Kulstoflækage kan have opvarmet planeten i 11, 000 år, tilskyndelse til den menneskelige civilisation

Havene er planetens vigtigste depot for atmosfærisk kuldioxid på tidsskalaer fra årtier til årtusinder. Men processen med at låse drivhusgas væk er svækket af aktiviteten i det sydlige ocean, så en stigning i dens aktivitet kunne forklare den mystiske varme fra de sidste 11, 000 år, rapporterer et internationalt hold af forskere.

Varmen i den periode blev stabiliseret af en gradvis stigning i globale kuldioxidniveauer, så det er af stor interesse at forstå årsagen til denne stigning, sagde Daniel Sigman, Dusenbury professor i geologiske og geofysiske videnskaber ved Princeton.

Forskere har foreslået forskellige hypoteser for denne stigning i kuldioxid, men dens endelige årsag er forblevet ukendt. Nu, et internationalt samarbejde ledet af forskere fra Princeton og Max Planck Institute for Chemistry peger på en stigning i det sydlige Oceans opstrømning. Deres forskning vises i det aktuelle nummer af tidsskriftet Natur Geovidenskab .

"Vi tror, ​​vi kan have fundet svaret, " sagde Sigman. "Øget cirkulation i det sydlige ocean gjorde det muligt for kuldioxid at lække ud i atmosfæren, arbejder på at opvarme planeten."

Deres resultater om havændringer kan også have konsekvenser for at forudsige, hvordan global opvarmning vil påvirke havcirkulationen, og hvor meget atmosfærisk kuldioxid vil stige på grund af afbrænding af fossile brændstoffer.

Årevis, forskere har vidst, at vækst og synkning af planteplankton pumper kuldioxid dybt ned i havet, en proces, der ofte omtales som den "biologiske pumpe". Den biologiske pumpe drives for det meste af havet på den lave breddegrad, men løsnes tættere på polerne, hvor kuldioxid udledes tilbage til atmosfæren ved hurtig eksponering af dybt vand til overfladen, sagde Sigman. Den værste gerningsmand er det sydlige ocean, som omgiver Antarktis. "Vi omtaler ofte det sydlige Ocean som en lækage i den biologiske pumpe, " sagde Sigman.

Sigman og hans kolleger har fundet ud af, at en stigning i det sydlige Oceans opstrømning kan være ansvarlig for at stabilisere klimaet i holocæn, perioden når mere end 10, 000 år før den industrielle revolution.

De fleste videnskabsmænd er enige om, at holocænens varme var afgørende for udviklingen af ​​den menneskelige civilisation. Holocæn var en "mellemistidstid, " et af de sjældne intervaller af varmt klima, der har fundet sted i løbet af istidens cyklusser i de sidste million år. Gletschernes tilbagetrækning åbnede et mere ekspansivt landskab for mennesker, og de højere koncentrationer af kuldioxid i atmosfæren skabte mere produktivt landbrug, som gjorde det muligt for folk at reducere deres jæger-indsamlingsaktiviteter og bygge permanente bosættelser.

Holocæn adskilte sig fra andre mellemistider på flere vigtige måder, siger forskerne. For en, dets klima var usædvanligt stabilt, uden den store køletrend, der er typisk for de andre mellemistider. For det andet the concentration of carbon dioxide in the atmosphere rose about 20 parts per million (ppm), from 260 ppm in the early Holocene to 280 ppm in the late Holocene, whereas carbon dioxide was typically stable or declined over other interglacial periods.

Til sammenligning, since the beginning of industrialization until now, the carbon dioxide concentration in the atmosphere has increased from 280 to more than 400 ppm as a consequence of burning fossil fuels.

"I denne sammenhæng, the 20 ppm increase observed during the Holocene may seem small, " said Sigman. "However, scientists think that this small but significant rise played a key role in preventing progressive cooling over the Holocene, which may have facilitated the development of complex human civilizations."

In order to study the potential causes of the Holocene carbon dioxide rise, the researchers investigated three types of fossils from several different areas of the Southern Ocean:diatoms and foraminifers, both shelled microorganisms found in the oceans, and deep-sea corals.

From the nitrogen isotope ratios of the trace organic matter trapped in the mineral walls of these fossils, the scientists were able to reconstruct the evolution of nutrient concentrations in Southern Ocean surface waters over the past 10, 000 år.

"The method we used to analyze the fossils is unique and provides a new way to study past changes in ocean conditions, " says Anja Studer, første forfatter til undersøgelsen, who performed the research while a graduate student working with Sigman's lab.

The fossil-bound nitrogen isotope measurements indicate that during the Holocene, increasing amounts of water, rich in nutrients and carbon dioxide, welled up from the deep ocean to the surface of the Southern Ocean. While the cause for the increased upwelling is not yet clear, the most likely process appears to be a change in the "Roaring 40s, " a belt of eastward-blowing winds that encircle Antarctica.

Because of the enhanced Southern Ocean upwelling, the biological pump weakened over the Holocene, allowing more carbon dioxide to leak from the deep ocean into the atmosphere and thus possibly explaining the 20 ppm rise in atmospheric carbon dioxide.

"This process is allowing some of that deeply stored carbon dioxide to invade back to the atmosphere, " said Sigman. "We're essentially punching holes in the membrane of the biological pump."

The increase in atmospheric carbon dioxide levels over the Holocene worked to counter the tendency for gradual cooling that dominated most previous interglacials. Dermed, the new results suggest that the ocean may have been responsible for the "special stability" of the Holocene climate.

The same processes are at work today:The absorption of carbon by the ocean is slowing the rise in atmospheric carbon dioxide produced by fossil fuel burning, and the upwelling of the Southern Ocean is still allowing some of that carbon dioxide to vent back into the atmosphere.

"If the findings from the Holocene can be used to predict how Southern Ocean upwelling will change in the future, it will improve our ability to forecast changes in atmospheric carbon dioxide and thus in global climate, " said Sigman.