Hur överlevde växter och djur för cirka 200 miljoner år sedan när koldioxidkoncentrationen gick upp till 6 000 ppm? Paul Olsen, en geolog och paleontolog vid Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory, ledde oss igenom vad forskare vet om koldioxidnivåer över tid.

Även om ingen var i närheten för att mäta atmosfärens CO₂ koncentration för miljoner år sedan, kan paleoklimatologer rekonstruera tidigare temperatur- och koldioxidnivåer med hjälp av iskärnor, trädringar, koraller, forntida pollen och sedimentära stenar. Dessa naturliga registrerare av klimatfluktuationer kan också avslöja hur olika djur och växter trivdes eller gick under under olika geologiska perioder.

Medan de studerar dinosauriernas tidsålder, till exempel, dissekerar vissa forskare löv som fastnat i sedimentlager. "De små hålen i huden på löv är vanligare när det finns lägre koldioxidnivåer", förklarade Paul Olsen, en geolog och paleontolog vid Columbia Climate Schools Lamont-Doherty Earth Observatory.

Forskare som Olsen har upprepade gånger funnit att under flera perioder av jordens historia har organismer upplevt radikalt högre koncentrationer av koldioxid och varmare medeltemperaturer än idag. Det betyder dock inte att allt blir bra om vi fortsätter att värma planeten genom att bränna fossila bränslen.

"Problemet idag är inte enbart högre global temperatur eller koldioxidnivåer. Problemet är förändringshastigheten", förklarade Olsen. "Under större delen av jordens historia har koldioxidnivåerna i allmänhet förändrats mycket långsamt. Det gav organismer och deras ekosystem tillräckligt med tid att anpassa sig till klimatförändringarna genom både evolution och migration."

Klimatforskare varnar för att under nästa århundrade kommer förändringstakten att vara 10 gånger snabbare än något klimatmönster som utvecklats under de senaste 65 miljoner åren. På grund av dagens snabba uppvärmning kan upp till 14 procent av alla växter och djur på land komma att utrotas under de kommande decennierna, enligt en rapport från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar.

Jordens klimatupp- och nedgångar

Under den kambriska perioden, som varade från 542 miljoner till 485,4 miljoner år sedan, uppskattar vissa källor att CO₂ nivåerna kan ha varit cirka 20 gånger högre än idag, och temperaturerna var 10 grader varmare.

Levande ting verkade inte ha något emot de brännande förhållandena. Under denna tid ledde syresättningen av haven till en explosion av liv som kallas "den kambriska explosionen". Det fanns en mångfald av marina varelser som trilobiter, inklusive större gamla rovdjur som kallas Anomalocaris, och snigelformade djur med snäckor. Samtidigt, på land, började de tidigaste växterna slå rot för omkring 500 miljoner år sedan, och de njöt möjligen av höga halter av atmosfärisk koldioxid, sa Olsen.

"Men fullmakter från 500 till 400 miljoner år sedan är inte så väl utarbetade vid den här tiden," varnade han. "De flesta data och grafer över koldioxidnivåer i jordens historia börjar för cirka 350 miljoner år sedan."

Under den ordoviciska perioden (för cirka 488,3 till 443,8 miljoner år sedan) var havsnivån så mycket som 220 meter högre än idag; regionerna norr om det tropiska bältet låg under havet. Primitiva fiskar, röda alger, koraller och några andra marina djur som bläckfiskar och snäckor var en del av blomstrande ekosystem – tills de drabbades av en aldrig tidigare skådad tragedi, som kan ha utlösts av plötsliga förändringar i CO₂ nivåer.

Det var jordens första stora massutrotning. Med början för cirka 443 miljoner år sedan utplånades cirka 85 procent av alla marina arter i upp till två miljoner år. Orsaken är fortfarande okänd, men vissa forskare spekulerar i att det kan ha varit associerat med bildandet av massiva glaciärer och en drastisk sänkning av havsnivån efter att superkontinenten Gondwana drev mot Sydpolen. En studie från 2012 antydde att de första landväxterna kan ha fått den globala temperaturen att sjunka genom att absorbera CO₂ , utlöser en istid. Omvänt, i en studie från 2020, antog Kanada-baserade forskare att omfattande vulkanutbrott släppte ut enorma mängder koldioxid som plötsligt värmde upp planeten och satte igång två pulser av massutdöende inom två miljoner år.

Hur överlevde dinosaurier trots exceptionellt hög CO₂ nivåer?

Triasperioden (252 till 201 miljoner år sedan) startade dinosauriernas ålder.

"Då var det extremt varmt eftersom koncentrationerna av atmosfärisk koldioxid var fem gånger högre än dagens nivåer", förklarade Olsen. "Och ändå blomstrade marint och landliv."

I början av triasperioden omfattade superkontinenten Pangea landmassan på alla sju moderna kontinenter. Däggdjursliknande reptiler eller synapsider dominerade världen. Grodor och salamandrar hade precis börjat utvecklas. Efter detta tog ett bredare utbud av arkosaurier – en grupp reptiler som inkluderar krokodiler, fåglar och dinosaurier – över.

De första dinosaurierna dök upp för cirka 232 miljoner år sedan. De var små som hundar.

För det sena triasen och tidigare jura (för ungefär 237–174 miljoner år sedan) fann forskare noll bevis på polära isisar i fossilregister - troligen ett resultat av koldioxidnivåer som kan ha nått så höga som 6 000 ppm. Under detta växthustillstånd täckte täta barr- och lövskogar större delen av Pangea från nordpolen och sydpolen till de subtropiska breddgraderna.

Men för cirka 230 miljoner år sedan började Pangea bryta upp. Medan Nordamerika drev bort från Eurasien och Afrika trängde magma in i jordskorpan över ett stort område, vilket orsakade ett av de mest betydande vulkanutbrotten i jordens historia. Det utlöste en massutrotningshändelse för 202 miljoner år sedan som eliminerade 80 procent av alla organismer, inklusive många tidigare dominerande typer av stora tropiska reptiler från Trias, som de krokodilliknande fytosaurierna.

De flesta forskare tror att massutrotningen i slutet av trias är direkt kopplad till de omfattande vulkanutbrotten, sa Olsen. Varje utbrott kan ha varat oavbrutet i tiotals eller till och med hundratals år, och det var många utbrott. De förknippades med en plötslig fördubbling till tredubbling av atmosfärisk koldioxid på kort tid.

"Det är ganska jämförbart med vad människor gör med planeten nu," sa han. En studie från 2019 visade att mänskliga aktiviteter årligen släpper lös upp till 100 gånger mer kol i atmosfären än vulkaner.

De ovanligt höga koldioxidnivåerna för 202 miljoner år sedan resulterade i havets försurning och anoxi, eller förlust av syre under vattnet. Olsen och hans kollegor identifierade dessa faktorer som de största drivkrafterna bakom denna stora massutrotningshändelse som utplånade marina ryggradslösa djur och koraller.

I en nyligen genomförd studie fann de att enorma mängder svaveldioxid också pumpades ut i atmosfären under vulkanutbrotts olika pulser. Det orsakade intensiva, om än korta, kalla perioder då svavelaerosoler reflekterade solljus ut i rymden.

"Den kalla perioden kan ha varat i bara några år eller högst 100 år," förklarade Olsen. På land eliminerade vulkaniska vintrar djur som inte hade isolering som fjädrar, fett eller tjocka lager av päls. Dinosaurier som hade tillräcklig isolering överlevde och tog över.

Efter varje kort kall period upplevde jorden tiotals till hundratusentals år av global uppvärmning på grund av de plötsliga ökningarna av koldioxidhalterna i atmosfären från utbrotten.

Hur gick de globala temperaturerna och CO₂ stabiliseras nivåerna innan folk kom?

Extremt höga koncentrationer av koldioxid försvinner från atmosfären genom tre stora mekanismer. Den första är att havet absorberar stora mängder av det för att skapa en jämvikt i atmosfären.

Jordens andra mekanism för att suga CO₂ ur luften är genom vittring av stenar. Produkterna från denna typ av naturlig kolbindning hamnar i haven som kalksten.

Den tredje mekanismen är fotosyntesen. Växter absorberar koldioxid, och om de begravs i sediment innan de sönderfaller, lagras kolet i deras vävnader under jorden. Dessa tre mekanismer inträffar långsamt under flera tusen år.

"Men när jorden upplever snabba förändringar i koncentrationerna av atmosfärisk CO₂ — precis som det vi upplever idag på grund av mänskliga aktiviteter — reagerar dessa tre mekanismer inte tillräckligt snabbt för att kompensera för de häpnadsväckande förändringstakten, förklarade Olsen.

Under de senaste 60 åren har den årliga ökningstakten för atmosfärisk CO₂ har varit 100 gånger snabbare än de relativt senaste naturliga ökningarna som skedde för omkring 17 000 år sedan i slutet av den senaste istiden. År 2021, den globala genomsnittliga koncentrationen av CO₂ nådde sin högsta registrerade nivå på 414,72 ppm.

"Detta liknar förändringstakten som inträffade för cirka 202 miljoner år sedan, efter gigantiska vulkanutbrott och även efter asteroidnedslag som utlöste den femte massutrotningen för cirka 66 miljoner år sedan," tillade Olsen.

Kunde människor överleva fientliga klimatförhållanden som de under dinosaurieåldern?

Även om jorden har sett otaliga fluktuationer i koldioxidnivåer tidigare, har de flesta av dem varit i takt med vilken organismer har kunnat anpassa sig och utvecklas till klimatförändringar. Detta är mindre troligt i dagens snabba uppvärmningstakt.

"Den förändringstakt som vi upplever idag på grund av mänskliga drivna utsläpp av växthusgaser är bland de allra högsta som jorden någonsin har sett", säger Olsen. "Högre nivåer av koldioxid i atmosfären är normala tillstånd för vår planet. Vårt nuvarande lägre tillstånd är ovanligt. Ändå är det denna förändringstakt som är den viktigaste."

Olsen antog att även med extremt hög atmosfärisk CO₂ nivåer på 6 000 ppm som registrerades under dinosauriernas tidsålder och den efterföljande globala uppvärmningen, skulle människor potentiellt kunna överleva – tack vare tekniska framsteg, snarare än evolutionen.

Och även om kontinenternas inre regioner skulle vara outhärdligt varma, kan platser på högre breddgrader fortfarande vara svala och beboeliga.

Men med höga klimatförändringar under korta perioder varnade Olsen för att det kommer att finnas betydande sociala störningar på grund av begränsade mat- och vattenresurser – vilket resulterar i krig och konflikter.

Med andra ord, vår art skulle teoretiskt sett kunna överleva, men vi skulle förmodligen inte leva våra bästa liv. + Utforska vidare

Dinosaurier tog över bland is, inte värme, säger en ny studie av forntida massutrotning

Denna berättelse är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.