Alla som är oroade över tanken att människor kan försöka bekämpa den globala uppvärmningen genom att injicera tonvis av sulfataerosoler i jordens atmosfär kanske vill läsa en artikel i 1 maj, 2017 års nummer av tidskriften Geologi .

I det, en forskare från Washington University i St. Louis och hans kollegor beskriver vad som hände när pulser av atmosfäriska koldioxid- och sulfataerosoler blandades ihop i slutet av den ordoviciska geologiska perioden för mer än 440 miljoner år sedan.

Motsvarigheten till tumultet i himlen var döden i haven. I en tid då större delen av planeten norr om tropikerna var täckt av ett hav och de flesta komplexa flercelliga organismer levde i havet, 85 procent av marina djurarter försvann för alltid. Slutet av Ordoviciums utdöende, som denna händelse kallades, var en av de fem största massutrotningarna i jordens historia.

Även om gaserna injicerades i atmosfären av massiv vulkanism snarare än fantastisk förbränning av fossila bränslen och under omständigheter som aldrig kommer att upprepas exakt, de ger en fallhistoria som avslöjar den potentiella instabiliteten hos klimatdynamik i planetarisk skala.

Att ta reda på vad som orsakade slutet av Ordoviciums utrotning eller någon av de andra massutdöendena i jordens historia är notoriskt svårt, sa David Fike, docent i jord- och planetvetenskap i Arts &Sciences och en medförfattare på tidningen.

Eftersom de gamla atmosfärerna och haven för länge sedan har förändrats till oigenkännlighet, forskare måste arbeta från ombud, såsom variationer i syreisotoper i forntida berg, att lära sig om tidigare klimat. Problemet med de flesta proxyservrar, sa Fike, som är specialiserad på att tolka de kemiska signaturerna för biologisk och geologisk aktivitet i berget, är att de flesta grundämnen i berget deltar i så många kemiska reaktioner att en signal ofta kan tolkas på mer än ett sätt.

Men ett team ledd av David Jones, en jordforskare vid Amherst College, kunde kringgå detta problem genom att mäta mängden kvicksilver. I dag, de primära källorna till kvicksilver är koleldade kraftverk och andra antropogena aktiviteter; under ordovicium, dock, huvudkällan var vulkanism.

Vulkanism sammanfaller med massutrotningar med misstänkt frekvens, sa Fike. Han talar inte om en isolerad vulkan utan snarare om massiva utbrott som täckte tusentals kvadratkilometer med tjocka lavaströmmar, skapa stora magmatiska provinser (LIP). Det mest kända amerikanska exemplet på en LIP är Columbia River Basalt-provinsen, som täcker större delen av den sydöstra delen av delstaten Washington och sträcker sig till Stilla havet och in i Oregon.

Vulkaner är rimliga klimatpåverkande, eller byta agenter, eftersom de släpper ut både koldioxid som kan producera långsiktig uppvärmning av växthus och svaveldioxid som kan orsaka kortsiktig reflekterande kylning. Dessutom, vittringen av vidsträckta slätter med nyligen exponerad sten kan dra ner atmosfärisk koldioxid och begrava den som kalkstensmineraler i haven, orsakar också kylning.

När Jones analyserade stenar från ordoviciumåldern från södra Kina och Monitor Range i Nevada, han fann onormalt höga kvicksilverkoncentrationer. Vissa prover innehöll 500 gånger mer kvicksilver än bakgrundskoncentrationen. Kvicksilvret kom i tre pulser, före och under massutrotningen.

Men vad hände? Det måste ha varit en ovanlig sekvens av händelser eftersom utrotningen (atypiskt) sammanföll med isbildning och också hände i två pulser.

När forskarna började sätta ihop historien, de började undra om den första vågen av utbrott inte drev jordens klimat till ett särskilt sårbart tillstånd, förbereder det för en klimatkatastrof utlöst av senare utbrott.

Den första vågen av utbrott lade ner en LIP vars vittring sedan drog ner atmosfärisk koldioxid. Klimatet svalnade och glaciärer bildades på superkontinenten Gondwana, som då låg på södra halvklotet.

Nedkylningen kan ha sänkt tropopausen, gränsen mellan två skikt av atmosfären med olika temperaturgradienter. Den andra vågen av vulkanutbrott injicerade sedan enorma mängder svaveldioxid ovanför tropopausen, plötsligt öka jordens albedo, eller mängden solljus det reflekterade.

Detta ledde till den första och största pulsen av utrotningar. När inlandsisar växte, havsnivån sjönk och haven blev kallare, får många arter att förgås.

Under den andra vågen av vulkanism, växthusuppvärmningen från koldioxid passerade nedkylningen orsakad av svaveldioxid och klimatet värmdes, isen smälte och havsnivån steg. Många av de överlevande från den första pulsen av utrotningar dog i den efterföljande översvämningen av livsmiljöer med varmare, syrefattiga vatten.

Hemmet, sa Fike, är att de olika faktorerna som påverkar jordens klimat kan interagera på oväntade sätt och det är möjligt att händelser som kanske inte verkar extrema i sig själva kan försätta klimatsystemet i ett prekärt tillstånd där ytterligare störningar får katastrofala konsekvenser.

"Det är något att tänka på när vi överväger geotekniska system för att mildra den globala uppvärmningen, sa Fike, som undervisar i en kurs där eleverna undersöker sådana system och sedan utvärderar deras vilja att implementera dem.