Ett internationellt team av forskare, studera bevis bevarade i speleothems i en kustnära grotta, illustrera att för mer än tre miljoner år sedan – en tid då jorden var två till tre grader varmare än den förindustriella eran – var havsnivån så mycket som 16 meter högre än i dag. Deras resultat representerar betydande implikationer för att förstå och förutsäga takten i dagens havsnivåhöjning mitt i ett värmande klimat.

Forskarna, inklusive professor Yemane Asmerom och seniorforskaren Victor Polyak från University of New Mexico, University of South Florida, Universitat de les Illes Balears och Columbia University, publicerade sina resultat i dagens upplaga av tidskriften Natur . Analysen av fyndigheter från Artà-grottan på ön Mallorca i västra Medelhavet gav havsnivåer som tjänar som mål för framtida studier av inlandsisens stabilitet, inlandsmodellkalibreringar och prognoser av framtida havsnivåhöjning, sa forskarna.

Havsnivån stiger som ett resultat av smältande inlandsisar, som de som täcker Grönland och Antarktis. Dock, hur mycket och hur snabbt havsnivån kommer att stiga under uppvärmningen är en fråga som forskare har arbetat med att svara på. Rekonstruera inlandsis och havsnivåförändringar under tidigare perioder då klimatet naturligt var varmare än idag, tillhandahåller ett laboratorieexperiment i jordens skala för att studera denna fråga enligt USF Ph.D. student Oana Dumitru, huvudförfattaren, som gjorde mycket av sitt dejtingarbete på UNM under ledning av Asmerom och Polyak.

"Begränsande modeller för havsnivåhöjning på grund av ökad uppvärmning beror kritiskt på faktiska mätningar av tidigare havsnivå, ", sade Polyak. "Denna studie ger mycket robusta mätningar av havsnivåhöjder under Pliocen."

"Vi kan använda kunskap från tidigare varma perioder för att justera inlandsismodeller som sedan används för att förutsäga framtida inlandsreaktion på nuvarande global uppvärmning, " sa USF Department of Geosciences Professor Bogdan Onac.

Projektet fokuserade på grottavlagringar som kallas freatiska överväxter på speleothem. Avlagringarna bildas i kustnära grottor i gränsytan mellan bräckt vatten och grottluft varje gång de gamla grottorna översvämmades av stigande havsnivåer. I Artà-grottan, som ligger inom 100 meter från kusten, vattenytan sammanfaller – och var tidigare – med havsnivån, säger professor Joan J. Fornós vid Universitat de les Illes Balears.

Forskarna upptäckte, analyserat, och tolkade sex av de geologiska formationer som hittades på höjder av 22,5 till 32 meter över nuvarande havsnivå. Noggrann provtagning och laboratorieanalyser av 70 prover resulterade i åldrar från 4,4 till 3,3 miljoner år gamla BP (före närvarande), vilket indikerar att grottavlagringarna bildades under Pliocen-epoken. Åldrarna bestämdes med hjälp av uran-bly radiometrisk datering i UNM:s Radiogenic Isotope Laboratory.

"Detta var en unik konvergens mellan en idealiskt lämpad naturlig miljö som utarbetats av teamet av grottforskare och den tekniska utvecklingen vi har uppnått under åren i vårt labb vid University of New Mexico, ", sa Asmerom. "Smarta investeringar i instrumentering och tekniker resulterar i den här typen av utdelningar med stor effekt."

"Havsnivåförändringar vid Artà Cave kan orsakas av smältning och tillväxt av inlandsisar eller av höjning eller sättning av själva ön, " sa Columbia University Assistant Professor Jacky Austermann, en medlem av forskargruppen. Hon använde numeriska och statistiska modeller för att noggrant analysera hur mycket höjning eller sättning som kan ha hänt sedan Pliocen och subtraherade detta från höjden av formationerna de undersökte.

Ett nyckelintervall av särskilt intresse under Pliocen är den mitten av Piacenziska varma perioden - för cirka 3,264 till 3,025 miljoner år sedan - då temperaturen var 2 till 3º Celsius högre än förindustriella nivåer. "Intervallet markerar också sista gången jordens atmosfäriska CO2 var så hög som idag, ger viktiga ledtrådar om vad framtiden har att erbjuda inför den nuvarande antropogena uppvärmningen, " säger Onac.

Denna studie visade att under denna period, den globala medelhavsnivån var så hög som 16,2 meter (med ett osäkerhetsområde på 5,6 till 19,2 meter) över nuvarande. Detta innebär att även om atmosfärisk CO2 stabiliseras kring nuvarande nivåer, den globala medelhavsnivån skulle sannolikt fortfarande stiga åtminstone så högt, om inte högre, drog forskarna slutsatsen. Faktiskt, den kommer sannolikt att stiga högre på grund av ökningen av havens volym på grund av stigande temperatur.

"Med tanke på dagens smältmönster, denna omfattning av havsnivåhöjningen skulle sannolikt orsakas av en kollaps av både Grönland och de västantarktiska inlandsisarna, sa Dumitru.

Författarna mätte också havsnivån på 23,5 meter högre än vad som fanns för cirka fyra miljoner år sedan under Pliocene Climatic Optimum, när globala medeltemperaturer var upp till 4°C högre än förindustriella nivåer. "Detta är ett möjligt scenario, om aktiv och aggressiv minskning av växthusgaser till atmosfären inte genomförs", sa Asmerom.