Diatomer som den här, mikroskopiska växter med kiseldioxidskal, fångade spårmängder av kväve i sina skal när de växte. Forskare i Sigman Lab vid Princeton University kunde extrahera den minsta mängden kväve från otaliga fossila kiselalger och skapa en modell för aktiviteten i södra oceanen under Holocen, en period som började cirka 11, 000 år sedan. Denna centrerade kiselgur, fotograferad genom ett mikroskop, mäter cirka 70 mikron och bodde i Indiska södra oceanen under Holocen. Upphovsman:Anja Studer, Max Planck Institute for Chemistry
Haven är planetens viktigaste förråd för atmosfärisk koldioxid i tidsskalor på årtionden till årtusenden. Men processen med att låsa in växthusgaser försvagas av aktivitet i södra oceanen, så en ökning av dess aktivitet kan förklara den mystiska värmen under de senaste 11, 000 år, rapporterar ett internationellt team av forskare.
Värmen under den perioden stabiliserades genom en gradvis ökning av de globala koldioxidhalterna, så att förstå orsaken till den ökningen är av stort intresse, sa Daniel Sigman, Dusenbury -professor i geologiska och geofysiska vetenskaper vid Princeton.
Forskare har föreslagit olika hypoteser för att koldioxidökningen, men dess yttersta orsak har varit okänd. Nu, ett internationellt samarbete som leds av forskare från Princeton och Max Planck Institute for Chemistry pekar på en ökning av södra havets uppväxt. Deras forskning förekommer i det aktuella numret av tidskriften Naturgeovetenskap .
"Vi tror att vi kan ha hittat svaret, "sa Sigman." Ökad cirkulation i södra havet tillät koldioxid att läcka ut i atmosfären, arbetar för att värma planeten. "
Deras resultat om havsförändringar kan också få konsekvenser för att förutsäga hur den globala uppvärmningen kommer att påverka havscirkulationen och hur mycket koldioxid i atmosfären kommer att stiga på grund av förbränning av fossila bränslen.
I åratal, forskare har vetat att tillväxt och sjunkning av växtplankton pumpar koldioxid djupt i havet, en process som ofta kallas "biologisk pump". Den biologiska pumpen drivs mestadels av havet med låg breddgrad men ångras närmare polerna, där koldioxid ventileras tillbaka till atmosfären genom snabb exponering av djupt vatten för ytan, Sa Sigman. Den värsta gärningsmannen är södra oceanen, som omger Antarktis. "Vi hänvisar ofta till södra oceanen som en läcka i den biologiska pumpen, Sa Sigman.
Sigman och hans kollegor har funnit att en ökning av södra havets uppväxt kan vara ansvarig för att stabilisera klimatet på Holocen, perioden når mer än 10, 000 år före den industriella revolutionen.
Forskare vid Sigman Lab vid Princeton University extraherade spårmängder av kväve från fossiler för att skapa en modell för södra havets aktivitet under Holocen, en varm period som började cirka 11, För 000 år sedan, under vilken jordbruk och mänsklig civilisation blomstrade. Fossilerna de studerade inkluderade (från vänster):planktonisk foraminifer Globigerina bulloides, en centrerad kiselgur, och djuphavskorall Desmophyllum dianthus. Upphovsman:Från vänster:Ralf Schiebel, Max Planck Institute for Chemistry; Anja Studer, Max Planck Institute for Chemistry; Dann Blackwood, USA:s geologiska undersökning
De flesta forskare är överens om att Holocenens värme var avgörande för utvecklingen av den mänskliga civilisationen. Holocen var en "mellanglacial period, "ett av de sällsynta intervallerna med varmt klimat som har inträffat under istidscyklerna under de senaste miljoner åren. Glaciärernas reträtt öppnade ett mer expansivt landskap för människor, och de högre koncentrationerna av koldioxid i atmosfären gjorde det mer produktivt jordbruk, vilket gjorde det möjligt för människor att minska sin jägarsamlingsverksamhet och bygga permanenta bosättningar.
Holocen skilde sig från andra mellanglaciala perioder på flera viktiga sätt, säger forskarna. För en, klimatet var ovanligt stabilt, without the major cooling trend that is typical of the other interglacials. För det andra, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere rose about 20 parts per million (ppm), from 260 ppm in the early Holocene to 280 ppm in the late Holocene, whereas carbon dioxide was typically stable or declined over other interglacial periods.
För jämförelse, since the beginning of industrialization until now, the carbon dioxide concentration in the atmosphere has increased from 280 to more than 400 ppm as a consequence of burning fossil fuels.
"In this context, the 20 ppm increase observed during the Holocene may seem small, " said Sigman. "However, scientists think that this small but significant rise played a key role in preventing progressive cooling over the Holocene, which may have facilitated the development of complex human civilizations."
In order to study the potential causes of the Holocene carbon dioxide rise, the researchers investigated three types of fossils from several different areas of the Southern Ocean:diatoms and foraminifers, both shelled microorganisms found in the oceans, and deep-sea corals.
From the nitrogen isotope ratios of the trace organic matter trapped in the mineral walls of these fossils, the scientists were able to reconstruct the evolution of nutrient concentrations in Southern Ocean surface waters over the past 10, 000 år.
"The method we used to analyze the fossils is unique and provides a new way to study past changes in ocean conditions, " says Anja Studer, första författaren till studien, who performed the research while a graduate student working with Sigman's lab.
The fossil-bound nitrogen isotope measurements indicate that during the Holocene, increasing amounts of water, rich in nutrients and carbon dioxide, welled up from the deep ocean to the surface of the Southern Ocean. While the cause for the increased upwelling is not yet clear, the most likely process appears to be a change in the "Roaring 40s, " a belt of eastward-blowing winds that encircle Antarctica.
Because of the enhanced Southern Ocean upwelling, the biological pump weakened over the Holocene, allowing more carbon dioxide to leak from the deep ocean into the atmosphere and thus possibly explaining the 20 ppm rise in atmospheric carbon dioxide.
"This process is allowing some of that deeply stored carbon dioxide to invade back to the atmosphere, " said Sigman. "We're essentially punching holes in the membrane of the biological pump."
The increase in atmospheric carbon dioxide levels over the Holocene worked to counter the tendency for gradual cooling that dominated most previous interglacials. Således, the new results suggest that the ocean may have been responsible for the "special stability" of the Holocene climate.
The same processes are at work today:The absorption of carbon by the ocean is slowing the rise in atmospheric carbon dioxide produced by fossil fuel burning, and the upwelling of the Southern Ocean is still allowing some of that carbon dioxide to vent back into the atmosphere.
"If the findings from the Holocene can be used to predict how Southern Ocean upwelling will change in the future, it will improve our ability to forecast changes in atmospheric carbon dioxide and thus in global climate, " said Sigman.
