De oceanen van de wereld kunnen een onaangename verrassing bevatten voor de opwarming van de aarde, gebaseerd op nieuw onderzoek dat laat zien hoe natuurlijk voorkomende koolstofgassen die in reservoirs op de zeebodem gevangen zaten, ontsnapten om de planeet in de prehistorie te oververhitten.

Wetenschappers zeggen dat gebeurtenissen die duizenden jaren geleden op de oceaanbodem begonnen, de atmosfeer van de aarde zo hebben verstoord dat de ijstijd is weggesmolten. Die nieuwe bevindingen vormen een uitdaging voor een al lang bestaand paradigma dat alleen oceaanwater koolstofdioxide in de atmosfeer reguleert tijdens glaciale cycli. In plaats daarvan, de studie toont aan dat geologische processen de koolstofcyclus dramatisch kunnen verstoren en wereldwijde verandering kunnen veroorzaken.

Voor de wereld van vandaag, de bevindingen zouden een onheilspellende ontwikkeling kunnen voorspellen. De onderzeese koolstofreservoirs brachten broeikasgassen vrij in de atmosfeer toen de oceanen opwarmden, de studie laat zien, en vandaag warmt de oceaan weer op als gevolg van door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde.

Als onderzeese koolstofreservoirs opnieuw worden verstoord, zouden ze een enorme nieuwe bron van broeikasgassen uitstoten, klimaatverandering verergeren. De temperatuurstijgingen in de oceaan liggen op schema om dat omslagpunt tegen het einde van de eeuw te bereiken. Bijvoorbeeld, een groot koolstofreservoir onder de westelijke Stille Oceaan bij Taiwan is al binnen een paar graden Celsius gedestabiliseerd.

Bovendien, het fenomeen is een bedreiging die niet wordt vermeld in projecties van klimaatmodellen. Onderzeese kooldioxidereservoirs zijn relatief recente ontdekkingen en hun kenmerken en geschiedenis beginnen pas begrepen te worden.

Die bevindingen komen uit een nieuw onderzoekspaper, geproduceerd door een internationaal team van aardwetenschappers onder leiding van USC en in januari gepubliceerd in het tijdschrift Brieven voor milieuonderzoek .

"We gebruiken het verleden als een manier om te anticiperen op de toekomst, " zei Lowell Stott, hoogleraar Aardwetenschappen aan het USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences en hoofdauteur van de studie. "We weten dat er enorme reservoirs met koolstofgas op de bodem van de oceanen zijn. We weten dat toen ze tijdens het Pleistoceen werden verstoord, het de planeet opwarmde.

"We moeten weten of deze koolstofreservoirs opnieuw kunnen worden gedestabiliseerd. Het is een wildcard waarmee we rekening moeten houden, ' zei Stott.

Het gaat om uitgestrekte kooldioxide en methaan die zich onder water ophopen en over de zeebodem worden verspreid. Ze vormen zich als vulkanische activiteit warmte en gassen afgeeft die kunnen stollen tot vloeibare en vaste hydraten, dat zijn verbindingen die aan elkaar zijn geplakt in een ijzige slurry die de reservoirs inkapselt.

Deze onderzeese koolstofreservoirs blijven grotendeels zitten, tenzij ze worden verstoord, maar de nieuwe studie toont aan dat de natuurlijke reservoirs kwetsbaar zijn in een opwarmende oceaan en bewijst dat het klimaat op aarde is beïnvloed door de snelle afgifte van geologische koolstof.

De wetenschappers zeggen dat het gebeurde in het verre verleden toen de aarde veel warmer was, en het is recenter gebeurd - ongeveer 17, 000 jaar geleden, aan het einde van het Pleistoceen, toen gletsjers vooruit en terugliepen, dat is de focus van de nieuwe studie. Opwarming was duidelijk als gevolg van veranderingen in de atmosferische broeikasgasconcentraties, op basis van ijskernen, mariene en continentale records.

Maar hoe is dat gebeurd? Wat heeft in de eerste plaats zo'n dramatische verandering veroorzaakt? Wetenschappers zoeken al 40 jaar naar dat antwoord, met focus op oceanen omdat ze een gigantische koolstofput zijn en een centrale rol spelen in koolstofdioxidevariaties.

Ze realiseerden zich al snel dat processen die koolstof naar de oceaan reguleren, te langzaam werkten om rekening te houden met de toename van atmosferische broeikasgassen die leidden tot opwarming die een einde maakte aan de ijstijd. Dus, wetenschappers over de hele wereld begonnen de rol van de hydrothermische systemen van de aarde en hun impact op diepzee-koolstof te onderzoeken om te zien hoe het de atmosfeer beïnvloedde.

De nieuwe studie van wetenschappers van het USC, de Australian National University en Lund University in Zweden, gericht op de oostelijke Equatoriale Stille Oceaan (EEP) honderden mijlen voor de kust van Ecuador. Het EEP is een primair kanaal waardoor de oceaan koolstof afgeeft aan de atmosfeer.

De wetenschappers rapporteren bewijs van diepzee hydrothermale systemen die broeikasgassen afgeven aan de oceaan en de atmosfeer aan het einde van de laatste ijstijd, net toen de oceanen begonnen op te warmen. Ze maten verhoogde afzetting van hydrothermale metalen in oude mariene sedimenten. Ze correleerden ijstijd-intervallen met variaties in atmosferische koolstofdioxide met verschillen in leeftijden van mariene micro-organismen. Ze vonden een viervoudige toename van zink in schelpen van protozoa (foraminiferen), een veelbetekenend teken van wijdverbreide hydrothermische activiteit.

Bij elkaar genomen, de nieuwe gegevens laten zien dat er grote hoeveelheden natuurlijk voorkomende koolstof uit het EEP zijn vrijgekomen, die bijdroeg aan de dramatische verandering in de temperatuur van de aarde toen de ijstijd eindigde, zegt de studie.

Elders in de wereld, er worden steeds meer diepzee-koolstofreservoirs ontdekt. Ze komen meestal voor in de buurt van hydrothermale bronnen, waarvan tot nu toe scores zijn vastgesteld, vooral in de Stille Oceaan, Atlantische en Indische Oceaan. Ze komen voor waar de aardkorst zich verspreidt of botst, ideale omstandigheden creëren voor de vorming van diepzeereservoirs voor koolstofdioxide. Slechts ongeveer een derde van de vulkanische gebieden van de oceaan is onderzocht.

Een dergelijk reservoir van onderzeese kooldioxide, gezien in de bijgevoegde video, werd ontdekt rond 4, 000 voet diep voor de kust van Taiwan. Soortgelijke ontdekkingen van koolstofgasreservoirs zijn gedaan voor de kust van Okinawa, in de Egeïsche Zee, in de Golf van Californië en voor de westkust van Canada.

"De grote uitdaging is dat we geen schattingen hebben van de omvang hiervan of welke bijzonder kwetsbaar zijn voor destabilisatie, "Zei Stott. "Het is iets dat moet worden bepaald."

Vaak, de koolstofreservoirs worden gebotteld door hun hydraatdoppen. Maar die hoezen zijn gevoelig voor temperatuurwisselingen. Terwijl de oceanen opwarmen, de doppen kunnen smelten, een ontwikkeling die volgens de krant zou leiden tot een dubbele klap voor klimaatverandering - een nieuwe bron van geologische koolstof naast de door de mens veroorzaakte broeikasgassen.

Oceanen absorberen bijna alle overtollige energie uit de atmosfeer van de aarde, en als gevolg daarvan zijn ze de afgelopen decennia snel opgewarmd. In de afgelopen kwart eeuw is De oceanen van de aarde hebben elk jaar 60 procent meer warmte vastgehouden dan wetenschappers eerder hadden gedacht, andere studies hebben aangetoond. In de gehele mariene waterkolom, de hitte van de oceaan is de afgelopen 50 jaar toegenomen. Het speciaal rapport over klimaatwetenschap van de federale overheid voorspelde een wereldwijde stijging van de gemiddelde zeewatertemperatuur tot 5 graden Fahrenheit tegen het einde van de eeuw, gezien de huidige emissiecijfers. Temperatuurstijgingen van die omvang in de hele oceaan zouden uiteindelijk de geologische hydraatreservoirs kunnen destabiliseren, zei Stot.

"De laatste keer dat het gebeurde, klimaatverandering was zo groot dat het het einde van de ijstijd veroorzaakte. Zodra dat geologische proces begint, we kunnen het niet uitschakelen, ' zei Stott.

Bovendien, andere soortgelijke gebeurtenissen hebben plaatsgevonden in het verre verleden, helpen het milieu van de aarde keer op keer vorm te geven. Bij eerder onderzoek is Stott ontdekte een grote, koolstofafwijking die 55 miljoen jaar geleden plaatsvond. Het verstoorde de chemie van de oceaan, veroorzaakt uitgebreide ontbinding van mariene carbonaten en het uitsterven van vele mariene organismen. De veranderingen in de oceaan gingen gepaard met een snelle stijging van de temperatuur op aarde, een evenement genaamd de Paleoceen-Eoceen Thermal Maxima (PETM), een periode van minder dan 20, 000 jaar waarin zoveel koolstof in de atmosfeer vrijkwam dat de temperatuur op aarde steeg tot ongeveer 8 graden Celsius heter dan vandaag.

"Tot recent, we hadden geen idee dat deze gebeurtenissen plaatsvonden. De PETM-gebeurtenis is een goede analogie voor wat er kan gebeuren als onderzeese koolstof door de waterkolom naar de atmosfeer ontsnapt. En nu weten we dat het PETM-evenement geen uniek evenement was, dat dit recenter is gebeurd, ' zei Stott.

De studie gaat gepaard met enkele kanttekeningen. Een groot deel van de oceaanbodem is onontgonnen, dus wetenschappers kennen de volledige omvang van de koolstofdioxidereservoirs niet. Er is geen inventaris van broeikasgassen uit deze geologische bronnen. En de opwarming van de oceaan is niet uniform, waardoor het moeilijk te voorspellen is wanneer en waar de onderzeese koolstofreservoirs zullen worden aangetast. Het zou veel meer studie vergen om die vragen te beantwoorden.

Niettemin, de studie maakt duidelijk dat de onderzeese koolstofreservoirs kwetsbaar zijn voor de opwarming van de oceaan.

"Geologic carbon reservoirs such as these are not explicitly included in current marine carbon budgets" used to model the impacts of climate change, zegt de studie. Nog, "even if only a small percentage of the unsampled hydrothermal systems contain separate gas or liquid carbon dioxide phases, it could change the global marine carbon budget substantially."

Said Stott:"Discoveries of accumulations of liquid, hydrate and gaseous carbon dioxide in the ocean has not been accounted for because we didn't know these reservoirs existed until recently, and we didn't know they affected global change in a significant ways.

"This study shows that we've been missing a critical component of the marine carbon budget. It shows these geologic reservoirs can release large amounts of carbon from the oceans. Our paper makes the case that this process has happened before and it could happen again."