Az emberi agy neuronjainak elektromos jel-kibocsátása szomszédaik felé a „minden vagy semmi” válaszreakció útján történik. A kisülés csak akkor következik be, ha a sejt állapota (akció potenciálja) egy adott küszöbértéket túllép, akkor viszont elkerülhetetlen. Az amerikai MIT egyetem kutatója most hasonló jelenséget figyelt meg egy teljesen más rendszerben: a Föld szénciklusában. 

Daniel Rothman, geofizika professzor az MIT Föld-, légkör- és bolygótudományi tanszéke Lorenz Központjának társigazgatója megállapította, hogy amikor a széndioxid óceánokba jutásának sebessége egy bizonyos küszöbön túllép - akár hirtelen berobbanás vagy lassú, állandó beáramlás folytán - a Föld kémiai válaszreakciók elszabaduló sorozatával reagálhat, ami az óceánok extrém savasodáshoz vezet, mely ezt követően drasztikusan felerősíti az eredeti kiváltó okot. A kutató, ezt megelőzően kapcsolódó kutatásáért 2016-ban már elnyerte az Amerikai Matematikai Társaság Levi L. Conant díját.

A hatodik te magad légy

Erre a globális hatásra, ami óriási változásokat okoz a Föld óceánjainak széntartalmában, a geológusok bizonyítékokat is találtak a több százmillió éves üledékrétegekben. Rothman átnézte ezeket a geológiai feljegyzéseket és megfigyelte, hogy az elmúlt 540 millió évben az óceán széntartalma hirtelen megváltozott, majd több tucatszor helyreállt, hasonló módon egy idegsejt kisülésének tüske karakterisztikájához. 

A szénciklusnak ez a „gerjesztése” legdrámaibb módon a földtörténet öt nagy kihalási hulláma közül négy idején történt.

Ezeket az eseményeket a tudósok különféle kiváltó okoknak tulajdonították, és azt feltételezték, hogy az óceánok széntartalmában utánuk beálló változás arányos volt a kiváltó okokkal - minél kisebb a kiváltó ok, annál kisebb a környezetre gyakorolt hatás.

Rothman felfedezése

De Rothman most azt állítja, hogy nem erről van szó. Nem számít mi váltja ki az eseményeket, környezeti-zavar adatbázisának nagyjából felénél úgy találta, hogy miután az események mozgásba jöttek, a széntartalom növekedésének üteme lényegében azonos volt. A növekedés üteme valószínűleg magának a szénciklusnak a tulajdonsága - nem függ a kiváltó okoktól, hiszen ha azoktól függne, akkor a különböző kezdeti okok különböző növekedés ütemeket okoznának.

Mi köze van ennek mai modern klímánkhoz?

A mai óceánok nagyjából egy nagyságrenddel gyorsabban veszik fel a szenet, mint a földtani nyilvántartásban szereplő legrosszabb esetben - a túlzás nélkül csak nagy Perm-triász kihalási eseménynek keresztelt katasztrófa idején. Erről még ijesztőbb és komorabb tények következnek nemsokára. Az emberek rendkívül hatékony élőlények. Mindössze néhány száz éve pumpálják a légkörbe a szén-dioxidot, míg a földtörténeti múltban év-tízezrekre vagy százezrekre volt szükség vulkánkitörések és egyéb komoly környezeti zavarok segítségével, hogy beinduljon a nagy természeti-környezeti folyamatok felbomlása. Vajon a jelenkori szénmennyiség növekedés kevés ahhoz, hogy beindítson egy jelentősebb, rendszerszintű szétesést?

Huszonhárom óra ötvenkilenc perc

Rothman szerint manapság „a gerjesztés csúcsán állunk”, és ha bekövetkezik az általa kiváltott tüske-impulzus - amint azt az óceán savasodása, a fajok kihalása és egyebek is igazolják - a lefolyás valószínűleg hasonló lesz a korábbi globális katasztrófákhoz.

„Ha egyszer meghaladtuk a küszöb-értéket, az már nem fog számítani, hogyan jutottunk oda.” - mondja Rothman, aki eredményeit az Amerikai Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratában is közzétette. 

"Ha átléptük ezt a küszöböt, már nem mi, hanem a Föld működése diktál majd, és az a saját útját járja."

A nagy Perm-Triász kihalási esemény

Ez olyasmi volt, amiről még Jurassic World féle paleo-akcióhorrort sem érdemes forgatni kíméletlen végletessége, a sivár, élettelen föld és halott óceánok miatt amit maga után hagyott. A mintegy 252 millió évvel ezelőtt bekövetkezett, a földtörténetben ismert legsúlyosabb kihalási esemény becslések szerint a tengeri fajok 96%-át, a szárazföldi gerinces fajok 70%-át magával ragadta. A vízi életformák közül elsősorban a stressztűrő, oxigénszegény vizet elviselő szervezetek élték túl a kihalást.

Majdnem vége lett mindennek, ami bonyolultabb volt mint egy egysejtű, a természet megnyomta a restart gombot. 

A tömeges kihalások közül kizárólag ez okozott komoly veszteséget a rovarvilágban, a biodiverzitás rendkívül súlyos visszaesése miatt az élővilág talpra állása jóval hosszabb időt vett igénybe a triász elején, mint más jól ismert kihalások után. A kihalás két lépésben, de sok kisebb csúccsal, történhetett, mintegy ötmillió év különbséggel.

Az MIT egyetemen folyó  rendkívül pontos, kormeghatározási-eljárást alkalmazó kutatásokból kiderült, hogy körülbelül hatvanezer év alatt játszódott le. Az eredmény azért is döbbenetes, mert ez nagyon gyorsnak számít, nagyjából 10-szer gyorsabbnak mint ahogy azt korábban feltételezték. A kutatók az üledékes kőzetek vizsgálata során azt is felfedezték, hogy tízezer évvel a tömeges kihalás előtt nagy mennyiségben került szén-dioxid a légkörbe. A megnövekedett légköri CO2 mennyiség  kapcsolatba hozható az egykori óceán, a Panthalassa általános elsavasodásával és közel 10(!) Celsius fokos hőmérséklet emelkedésével.

Szén-visszacsatolás

Rothman, aki már 2017-ben potenciálisan a Föld hatodik nagy kihalási eseményéről beszélt, új cikkében egy egyszerű matematikai modellt alkalmazott, amely bemutatja a Föld felső óceánjának szénciklusát, és levezeti hogyan viselkedhet az a szénküszöb átlépésekor.

A tudósok megfigyelték, hogy amikor a légkörből származó szén-dioxid feloldódik a tengervízben, az nem csak az óceánok teszi savasabbá, de csökkenti a karbonát-ionok koncentrációját is. Amikor a karbonát-ion koncentráció egy küszöbérték alá esik, a kalcium-karbonátból készült héjak feloldódnak és azok az élőlények amelyek ilyen vázzal rendelkeznek, komoly nehézségekkel szembesülnek.

A kagylók a tengeri élet védelme mellett ballaszt-hatást nyújtanak, lehúzva a fenékre más organizmusokat, lehetővé téve számukra, hogy az óceán fenekére süllyedjenek szerves széntartalmukkal egyetemben az óceán felsőbb rétegeiből. De egy növekvő szén-dioxid tartalmú világban kevesebb a meszes vázú szervezet, így kevesebb szén-dioxid kerül vonódik ki a rendszerből.

"Ez egy pozitív visszacsatolás" - mondja Rothman. „A több szén-dioxid még több szén-dioxidhoz vezet. Matematikai szempontból az a kérdés, hogy elegendő-e egy ilyen visszacsatolás ahhoz, hogy a rendszer instabillá váljon?”

Kérlelhetetlen növekedés

Rothman megfigyelte, hogyan reagál a modell, miközben további szén-dioxidot pumpál a rendszerbe, különböző sebességgel és mennyiséggel. Megállapította, hogy függetlenül attól, milyen mennyiségben adagolta a szén-dioxidot egy már stabil rendszerhez, a szénciklus a felső vízrétegekben stabil maradt. A szénciklus zavara maximum átmenetileg okozna rövid ideig tartó enyhe óceánsavasodást, ám hamar visszatérne eredeti állapotába.

Amikor azonban nagyobb sebességgel vezette be a szén-dioxidot, úgy találta, hogy amint a szintek meghaladták a kritikus küszöböt, a szénciklus pozitív visszacsatolások sorozatával reagált, amelyek az eredeti kiváltó okot nagyították tovább, az egész rendszert jellemző érték kilőtt, súlyos óceánsavasodás formájában. 

A mai óceánokat modellező rendszer végül visszatért az egyensúlyi állapotba: néhány tízezer év után - ami azt jelzi, hogy a heves reakció ellenére a változás nem végleges. Rothman úgy találta, ez a minta egybevág a geológiai feljegyzésekkel. 

„Ha átlépi a szénküszöböt: automatikusan és megállíthatatlanul szabadrúgást kap a rendszer” - magyarázza Rothman. „Az emelkedés kérlelhetetlen. Ez a gerjesztés természete, és épp így működik egy idegsejt is az agyunkban. "

Noha a szén ma soha nem látott sebességgel jut az óceánokba, geológiailag elenyésző ideje történik mindez. Rothman modellje szerint a két hatás kioltja egymást.: A gyorsabb emelkedés közelebb hoznak minket a szénküszöbhöz, de a rövidebb időtartamok el távolítanak minket tőle. Ami a küszöb átlépését illeti: a modern világ ma nagyjából ugyanabban az állapotban van, mint a hatalmas földtörténeti vulkanizmus hosszabb időszakai alatt, melyek egy idő után a nagy kihalásokat előidézték.

Más szavakkal: ha a mai ember által kiváltott kibocsátás átlépi a küszöböt, és folytatódik - Rothman jóslata szerint ez hamarosan megtörténhet - a következmények ugyanolyan súlyosak lehetnek, mint amit a Föld korábbi tömeges fajpusztulásainál tapasztaltunk.

„Azt már tudjuk, hogy a szén-dioxid-kibocsátásunk évezredekre előre következményekkel járnak majd” - mondta Timothy Lenton, az Exeteri Egyetem éghajlatváltozás és földünk rendszereivel foglalkozó tudományok professzora. „Ez a tanulmány arra utal, hogy ezek a következmények a várakozásoknál is sokkal drámaiabbak lehetnek. Ha túl agresszíven bánunk a földi rendszerrel, akkor átveszi az irányítást és meghatározza a saját válaszát - túl ezen a ponton már vajmi keveset tehetünk.”

(Forrás: MIT, Pangea.blog.hu Fotó: Unsplash.com, Freeimages.com, Wikimedia Commons, MIT)