Forskare vid Cardiff University har kastat nytt ljus över jordens klimatbeteende under den senaste kända perioden med global uppvärmning för över 14 miljoner år sedan.

Under denna period, känd som det mellersta Miocene Climate Optimum, globala temperaturer var så mycket som tre till fyra grader varmare än dagens medeltemperaturer, liknande uppskattningar för 2100. Kontinenternas position liknade idag och haven blomstrade av liv.

Den här perioden, som inträffade mellan 15 och 17 miljoner år sedan, har förbryllat geologer i decennier när de har försökt förklara den första orsaken till den globala uppvärmningen och de miljöförhållanden som fanns på jorden efteråt.

Det är redan känt att denna period av global uppvärmning åtföljdes av massiva vulkanutbrott som täckte större delen av det moderna Pacific Pacific Northwest i USA, kallade Columbia River översvämning basalter.

Ungefär samtidigt ett betydande oljerikt bergskikt, känd som Monterey Formation, skapades längs Kaliforniens kust som ett resultat av begravningen av kolrikt marint liv.

Hittills har forskare kämpat för att sätta ihop pusslet och komma med en livskraftig förklaring till värmans ursprung och kopplingen mellan vulkanutbrotten och de ökade mängden kolbegravning.

Prof Carrie Lear, seniorforskaren på studien och baserad vid Cardiff University's School of Earth and Ocean Sciences, sade:"Vår planet har varit varm förut. Vi kan använda gamla fossiler för att förstå hur klimatsystemet fungerar under dessa tider."

I deras studie, publiceras idag i tidningen Naturkommunikation , laget använde kemin hos marina fossiler tagna från långa sedimentkärnor från Stilla havet, Atlanten och Indiska oceanerna för att fingeravtrycka temperaturen och kolnivåerna i havsvattnet där de gamla varelserna en gång levde under mitten av Miocene Climate Optimum.

Deras resultat visade att de massiva vulkanutbrotten i Columbia River översvämning basalter släppte CO ₂ i atmosfären och utlöste en minskning av havets pH. Med globala temperaturer som en följd av detta, havsnivån steg också, översvämmar stora områden på kontinenterna. Detta skapade de perfekta förutsättningarna för att begrava stora mängder kol från ansamlingar av marina organismer i sediment, och att överföra vulkansk kol från atmosfären till havet under tiotusentals år.

"Den förhöjda marina produktiviteten och kolbegravningen hjälpte till att ta bort en del koldioxid från vulkanerna och fungerade som en negativ feedback, mildra några, men inte allt, av de klimateffekter som är förknippade med utsläpp av vulkaniskt CO ₂ , "sade huvudförfattare till studien Dr Sindia Sosdian från Cardiff University's School of Earth and Ocean Sciences.

Tidigare stora episoder av vulkanism genom jordens historia har kopplats till massutrotning och utbredd syreförarmning i haven; dock, det fanns ingen sådan förekomst i mitten av Miocene Climate Optimum.

Medförfattare till studien Dr Tali Babila från School of Ocean and Earth Sciences vid University of Southampton tillade:"Under Miocene Climatic Optimum svarade haven och klimatet påfallande mycket på andra massiva vulkanutbrott i det geologiska rekordet . Förekomsten av isarket i Antarktis och den relativt långsamma utsläppet av kol minimerade dock storleken på miljöförändringar och de därtill hörande konsekvenserna för marint liv under denna händelse. "

"Tack vare våra resultat har vi nu en mycket klar bild av vad som hände för över 14 miljoner år sedan och det kommer att förändra hur forskare ser på denna period av global uppvärmning, "fortsatte doktor Sosdian.

"Vi vet att vårt nuvarande klimat värms mycket snabbare än Miocene Climatic Optimum så vi kommer inte att kunna lita på dessa långsamma naturliga återkopplingar för att motverka den globala uppvärmningen. Men denna forskning är fortfarande viktig eftersom den hjälper oss att förstå hur vår planet fungerar när det är i ett varmt läge. "