اقیانوس‌ها مهم‌ترین انبارهای ذخیره‌ی کربن‌دی‌اکسید اتمسفر در مقیاس‌های زمانی دهه تا هزاران سال هستند. اما فرایند به دام انداختن گازهای گلخانه‌ای در اثر فعالیت اقیانوس جنوبگان تضعیف شده‌است. در حقیقت افزایش فعالیت آن، پرده از راز گرم شدن زمین طی ۱۱ هزار سال گذشته بر می‌دارد.

دنیل سیگمن استاد دانشگاه پرینستون می‌گوید:

گرمای آن دوره با افزایش تدریجی در سطوح کربن‌دی اکسید‌ تثبیت شد و درک دلیل آن افزایش، جالب است.

دانشمندان فرضیه‌های مختلفی در مورد آن افزایش در مقادیر کربن‌دی‌اکسید پیشنهاد کرده‌اند؛ اما دلایل نهایی همچنان ناشناخته مانده‌ است. اکنون گروهی بین‌المللی از پژوهشگران تحت هدایت دانشمندانی از دانشگاه پرینستون و موسسه‌ی ماکس پلانک در پژوهش جدید خود به خیزش آب (حرکت آب از عمق به سطح) اقیانوس جنوبگان اشاره کرده‌اند. پژوهش آن‌ها در ژورنال Nature Geoscience منتشر شده‌است.

خیزش آب در مقیاس وسیع در اقیانوس جنوبگان؛ در این جا بادهای قوی رو به مشرق در اطراف جنوبگان می وزند و موجب جریان آب به سمت شمال می‌شوند

سیگمن گفت:

ما فکر می‌کنیم که پاسخ را یافته‌ایم. افزایش جریان آب در اقیانوس جنوبگان موجب نشت کربن‌دی‌اکسید به اتمسفر شده و به گرم شدن زمین کمک کرده‌است.

یافته‌های آن‌ها در مورد تغییرات اقیانوسی می‌تواند برای پیش‌بینی اینکه چگونه گرم شدن کره زمین بر چرخه‌ی اقیانوس‌ها تاثیر خواهد گذاشت و اینکه در اثر استفاده از سوخت‌های فسیلی، کربن‌دی‌اکسید اتمسفر چه میزان افزایش خواهد یافت، استفاده شود.

افزایش چرخه‌ی جریان اقیانوس جنوبگان موجب نشت کربن‌دی‌اکسید به اتمسفر و گرم شدن کره زمین شد

مدت‌هاست پژوهشگران می‌دانند که رشد و فرو رفتن فیتوپلانکتون‌ها در اعماق آب، کربن‌دی‌اکسید را با خود به اعماق اقیانوس می‌برد؛ فرایندی که پمپ بیولوژیکی نامیده می‌شود. سیگمن گفت:

پمپ بیولوژیکی در عرض‌های جغرافیایی پایین‌ فعالیت دارد؛ ولی در نزدیکی‌ قطب‌ها فعالیتش ناتمام باقی می‌ماند. در آن‌جا به‌علت قرار گرفتن سریع آب‌های عمقی در معرض سطح، کربن‌دی‌اکسید دوباره در اتمسفر تخلیه می‌شود. بدترین مجرم هم اقیانوس جنوبگان است! از دیدگاه ما اقیانوس جنوبگان به‌منزله‌ی نشتی در پمپ بیولوژیکی محسوب می‌شود.

سیگمن و همکارانش دریافتند که خیزش آب اقیانوس جنوبگان می‌تواند مسئول تثبیت اقلیم طی دوران هولسنباشد. بیشتر دانشمندان معتقدند که گرمایش دوران هولسن برای توسعه‌ی تمدن بشری حیاتی بوده‌است. هولسن دوره‌ای بین دو دوره‌ی یخبندانی بوده‌است؛ یکی از فواصل کمیاب آب‌و‌هوای گرم که پس از چرخه‌های یخبندان میلیون‌ها سال پیش رخ داد. عقب‌نشینی یخچال‌ها، چشم‌اندازهای وسیع‌تری را رو به انسان‌ها گشود و غلظت‌های بالاتر کربن‌دی‌اکسید اتمسفر، شرایط را برای کشاورزی مهیا کرد و موجب کم شدن فعالیت‌های شکار انسان‌ها و ایجاد سکونتگاه‌های دائمی شد.

پژوهشگران بر این باورند که دوره‌ی هولسن با دیگر دوره‌های بین یخبندانی، تفاوت‌های مهمی داشته‌است. در دوره‌های بین یخبندانی دیگر ،شرایط اقلیمی تثبیت نمی‌شد و شرایط به سمت سرد شدن پیشرونده‌ی آب‌وهوا پیش می‌رفت؛ حالتی که در دوره‌ی هولسن وجود نداشت. همچنین غلظت کربن‌دی‌اکسید موجود در اتمسفر از اول دوره‌ی هولسن تا آخر هولسن به اندازه‌ی ۲۰ پی‌پی‌ام افزایش داشته‌است، در حالیکه غلظت کربن‌دی‌اکسید در دیگر دوره‌های میان یخبندانی تقریبا پایدار بوده یا کاهش می‌یافت. از آغاز دوران صنعتی‌شدن تاکنون نیز، غلظت کربن‌دی‌اکسید اتمسفر در نتیجه‌ی احتراقسوخت‌های فسیلی از ۲۸۰ پی‌پی‌ام به بیش از ۴۰۰ پی‌پی‌ام رسیده است. سیگمن گفت:

شاید افزایش ۲۰ پی‌پی‌ام مشاهده‌شده طی دوره‌ی هولسن کوچک به نظر برسد؛ ولی دانشمندان عقیده دارند که همین مقدار افزایش کم ولی معنی‌دار، نقشی کلیدی در جلوگیری از سرد شدن پیشرونده طی دوره‌ی هولسن داشته‌است و این امر احتمالا به توسعه‌ی تمدن‌های پیچیده‌ی بشری کمک کرده‌است.

پژوهشگران به‌منظور مطالعه‌ی علل بالقوه افزایش کربن‌دی‌اکسید در دوره‌ی هولسن، سه نوع فسیل را از مناطق مختلف اقیانوس جنوبگان مورد بررسی قرار دارند: دیاتوم‌ها و فرامینیفرها که هر دو از میکروارگانیسم‌های دارای پوسته موجود در اقیانوس‌ها بوده‌اند و مرجان‌های دریای عمیق. از نسبت‌های ایزوتوپ‌های نیتروژن مواد آلی محصور شده در دیواره‌های معدنی این فسیل‌ها، دانشمندان تکامل غلظت‌های مواد تغذیه‌ای آب‌های سطحی اقیانوس جنوبگان را طی ده هزار سال گذشته، بازسازی کردند. آنجا استودر نویسنده‌ی نخست مقاله گفت:

روشی که ما برای آنالیز فسیل‌ها، استفاده کردیم منحصر به فرد است و راهی جدید را برای مطالعه‌ی تغییرات گذشته وضعیت اقیانوس‌ها فراهم می‌کند.

پژوهشگران آزمایشگاه سیگمن در دانشگاه پرینستون برای ایجاد مدلی که نشان دهنده‌ی فعالیت اقیانوس جنوبگان طی دوره‌ی هولسن باشد، ایزوتوپ‌های نیتروژن موجود در فسیل‌ها را استخراج کردند. فسیل‌های مورد بررسی عبارت بودند از (از سمت چپ): فرامينيفر پلانکتونيک، دیاتوم شعاعی و دسموفیلوم دیانتوس مرجان دریای عمیق

اندازه‌گیری‌های ایزوتوپ‌های نیتروژن محصور در فسیل‌ها، نشان‌دهنده‌ی افزایش مقادیر آب غنی از مواد مغذی و کربن‌دی‌اکسید بالا آمده از عمق اقیانوس به سطح اقیانوس جنوبگان طی دوره‌ی هولسن است. در حالیکه علت این خیزش آب هنوز مشخص نیست، محتمل‌ترین فرایند، تغییر در بادهای تندی که در نیمکره جنوبی می‌وزند (Roaring 40s)، است. به‌علت افزایش بالا آمدگی آب اقیانوس طی دوره‌ی هولسن، پمپ بیولوژیکی ضعیف شد و اجازه‌ی نشت مقادیر بیشتری از کربن‌دی‌اکسید از اعماق اقیانوس به اتمسفر را داد و این احتمالا، توجیه‌گر افزایش ۲۰ پی‌پی‌امی در کربن‌دی‌اکسید اتمسفر طی آن زمان است. سیگمن گفت:

این فرایند موجب می‌شود که مقداری از کربن‌دی‌اکسیدی که در اعماق ذخیره‌شده به اتمسفر بازگردد. ما اساسا به شکاف‌های موجود در غشای پمپ بیولوژیکی فشار می‌آوریم.

افزایش در سطوح کربن‌دی‌اکسید اتمسفر طی دوره‌ی هولسن در جهت مخالف روند رفتن به سمت دوره‌ی سرما که پس از دوره‌های بین یخبندانی گذشته اتفاق می‌افتاد، عمل کرد. نتایج جدید نشان می‌دهند که اقیانوس ممکن است مسئول ثبات ویژه اقلیمی دوره‌ی هولسن بوده باشد. همین فرایندها امروزه هم دست به کارند: جذب کربن توسط اقیانوس موجب کاهش در کربن‌دی‌اکسید اتمسفری تولید شده در اثر استفاده از سوخت‌های فسیلی می‌شود و بالا آمدن آب اقیانوس نیز اجازه می‌دهد مقداری کربن‌دی‌اکسید به اتمسفر بازگردد. سیگمن گفت:

اگر نتایج دوره‌ی هولسن بتواند برای پیش‌بینی روند تغییر بالا آمدن آب اقیانوس جنوبگان در آینده، استفاده شود، توانایی ما برای پیش‌بینی تغییرات در میزان کربن‌دی‌اکسید اتمسفر و بنابراین اقلیم جهانی بهبود خواهد یافت.