Ett tidigare okänt samband mellan geologiska atmosfäriska koldioxidcykler och havsskorpans fluktuerande förmåga att lagra koldioxid har upptäckts av två geoforskare från University of Sydney.

Prof Dietmar Müller och Dr Adriana Dutkiewicz från Sydney Informatics Hub och School of Geosciences rapporterar sin upptäckt i tidskriften Vetenskapens framsteg .

Många av oss är bekanta med Slow Movement-filosofin, som inkluderar slow living, långsam tillagning, långsamt mode, och till och med långsam TV. Men de flesta av oss skulle inte ha hört talas om den långsamma kolcykeln, som handlar om den långsamma rörelsen av kol mellan den fasta jorden och atmosfären.

Den långsamma kolcykeln går före människor och pågår under tiotals miljoner år, drivs av en rad kemiska reaktioner och tektonisk aktivitet. Den långsamma kolcykeln är en del av jordens livförsäkring, eftersom det har bibehållit planetens beboelighet genom en serie växthusklimat som avbryts av istider.

En idé är att när koldioxiden i atmosfären stiger, vittringen av kontinental bergart som exponeras för atmosfären ökar, så småningom dra ner koldioxid och kyla ner jorden igen.

Mindre känt är att vittring även förekommer i de djupa haven. Ung, varm, vulkanisk havsskorpa utsätts för vittring från cirkulationen av havsvatten genom sprickor och öppna utrymmen i skorpan. Mineraler som kalcit, som fångar upp kol i sin struktur, bildas gradvis i skorpan från havsvattnet.

Nyligen arbete har visat att effektiviteten i denna havsbottenvittringsprocess beror på temperaturen på vattnet på havets botten – ju varmare det är, desto mer koldioxid lagras i havsskorpan.

Prof Müller förklarar:"För att ta reda på hur denna process bidrar till den långsamma kolcykeln, vi rekonstruerade den genomsnittliga bottenvattentemperaturen i haven genom tiden, och kopplade in den i en global datormodell för utvecklingen av havsskorpan under de senaste 230 miljoner åren. Detta gjorde det möjligt för oss att beräkna hur mycket koldioxid som lagras i en ny bit av skorpan som skapas av havsbottenspridning."

Dr Dutkiewicz tillägger:"Vår plattektoniska modell tillåter oss också att spåra varje paket av havsbotten tills det så småningom når sin slutdestination - en subduktionszon. Vid subduktionszonen, skorpan och dess kalcit återvinns tillbaka till jordens mantel, släpper ut en del av koldioxiden i atmosfären genom vulkaner."

Datormodellen avslöjar att havsskorpans kapacitet att lagra koldioxid förändras över tiden med en regelbunden periodicitet på cirka 26 miljoner år.

Flera geologiska fenomen inklusive utdöende, vulkanism, saltavlagringar och atmosfäriska koldioxidfluktuationer rekonstruerade oberoende av det geologiska rekordet visar alla cykler på 26 miljoner år.

En tidigare hypotes hade tillskrivit dessa fluktuationer cykler av kosmiska regnskurar, tros återspegla solsystemets svängning kring Vintervägsgalaxens plan.

Prof Müller säger:"Vår modell antyder att karakteristisk periodicitet på 26 miljoner år i den långsamma kolcykeln istället drivs av fluktuationer i havsbottnens spridningshastigheter som i sin tur förändrar havsskorpans kapacitet att lagra koldioxid. Detta väcker nästa fråga:vad är det som i slutändan driver dessa fluktuationer i skorpproduktionen?"

Subduktion, sänkningen av tektoniska plattor djupt in i konvektionsmanteln, betraktas som den dominerande plattdrivande kraften för plattektoniken. Av detta följer att cykliciteter i havsbottnens spridningshastigheter bör drivas av likvärdiga cykler i subduktion.

En analys av subduktionszonens beteende tyder på att drivkraften i periodiciteten på 26 miljoner år härrör från en episodicitet i subduktionszonens migration. Denna komponent i den långsamma kolcykeln måste byggas in i globala kolcykelmodeller.

Bättre förståelse för den långsamma kolcykeln kommer att hjälpa oss att förutsäga hur jorden kommer att reagera på den mänskliga inducerade ökningen av koldioxid i atmosfären. Det kommer att hjälpa oss att svara på frågan:I vilken utsträckning kommer kontinenterna, tar haven och havsskorpan upp den extra koldioxiden på sikt?