tot een koppeling van atmosferische modellen met gedetailleerde terugkoppelingen naar processen in de biosfeer, lithosfeer en hydrosfeer (Kohfeld en Harrison, 2000; Kutzbach et al., 1998). Er is veel aandacht besteed aan de terugkoppelingen tussen oceaan en atmosfeer. Met behulp van GCM’s zijn paleoklimaten gesimuleerd van enkele honderden tot miljoenen jaren geleden (Kutzbach, 1992), alsmede geselecteerde tijdsbestekken en verschijnselen die in het verleden van belang waren (LeGrande et al., 2006; Seager et al., 2005). In tegenstelling tot paleoklimatologische proxy-gegevens, die onafhankelijk reconstrueren “wat er gebeurd is” (figuur 1), verklaren ACM’s “waarom dingen gebeurd zijn” en vormen zij dus een uiterst nuttig instrument voor paleoklimatologen om hypothesen betreffende de oorzaken van klimaatveranderingen te testen door simulatieresultaten te vergelijken met die welke uit proxy-gegevens zijn afgeleid (Harrison en Prentice, 2003; Mahowald et al., 1999). In de afgelopen twee decennia zijn veel verschillende paleoklimatologische modelleringsgroepen ontstaan en nog steeds actief; enkele daarvan zijn onder meer het National Center for Atmospheric Research in Boulder, CO, het Hadley Centre in het Verenigd Koninkrijk, het Canadese Centre for Climate Modeling and Analysis, het Max-Planck Instituut voor Meteorologie van de Universiteit van Bremen, het Laboratoire de Météorologie Dynamique in Frankrijk, en het Goddard Institute of Space Studies in Maryland, VS.
De toegenomen resolutie van dateringstechnieken en de groeiende hoeveelheid paleoklimatologisch bewijsmateriaal, met name uit ijskernen en mariene sedimenten uit het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan, wijzen erop dat zich in het verre verleden abrupte klimaatveranderingen hebben voorgedaan op decadaal-centennialange schaal, die qua omvang en karakter veel verschillen van die welke in de moderne instrumentele gegevens zijn waargenomen (Clark et al, 1999; Labeyrie et al., 2003; Overpeck, 1996). Deze veranderingen zijn belangrijk voor de samenleving, want we weten nu dat dergelijke abrupte klimaatveranderingen zich binnen één mensenleven kunnen voordoen. Paleoklimatologische registraties zijn dus de enige manier om te testen of onze voorspellingsmodellen dergelijke toekomstige veranderingen kunnen simuleren. Er zijn modelpogingen ondernomen om de oorzaken en de aard van deze abrupte veranderingen te simuleren. Deze modelruns stellen wetenschappers in staat om gedetailleerde data-model vergelijkingen uit te voeren op hemisferische en mondiale schaal (Clark et al., 2002). Tot op heden zijn de meeste modelstudies over deze gebeurtenissen echter nog steeds gericht op het uitvoeren van gevoeligheidstests om potentiële forcerende mechanismen te beoordelen. We staan nog maar aan het begin van het documenteren en begrijpen van de controlemechanismen en oorzaken van deze abrupte veranderingen, en dergelijke vragen zullen de komende jaren belangrijk blijven voor de paleoklimatologische gemeenschap.