Fluktuationer i jordens omloppsparametrar anses vara utlösaren för långsiktiga klimatfluktuationer som istiden. Detta inkluderar variationen av lutningsvinkeln på jordaxeln med en cykel på cirka 40, 000 år. Kielbaserade havsforskare under ledning av GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel har visat med hjälp av en ny modell att biogeokemiska interaktioner mellan hav och atmosfär också kan vara ansvariga för klimatfluktuationer i denna tidsskala.

Jordens klimathistoria präglas av periodiska förändringar som vanligtvis tillskrivs solstrålning som når jordens yta. Denna isolering är inte konstant över geologisk tid utan moduleras av cykliska förändringar i jordens orbitala parametrar. En av de viktigaste parametrarna som påverkar insolation är lutningen på jordens rotationsaxel (snedhet) som ändras periodiskt över tiden med en cykellängd på cirka 40 000 år. Kemiska och isotopiska signaturer av sediment som deponerades under Krita och andra perioder av jordens historia dokumenterar regelbundna förändringar i temperatur och kolcykling på denna tidsskala. De 40 kyr-cyklerna som observerats i de geologiska klimatarkiven antas vara resultatet av snett utlösta insolationsförändringar som påverkar yttemperaturen, cirkulationen av havet och atmosfären, den hydrologiska cykeln, biosfären, och slutligen kolcykeln. Ett av problemen med denna standardteori är att förändringar i global isolering är mycket små och måste förstärkas av dåligt förstådda positiva återkopplingsmekanismer för att påverka det globala klimatet.

En grupp forskare från Kiel, Tyskland föreslår ett helt annat perspektiv som framgår av en ny numerisk modell av den marina biosfären. Det simulerar omsättningen av planktonbiomassa i havet och löser de associerade mikrobiella oxidations- och reduktionsreaktionerna som styr de ständiga bestånden av upplöst syre, sulfid, näringsämnen och plankton i havet. I sina modellexperiment fann forskarna förvånansvärt en självhållande klimatcykel på 40 kyr med hjälp av den biogeokemiska modellen integrerad i en cirkulationsmodell i Krita Havet utan att applicera snedvridning.

"I vår modell, kolcykeln styrs till stor del av plankton som lever i ytan, "förklarar professor Dr. Klaus Wallmann från GEOMAR, huvudförfattare till studien som nyligen publicerades i Naturgeovetenskap . Plankton förbrukar atmosfärisk CO ₂ via fotosyntes och av mikroorganismer som bryter ned planktonbiomassa och släpper ut CO ₂ tillbaka till atmosfären. Sedan CO ₂ är en potent växthusgas, det biologiska CO ₂ omsättning påverkar yttemperaturer och globalt klimat. Tillväxten av plankton styrs av näringsämnen som deltar i en rad mikrobiella oxidations- och reduktionsreaktioner.

"Vi har integrerat den här nya biogeokemiska modellen i en cirkulationsmodell av Krita, och det skapar en självupprätthållande klimatcykel på 40 kyr utan att tvinga till snedvridning, "säger Dr Sascha Flögel, medförfattare från GEOMAR. "Ur vårt perspektiv, cykeln induceras av en bana av positiva och negativa återkopplingar som är förankrade i den syreberoende omsättningen av kväve, fosfor, järn och svavel i havet. Kemiska och isotopiska data registrerade i sediment som deponerats i Krita oceanen visar periodiska förändringar som överensstämmer med modellresultaten, "Flögel fortsätter

I denna nya syn på klimatförändringar, förhållandet mellan orsaker och effekter är radikalt annorlunda än standardorbitalteorin. Den marina biosfären snarare än insolationen sätter takten och amplituden genom att styra partialtrycket av CO ₂ i atmosfären. "Vår nya teori stöds av observationer och överensstämmer med vår förståelse av biogeokemiska cykler i havet, "enligt professor Wallmann.

"Men oblique och andra orbitalparametrar kan också påverka den globala klimatförändringen när deras känsliga effekter på insolation förstärks av positiva återkopplingsmekanismer. Därför, de periodiska klimatförändringar som dokumenteras i den geologiska registret kan återspegla både biosfärens andetag och jordsystemets reaktion på yttre omloppsbana och insolationstvång, "sammanfattar professor Dr. Wolfgang Kuhnt från Kiel University som deltog i denna studie.