De senaste 2,6 miljoner åren kännetecknas av glaciala cykler, en regelbunden växling av kalla och varma perioder. Det är allmänt accepterat att förändringar i koncentrationerna av koldioxid och andra växthusgaser i atmosfären till stor del var ansvariga för dessa naturliga fluktuationer i kalla och varma perioder. Exakt vad som utlöser ökningen av koldioxidhalterna som orsakar övergången från ett glacialt stadium till ett varmt stadium är inte helt klarlagt. Tillsammans med kollegor, Dr. Martin Kölling från MARUM—Center for Marine Environmental Sciences vid universitetet i Bremen, har utvecklat en ny modell där vittring av pyrit, ett vanligt mineral som innehåller svavel, spelar en nyckelroll. Resultaten publicerades i tidningen Naturgeovetenskap .

Fool's gold är det vardagliga namnet för pyrit, ett ofta förekommande mineral som bildar gyllene kuber som en kristall men har en svart färg när det är fint fördelat i havssediment. Vid exponering för luft oxideras pyriten och ger en syra, som i sin tur löser upp karbonatmineraler och frigör växthusgasen koldioxid (CO ₂ ) i atmosfären. Martin Kölling vid MARUM har studerat konsekvenserna av pyritvittring i samband med de havsnivåförändringar som är förknippade med glaciala cykler. Hans beräkningar är baserade på det grundläggande faktum att under glacialer, havsnivån var mer än 100 meter lägre än den är idag. Med så låga havsnivåer, mer än 20 miljoner kvadratkilometer av dagens hylla exponerades för atmosfäriskt syre, vilket resulterade i storskalig pyritförvitring och utsläpp av CO ₂ in i atmosfären.

Jämfört med dagens konstgjorda utsläpp av CO ₂ , den pyritdrivna glaciala frisättningen var en liten men betydande mängd, i samma storleksordning som vulkanisk CO ₂ utsläpp. "Globalt sett detta är en mängd som är tillräckligt stor för att påverka klimatsystemet, "säger Kölling. Speciellt eftersom de CO ₂ utsläppen skedde systematiskt före slutet av isperioderna. "Baserat på våra beräkningar, vi misstänker att denna process bidrog till att avsluta glacialerna. Pyritvittring kan vara en hittills försummad process som indirekt kontrollerar glaciärernas avsmältning genom växthuseffekten och därmed möjliggör en snabb havsnivåhöjning som markerar slutet på en glaciationsperiod.

För modellen, Kölling har analyserat och jämfört publicerade CO ₂ nivåer och rekonstruktioner på havsnivå som täcker de senaste 800, 000 år. Förutom faser av mycket låg havsnivå under istider, Kölling och hans kollegor fann att havsnivå och koldioxid korrelerar förvånansvärt bra:Om havsnivån stiger med en meter, kompaniet ₂ innehållet ökar med 0,001 promille. Under de senaste 800, 000 år, havsnivån har varit nära kopplad till koldioxidhalten.

När havsnivån stiger efter en glaciationsperiod, kontinentalsockeln täcks gradvis igen med vatten, och ny kis kan bildas i de övre skikten av sedimentet genom nedbrytning av organiskt material. Dock, varaktigheten av de varma perioderna är vanligtvis inte tillräcklig för att "fylla på" det ursprungliga pyritinnehållet i hyllan. Av denna anledning, enligt Kölling och hans medarbetare, den så kallade pyritvittringsfronten, lagret på kontinentalsockeln där pyrit oxiderar under istider, har vandrat vidare nedåt med varje nedisning. Som ett resultat, havsnivån vid vilken pyritvittring blir effektiv, förskjuts nedåt. Enligt Kölling, denna front ligger för närvarande cirka 90 meter under dagens havsnivå.

Köllings modell beräknar pyritdriven CO ₂ utsläpp som en funktion av havsnivån under de senaste tre miljoner åren. Det ger också en förklaring till den ökande längden av glaciationscykler. Sedan 1970-talet, forskare har undrat varför, för ungefär en miljon år sedan, längden på istidscykler ökade från cirka 41, 000 år till mellan 80, 000 och 120, 000 år. Det är känt att snedställningen av jordens axel, som varierar med en period av 41, 000 år, har ett starkt inflytande på jordens klimat. Eftersom det inte har funnits någon avgörande teori som förklarar varför skråningscykler under de senaste miljoner åren inte alla har orsakat en återgång till en varm period, de flesta forskare antar att för en miljon år sedan en astronomisk cykel med en period på cirka 100, 000 år fick betydelse för jordens klimat. Cykler av denna längd finns, men deras direkta inflytande på jordens klimat är ganska liten, och det var ingen grundläggande förändring i astronomiska förhållanden för en miljon år sedan.

Köllings modell ger nu en ny förklaring:för ungefär en miljon år sedan, pyritvittringsfronten inom hyllsedimenten runt om i världen migrerade så långt nedåt att havsnivån som faller inom en enda jordskredscykel inte längre var tillräcklig för att exponera djupt pyrit i hyllan. Således, ingen koldioxid släpptes av pyritvittring. Atmosfären värmdes inte tillräckligt och, utan en varm period, klimatsystemet hamnade i en andra kall cykel i snett tempo. Detta fick havsnivån att sjunka tillräckligt långt för att starta den djupa pyritvittringen som hjälpte till att återvända till en varm period.