Lang voordat mensen koolstofdioxide in de atmosfeer begonnen te injecteren door fossiele brandstoffen zoals olie te verbranden, gas, en kolen, het niveau van atmosferisch CO2 steeg aanzienlijk toen de aarde uit zijn laatste ijstijd kwam. Veel wetenschappers vermoeden al lang dat de bron van die koolstof uit de diepzee was.

Maar onderzoekers hebben niet kunnen documenteren hoe de koolstof uit de oceaan en in de atmosfeer is gekomen. Het is een van de belangrijkste mysteries van de wetenschap gebleven.

Een nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen , levert een aantal van de meest overtuigende bewijzen voor hoe het gebeurde - een "spoeling" van de diepe Stille Oceaan veroorzaakt door de versnelling van watercirculatiepatronen die rond Antarctica beginnen.

De zorg, onderzoekers zeggen, is dat het weer kan gebeuren, door de mens veroorzaakte klimaatverandering mogelijk te vergroten en te versnellen.

"De Stille Oceaan is groot en je kunt daar veel spullen opslaan - het is een beetje zoals oma's wortelkelder - dingen hopen zich daar op en worden soms niet opgeruimd, " zei Alan Mix, een oceanograaf van de Oregon State University en co-auteur van het onderzoek. "We weten dat CO2 in de atmosfeer in het verleden op en neer ging, we weten dat het deel uitmaakte van grote klimaatveranderingen, en we dachten dat het uit de diepe oceaan kwam.

"Maar het is niet duidelijk geweest hoe de koolstof daadwerkelijk uit de oceaan is gekomen om de CO2-stijging te veroorzaken."

Hoofdauteur Jianghui Du, een doctoraalstudent oceanografie aan de staat Oregon, zei dat er een circulatiepatroon in de Stille Oceaan is dat begint met water rond Antarctica dat zinkt en zich op grote diepte een paar mijl onder het oppervlak naar het noorden verplaatst. Het gaat helemaal naar Alaska, waar het stijgt, keert terug naar het zuiden, en stroomt terug naar Antarctica waar het zich weer vermengt naar het zeeoppervlak.

Het duurt lang voor de rondreis over het water in de afgrond - bijna 1 000 jaar, zei Du. Samen met de rest van het OSU-team, Du ontdekte dat de stroming vertraagde tijdens glaciale maxima, maar versnelde tijdens deglaciatie, terwijl de aarde opwarmde. Deze snellere stroom spoelde de koolstof uit de diepe Stille Oceaan - en maakte de wortelkelder van oma schoon - en bracht de CO2 naar de oppervlakte nabij Antarctica. Daar kwam het in de atmosfeer terecht.

"Het gebeurde ruwweg in twee stappen tijdens de laatste deglaciatie - een eerste fase van 18, 000 tot 15, 000 jaar geleden, toen CO2 met ongeveer 50 delen per miljoen steeg, en een tweede puls voegde later nog eens 30 delen per miljoen toe, " zei Du. Dat totaal is net iets minder dan de hoeveelheid CO2 die sinds de industriële revolutie is gestegen. De oceaan kan dus een krachtige bron van koolstof zijn.

Brian Haley, ook een oceanograaf van de Oregon State University en co-auteur van de studie, merkte op dat koolstof altijd in de diepe oceaan valt. Dichtbij het oppervlak, plankton groeit, maar wanneer ze sterven, zinken ze en ontbinden ze. Dat is een biologische pomp die altijd koolstof naar de bodem stuurt. "Hoe langzamer de circulatie, "Haley zei, "hoe meer tijd het water daar doorbrengt, en koolstof kan zich ophopen."

Du zei dat tijdens een glaciaal maximum, het water vertraagt ​​en verzamelt veel koolstof. "Toen de aarde begon op te warmen, de waterbeweging versnelde met ongeveer een factor drie, " hij merkte, "en die koolstof kwam terug naar de oppervlakte."

De sleutel tot de ontdekking van de onderzoekers is de analyse van neodymium-isotopen in sedimentkernen in de noordelijke Stille Oceaan. Haley merkte op dat de isotopen "als een retouradreslabel op een brief uit de diepe oceaan" zijn. Wanneer de verhouding van isotoop 143 tot 144 hoger is in de sedimenten, de waterbeweging in die periode was langzamer. Wanneer de waterbeweging versnelt tijdens opwarmingsgebeurtenissen, de verhouding van neodymiumisotopen weerspiegelt dat ook.

"Deze bevinding dat de diepe circulatie versnelde, is het rokende pistool in dit mysterieuze verhaal over hoe CO2 in de diepzee terechtkwam, ' zei Mix. 'We weten nu hoe het is gebeurd, en de diepe Stille Oceaan is de boosdoener - een partner in misdaad met Antarctica."

Wat de onderzoekers zorgen baart, is dat het opnieuw zou kunnen gebeuren als het klimaat blijft opwarmen.

"We weten niet dat de circulatie zal versnellen en die koolstof naar de oppervlakte zal brengen, maar het lijkt me redelijk om over na te denken, "Zei Du. "Ons bewijs dat dit in het verleden is gebeurd, zal de mensen die klimaatmodellen gebruiken helpen om erachter te komen of het een reëel risico voor de toekomst is."

De onderzoekers zeggen dat hun bevindingen vanuit een beleidsperspectief moeten worden bekeken.

"Tot nu toe heeft de oceaan ongeveer een derde van de totale koolstofemissie van fossiele brandstoffen geabsorbeerd, "Zei Mix. "Dat heeft geholpen de opwarming te vertragen. In het klimaatakkoord van Parijs zijn doelen gesteld om de opwarming te beperken tot 1,5 tot 2 graden (Celsius) en we weten vrij goed hoeveel koolstof er in de atmosfeer kan worden vrijgelaten als we ons aan dat niveau houden.

"Maar als de oceaan stopt met het opnemen van de overtollige CO2, en laat in plaats daarvan meer los uit de diepe zee, dat geeft problemen. Het vrijkomen in de oceaan zou aftrekken van ons resterende emissiebudget en dat betekent dat we onze uitstoot een stuk sneller moeten verlagen. We moeten uitzoeken hoeveel."