En ny studie av en uråldrig period som anses vara den närmaste naturliga analog till tiden för moderna mänskliga koldioxidutsläpp har funnit att massiv vulkanism skickade stora kolvågor till haven under tusentals år - men att naturen inte var i närheten av att matcha vad människor gör idag. Studien uppskattar att människor nu introducerar elementet tre till åtta gånger snabbare, eller möjligen ännu mer. Konsekvenserna för livet både i vattnet och på land är potentiellt katastrofala. Resultaten visas i veckan i journalen Förfaranden från National Academy of Sciences .

Forskare vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory undersökte havsförhållandena för 55,6 miljoner år sedan, en tid som kallas Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM). Före detta, planeten var redan betydligt varmare än den är idag, och det stigande CO ₂ nivåerna av PETM drev temperaturen upp ytterligare 5 till 8 grader C (9 till 14 grader F). Havet absorberade stora mängder kol, stimulerar kemiska reaktioner som orsakade att vattnet blev mycket surt, och döda eller försämra många marina arter.

Forskare har känt till PETM -kolsteget i flera år, men tills nu, har skakat på vad som orsakade det. Bortsett från vulkanism, hypoteser har inkluderat plötslig upplösning av fryst metan (som innehåller kol) från havsbotten, eller till och med en kollision med en komet. Forskare har också varit osäkra på hur mycket koldioxid som fanns i luften, och därmed hur mycket haven tog in. Den nya studien stelnar både vulkanteorin, och mängden kol som släpptes ut i luften.

Forskningen är direkt relevant för idag, sa huvudförfattaren Laura Haynes, som gjorde forskningen som doktorand vid Lamont-Doherty. "Vi vill förstå hur jordsystemet kommer att reagera på snabb CO ₂ utsläpp nu, "sa hon." PETM är inte den perfekta analogen, men det är det närmaste vi har. I dag, saker går mycket snabbare. "Haynes är nu biträdande professor vid Vassar College.

Tills nu, marina studier av PETM har förlitat sig på knappa kemiska data från haven, och antaganden baserade på en viss grad av gissningar som forskare matade in i datormodeller.

Författarna till den nya studien kom mer direkt på frågorna. De gjorde detta genom att odla småskaliga marina organismer som kallas foraminifera i havsvatten som de formulerade för att likna de mycket sura förhållandena hos PETM. De registrerade hur organismerna tog upp elementet bor i sina skal under tillväxt. De jämförde sedan dessa data med analyser av bor från fossiliserade foraminifera i kärnor i Stilla havet och Atlanten som sträcker sig över PETM. Detta gjorde det möjligt för dem att identifiera kol-isotopsignaturer associerade med specifika kolkällor. Detta indikerade att vulkaner var huvudkällan - troligen från massiva utbrott centrerade kring det som nu är Island, när Nordatlanten öppnade sig, och norra Nordamerika och Grönland separerade från norra Europa.

Forskarna säger att kolpulserna, som andra uppskattar varade i minst 4, 000 till 5, 000 år, tillsatt så mycket som 14,9 kvadriljoner ton kol till haven-en två tredjedelars ökning jämfört med deras tidigare innehåll. Kolet skulle ha kommit från CO ₂ avges direkt av utbrotten, förbränning av omgivande sedimentära bergarter, och lite metan kommer upp från djupet. När haven absorberade kol från luften, vattnet blev mycket surt, och förblev så i tiotusentals år. Det finns bevis för att detta dödade mycket djuphavsliv, och förmodligen även andra marina varelser.

I dag, mänskliga utsläpp får koldioxid i atmosfären att skjuta i höjden, och haven absorberar återigen mycket av det. Skillnaden är att vi introducerar det mycket snabbare än vulkanerna gjorde - inom decennier istället för årtusenden. Atmosfäriska nivåer har skjutit upp från cirka 280 delar per miljon på 1700 -talet till cirka 415 idag, och de är på väg att fortsätta stiga snabbt. Atmosfäriska nivåer skulle redan vara mycket högre om haven inte absorberade så mycket. Som de gör, snabb försurning börjar stressa det marina livet.

"Om du tillsätter kol långsamt, levande saker kan anpassa sig. Om du gör det väldigt snabbt, det är ett riktigt stort problem, "sa studiens medförfattare Bärbel Hönisch, en geokemist på Lamont-Doherty. Hon påpekade att även i mycket långsammare takt med PETM, marint liv såg stora dödsfall. "Det förflutna fick verkligen allvarliga konsekvenser, och det lovar inte gott för framtiden, "sa hon." Vi överträffar det förflutna, och konsekvenserna kommer förmodligen att bli mycket allvarliga. "