När oron växer över klimatförändringar orsakade av människor, många forskare ser tillbaka genom jordens historia till händelser som kan belysa förändringar som sker i dag. Att analysera hur planetens klimatsystem har förändrats tidigare förbättrar vår förståelse för hur det kan bete sig i framtiden.

Det är nu klart från dessa studier att plötsliga uppvärmningshändelser är inbyggda i jordens klimatsystem. De har inträffat när störningar i kollagringen på jordens yta har släppt ut växthusgaser i atmosfären. En av de stora utmaningarna för klimatforskare som jag är att avgöra var dessa utsläpp kom ifrån innan människor var närvarande, och vad som triggade dem. Viktigt, vi vill veta om en sådan händelse kan hända igen.

I en nyligen publicerad studie, mina kollegor Katie Harazin, Nadine Krupinski och jag upptäckte att i slutet av den senaste istiden, ca 20, 000 år sedan, koldioxid släpptes ut i havet från geologiska reservoarer som ligger på havsbotten när haven började värma.

Detta fynd är en potentiell spelomvandlare. Naturligt förekommande kolreservoarer i det moderna havet kan störas igen, med potentiellt allvarliga effekter på jordens hav och klimat.

Det förflutna är prolog

Ett av de mest kända exemplen på en snabb uppvärmning orsakad av utsläpp av geologiskt kol är Paleocen-Eocen Thermal Maximum, eller PETM, en stor global uppvärmning som inträffade för cirka 55 miljoner år sedan. Under PETM, jorden värmdes upp med 9 till 16 grader Fahrenheit (5 till 9 grader Celsius) inom cirka 10, 000 år.

Klimatforskare anser nu att PETM är en analog för miljöförändringar som äger rum idag. PETM skedde under en längre period och utan mänsklig inblandning, men det visar att det finns en inneboende instabilitet i klimatsystemet om kol från geologiska reservoarer släpps ut snabbt.

Forskare vet också att atmosfärens koldioxidnivåer steg snabbt i slutet av var och en av de sena Pleistocene istiderna, hjälper till att värma upp klimatet. Under den senaste uppvärmningsepisoden, 17, 000 år sedan, jorden värmdes med 9 till 13 grader Fahrenheit (5 till 7 grader Celsius).

Dock, hundratals vetenskapliga studier har misslyckats med att fastställa vad som orsakade de snabba koldioxidökningarna som avslutade varje istid. Forskare är överens om att havet måste vara inblandat eftersom det fungerar som en stor kolkondensator, reglerar mängden kol som finns i atmosfären. Men de söker fortfarande efter ledtrådar för att förstå vad som påverkar mängden kol i havet under plötsliga klimatförändringar.

Sjöar på havsbotten

Under de senaste två decennierna, havsforskare har upptäckt att det finns reservoarer av flytande och fast koldioxid som ackumuleras på havets botten, inom bergarter och sediment på marginalen av aktiva hydrotermiska ventiler. På dessa platser, vulkanisk magma från jorden möter överhettat vatten, producerar plymer av koldioxidrika vätskor som filtrerar genom springor i jordskorpan, vandrar uppåt mot ytan.

När en plym av denna vätska möter kallt havsvatten, koldioxiden kan stelna till en form som kallas hydrat. Hydratet bildar ett lock som fångar koldioxid i stenarna och sedimenten och hindrar det från att komma in i havet. Men vid temperaturer över ungefär 48 grader Fahrenheit (9 grader Celsius), hydrat kommer att smälta, släpper ut flytande vätska eller gasformig koldioxid direkt i det överliggande vattnet.

Forskare har hittills dokumenterat reservoarer av flytande och hydratiserad koldioxid i västra Stilla havet nära Taiwan och i Egeiska havet. På grundare vatten, där havets temperaturer är varmare och trycket är lägre, forskare har observerat ren koldioxid som kommer direkt från sediment som en gas och stiger till havets yta.

Ett klimat jokertecken

Dessa upptäckter förändrar forskarnas förståelse av det marina kolsystemet. Klimatforskare har inte inkluderat kolreservoarer i djuphavet i nuvarande modeller som utforskar de potentiella effekterna av framtida uppvärmning, eftersom lite är känt om storleken och fördelningen av dessa kolkällor.

Faktiskt, det finns praktiskt taget inga data som dokumenterar hur mycket koldioxid som för närvarande släpps ut från dessa reservoarer till havet. Detta gör den geologiska historien kritiskt viktig:Den bekräftar att dessa typer av reservoarer har kapacitet att släppa ut enorma mängder kol när de störs.

Analoga kolreservoarer har också identifierats i markbundna miljöer. 1979, Indonesiens Dieng-vulkan kvävde 142 människor när den släppte ut nästan ren koldioxid. 1986, en koldioxidreservoar vid botten av Nyosjön i Kamerun utbröt, döda 1, 700 lokala bybor och hundratals djur.

Koldioxid ventileras också runt Mammoth Mountain, Kalifornien, på platser där magma stiger genom jordskorpan och stannar på grunda djup. Höga koncentrationer av koldioxid i marken har dödat mer än 100 hektar träd. Forskare arbetar med att identifiera och karakterisera andra platser på land där sådana utsläpp kan inträffa.

Det är mycket mer utmanande att kvantifiera koldioxiden som lagras i havsreservoarer. Stora delar av havsbotten innehåller platser med aktiv vulkanism och hydrotermisk ventilation, men forskare vet praktiskt taget ingenting om hur mycket koldioxid som ackumuleras i omgivande stenar och sediment. Från min synvinkel, det finns ett akut behov av att studera marina miljöer där koldioxid sannolikt ackumuleras, och sedan för att bedöma hur mottagliga de kan vara för destabilisering.

Värmande hav, ökande risk

Detta är inte en strävan som bör skjutas upp. Jordens hav värms upp snabbt, och klimatmodeller räknar med att de kommer att värmas snabbast nära polerna, där det bildas djupa strömmar som leder värmande vatten nedåt från ytan.

När dessa varma vatten sjunker in i havets inre, de transporterar överskottsvärme till platser där koldioxidreservoarer kan bildas. De varmare vattnen kommer så småningom att destabilisera hydrattätningarna som håller flytande koldioxid instängd.

En sådan reservoar förekommer i västra Stilla havet väster om Okinawa-tråget i Östkinesiska havet. Temperaturen i bottenvattnet på denna plats är 37 till 39 grader Fahrenheit (3 till 4 grader Celsius), vilket betyder att hydratlocket ligger inom cirka 4-5 grader Celsius från dess smältpunkt.

Viktigt, varma hydrotermiska vätskor stiger underifrån koldioxidreservoaren mot ytan. När haven fortsätter att värmas, temperaturskillnaden mellan kalla havsvatten och varmare hydrotermiska vätskor kommer att minska. Detta gör att hydratet tunnas ut, potentiellt till en punkt där det inte längre kommer att hindra flytande koldioxid från att fly.

Hittills har det inte gjorts någon forskning för att bedöma om dessa koldioxidreservoarer i havet är känsliga för stigande havstemperaturer. Men jordens förhistoriska rekord visar tydligt att geologiska reservoarer kan destabiliseras-och att när de är, det leder till snabba ökningar av atmosfärisk koldioxid och global uppvärmning. Från min synvinkel, detta representerar en viktig okänd risk som inte kan ignoreras.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.