Hvem kører hvem? Klima og kulstofkredsløb i evig interaktion

Menneskeskabt global opvarmning er længe blevet præsenteret som en relativt simpel kæde af årsag og virkning:mennesker forstyrrer kulstofkredsløbet ved at brænde fossile brændstoffer, derved øge koncentrationen af ​​CO ₂ i atmosfæren, hvilket igen fører til højere temperaturer rundt om på kloden. "Imidlertid, det bliver mere og mere klart, at dette ikke er slutningen på historien. Skovbrande bliver hyppigere over hele verden, frigive yderligere CO ₂ ind i atmosfæren, og yderligere forstærke den globale opvarmning, der øgede risikoen for skovbrande i første omgang. Dette er et lærebogseksempel på, hvad klimaforskere kalder en positiv feedback-mekanisme, " understreger David De Vleeschouwer, en postdoc-forsker ved MARUM—Center for Marine Environmental Sciences ved Bremen Universitet.

For at afsløre denne slags klima-kulstof-cyklus-feedbackmekanismer under naturlige omstændigheder, David De Vleeschouwer og kolleger udnyttede isotopiske data fra dybhavssedimentkerner. "Nogle af disse kerner indeholder sedimenter på op til 35 millioner år gamle. På trods af deres respektable alder, disse sedimenter bærer et tydeligt aftryk af såkaldte Milanković-cyklusser. Milanković-cyklusser relaterer sig til rytmiske ændringer i formen af ​​jordens kredsløb (excentricitet), samt til hældning (skrå) og orientering (præcession) af Jordens rotationsakse. Som et astronomisk urværk, Milanković-cyklusser genererer ændringer i fordelingen af ​​solindstråling over planeten, og dermed fremkalde kadencemæssige klimaændringer, " forklarer De Vleeschouwer. "Vi så på kulstof- og oxygenisotopsammensætningen af ​​mikrofossiler i sedimentet og brugte først excentriciteten, skævhed og præcessionskadencer som geologiske kronometre. Derefter, vi anvendte en statistisk metode til at bestemme, om ændringer i det ene isotopsystem fører til eller forsinkelsesvariabilitet i den anden isotop."

Hans kollega Maximilian Vahlenkamp tilføjer, "Når et fælles mønster i begge isotopsystemer forekommer lidt tidligere i kulstofsystemet sammenlignet med oxygenisotopsystemet, vi kalder dette en kulstof-isotop bly. Vi udleder så, at kulstofkredsløbet udøvede kontrol over klimasystemet på tidspunktet for sedimentaflejring." Paleoklimatologer og palæoceanografer bruger ofte kulstofisotoper som en indikator for kulstofcyklusforstyrrelser, og iltisotoper som en proxy for ændringer i den globale klimatilstand. Ændringer i den isotopiske sammensætning af disse dybhavsmikrofossiler kan indikere, for eksempel, en stigning i den kontinentale kulstoflagring af landplanter og jordbund, eller global afkøling med en vækst af iskapper.

"Den systematiske og tidskontinuerlige analyse af leads og forsinkelser mellem kulstofkredsløb og klima udgør denne undersøgelses innovative karakter. Vores tilgang gør det muligt at sekvensere Jordens historie i høj opløsning over de sidste 35 millioner år, " siger professor Heiko Pälike. "Vi viser, at de seneste 35 millioner år kan opdeles i tre intervaller, hver med sin specifikke klima-kulstof-cyklus modus operandi." I gennemsnit, forfatterne fandt iltisotoper til at føre til kulstofisotopvariationer. Det betyder at, under naturlige forhold, klimavariationer regulerer i høj grad den globale kulstofkredsløbsdynamik. Imidlertid, forskerholdet fokuserede på tidspunkter, hvor det modsatte var tilfældet. Ja, De Vleeschouwer og kolleger fandt nogle få eksempler på gamle perioder, hvor kulstofkredsløbet drev klimaændringerne på omkring 100, 000-årige tidsskalaer, ligesom det er tilfældet nu på meget kortere tidsskalaer "men så selvfølgelig uden menneskelig indgriben, " fastslår Pälike.

I det ældste interval, mellem 35 og 26 millioner år siden, kulstofkredsløbet tog føringen i forhold til klimaændringer, for det meste i perioder med klimastabilitet. "Perioder med klimastabilitet i de geologiske optegnelser har ofte en astronomisk årsag. Når Jordens kredsløb om solen er tæt på en perfekt cirkel, sæsonbestemte isolationsekstremiteter afkortes, og mere lige klimaer håndhæves, " forklarer David De Vleeschouwer. "For mellem 35 og 26 millioner år siden, en sådan astronomisk konfiguration ville have været gunstig for en tidsmæssig udvidelse af den antarktiske iskappe. Vi foreslår, at under et sådant scenarie, intensiteten af ​​glacial erosion og efterfølgende klippeforvitring steg. Dette er vigtigt, fordi forvitring af silikatsten fjerner CO ₂ fra atmosfæren, og styrer dermed i sidste ende drivhuseffekten."

Men for omkring 26 millioner år siden, modus operandi ændrede sig radikalt. Kulstofkredsløbet tog kontrol over klimaet i tider med klimavolatilitet, ikke stabilitet. "Vi mener, at denne ændring kan spores tilbage til hævningen af ​​Himalaya-bjergene og en monsundomineret klimatilstand. Når sæsonbestemte isolationsekstremiteter forstærkes gennem et excentrisk kredsløb om jorden, monsuner kan blive virkelig intense. Stærkere monsuner tillader mere kemisk forvitring, fjernelse af CO ₂ fra atmosfæren og dermed en kulstofkredsløbskontrol over klimaet."

De mekanismer, som forfatterne foreslår, forklarer ikke kun de observerede mønstre i kulstof- og oxygenisotoper, de giver også nye ideer til, hvordan klimasystemet og kulstofkredsløbet interagerer gennem tiden. "Nogle hypoteser har brug for yderligere test med numeriske klima- og kulstofcyklusmodeller, men forståelsen på procesniveau, der præsenteres i dette arbejde, er vigtig, fordi den giver et glimt af vores planets maskineri under grænseforhold, der er fundamentalt forskellige fra nutidens, " siger De Vleeschouwer. Desuden, dette arbejde giver også scenarier, der kan bruges til at evaluere mulighederne for klima-kulstofcyklusmodeller, når de skubbes til de ekstreme scenarier fra den geologiske fortid.