Dämpningen i atmosfäriska koldioxidnivåer under den lilla istiden orsakades inte av pionjärer från New World som skar en sväva genom det inhemska amerikanska jordbruket, som tidigare varit tänkt.
I stället vår ny analys av klimatrekordet som finns i Antarktis iskärnor antyder att nedgången i atmosfäriska CO₂-nivåer under den kalla perioden från 1500 till 1750 drivs av ökad nettoupptag av kol av växter.
Detta föreslår i sin tur att om växter reagerade på fallande temperaturer genom att ta upp mer kol, reagerar de sannolikt på de nuvarande stigande CO₂-nivåerna genom att släppa ännu mer av det i atmosfären.
Historiska atmosfärer
Atmosfäriska CO₂-koncentrationer var ganska stabila från omkring 2000 år sedan till början av den industriella revolutionen, sedan när de har börjat klättra dramatiskt. Men längs vägen var relativt små skift, som det som ses under Little Ice Age (LIA).
Koldioxid cyklar naturligt mellan atmosfären, marken och havet. På land tas den bort från atmosfären genom växtfotosyntes och återlämnas när växtmaterial sönderdelas. Normalt balanserar dessa processer, men en förändring i graden av en av dessa processer kan flytta atmosfäriska CO2 nivåer till en ny jämvikt.
Om sönderdelningen ökar när den värmer kommer det att sakta eller vända ombalansupptagningen, lämna mer koldioxid i atmosfären, värma klimatet ytterligare och så vidare, i en positiv återkoppling.
LIA motsvarade början av europeisk kolonisering av den nya världen. Europas sjukdomar förstörde befolkningar i Amerika, och en teori hävdade att detta ledde till en minskning av det inhemska jordbruket, vilket i sin tur lät skogarna växa tillbaka och tog upp betydande mängder CO2 från atmosfären. Detta hade föreslagits som den första geologiskt igenkännbara signaturen av mänsklig påverkan på jordklotet och därmed början av antropocenepoken.
Men var det faktiskt fallet? Vår studie tyder inte på, för även om vi kan vara relativt säkra på att LIA-förändringen i CO₂-nivåer berodde på skillnader i beteendet hos markplanter, tyder våra resultat på att förändringen var ett svar på det förändrade klimatet och inte för mänskliga förändringar i vegetationskåpan.
Letar efter ledtrådar
Hur kan vi berätta? Vi vet att processen involverade markväxter, eftersom atmosfären under LIA var ännu lägre i CO2, innehållande isotopen kol-12, som föredras genom fotosyntetiserande växter.
Men hur vet vi om förändringarna berodde på förändringar i vegetationskåpan eller till klimatåterkopplingar. För att svara på det såg vi på en annan gas, karbonylsulfid (COS), som också fångas i luftbubblor tillsammans med koldioxiden. Denna molekyl har nästan samma struktur som CO2, förutom att en av syreatomerna ersätts med svavel.
Detta är nära nog att lura växterna, som tar upp det under fotosyntesen. Men till skillnad från CO₂, är COS inte utsläppt när växtmaterial sönderdelas, så en ökning av fotosyntes leder till en minskning av atmosfärisk COS.
Det innebär att hypotesen "tidig antropocen" har en testbar konsekvens: det borde ha lett till en observerbar minskning av COS-koncentrationerna inom iskärnorna. Men när vi tittade på iskärnan fick vi veta att det var en ökning. Detta tyder på att fotosyntes faktiskt minskade under LIA, snarare än att öka som vi skulle förvänta oss om skillnaden berodde på återväxt av skog.
Detta innebär att droppen i atmosfärisk CO2 under LIA var mer sannolikt att ha varit ett direkt svar på doppningstemperaturerna. LIA: s svala klimat reducerade fotosyntesen men dämpade också växtens andning och sönderdelning, med nettoeffekten att mer CO2 upptogs av markbiosfären under kalla perioder.
Vad sägs om framtiden?
Flipsidan av detta är att det omvända kan hända när temperaturen stiger, som de är nu. Stigande temperaturer kommer sannolikt att betyda att ännu mer CO2 frigörs från den terrestriska biosfären. Medan växter fortsätter att öka sin fotosyntes som jordvärme, tyder våra fynd på att växtnedbrytningen kommer att öka ännu mer, vilket innebär att mindre kol hålls kvar i jorden.
Detta gäller, för som vi vet har människor öppnat kranen på en ny källa av kol: fossila bränslen som tidigare låses bort under jord. Vi återvänder snabbt mycket av detta lagrade kol till atmosfären, och landet och havet tar bara bort ungefär hälften av det vi lägger till.
Vår upptäckt antyder att varje grad ökning i temperatur kommer att resultera i cirka 20 delar per miljon extra koldioxid i atmosfären. Det här handlar om mitten av förväntningarna från klimatmodeller. Det betyder att om vi vill hålla global uppvärmning till inom 2 ℃ av genomsnittliga förindustriska temperaturer, i linje med Avtal Paris klimat, vi måste faktor i denna positiva återkopplingsslinga, vilket innebär att ju fler temperaturer kommer att klättras, desto mer extra CO2 kommer att släppas från världens landskap.
Om Författarna
Peter Rayner, professor, University of Melbourne
Cathy Trudinger, seniorforskare, CSIRO
David Etheridge, forskarforskare, CSIRO,
Mauro Rubino,, Second University of Naples
Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.
relaterade böcker
