Pages2K deel 4: Antarctica

In de vorige berichten over de geruchtmakende publicatie van Neukom et al van het consortium PAGES2K liet ik onder andere zien dat de ruimtelijke dekking van het zuidelijk halfrond door proxies mijns inziens volstrekt onvoldoende is om de harde conclusies van het onderzoeksteam te rechtvaardigen. Zie hier, hier en hier.   In dit bericht ga ik dieper in op het gebrek aan ruimtelijke dekking van de door Neukom gebruikte proxies op Antarctica.

Uit de bij de publicatie behorende data is af te leiden dat door Neukom in totaal 9 ijskernproxies op Antarctica zijn gebruikt. Om de temperaturen op Antarctica te reconstrueren maken Neukom et al gebruik van een tweetal typen proxies, namelijk δ18O en Deuterium (δD). Beide zijn stabiele isotopen van respectievelijk zuurstof en waterstof.

Van de 9 door Neukom gebruikte proxiereeksen zijn er 3 te kort om ook de MCA (Middeleeuws optimum) te dekken. De 6 resterende proxies zijn van 4 locaties afkomstig die op onderstaande kaart aangegeven zijn:


Alle vier locaties liggen op het WH: drie proxies (WDC05A, WDC06A, WDC06AdD) komen van 1 locatie op West-Antarctica, een proxy (JRI) komt van James Ross Island  op het puntje van het Antarctisch Schiereiland, en de twee resterende proxies(DML05 en DML06) van Dronning Maud Land . De laatste twee liggen op slechts 117 km van elkaar.  Het gehele continent is ongeveer 14 miljoen km2 groot. Vergelijk dat met de oppervlakte van het continent Europa dat ruim 10 miljoen km2 groot is. Oost-Antarctica vormt ongeveer 2/3 van het totale oppervlak en heeft dus een oppervlakte ter grootte van Europa.

Natuurlijk zijn er veel meer proxyreeksen op Antarctica die lang genoeg zijn om de MCA dekken. Maar door een rigoureuze filtering van de beschikbare datareeksen bleef blijkbaar maar een handjevol over. Lüning et al publiceerden vrijwel tegelijkertijd met Neukom et al een studie getiteld “The Medieval Climate Anomaly in Antarctica” en gebruikten in totaal 60 locaties. Van die 60 locaties liggen er 52 op Antarctica en het Antarctisch Schiereiland.  Een deel van die locaties leverde meerdere proxies.

Bron:  Lüning et al 2019

Op de figuur hierboven ziet u de ligging van de door Lüning et al gebruikte proxylocaties. Met 3 rode pijlen heb ik de door Neukom et al gebruikte proxylocaties aangegeven. DML05 en DML06 liggen zoals reeds vermeld dicht bij elkaar, zodat ze op de kaart van Lüning et al als één locatie (‘32’) weergegeven zijn.

De zes door Neukom et al gebruikte proxies zijn afkomstig van ijskernen. In het tabelletje hieronder zijn ze weergegeven.

Lüning label Neukom label Ligging Proxy Researcher Jaar
JRI Ant_022 James Ross Island dD Mulvaney 2012
DML05 Ant_007 Dronning Maud Land 18O Graf 2000
DML06 Ant_006 Dronning Maud Land 18O Graf 2000
WDC05A Ant_030 WAIS Divide 18O Steig 2013
WDC06A Ant_031 WAIS Divide 18O Steig 2013
WDC06A Ant_031dD WAIS Divide dD Steig 2013

De proxydata heb ik verkregen via de websites van NOAA en EPICA . De door Neukom gebruikte proxydata heb ik vergeleken met de originele. Bij de proxy van James Ross Island bleek dat de data van Neukom vanaf het jaar 1283 AD afweken van de originele. Mogelijk zijn de data van Mulvaney recentelijk bijgesteld. Omdat deze afwijkingen geen grote consequenties hadden heb ik de door Neukom gebruikte dataset als uitgangspunt genomen. Van de zes datasets heb ik grafieken gemaakt:


De y-as van de grafieken geeft de waarden van de proxies δ18O en δD weer, in negatieve ‰.  Voor gebieden buiten de tropen is er is een lineair verband tussen dit promillage en de temperatuur. Dat verband is wel afhankelijk van de locatie. Masson-Delmotte komt voor δ18O op Antarctica op δ18O=0.80T – 8.11.

Omdat de signalen sterk volatiel zijn heb ik voor elke dataset een 51-jarig voortschrijdend gemiddelde toegepast:


De MCA is herkenbaar in de grafieken van DML07A , DML05 en WDC05A. In de grafieken van WDC06A en WDC06AdD is het MCA het laatste stukje van een langdurige warme periode die in de Romeinse tijd begint. De 20e-eeuwse opwarming is in de grafieken van JRI, DML05 en DML07 te zien als een ‘uptick’ van het signaal. Opvallend is dat de recente opwarming in geen van de grafieken boven de natuurlijke variabiliteit uitkomt.

Bron: Masson-Delmotte

In bovenstaande grafiek is de correlatie tussen δD (‰) en  δ18O (‰) weergegeven. Van de locatie WDC06A zijn uit 1 ijskern  zowel een δ18O proxy als een δD proxy betrokken. Beide grafieken vertonen logischerwijze een nagenoeg gelijk verloop. Ik berekende een correlatiecoëfficiënt tussen beide reeksen van 1-2005 AD van 0,995289, beide reeksen zijn nagenoeg identiek. Waarom Neukom toch beide proxies opvoert heeft is daarom onduidelijk. WDC05A en WDC06A/dD liggen bovendien beide op dezelfde locatie.

Neukom et al hadden als een van de voorwaarden bij de filtering van de proxies dat er sprake moest zijn van jaarlijkse data en dat er geen gaten in de reeks zouden zijn. De reeks van James Ross Island vormt daarop een uitzondering: in de periode van 1-1110 AD ontbreken 449 jaarcijfers, bijna de helft van het aantal jaren.  Deze zijn ingevuld door gemiddelden te berekenen van de twee aangrenzende data.  Waarom Neukom et al voor James Ross Island een uitzondering maken is niet duidelijk.

In het algemeen wordt er van uitgegaan dat de betrouwbaarheid van de stabiele isotopen δD en  δ18O als proxy voor temperatuurreconstructies hoog is. Uit recente publicaties echter blijkt dat daar wel wat op af te dingen valt. Zo merkte Klein in een publicatie uit 2018 op dat de correlatie tussen  δ18O en de temperatuur relatief klein is en een sterke ruimtelijke heterogeniteit laat zien. Ook veranderingen door de jaren heen zonder aanwijsbare oorzaak worden gemeld.  Münch et al (2016) vonden in Dronning Maud Land een verrassend hoge horizontale isotopische variabiliteit, veroorzaakt door wat genoemd wordt ‘lokale stratigrafische ruis’.  Dat betekent dat isotoopreeksen van individuele ijskernen met voorzichtigheid worden behandeld met betrekking tot temperatuurreconstructies.

Om wat dat laatste betreft de proef op de som te nemen heb ik de twee door Neukom gebruikte proxyreeksen van Dronning Maud Land met elkaar vergeleken. De proxylocaties van Ant_006 (DML07) en Ant_007 (DML05) liggen hemelsbreed  slechts 117 km uit elkaar. Ik berekende tussen de proxyreeksen van Ant_006 en Ant_007 over de periode 1000-1997 AD een correlatiecoëfficiënt van 0,080976. Dit zijn beide proxyreeksen vanaf 1000 AD:


In Oost-Antarctica is er het probleem dat vanwege de extreem lage neerslag zich na depositie processen voordoen die van invloed zijn op de isotoopwaarden. Ook de zeer lage signaal/ruis verhouding in dit gebied levert problemen op.  Genoemde problemen zijn aan te pakken door in plaats van individuele proxyreeksen te werken met regionale reeksen bestaande uit een combinatie van meerdere proxies.

Dat laatste hebben Stenni et al gedaan in een publicatie van PAGES2K in 2017, genaamd “Antarctic climate variability on regional and continental scales over the last 2000 years”. Met behulp van een database van 112 proxyreeksen van stabiele isotopen uit ijskernen op Antarctica  (afkomstig uit de PAGES2K database) hebben Stenni et al reconstructies gemaakt van de temperatuur van 7 onderscheiden regio’s in de afgelopen 2000 jaar. In de figuur hieronder ziet u voor elke onderscheiden regio het 10-jarig ongewogen gemiddelde van de betreffende proxies:

Bron: supplement Stenni et al 2017

Van DML coast is de tijdreeks te kort om de temperatuur van de MCA te reconstrueren.  De trend van de overige 6 regio’s is negatief, zoals uit de grafieken af te lezen is. Van deze regio’s tonen de meeste een MCA en LIA, maar niet overal duidelijk en niet synchroon. 4 regio’s tonen een uptick in de recente decennia, maar deze vallen -op het Antarctisch Schiereiland na- binnen de natuurlijke variabiliteit. Die bijzondere positie van het Antarctisch Schiereiland heeft te maken met de uitzonderlijke geografische ligging van het schiereiland ( buiten de poolcirkel en omgeven door oceaanwater) waardoor de temperatuurreconstructies aldaar niet representatief zijn voor de rest van Antartica.

Stenni et al schrijven: “Since 1900 CE, significant warming trends are identified for the West Antarctic Ice Sheet, the Dronning Maud Land coast and the Antarctic Peninsula regions, and these trends are robust across the distribution of records that contribute to the unweighted isotopic composites and also significant in the weighted temperature reconstructions. Only for the Antarctic Peninsula is this most recent century-scale trend unusual in the context of natural variability over the last 2000 years.

Het is geen sinicure om van de verspreid liggende proxies regionale temperatuurreconstructies te maken: metingen op Antarctica zijn recent, bovendien ontbreekt bij de meeste proxylocaties een weerstation.  Ook is temperatuurreconstructie met behulp van de bovenste meter sneeuw lastig vanwege de losse samenhang van de sneeuwlaag. Gevolg is dat er voor veel sites geen overlap is tussen meet- en proxygegevens. Voor de regionale temperatuurreconstructies gebruiken Stenni et al daarom recente temperatuurreconstructies ERA Interim die de periode 1979-2013 bestrijkt (Dee et al 2011) en NB2014 die de periode 1958-2012 bestrijkt (Nicolas et al  2014).

Voor wat betreft de MCA kan gesteld worden dat in de paper van Stenni et al Victorialand/Ross Sea en Wilkes Land Coast een middeleeuwse opwarming tonen, maar niet synchroon.  In WAIS en (East Arctic) Plateau is er sprake van een vroeg middeleeuwse opwarming die tot in de late middeleeuwen doorloopt. Victorialand/Ross Sea, Wilkes Land Coast en Plateau vertonen afkoeling tussen 1500 en 1900 (LIA) maar ook deze verloopt niet synchroon.

Tot slot een grafiek die de temperatuurreconstructies laat zien van 167-2010 AD op Oost-Antarctica, West-Antarctica en geheel Antarctica. Let op de aflopende trend.

Bron: Stenni

Conclusies:

Neukom et al hebben voor Antarctica gebruik gemaakt van slechts 5 verschillende proxyreeksen. Die proxyreeksen zijn afkomstig van 3 locaties: James Ross Island, Dronning Maud Land en WAIS Divide. Vanwege de ligging van James Ross Island in het noordelijke puntje van het Antarctisch Schiereiland is de proxy niet representatief voor Antarctica.

Alleen al het zeer geringe aantal proxies en de ongelijkmatige spreiding maken het volstrekt ongeloofwaardig dat Neukom et al daarmee valide uitspraken kunnen doen over de temperatuurontwikkeling op Antarctica in de afgelopen 2000 jaar en dat er bijgevolg geen uitspraken gedaan kunnen worden over de temperatuurontwikkeling op wereldschaal.

De publicatie van Stenni et al toont aan dat de regionale verschillen op Antarctica groot zijn.  Dat geldt echter niet alleen voor het al of niet voorkomen van een synchroon MCA- en LIA-signaal maar ook voor de recente 20e-eeuwse opwarming, die in deel van de regio’s afwezig is.

In een volgend bericht meer over die regionale verschillen aan de hand van de recente publicatie van Lüning et al (2019).