Mellan det vetenskapliga samfundet, regeringar, humanitära organisationer och till och med militära planerare anses klimatförändringar vara det största hotet mot mänskligheten i dag. Mellan de ökningar av hungersnöd, sjukdomar, översvämningar, fördrivning, extremt väder och kaos som resulterar, är det tydligt att det sätt som vi får vår planet att bli varmare får svåra konsekvenser.
Men det finns ett antal scenarier där skadan som görs nu kan leda till en språngeffekt som leder till massutrotning. Denna möjlighet illustrerades i en ny studie utförd av MIT-professorn Daniel Rothman med stöd av NASA och National Science Foundation (NSF). Enligt Rothman riskerar vi att bryta mot en "koltröskel" som kan leda till en språngeffekt med jordens hav.
Rothman, professor i geofysik och meddirektör för Lorenz Center vid MIT: s avdelning för jord, atmosfär och planetär vetenskap, har tillbringat de senaste åren varna oss om den kritiska tröskel vi står inför. Tillbaka 2017 publicerade han ett papper i Vetenskapliga framsteg som varnade för hur jordens hav kan hålla tillräckligt med koldioxid fram till år 2100 för att utlösa en massutrotning.
Sedan dess har Rothman förfinat denna förutsägelse genom att studera hur kolcykeln reagerar när den har gått förbi en kritisk tröskel. I hans nya tidning, som dök upp i Fortsättningar från National Academy of Sciences, Rothman använde en enkel matematisk modell som han utvecklade för att representera kolcykeln i jordens övre hav och hur den kan uppträda när denna tröskel korsas.
Denna cykel består av att kol släpps ut i jordens atmosfär (till stor del genom vulkanaktivitet) och lagras i jordens mantel i form av karbonatmineraler. Våra hav tjänar också som ett "kolsänkor" och tar bort atmosfäriskt kol från luften och omvandlar det till kolsyra. Denna cykel har hållit planetens temperaturer och havets surhetsnivåer stabila över tid.
När koldioxid från atmosfären löser sig i havsvatten har det också effekten att havets koncentrationer av karbonatjoner minskar. När de faller under en viss tröskel börjar skal av kalciumkarbonat att lösa sig upp och organismerna som är beroende av dem för skydd har svårare tid att överleva.
Detta är skadligt av två skäl. Å ena sidan betyder det att en viktig del av den marina livscykeln börjar dö av. Å andra sidan spelar skal en viktig roll för att ta bort koldioxid från övre havet. Detta inträffar till följd av att organismer förlitar sig på deras skal för att hjälpa dem att sjunka ner på havsbotten och bär med sig detritala organiska kol.
Därför kommer ökningar av atmosfärisk koldioxid (och den resulterande havssurningen) att innebära färre förkalkningsorganismer och mindre koldioxid bort. Som Rothman förklarade i en ny intervju med MIT News:
”Det är en positiv feedback. Mer koldioxid leder till mer koldioxid. Frågan från matematisk synvinkel är, är en sådan feedback tillräcklig för att göra systemet instabilt? ”
Denna process har hänt många gånger under jordens historia. Som Rothman antydde i sin studie, visar bevis som härrör från studien av sedimentära lager att havets kolbehållare förändrades snabbt (och sedan återhämtades) dussintals gånger under de senaste 540 miljoner åren. Det mest dramatiska av dessa ägde rum ungefär samtidigt som fyra av de fem stora massutrotningarna i jordens historia.
I vart och ett av dessa fall drar Rothman slutsatsen att ökningar av koldioxid (oavsett om det är gradvis eller plötsligt) så småningom skjuts förbi en tröskel, vilket resulterar i en språng kaskadeffekt med kemiska återkopplingar. Detta ledde till extrem försurning av havet och förstärkning av effekterna av den ursprungliga utlösaren.
Dessutom, för ungefär hälften av störningarna i Rothmans modell, var den hastighet med vilken kol ökade i stort sett densamma när de sattes i gång. Medan triggers tidigare var mest troligtvis på grund av ökad vulkanisk aktivitet eller andra naturliga händelser, inträffade dessa under loppet av tiotusentals år. Idag pumpar mänskligheten CO2 in i atmosfären i en takt som tidigare inte hörts i den geologiska posten.
Detta var ett av huvudresultaten i Rothmans studie, som visade att hastigheten med CO2 introduceras spelar en viktig roll för att slå ut systemet. Medan blygsamma störningar i koldioxidcykeln skulle jämna ut över tiden och inte påverka den totala oceaniska stabiliteten, är en snabb introduktion av CO2 skulle leda till en kaskad av positiva återkopplingar som förstorar problemet.
Idag hävdar Rothman att vi är "vid exciteringsfället", och om det inträffar kommer den resulterande återkopplingen och effekterna sannolikt att likna tidigare katastrofer i världen. "När vi väl är över tröskeln kan det hända att vi kom dit inte spelar någon roll", sa han. "När du väl har kommit över det har du att göra med hur jorden fungerar och den går på sin egen resa."
På plussidan visade hans studie också att jordens hav (baserat på nuvarande försurningsnivåer) skulle återgå till jämvikt så småningom, men först efter tiotusentals år. Detta mönster överensstämmer med den geologiska registreringen, särskilt med minst tre massutsläckningar som tros vara relaterade till fortsatt massiv vulkanism.
Med andra ord, om antropogena koldioxidutsläpp korsar tröskeln och fortsätter utöver det, kan konsekvenserna vara lika allvarliga som med tidigare massutsläckningar. "Det är svårt att veta hur saker kommer att hamna med tanke på vad som händer idag," sade Rothman. ”Men vi är nog nära en kritisk tröskel. Varje topp skulle nå sitt maximum efter cirka 10 000 år. Förhoppningsvis skulle det ge oss tid att hitta en lösning. ”
Redan erkänner det vetenskapliga samfundet att antropogent CO2 utsläpp påverkar jordens miljö - en effekt som kan kännas i årtusenden. Men denna studie antyder att konsekvenserna kan vara mycket mer dramatiska än tidigare förväntat och kan vara oåterkalleliga förbi en viss punkt. Om inget annat belyser Rothmans studie behovet av lösningar som ska implementeras nu, medan det fortfarande finns tid.
