Fald i atmosfærisk kuldioxid nøglen til gammel klimaovergang

Et fald i atmosfæriske kuldioxidniveauer (CO2) førte til et fundamentalt skift i adfærden i Jordens klimasystem for omkring en million år siden, ifølge ny forskning ledet af University of Southampton.

Et team af internationale forskere brugte nye geokemiske målinger, kombineret med en model af 'Jordsystemet', at vise, at kontinentale indlandsisers vækst og ændrede karakter, for cirka en million år siden, faldt sammen med en kaskade af hændelser, der i sidste ende sænkede atmosfærisk CO2 i istiden - perioder, hvor Jorden oplevede ekstrem kulde.

Forskerne har vist, at denne ændring var nøglen til at udløse det, der er kendt som Mid-Pleistocene Transition (MPT), der varede omkring 400, 000 år. MPT havde langvarige virkninger på den frekvens, hvormed Jorden skiftede mellem perioder med varmt og koldt klima, ('istidens cykler').

Resultaterne af undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .

I meget af de sidste tre millioner år cyklede Jordens klima naturligvis hver 40, 000 år fra iskolde istiders intervaller, hvor kontinental is dækkede store dele af Nordamerika og Europa, til varme interglaciale klimaer som den førindustrielle periode, da Europa og Nordamerika stort set var isfrie.

Disse istidskredsløb, også kendt som Milankovitch Cycles efter den serbiske matematiker, der opdagede dem, stimuleres af regelmæssige ændringer i den måde, Jorden kredser om solen og drejer på sin akse, forårsaget af tyngdekraften fra de andre planeter i vores solsystem. For omkring en million år siden, under MPT, cyklussens periode ændrede sig pludselig til hver 100, 000 år. Imidlertid, denne overgang ledsages ikke af en ændring i arten af ​​kredsløbscyklusser og repræsenterer derfor en betydelig udfordring for Milankovitch -teorien for at forklare istidens cyklusser.

Dr. Tom Chalk, en postdoktor ved University of Southampton, der i fællesskab ledede undersøgelsen, forklarer:"Vi kender fra bobler i den gamle atmosfære fanget i antarktiske iskerner, at ændringer i atmosfærisk CO2 ledsagede de nyere istidscyklusser. CO2 var lav, når det var koldt under glacialerne, og det var højere i løbet af istiden varme interglacials - på denne måde fungerede det som en central forstærker for det relativt lille klima, der tvang fra kredsløbets cyklusser. Desværre, iskerneposterne strækker sig kun tilbage til omkring 800, 000 år siden, og gå derfor ikke over dette centrale overgangsinterval. For bedre at forstå årsagen til MPT, vi havde brug for en måde at rekonstruere CO2 længere tilbage i tiden. "

At gøre dette, holdet brugte en teknik baseret på den borisotopiske sammensætning af skallerne fra gamle marine fossiler kaldet 'foraminifera'. Disse er små marine plankton, der lever nær havoverfladen, og den kemiske sammensætning af deres mikroskopiske skaller registrerer miljøforholdene på den tid, da de levede, millioner af år siden.

Professor Gavin Foster, fra University of Southampton, fortsætter:"Fra disse borisotopmålinger kunne vi genoprette et øjebliksbillede af variationen i atmosfærisk CO2 for omkring 1,1 millioner år siden. Vi var i stand til at vise, for første gang, at ligesom i iskernens rekord, CO2 og klima varierede i takt. Der var imidlertid to hovedforskelle:For det første under glacialerne før MPT, CO2 faldt ikke så lavt som i iskernerekorden efter MPT, resterende omkring 20-40 dele pr. million (ppm) højere. For det andet, klimasystemet var også mere følsomt over for ændring af CO2 efter MPT end tidligere. "

Jordens klimasystem er meget komplekst, og de forskellige sammenhænge mellem dets mange processer og tilbagemeldinger forstås bedst inden for en beregningsmodelleringsramme. Dr. Mathis Hain, en NERC Independent Research Fellow ved University of Southampton, tilføjede:"For at fastslå, hvorfor glacial lagret CO2 faldt med 20-40 ppm på tværs af MPT, brugte vi en biogeokemisk model. Vores bedste model, der passer til de tilgængelige data, tyder på, at den reducerede CO2-nedtrapning i istiden før MPT var på grund af en reduceret støvstrøm til det sydlige hav på dette tidspunkt. En højere støvstrøm under nyere istid bragte tiltrængt jern til den region, stimulering af primær produktivitet og vækst af fytoplankton, låser mere CO2 væk i det dybe hav. Vi ved endnu ikke præcist, hvorfor klimaet blev støvere efter MPT, men det skyldes sandsynligvis, at iskapper bliver større og ændrer atmosfærisk cirkulation. "

I løbet af de sidste 20 år har der været mange forskellige ideer til at forklare denne vigtige klimaovergang, nogle har opfordret til ændringer i iskapperne selv, andre om atmosfærisk CO2 -ændring. Hvad teamets nye data og modellering viser, er, at det, der skete i virkeligheden, var en blanding af begge typer ideer - klimaet og indlandsiserne blev mere følsomme, dette førte til større indlandsis, og dette førte igen til øget CO2 -nedtrapning. Som med mange facetter af Jordsystemet fungerede disse ændringer i en ond cirkel, fodre med hinanden, i sidste ende opretholde længere istiden efter MPT.

Der er stadig meget, der mangler at blive fundet ud af, hvordan jordsystemet reagerer på klimatvinger. Dette studie, imidlertid, illustrerer den udsøgte kobling, der findes i Jordsystemet mellem klimaændringer, ismasse, og polarhavsmekanismerne, der regulerer naturlige CO2 -ændringer.