En studie utförd av UC Riverside, med urgamla djuphavsforaminiferskal, har avslöjat att extrema värmeepisoder i jordens förflutna ledde till minskad djuphavscirkulation, vilket är avgörande för att distribuera värme globalt och lagra kol. Den tidiga eocentidens varmare förhållanden och ökade CO2-nivåer ger en potentiell förhandsvisning av framtida klimatförändringar om nuvarande koldioxidutsläpp fortsätter oförminskat. Kredit: Bladet.se
En ny studie av UC Riverside visar att historiska episoder av extrem värme fick utbytet mellan ytvatten och djuphavsvatten att sakta ner.
Denna process, ofta kallad det ”globala transportbandet”, omfördelar värme runt jorden genom rörelsen av havsvattnet, vilket gör stora delar av planeten beboeliga.
I deras studie, nyligen publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences, använde forskarna fossiliserade skal som återvunnits från forntida djuphavssediment för att upptäcka hur transportbandet svarade på extrema värmeepisoder för 50 miljoner år sedan. Vid den tiden liknade jordens klimat förhållanden som förutspåddes i slutet av detta århundrade, om inte betydande åtgärder vidtas för att minska koldioxidutsläppen.
Havscirkulation: klimatreglering och kollagring
Hav spelar en avgörande roll för att reglera jordens klimat. De flyttar varmt vatten från ekvatorn mot nord- och sydpolen och balanserar planetens temperaturer. Utan detta cirkulationssystem skulle tropikerna vara mycket varmare och polerna mycket kallare. Förändringar i detta system är kopplade till betydande och plötsliga klimatförändringar.
Dessutom spelar haven en avgörande roll för att avlägsna antropogen koldioxid från atmosfären. ”Haven är den överlägset största stående poolen av kol på jordens yta idag”, säger första författaren Sandra Kirtland Turner, vice ordförande för UCR:s institution för jord- och planetvetenskap.
”Idag innehåller haven nästan 40 000 miljarder ton kol – mer än 40 gånger mängden kol i atmosfären. Haven tar också upp ungefär en fjärdedel av antropogena CO2-utsläpp, säger Kirtland Turner. ”Om havscirkulationen saktar ner, kan absorptionen av kol i havet också sakta ner, vilket förstärker mängden CO2 som stannar i atmosfären.”
Foraminifera-skal hjälpte forskare att få ihop en bild av havsrörelser under eocenperioden, där höga kolhalter i atmosfären fick utbytet av havsvatten att sakta ner. Kredit: Marci Robinson, USGS
Historiska insikter och framtida konsekvenser
Tidigare studier har mätt förändringar i havscirkulationen i jordens nyare geologiska förflutna, som att komma ut ur den senaste istiden; Men de motsvarar inte nivåerna av atmosfärisk CO2 eller uppvärmning som händer på planeten idag. Andra studier ger det första beviset på att djuphavscirkulationen, särskilt i Nordatlanten, redan börjar avta.
För att förutsäga hur havscirkulationen reagerar på växthusgasdriven global uppvärmning, tittade forskargruppen på den tidiga eocenperioden, för mellan ungefär 49 och 53 miljoner år sedan. Jorden var då mycket varmare än idag, och den högvärmebaslinjen präglades av toppar i CO2 och temperatur som kallas hypertermi.
Under den perioden var djuphavet uppe i 12 grader Celsius varmare än det är idag. Under hypertermierna värmdes haven ytterligare 3 grader Celsius.
”Även om den exakta orsaken till de hypertermiska händelserna diskuteras, och de inträffade långt innan människors existens, är dessa hypertermier de bästa analogerna vi har för framtida klimatförändringar,” sa Kirtland Turner.
Sandra Kirtland Turner, från UC Riverside, och ett havskärnsedimentprov. Kredit: Integrated Ocean Drilling Program
Foraminifera: små indikatorer på antika hav
Genom att analysera små fossila skal från olika havsbottenplatser runt om i världen, rekonstruerade forskarna mönster av djuphavscirkulation under dessa hypertermiska händelser. Skalen kommer från mikroorganismer som kallas foraminifer, som kan finnas levande i hela världshaven, både på ytan och på havsbotten. De är ungefär lika stora som en punkt i slutet av en mening.
”När varelserna bygger sina skal, innehåller de element från haven, och vi kan mäta skillnaderna i kemin hos dessa skal för att i stort sett rekonstruera information om forntida havstemperaturer och cirkulationsmönster,” sa Kirtland Turner.
Själva skalen är gjorda av kalciumkarbonat. Syreisotoper i kalciumkarbonatet är indikatorer på temperaturen i vattnet som organismerna växte i, och mängden is på planeten vid den tiden.
Forskarna undersökte också kolisotoper i skalen, som återspeglar åldern på vattnet där skalen samlades in, eller hur länge vatten har varit isolerat från havsytan. På detta sätt kan de rekonstruera mönster av djuphavsvattenrörelser.
Foraminifera kan inte fotosyntetisera, men deras skal indikerar effekten av fotosyntes av andra organismer i närheten, som växtplankton. ”Fotosyntes sker endast i ythavet, så vatten som nyligen har varit på ytan har en kol-13-rik signal som reflekteras i skalen när det vattnet sjunker till djuphavet,” sa Kirtland Turner.
”Omvänt har vatten som varit isolerat från ytan under lång tid byggt upp relativt sett mer kol-12 eftersom resterna av fotosyntetiska organismer sjunker och förfaller. Så, äldre vatten har relativt sett mer kol-12 jämfört med ”ungt” vatten.”
Klimatmodeller och moderna förutsägelser
Forskare gör ofta förutsägelser om havscirkulationen idag med hjälp av datorklimatmodeller. De använder dessa modeller för att svara på frågan: ”Hur kommer havet att förändras när planeten fortsätter att värmas upp?” Detta team använde på liknande sätt modeller för att simulera det antika havets svar på uppvärmningen. De använde sedan foraminifera skalanalys för att hjälpa testresultat från sina klimatmodeller.
Under eocenen fanns det cirka 1 000 miljondelar (ppm) koldioxid i atmosfären, vilket bidrog till den tidens höga temperaturer. Idag håller atmosfären cirka 425 ppm.
Men människor släpper ut nästan 37 miljarder ton CO2 i atmosfären varje år; om dessa utsläppsnivåer fortsätter kan liknande förhållanden som tidig eocen inträffa i slutet av detta århundrade. Därför hävdar Kirtland Turner att det är absolut nödvändigt att göra allt för att minska utsläppen.
”Det är inte en allt-eller-inget-situation”, sa hon. ”Varje stegvis förändring är viktig när det kommer till koldioxidutsläpp. Även små minskningar av CO2 korrelerar med mindre påverkan, mindre förlust av liv och mindre förändring av den naturliga världen.”