Karbon dioksit salınımı karbon döngüsünde yıkıcı sonuçlar doğuracak bir refleksi tetikleyebilir.

Beyinde nöronlar komşularına elektrik sinyalleri yolladığında, bu “ya hep ya hiç” yanıtı aracılığıyla gerçekleşir. Sinyal ancak hücredeki koşullar belirli bir eşiği geçecek şekilde değiştiğinde gönderilir.

Bir MIT araştırmacısı tamamen farklı bir sistemde benzer bir olguyu gözlemledi: Dünyanın karbon döngüsünde.

MIT’nin Dünya, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri Bölümünde Lorenz Merkezi eş-yöneticisi ve jeofizik profesörü Daniel Rothman karbon dioksitin okyanuslara girme oranı belirli bir eşiğin üzerine, ani patlama ya da yavaş ve sürekli akış sonucu, çıktığında Dünya’nın buna art arda gelen bilinmeyen kimyasal tepkilerle yanıt verdiğini ve bunun da ilk tetikleyicinin etkilerini çarpıcı bir şekilde artıran aşırı okyanus asitlenmesine yol açtığını buldu.

Bu küresel refleks Dünyanın okyanuslarında yer alan karbon miktarında büyük değişimlere yol açıyor ve jeologlar yüz milyonlarca yıl boyunca korunmuş çökelti katmanlarında bu değişimlerin kanıtlarını görebiliyorlar.

Rothman bu jeolojik kayıtlara baktı ve geçtiğimiz 540 milyon yılda okyanuslarda depolanan karbonun, bir nöron sinyalinin ani değişen doğasına benzer biçimde düzinelerce kez, hızla değiştiğini sonra tekrar eski seviyeye döndüğünü gözlemledi. Söz konusu karbon döngüsünün “uyarısı” en çarpıcı biçimiyle Dünya tarihinde beş kitlesel yokoluşun dördünde görüldü.

Bilim insanları bu olayların tetikleyicileri olarak farklı gerekçeler öne sürdüler ve okyanus karbonunda bunu takip eden değişimlerin ilk tetikleyiciyle orantılı bir şekilde olduğunu varsaydılar, örneğin tetikleyici küçükse çevresel yıkım da küçüktü.

Ancak Rothman durumun böyle olmadığını söylüyor. Veri tabanındaki örneklerin neredeyse yarısında bir kez harekete geçtiğinde karbon artış oranı, neredeyse aynı olduğu için, olaya ilk olarak neyin sebep olduğu önemli değil. Belirleyici oranın karbon döngüsünün kendisinin bir niteliği olması muhtemel, tetikleyicilerin değil, çünkü öyle olsaydı farklı tetikleyicilerin farklı oranlar sergilemesi gerekirdi.

Bütün bunların günümüz iklimiyle ne ilgisi bulunuyor? Günümüzün okyanusları jeolojik kayıtlarda bulunan en kötü örnekten (Permiyen-Triyas yok oluşundan) yaklaşık on kat daha hızlı karbon emiyorlar. Ancak, volkan patlamaları veya geçmişin büyük çevresel yıkımlarını tetikleyen diğer olaylar on binlerce yıldır ya da daha fazla etkili olmalarına karşın, insanlar sadece yüzyıllardır atmosfere karbon dioksit pompalıyor. Karbon salınımının günümüzdeki artışı büyük bir yıkım yol açmaya neden olmayacak kadar kısa olabilir mi?

Rothman’a göre, bugün “uyarının kıyısında”yız ve bu gerçekleşirse sonuçta görülecek artışın okyanus asitlenmesi, canlıların ölümü ve daha fazlası üzerinden kanıtları ortaya konulmuş olduğu üzere geçmişteki küresel felaketlere benzer gerçekleşmesi olası.

“Bir kez eşiği aştık mı, oraya nasıl vardığımız önemli değil” diyor sonuçlarını Proceedings of the National Academy of Sciences’da geçtiğimiz hafta yayımlayan Rothman. “Bir kez aştınız mı, Dünyanın işleyişiyle karşılaşıyorsunuz ve o kendi başına hareket ediyor.”

Karbon geri bildirimi

2017’de Rothman korkutucu bir tahminde bulundu:
“İnsanların atmosfere karbon dioksit katma hızına bakılırsa, bu yüzyılın sonunda gezegenin kritik eşiğe gelme ihtimali bulunuyor. Bu eşiği geçtiğimizde, Dünyanın altıncı yokoluşu ile zirve noktasına varması olası bulunan bir olaylar dizisini başlatmış olacağız.”

Rothman o zamandan bu yana söz konusu tahmini ve daha genel olarak kritik eşik geçildiğinde karbon döngüsünün nasıl yanıt verdiğini daha iyi anlamaya çalıştı. Yeni çalışmasında okyanusların üst tabakasında karbon döngüsünü ve eşik aşıldığında bu döngünün nasıl işleyebileceğini gösteren basit bir matematik model geliştirdi.

Bilim insanları atmosferdeki karbon dioksit deniz suyuna karıştığında bunun sadece okyanusları daha asitli kılmadığını aynı zamanda karbonat iyonlarının yoğunlaşmasını azalttığını biliyorlar. Karbonat iyon yoğunlaşması belirli bir seviyenin altına gerilediğinde kalsiyum karbonattan oluşan kabuklar eriyor. Bunları yapan organizmalar bu sert koşullar altında dayanamıyorlar.

Deniz yaşamını korumanın yanı sıra kabuklar, organizmaları aşağı çekerek ve aşınmış organik karbonlarla birlikte bunların okyanus zeminine inmesini ve sonuçta okyanusların üst tabakasının karbon dioksitten arındırılmasını sağlayarak bir “denge etkisi”nde bulunuyorlar. Ancak artan karbon dioksit ortamında, kalsiyum ile sertleşen daha az organizma daha az karbon dioksitin arındırılması demek.

“Bu etkiyi artıran bir geri bildirim” diyor Rothman.

“Daha fazla karbon dioksit daha fazla karbon dioksite yol açıyor. Matematiksel bir bakışla soru, böyle bir geri bildirim sistemi dengesiz hale getirmek için yeterli midir?”

“Önlenemez bir yükseliş”

Rothman etkiyi artıran bu geri bildirimi, okyanusların üst tabakasında çeşitli kimyasal bileşenler arasındaki karşılıklı etikleşimleri tasvir eden iki diferansiyel denklemden oluşan yeni modelinde gösterdi. Daha sonra sisteme farklı hızlarla ve farklı miktarlarda yeni karbon dioksit ekleyerek modelin nasıl işlediğini inceledi.

Karbon dioksiti halihazırda istikrarlı bir sisteme hangi hızla eklerse eklesin okyanus üst tabakasında karbon döngüsünün değişmediğini buldu. Düşük seviyeli düzensizliklere yanıt olarak karbon döngüsü geçici olarak işlemez hale geliyor ve kısa bir süre için düşük düzeyde okyanus asitlenmesi gerçekleşiyor, ancak yeni bir dengeye doğru salınmaktansa her zaman eski duruma dönüş görülüyor.

Daha yüksek oranlarda karbon dioksit eklediğinde, karbon düzeyleri belirli bir eşiği geçtiğinde karbon döngüsünün art arda gelen ve ilk tetikleyicinin etkisini artıran geri bildirimlerde bulunduğunu, bunun da aşırı okyanus asitlenmesi biçiminde bütün sistemde değişime yol açtığını gördü. Nihai olarak sistem, bugünün okyanusları düşünüldüğünde on binlerce yıl sonra denge durumuna döndü – şiddetli bir tepkiye rağmen karbon döngüsünün istikrarlı durumunu sürdüreceğine dair bir gösterge.

Rothman bu patternin jeolojik kayıtlara uyduğunu buldu. Veri tabanının yarısının gösterdiği belirleyici oran eşiğin üzerindeki ancak eşiğe yakın uyarılardan kaynaklanıyor. Kitlesel yokoluşların görüldüğü çevresel [bazı, ç.n.] yıkımlar aykırı örnekler – bunlar eşiğin oldukça altında uyarıları temsil ediyorlar. Bu örneklerin en azından üçü uzun süreli ve devasa volkanik faaliyete bağlı olabilir.

“Bir kez eşik geçildi mi, kendi yanıtını veren sistemin serbest vuruş kazandığını görüyorsunuz” diyor Rothman. “Sistem önlemez bir yükseliş sergiliyor. Uyarılabilirlik bu, bir nöronun çalışma şekli de bu.”

Günümüzde karbon okyanuslara daha önce görülmedik hızla karışıyor olsa da, bu jeolojik olarak oldukça kısa bir zamana denk düşüyor. Rothman’ın modelleri iki etkinin birbirini ortadan kaldırdığını tahmin ediyor. Daha hızlı karışma oranları bizi eşiğe yaklaştırıyor, daha kısa süreler ise bizi uzaklaştırıyor. Eşik bakımından modern dünya, kabaca uzun süreli devasa volkanik faaliyetlerin olduğu konumda.

Başka bir ifadeyle insan kaynaklı emisyon eşiği geçer ve devam ederse, ki Rothman kısa süre sonra bunun görüleceğini tahmin ediyor, sonuçlar daha önceki kitlesel yok oluşlarda Dünyanın deneyimlediği kadar sert olabilir.

“Bugün olanlara bakıldığında olayların nasıl seyredeceğini kestirmek zor” diyor Rothman. “Ancak kritik eşiğe muhtemelen yakınız. Herhangi bir uyarı, maksimum seviyesine ancak 10 bin yıl sonra ulaşıyor. Umarım bu, bize bir çözüm bulmak için yeterli zaman sunar.”

“Karbon dioksit salınımına katkıda bulunan faaliyetlerin binlerce yıl boyunca etkisinin olacağını biliyoruz” diyor, Exeter Üniversitesi’nden dünya sistemleri ve iklim değişimi profesörü Timothy Lenton. “Bu çalışma söz konusu sonuçların daha önce tahmin edilenden çok daha dramatik sonuçları olabileceğini gösteriyor. Eğer Dünyanın sistemini çok zorlarsak, sonra karşımıza çıkıyor ve kendi yanıtını kendisi belirliyor – o noktayı geçtiğimizde yapabileceğimiz çok az şey kalıyor.”

Not: Söz konusu araştırma kısmen NASA ve Ulusal Bilimler Vakfı tarafından desteklenmiştir.

[Massachusetts Institute of Technology web sitesinden alınarak PolitikYol için Ali Rıza Güngen tarafından çevrilmiştir.]