Door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde is lange tijd gepresenteerd als een relatief eenvoudige keten van oorzaak en gevolg:mensen verstoren de koolstofcyclus door fossiele brandstoffen te verbranden, daardoor de concentratie van CO . verhogen ₂ in de atmosfeer, wat op zijn beurt leidt tot hogere temperaturen over de hele wereld. "Echter, het wordt steeds duidelijker dat dit niet het einde van het verhaal is. Bosbranden komen steeds vaker voor over de hele wereld, extra CO . vrijmaken ₂ in de atmosfeer, en de opwarming van de aarde die het risico op bosbranden in de eerste plaats heeft vergroot, verder te versterken. Dit is een schoolvoorbeeld van wat klimaatwetenschappers een positief feedbackmechanisme noemen, " benadrukt David De Vleeschouwer, een postdoctoraal onderzoeker bij MARUM-Center for Marine Environmental Sciences aan de Universiteit van Bremen.

Om dit soort feedbackmechanismen van de klimaat-koolstofcyclus onder natuurlijke omstandigheden te onthullen, David De Vleeschouwer en collega's maakten gebruik van isotopengegevens van sedimentkernen in de diepzee. "Sommige van deze kernen bevatten sedimenten van wel 35 miljoen jaar oud. Ondanks hun respectabele leeftijd, deze sedimenten dragen een duidelijke afdruk van zogenaamde Milanković-cycli. Milanković-cycli hebben betrekking op ritmische veranderingen in de vorm van de baan van de aarde (excentriciteit), evenals de kanteling (schuinheid) en oriëntatie (precessie) van de rotatie-as van de aarde. Als een astronomisch uurwerk, Milanković-cycli genereren veranderingen in de verdeling van zonnestraling over de planeet, en zo een cadans van klimaatverandering veroorzaken, " legt De Vleeschouwer uit. "We keken naar de koolstof- en zuurstofisotoopsamenstelling van microfossielen in het sediment en gebruikten eerst de excentriciteit, obliquiteit en precessiecadensen als geologische chronometers. Vervolgens, we hebben een statistische methode toegepast om te bepalen of veranderingen in het ene isotoopsysteem leiden tot variabiliteit in de andere isotoop."

Zijn collega Maximilian Vahlenkamp voegt toe:"Als een gemeenschappelijk patroon in beide isotopensystemen net iets eerder optreedt in het koolstofsysteem in vergelijking met het zuurstofisotoopsysteem, we noemen dit een koolstof-isotoop lood. We concluderen dan dat de koolstofcyclus controle uitoefende over het klimaatsysteem op het moment van sedimentafzetting." Paleoklimatologen en paleoceanografen gebruiken vaak koolstofisotopen als indicator voor verstoringen van de koolstofcyclus, en zuurstofisotopen als een proxy voor veranderingen in de mondiale klimaattoestand. Veranderingen in de isotopensamenstelling van deze diepzeemicrofossielen kunnen wijzen op:bijvoorbeeld, een toename van de continentale koolstofopslag door landplanten en bodems, of globale afkoeling met een groei van ijskappen.

"De systematische en tijd-continue analyse van leads en vertragingen tussen koolstofcyclus en klimaat vormt het innovatieve karakter van deze studie. Onze aanpak maakt het mogelijk om de geschiedenis van de aarde in hoge resolutie over de afgelopen 35 miljoen jaar te sequensen, " zegt Prof Heiko Pälike. "We laten zien dat de afgelopen 35 miljoen jaar kan worden onderverdeeld in drie intervallen, elk met zijn specifieke klimaat-koolstofcyclus modus operandi." de auteurs vonden zuurstofisotopen om koolstofisotoopvariaties te leiden. Dit betekent dat, onder natuurlijke omstandigheden, klimaatvariaties reguleren grotendeels de dynamiek van de wereldwijde koolstofcyclus. Echter, het onderzoeksteam richtte zich op momenten waarop het tegenovergestelde het geval was. Inderdaad, De Vleeschouwer en collega's vonden een paar voorbeelden van oude perioden waarin de koolstofcyclus de klimaatverandering op ongeveer 100, tijdschalen van 000 jaar, net zoals nu het geval is op veel kortere tijdschalen "maar dan natuurlijk zonder menselijke tussenkomst, " zegt Palike.

Tijdens de oudste pauze tussen 35 en 26 miljoen jaar geleden, de koolstofcyclus nam de leiding over klimaatverandering, vooral tijdens perioden van klimaatstabiliteit. "Perioden van klimaatstabiliteit in het geologische record hebben vaak een astronomische oorzaak. Wanneer de baan van de aarde rond de zon dicht bij een perfecte cirkel is, seizoensgebonden instralingsextremen worden afgekapt en meer gelijkmatige klimaten worden afgedwongen, " legt David De Vleeschouwer uit. "Tussen 35 en 26 miljoen jaar geleden, een dergelijke astronomische configuratie zou gunstig zijn geweest voor een tijdelijke uitbreiding van de Antarctische ijskap. Wij stellen voor dat in een dergelijk scenario, de intensiteit van glaciale erosie en daaropvolgende rotsverwering nam toe. Dit is belangrijk, omdat de verwering van silicaatgesteenten CO . verwijdert ₂ uit de atmosfeer, en dus uiteindelijk het broeikaseffect beheerst."

Maar ongeveer 26 miljoen jaar geleden, de modus operandi radicaal veranderd. De koolstofcyclus nam de controle over het klimaat in tijden van klimaatvolatiliteit, niet stabiliteit. "Wij geloven dat deze verandering terug te voeren is op de verheffing van de Himalaya-bergen en een door de moesson gedomineerde klimaattoestand. Wanneer seizoensgebonden instralingsextremen worden versterkt door een excentrieke baan om de aarde, moessons kunnen echt intens worden. Sterkere moessons zorgen voor meer chemische verwering, het verwijderen van CO ₂ uit de atmosfeer en dus een koolstofcycluscontrole over het klimaat."

De door de auteurs voorgestelde mechanismen verklaren niet alleen de waargenomen patronen in koolstof- en zuurstofisotopen, ze bieden ook nieuwe ideeën over hoe het klimaatsysteem en de koolstofcyclus in de loop van de tijd met elkaar in wisselwerking stonden. "Sommige hypothesen moeten verder worden getest met numerieke klimaat- en koolstofcyclusmodellen, maar het begrip op procesniveau dat in dit werk wordt gepresenteerd, is belangrijk omdat het een glimp geeft van de machinerie van onze planeet onder randvoorwaarden die fundamenteel verschillen van die van vandaag, ", zegt De Vleeschouwer. Bovendien dit werk biedt ook scenario's die kunnen worden gebruikt om het vermogen van klimaat-koolstofcyclusmodellen te evalueren wanneer ze naar de extreme scenario's van het geologische verleden worden geduwd.