Världens hav kan hysa en obehaglig överraskning för den globala uppvärmningen, baserad på ny forskning som visar hur naturligt förekommande kolgaser som fångats i reservoarer ovanpå havsbotten flydde för att överhetta planeten i förhistorien.

Forskare säger att händelser som började på havsbotten för tusentals år sedan störde jordens atmosfär så att den smälte bort istiden. Dessa nya rön utmanar ett långvarigt paradigm att havsvatten ensamt reglerade koldioxid i atmosfären under glaciationscykler. Istället, studien visar att geologiska processer dramatiskt kan rubba kolets kretslopp och orsaka global förändring.

För dagens värld, fynden kan förebåda en olycksbådande utveckling. Kolreservoarerna under havet släppte ut växthusgaser till atmosfären när haven värmdes upp, studien visar, och idag värms havet upp igen på grund av människans globala uppvärmning.

Om undervattens kolreservoarer störs igen, de skulle släppa ut en enorm ny källa till växthusgaser, förvärrar klimatförändringarna. Temperaturökningarna i havet är på väg att nå den vändpunkten i slutet av seklet. Till exempel, en stor kolreservoar under västra Stilla havet nära Taiwan är redan inom några få grader Celsius från att destabiliseras.

Dessutom, Fenomenet är ett hot som inte redovisas i klimatmodellprognoser. Koldioxidreservoarer under havet är relativt nya upptäckter och deras egenskaper och historia börjar bara förstås.

Dessa resultat kommer från ett nytt forskningsdokument som producerats av ett internationellt team av jordforskare under ledning av USC och publicerades i januari i tidskriften Miljöforskningsbrev .

"Vi använder det förflutna som ett sätt att förutse framtiden, sa Lowell Stott, professor i geovetenskaper vid USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences och huvudförfattare till studien. "Vi vet att det finns stora reservoarer av kolgas på botten av haven. Vi vet att när de stördes under Pleistocen det värmde planeten.

"Vi måste veta om dessa kolreservoarer kan destabiliseras igen. Det är ett wild card som vi måste ta hänsyn till, sa Stott.

Det handlar om vidder av koldioxid och metan som ackumuleras under vattnet och sprids över havsbotten. De bildas när vulkanisk aktivitet frigör värme och gaser som kan stelna till flytande och fasta hydrater, som är föreningar som klistrat ihop i en isig slurry som kapslar in reservoarerna.

Dessa undervattens kolreservoarer stannar i stort sett kvar om de inte störs, men den nya studien visar att de naturliga reservoarerna är sårbara i ett värmande hav och ger bevis på att jordens klimat har påverkats av snabbt utsläpp av geologiskt kol.

Forskarna säger att det inträffade i det avlägsna förflutna när jorden var mycket varmare, och det har hänt på senare tid - ungefär 17, 000 år sedan i slutet av Pleistocene-epoken när glaciärer drog sig fram och tillbaka, som är fokus på den nya studien. Uppvärmningen var tydlig på grund av förändringar i atmosfäriska koncentrationer av växthusgaser, baserad på iskärnor, marina och kontinentala rekord.

Men hur gick det till? Vad tvingade fram en sådan dramatisk förändring från början? Forskare har letat efter det svaret i 40 år, med fokus på hav eftersom de är en gigantisk kolsänka och spelar en central roll i koldioxidvariationer.

De insåg snart att processer som reglerar kol till havet fungerade för långsamt för att svara för ökningen av atmosfäriska växthusgaser som ledde till uppvärmning som avslutade istiden. Så, forskare runt om i världen började undersöka rollen av jordens hydrotermiska system och deras inverkan på kol från djuphavet för att se hur det påverkade atmosfären.

Den nya studien av forskare vid USC, Australian National University och Lunds universitet i Sverige, fokuserat på östra ekvatoriska Stilla havet (EEP) hundratals mil utanför Ecuadors kust. EEP är en primär ledning genom vilken havet släpper ut kol till atmosfären.

Forskarna rapporterar bevis på hydrotermiska djuphavssystem som släpper ut växthusgaser till havet och atmosfären i slutet av den senaste istiden, precis när haven började bli varmare. De mätte ökad deposition av hydrotermala metaller i forntida marina sediment. De korrelerade glaciationsintervall med variationer i atmosfärisk koldioxid med skillnader i marina mikroorganismers åldrar. De fann en fyrfaldig ökning av zink i protozoer (foraminifera) skal, ett tydligt tecken på utbredd hydrotermisk aktivitet.

Tagen tillsammans, de nya uppgifterna visar att det förekom stora utsläpp av naturligt förekommande kol från EEP, som bidrog till en dramatisk förändring av jordens temperatur när istiden tog slut, säger studien.

På andra håll i världen, fler och fler djuphavskolreservoarer upptäcks. De förekommer oftast nära hydrotermiska ventiler, av vilka poäng har identifierats hittills, speciellt i Stilla havet, Atlanten och Indiska oceanen. De uppstår där jordskorpan sprider sig eller kolliderar, skapa idealiska förhållanden för bildandet av djuphavskoldioxidreservoarer. Endast omkring en tredjedel av havets vulkaniska områden har undersökts.

En sådan reservoar av undervattens koldioxid, ses i den medföljande videon, upptäcktes omkring 4, 000 fot djupt utanför Taiwans kust. Liknande upptäckter av kolgasreservoarer har gjorts utanför Okinawas kust, i Egeiska havet, i Kaliforniens golf och utanför Kanadas västkust.

"Den stora utmaningen är att vi inte har uppskattningar av storleken på dessa eller vilka som är särskilt sårbara för destabilisering, " sa Stott. "Det är något som måste bestämmas."

I många fall, kolreservoarerna buteljeras upp av deras hydratlock. Men dessa höljen är känsliga för temperaturförändringar. När haven blir varm, locken kan smälta, en utveckling som tidningen varnar för skulle leda till ett dubbelt slag för klimatförändringar – en ny källa till geologiskt kol utöver de konstgjorda växthusgaserna.

Hav absorberar nästan all överskottsenergi från jordens atmosfär, och som ett resultat har de värmts upp snabbt under de senaste decennierna. Under det senaste kvartsseklet, Jordens hav har behållit 60 procent mer värme varje år än vad forskare tidigare trodde, andra studier har visat. I hela den marina vattenpelaren, havsvärmen har ökat under de senaste 50 åren. Den federala regeringens Climate Science Special Report projicerade en global ökning av den genomsnittliga havsytans temperatur på upp till 5 grader Fahrenheit i slutet av århundradet, med nuvarande utsläppsnivåer. Temperaturökningar av den storleken i hela havet kan så småningom destabilisera de geologiska hydratreservoarerna, sa Stott.

"Sista gången det hände, klimatförändringarna var så stora att det ledde till slutet av istiden. När den geologiska processen väl börjar, vi kan inte stänga av den, sa Stott.

Dessutom, andra liknande händelser har hänt i det avlägsna förflutna, hjälpa till att forma jordens miljö om och om igen. I tidigare forskning, Stott upptäckte en stor, kolanomali som inträffade för 55 miljoner år sedan. Det störde havets kemi, orsaka omfattande upplösning av marina karbonater och utrotning av många marina organismer. Havsförändringarna åtföljdes av en snabb ökning av globala temperaturer, en händelse som kallas Paleocene-Eocene Thermal Maxima (PETM), en period som varar mindre än 20, 000 år under vilka så mycket kol släpptes ut till atmosfären att jordens temperaturer steg till cirka 8 grader Celsius varmare än idag.

"Tills nyligen, vi hade ingen aning om att dessa händelser inträffade. PETM-händelsen är en bra analog för vad som kan hända när undervattenskol flyr ut genom vattenpelaren till atmosfären. Och nu vet vi att PETM-evenemanget inte var en unik händelse, att detta har hänt på senare tid, sa Stott.

Studien kommer med några varningar. Mycket av havsbotten är outforskad, så forskare vet inte den fulla omfattningen av koldioxidreservoarerna. Det finns ingen inventering av växthusgaser från dessa geologiska källor. Och havsuppvärmningen är inte enhetlig, vilket gör det svårt att förutsäga när och var de undervattens kolreservoarerna kommer att påverkas. Det skulle krävas mycket mer studier för att svara på dessa frågor.

Ändå, studien klargör att undervattens kolreservoarer är känsliga för havsuppvärmning.

"Geologiska kolreservoarer som dessa ingår inte uttryckligen i nuvarande marina kolbudgetar" som används för att modellera effekterna av klimatförändringar, säger studien. Än, "even if only a small percentage of the unsampled hydrothermal systems contain separate gas or liquid carbon dioxide phases, it could change the global marine carbon budget substantially."

Said Stott:"Discoveries of accumulations of liquid, hydrate and gaseous carbon dioxide in the ocean has not been accounted for because we didn't know these reservoirs existed until recently, and we didn't know they affected global change in a significant ways.

"This study shows that we've been missing a critical component of the marine carbon budget. It shows these geologic reservoirs can release large amounts of carbon from the oceans. Our paper makes the case that this process has happened before and it could happen again."