Människan skapad global uppvärmning har länge presenterats som en relativt enkel kedja av orsak och verkan:människor stör kolcykeln genom att förbränna fossila bränslen, därigenom öka koncentrationen av CO ₂ i atmosfären, vilket i sin tur leder till högre temperaturer runt om i världen. "Dock, det blir allt tydligare att detta inte är slutet på historien. Skogsbränder blir allt vanligare över hela världen, släpp ut ytterligare CO ₂ in i atmosfären, och ytterligare förstärka den globala uppvärmningen som förstärkte risken för skogsbränder i första hand. Detta är ett läroboksexempel på vad klimatforskare kallar en positiv återkopplingsmekanism, "betonar David De Vleeschouwer, en postdoktor vid MARUM — Center for Marine Environmental Sciences vid University of Bremen.

För att avslöja denna typ av återkopplingsmekanismer för klimat-kolcykler under naturliga omständigheter, David De Vleeschouwer och kollegor utnyttjade isotopdata från sedimentkärnor i djuphavet. "Några av dessa kärnor innehåller sediment upp till 35 miljoner år gamla. Trots deras respektabla ålder, dessa sediment bär ett tydligt avtryck av så kallade Milanković-cykler. Milanković -cykler avser rytmiska förändringar i formen av jordens bana (excentricitet), såväl som lutningen (snedställningen) och orienteringen (precessionen) för jordens rotationsaxel. Som ett astronomiskt urverk, Milanković -cykler genererar förändringar i fördelningen av solinstrålning över planeten, och därmed provocera ökade klimatförändringar, "förklarar De Vleeschouwer." Vi tittade på kol- och syreisotopkompositionen av mikrofossiler i sedimentet och använde först excentriciteten, oblique och precessionskadenser som geologiska kronometrar. Sedan, vi använde en statistisk metod för att avgöra om förändringar i ett isotopsystem leder till eller fördröjningsvariabilitet i den andra isotopen. "

Hans kollega Maximilian Vahlenkamp tillägger, "När ett vanligt mönster i båda isotopsystemen inträffar lite tidigare i kolsystemet jämfört med syreisotopsystemet, vi kallar detta en kol-isotop bly. Vi drar då slutsatsen att kolkretsen utövade kontroll över klimatsystemet vid sedimentavsättning. "Paleoklimatologer och paleoceanografer använder ofta kolisotoper som en indikator på störningar i koldioxidcykeln, och syreisotoper som en proxy för förändringar i det globala klimatläget. Förändringar i isotopkompositionen hos dessa djuphavsmikrofossiler kan tyda på, till exempel, en ökning av den kontinentala kollagringen från markväxter och jordar, eller global kylning med en tillväxt av iskappar.

"Den systematiska och tidskontinuerliga analysen av ledningar och eftersläpningar mellan koldioxidcykel och klimat utgör den innovativa karaktären hos denna studie. Vår strategi gör det möjligt att sekvensera jordens historia med hög upplösning under de senaste 35 miljoner åren, "säger prof Heiko Pälike." Vi visar att de senaste 35 miljoner åren kan delas upp i tre intervaller, var och en med sin specifika klimat-kol-cykel-modus operandi. "I genomsnitt författarna fann syreisotoper för att leda kolisotopvariationer. Detta innebär att, under naturliga förhållanden, klimatvariationer reglerar till stor del den globala koldioxiddynamiken. Dock, forskargruppen fokuserade på tider då det motsatta var fallet. Verkligen, De Vleeschouwer och kollegor hittade några exempel på gamla perioder under vilka koldioxidcykeln drev klimatförändringar på cirka 100, 000-års tidsskalor, precis som det är fallet nu på mycket kortare tidsramar "men då naturligtvis utan mänskligt ingripande, "konstaterar Pälike.

Under det äldsta intervallet, mellan 35 och 26 miljoner år sedan, kolcykeln tog ledningen över klimatförändringarna mestadels under perioder med klimatstabilitet. "Perioder av klimatstabilitet i det geologiska rekordet har ofta en astronomisk orsak. När jordens bana runt solen är nära en perfekt cirkel, säsongsbetonade extrema avskärningar och mer jämställt klimat tillämpas, "förklarar David De Vleeschouwer." Mellan 35 och 26 miljoner år sedan, en sådan astronomisk konfiguration skulle ha varit gynnsam för en tidsmässig utvidgning av Antarktis inlandsis. Vi föreslår att under ett sådant scenario, intensiteten av glacial erosion och efterföljande stenvittring ökade. Det här är viktigt, eftersom vittring av silikatstenar tar bort CO ₂ från atmosfären, och på så sätt styr växthuseffekten. "

Men för cirka 26 miljoner år sedan, arbetssättet förändrades radikalt. Kolcykeln tog kontroll över klimatet vid tider av klimatflyktighet, inte stabilitet. "Vi tror att denna förändring spårar tillbaka till höjden av Himalaya-bergen och ett monsundominerat klimatläge. När säsongens insolering extrema förstärks genom en excentrisk jordbana, monsuner kan bli riktigt intensiva. Starkare monsuner tillåter mer kemisk vittring, avlägsnande av CO ₂ från atmosfären och därmed en koldioxidcykelkontroll över klimatet. "

Mekanismerna som föreslagits av författarna förklarar inte bara de observerade mönstren i kol- och syreisotoper, de ger också nya idéer om hur klimatsystemet och kolcykeln interagerade genom tiden. "Vissa hypoteser behöver ytterligare testning med numeriska klimat- och koldioxidmodeller, men den processnivåförståelse som presenteras i detta arbete är viktig eftersom den ger en inblick i vår planets maskineri under gränsförhållanden som är fundamentalt annorlunda än dagens, "säger De Vleeschouwer. Dessutom, detta arbete ger också scenarier som kan användas för att utvärdera förmågan hos klimat-kol-cykelmodeller när de skjuts till de extrema scenarierna i det geologiska förflutna.