Långt innan människor började spruta in koldioxid i atmosfären genom att bränna fossila bränslen som olja, gas, och kol, nivån av atmosfärisk CO2 steg avsevärt när jorden kom ur sin senaste istid. Många forskare har länge misstänkt att källan till det kolet kom från djuphavet.

Men forskare har inte kunnat dokumentera hur kolet tog sig ut ur havet och in i atmosfären. Det har förblivit ett av vetenskapens viktigaste mysterier.

En ny studie, publiceras idag i tidningen Naturgeovetenskap , ger några av de mest övertygande bevisen för hur det hände - en "spolning" av det djupa Stilla havet orsakat av accelerationen av vattencirkulationsmönster som börjar runt Antarktis.

Oron, forskare säger, är att det kan hända igen, potentiellt förstorar och accelererar mänskligt orsakade klimatförändringar.

"Stilla havet är stort och du kan lagra många saker där nere - det är ungefär som mormors rotkällare - saker samlas där och blir ibland inte rensade, " sa Alan Mix, en oceanograf från Oregon State University och medförfattare till studien. "Vi har vetat att CO2 i atmosfären gick upp och ner tidigare, vi vet att det var en del av stora klimatförändringar, och vi trodde att den kom ut ur djuphavet.

"Men det har inte varit klart hur kolet faktiskt kom ut ur havet för att orsaka CO2-ökningen."

Huvudförfattare Jianghui Du, doktorand i oceanografi vid Oregon State, sa att det finns ett cirkulationsmönster i Stilla havet som börjar med att vattnet runt Antarktis sjunker och rör sig norrut på stort djup några miles under ytan. Det fortsätter hela vägen till Alaska, där den stiger, vänder tillbaka söderut, och rinner tillbaka till Antarktis där det blandas tillbaka upp till havsytan.

Det tar lång tid för vattnets tur- och returresa i avgrunden — nästan 1, 000 år, sa du. Tillsammans med resten av OSU-teamet, Du fann att flödet saktade ner under glaciationsmaximum men ökade under deglaciationen, när jorden värms. Detta snabbare flöde spolade kolet från det djupa Stilla havet – renade ut mormors rotkällare – och förde CO2 till ytan nära Antarktis. Där släpptes den ut i atmosfären.

"Det hände ungefär i två steg under den senaste deglaciationen - en inledande fas från 18, 000 till 15, 000 år sedan, när CO2 steg med cirka 50 ppm, och en andra puls senare lade till ytterligare 30 delar per miljon, "Sa Du. Den totalen är bara lite mindre än mängden CO2 har stigit sedan den industriella revolutionen. Så havet kan vara en kraftfull källa till kol.

Brian Haley, också en oceanograf och medförfattare vid Oregon State University i studien, noterade att kol alltid faller ner i djuphavet. Uppe nära ytan, plankton växer, men när de dör sjunker de och bryts ner. Det är en biologisk pump som alltid skickar kol till botten. "Ju långsammare cirkulationen, "Haley sa, "ju mer tid vattnet spenderar där nere, och kol kan byggas upp."

Du sa att under ett glacialt maximum, vattnet saktar ner och samlar mycket kol. "När jorden började värmas, vattenrörelsen påskyndas med ungefär en faktor tre, " noterade han, "och det kolet kom tillbaka till ytan."

Nyckeln till forskarnas upptäckt är analysen av neodymisotoper i sedimentkärnor i norra Stilla havet. Haley noterade att isotoperna är "som en returadressetikett på ett brev från djuphavet." När förhållandet mellan isotop 143 och 144 är högre i sedimenten, vattenrörelsen under den perioden var långsammare. När vattenrörelsen påskyndas under uppvärmningshändelser, förhållandet mellan neodymisotoper återspeglar det också.

"Det här fyndet att den djupa cirkulationen ökade är den rykande pistolen i den här mystiska historien om hur CO2 kom ut till djuphavet, " sa Mix. "Vi vet nu hur det hände, och det djupa Stilla havet är boven – en partner i brott med Antarktis."

Det som oroar forskarna är att det kan hända igen när klimatet fortsätter att bli varmt.

"Vi vet inte att cirkulationen kommer att påskyndas och föra det kolet till ytan, men det verkar vara en rimlig sak att tänka på, ", sa Du. "Våra bevis på att detta faktiskt hände i det förflutna kommer att hjälpa människorna som driver klimatmodeller att ta reda på om det är en verklig risk för framtiden."

Forskarna säger att deras resultat bör betraktas ur ett politiskt perspektiv.

"Hittills har havet absorberat ungefär en tredjedel av det totala kol som släpps ut från fossila bränslen, " Sa Mix. "Det har hjälpt till att sakta ner uppvärmningen. Klimatavtalet i Paris har satt upp mål om att hålla uppvärmningen till 1,5 till 2 grader (Celsius) och vi vet ganska väl hur mycket kol som kan släppas ut i atmosfären samtidigt som vi håller den nivån.

"Men om havet slutar absorbera överskottet av CO2, och istället släpper ut mer från djuphavet, som stavar besvär. Havsutsläpp skulle dra ifrån vår återstående utsläppsbudget och det betyder att vi kommer att behöva få ner våra utsläpp mycket snabbare. Vi måste ta reda på hur mycket."