Är dagens årliga utsläpp av CO2 högre än under PETM?

Jordens globala klimat avgörs av en mängd faktorer (t.ex.förändringar i Jordens rörelser, plattektonik och solens aktivitet). Växthusgasernas bidrag till klimatförändringar, både till den pågående och i det förgångna, tonas i regel ned av skeptikerna, vilka menar att CO₂ enbart följer temperaturen. Men är det verkligen så? Är CO₂ alltid av mer sekundär betydelse eller ännu mindre, som skeptikerna så ihärdigt framhärdar?

Att det föreligger en koppling mellan temperaturen och CO₂ genom Fanerozoikum har tidigare studier visat, där CO₂ kan sägas utgöra en slags global termostat. Likaså är det troligt att CO₂ var en viktig faktor att Jorden inte förvandlades till ett isklot när värmen från dess bildande klingade av (i.e. nedslag och differentiationen av kärna och mantel). Ett exempel, i den senare delen av Fanerozoikum, på en klimatföränding orsakat av växthusgaser är övergången från Paleocen till Eocen (ca. 56 Ma) när temperaturen steg med ca. 5 °C. Denna, geologiskt sett snabba klimatförändring (ca. 10 ka) kallas för Palaeocene–Eocene Thermal Maximum (PETM)¹. Det finns mycket publicerat kring denna klimatförändring, varav en reviewartikel från 2006 kan vara intresse för den vetgirige.

Paleogeografisk rekonstruktion av Eocen för ca. 50 millioner år sedan. Sydamerika och Nordamerika satt inte ihop och kollisionen mellan Indien och Asien har nyligen startat. Bilden är skapad av Ron Blakey.

Att det var växthusgaser som orsakade denna temperaturstegring påvisas av:

• En kraftig minskning av kvoten ¹³C/¹²C, dvs. mycket negativa δ¹³C värden², i både marina och terrestriska karbonater samt i organiskt matrial.>

• Karbonat kompensations djupet (KKD) steg väsentligt när kvoten ¹³C/¹²C minskade, vilket indikerar tillförsel av CO2 till haven och medföljande sänkning av pH.

• PETM avslutas med omfattande avsättning av marina karbonater, vilket är den förväntade effekten av en CO2 ökning i atmosfären då det leder till intensivare kemisk vittring vilket i sin tur ökar havens alkalinitet.

Dessa sedimentära och isotopiska observationer visar att CO₂, primärt eller sekundärt via oxidation av CH₄, sannolikt låg bakom PETM. Vad som orsakade CO₂ och/eller CH₄ ökningen är inte kännt. Flera olika källor kan ha bidragit som sönderdelninen av metanhydrater, oxidering av terrestriskt och marint organiskt material, samt CO₂ från vulkaner/upphettning av sediment med organiskt material. Likaså har inte hastigheten av denna tillförsel av växthusgaser varit känd.

En ny studie (Cui m.fl, 2011) har nyligen publicerats vilken tar upp hur snabbt denna ökning av CO₂/CH₄ inträffade³. Studien har utförts på Svalbard i närheten av den gamla Svenska kolgruvan Sveagruva. De undersökta marina sedimenten visar en δ13C förändring på ca. -4‰ under loppet av ca. 20 ka. Genom kolcykel modellering (GENIE) föreslår Cui m.fl. två alternativa scenarior till deras data under PETM⁴: (i) ett CH₄ tillskott till ett hav med en initialt grund KKD, och (ii) ett stort CO₂ tillskott till ett hav med en initialt något djupare KKD. Av dessa förefaller det senare scenariot stämma bättre, då KKD förefaller stigit under PETM. Dessutom, Cui m.fl modelleringar visar att den maximala årliga ökningen av kol under PETM (0.3-1.7 Pg) understiger väsentligt dagens förbränning av fossila bränslen på 8 Pg per år.

Förvisso, 56 Ma är en lång tidsrymd, även geologiskt sett, vilket gör att PETM inte utan vidare kan användas som en analog till dagens global uppvärmning. Men, om denna nya studie visar sig stämma, är det sannerligen ett riskabelt experiment männskligheten ägnar sig åt, vars effekter på det globala klimatet och haven våra efterkommande kan tvingas leva med.

¹ PETM sammanfaller med ett massutdöende för bentiska (bottenlevande) foraminiferer och global expansion av subtropiska dinoflagellater. Även de första fynden av de moderna däggdjuren (e.g. primater) sammanfaller med PETM, samt en tillfällig dvärgväxt hos vissa däggdjursarter.

² δ13C är kvoten i tusendelar mellan ¹³C/¹²C i ett prov relativt till en standard minus 1. Den isotopiska kolsammansättningen varierar beroende på dess ursprung: (i) CO2 från manteln är isotopiskt tung (ca. -5‰), (ii) CO2 från växter varierar från ca. -10‰ till -30‰ pga. fraktioneringen mellan ¹³C och ¹²C är högre för C3 växter än för C4 och CAM växter), (iii) CH4 är mest fraktionerad, från ca. -60‰ (biogent alstrad) till ca. - 30‰ (termisk krackning av petroleum). Noterbart är att kolisotopsignaturen i ett sediment även kan påverkas av inblandingen av fossilt organiskt material, e.g. när orogeneser exponerar äldre bergarter med avvikande kolisotopsignatur.

³ Cui m.fl försöker även hitta källan till ökningen av ¹²C, dock utan att kunna klargöra vad som orsakat denna ökning i sedimenten från Svalbard. Exempelvis tittar de på biomarkörer, som kvoten pristane/phytane. Höga pristane/phytane värden (>3) är vanligt för terrestriskt organiskt material avsatt under oxiderande förhållanden. Dock, låga pristane/phytane värden (<1) behöver inte nödvändigtvis spegla källan till det organiska materialet utan kan reflektera en övergång från oxisk till anoxisk sedimentations miljö.

⁴ Kolisotopsammansättningen i datan speglar deras källor, men avslöjar inte vilka de var. Det kan varit en mix av de olika källorna som fotnot 1 anger. Eftersom CH4 överlag har mer negativa δ13C signaturer än CO2 kan de båda scenariorna ses som spännvidden på kol tillskottet under PETM. Dock, i båda scenariorna överstiger dagens utsläpp av CO2 den maximala ökningen av kol under PETM.