En större studie av en antik händelse av klimatförändringar som påverkade en betydande andel av jordens hav har fått skarp fokus på en mindre känd skurk i den globala uppvärmningen:syreutarmning.

Studien, just publicerad i den prestigefyllda Förfaranden från National Academy of Sciences ( PNAS ), undersökte en tidigare period av global uppvärmning för cirka 94 miljoner år sedan, när haven blev avsyrade.

Denna berömda period i jordens geologiska historia, känd som en Oceanic Anoxic Event (OAE), var allvarligare och på mycket längre tidsramar än de nuvarande förändringarna. Men det har gett forskarna som studerar denna period en extrem fallstudie för att förstå hur haven påverkas av höga koldioxidutsläpp i atmosfären.

Forskare Dr Matthew Clarkson och professor Claudine Stirling, av kemiavdelningen vid University of Otago (Nya Zeeland), använde ett revolutionerande nytt verktyg för att undersöka hur oceanerna reagerade på klimatförändringar tidigare.

Professor Tim Lenton, vid University of Exeter, utvecklat en modell för att tolka de nya uppgifterna vid ett besök på University of Otago. Modellen gjorde det möjligt för laget att kvantifiera hur mycket kol som injicerades i atmosfären för att utlösa var och en av de två faserna av den oceaniska anoxiska händelsen.

"Det här berättar för oss är hur sårbart jordsystemet är för stora utsläpp av koldioxid till atmosfären - oavsett om det är vulkaniska processer eller mänskliga aktiviteter, "Professor Lenton sa." En långsiktig konsekvens av uppvärmning av klimatet är att avoxygenera havet-med allvarliga konsekvenser för marint liv. "

Forskarna använde en ny teknik som mäter naturligt förekommande uranisotoper från gamla sediment, som kan användas för att uppskatta havets syrehalt, på så sätt identifieras ett uråldrigt geokemiskt register över hur mycket av havet som avoxygerades för många miljoner år sedan. De tillämpade denna teknik på geologiska sediment som en gång deponerades i havet och som idag finns bevarade på land vid de vita klipporna i södra England, och även i Italien.

De fann att den troliga drivmekanismen för denna anoxiska, eller avoxygenering, händelsen var näringsämnesavrinning, själv drivs av höga koldioxidutsläpp och varmare temperaturer; och när CO2 -utsläppen minskade, tillsammans med näringsnivåer, globala oceaner återhämtade sig under en period.

Professor Stirling säger förmågan att förutsäga vad som kan hända, tack vare kombinationen av uranisotoper och modellering, är ett betydande genombrott.

"Det hjälper oss att förstå den saknade pusselbiten, vad händer med syrehalten i våra hav när de påverkas av global varning. CO2 -halterna i atmosfären var mycket högre än de är nu, så vi kommer inte att se denna förändringsnivå på länge, men vi kommer att se samma händelseföljd ”säger hon.

Områden för havsoxygenering, känd som "döda zoner", finns för närvarande i ett antal hav runt om i världen, till exempel i de östra delarna av det tropiska Stilla havet, Atlanten och Indiska oceanerna. De "döda zonerna" uppstår eftersom det är svårare att lösa upp syre i vatten när haven är varma, och mer syre förbrukas under nedbrytning av biologiskt material. I dessa zoner finns det stora mängder näringsämnen, som leder till stora mängder organiskt material, och därför används mer syre. Några av dessa näringsämnen kommer från avrinning i floder, och några från uppvärmning av djupt havsvatten.

Dr Clarkson förklarar studiens betydelse:

"Från studier som denna kan forskare beskriva sambandet mellan ökade globala temperaturer och ökade globala vittringshastigheter, som driver en hög tillförsel av näringsämnen till havet.

"Detta leder till hög primärproduktivitet i haven och så småningom förlust av syre när det organiska materialet försämras genom aerob andning. Denna process liknar övergödning, som händer i många sjöar och floder på grund av tillförsel av gödningsmedel, men i detta fall inträffade det på en global oceanisk skala, "säger Dr Clarkson.

"Genom jämförelse med andra geokemiska data, och simulera händelsen med en ny biogeokemisk modell, vi presenterar starka bevis för näringshypotesen som en drivmekanism för anoxi (deoxygenering). "

Händelsen orsakades troligen av ökade koldioxidutsläpp från vulkanisk aktivitet, över hundratusentals år. Marin fauna drabbades hårt under denna händelse, även om det inte anses vara en av de största massutrotningarna i jordens historia.

"En annan betydelse av denna studie är att vi kan lägga en ny uppskattning av havsbotten som blev anoxisk, cirka 8-15 procent, jämfört med bara 0,3 procent i det moderna havet.

"Viktigt, ett antal helt oberoende studier, med väldigt olika metoder, hittar konsekventa resultat för Oceanic Anoxic Event. Detta hjälper forskare att få mycket större förtroende när de försöker förstå arvet från modern mänsklig aktivitet. "

Denna speciella oceaniska anoxiska händelse antogs också ha pågått i cirka 1 miljon år, men de nya uppgifterna visar också för första gången att de globala haven kortvarigt återhämtade sig mitt i händelsen, innan han återvänder till utbredd anoxi igen.

"Denna återhämtning var ett resultat av minskande koldioxidutsläpp från vulkaniska källor, och avlägsnande av kol från atmosfären genom vittring och nedgrävning av organiskt material. Dessa två processer är kända för att hjälpa till att reglera det globala klimatet, fungerar som negativa återkopplingsmekanismer som liknar en termostat, men de tar väldigt lång tid. "