GCC är en kritisk del av hur jordens klimatsystem reglerar temperaturen och är ett viktigt studieområde för att förstå effekterna av mänsklig aktivitet, inklusive stigande atmosfärisk CO2 på planeten. En särskild del av intresse för forskare är den marina kolcykeln:den roll som haven spelar för att absorbera och släppa ut CO2 mellan vattnet och atmosfären.
När man studerar det marina kolets kretslopp har man trott att ytvattenkoncentrationen av löst oorganiskt kol (DIC) – det totala kolet i dess oorganiska former som finns i havsvattnet – regleras främst av utbytet av CO2 mellan ythav och havet. atmosfären, varvid allt överskott av kol sedan exporteras till djuphavet. Förändringar i havets kolinnehåll – såsom stigande halter av löst CO2 orsakade av utsläpp av människan – antogs mest påverka de övre lagren av havet.
Men denna förståelse är baserad på dagens förhållanden och kanske inte håller över längre tidsskalor. Havet absorberar också CO2 från atmosfären under den långsiktiga processen med vittring och erosion av silikatmineraler på land. Denna CO2 transporteras ut i havet av floder, och väl i havsvattnen exporteras den gradvis via djuphavet för att avsättas på havsbotten, där den kan lagras i miljontals år.
Förändringar i mängden CO2 som absorberas av haven över geologisk tid kan bestämmas från kolisotopsammansättningen av forntida marina karbonatfossiler, särskilt de av marina planktoniska foraminifer, som ger insikt i den lösta CO2 som finns tillgänglig i havsvatten när foraminifererna levde.
Tidigare studier baserade på foraminiferala kolisotoper har antytt att långtidslagring av kol på land eller havsbotten under tiotals till hundratals miljoner år har kopplats till förändringar i atmosfärens koldioxidkoncentrationer, med varma klimat (hög atmosfärisk CO2) motsvarande hög kollagring på land och vice versa.
För första gången har en ny studie, ledd av forskare vid University of Southampton i samarbete med kinesiska och portugisiska kollegor, direkt kopplat förändringar i det oorganiska kolinnehållet i haven, inklusive de djupa reservoarerna, till förändringar i havsnivån med hjälp av väl daterad marina karbonatfossiler från oceaniska sediment avsatta under de senaste 75 miljoner åren. Rekonstruktionen av kolinnehållet genomfördes med en ny metod – kalciumkarbonatklumpade isotoppalaeotherometrie – som bestämmer temperaturen vid vilken forntida marina karbonater fälldes ut, som sedan används för att uppskatta det oorganiska kolinnehållet i djuphavet.
De fann att när havsnivån var låg minskade det oorganiska kolinnehållet i havet och vice versa. Korrelationen visade sig vara mest distinkt under perioder av långvarig global uppvärmning, vilket indikerar att varmare klimat, högre atmosfärisk CO2, ökad kollagringshastighet i kontinentala bergarter och lägre havsnivå tenderar att inträffa tillsammans, vilket återspeglar en stark koppling mellan flera komponenter av jordsystemet under växthusförhållanden.
Dr Lei Cheng från Ocean and Earth Sciences vid University of Southampton, som ledde studien, sa:"Våra resultat visar att jordens kolcykelåterkopplingar över geologiska tidsskalor fungerar olika beroende på den globala klimatbakgrunden, och dessa återkopplingar var mest uttalade under tidigare varma perioder. Detta har konsekvenser för framtida klimatförändringar eftersom jordsystemet sannolikt kommer att övergå till ett tillstånd av hög klimatkänslighet under global uppvärmning."
