Daniel Rothman arbeider i øverste etasje i Massachusetts Institute of Technologys institutt for geofag – en stor betongbygning med utsikt over Charles River i Cambridge. Som utdannet matematiker studerer Rothman komplekse systemer, og han har funnet et overbevisende studieobjekt i Jordens atferd. Spesielt undersøker han planetens karbonkretsløp i fjern fortid, spesielt under sjeldne øyeblikk da det ble presset forbi et vendepunkt og gikk ut av kontroll, og tok hundretusener av år å komme seg.
Siden alt liv på jorden er karbonbasert, er store forstyrrelser i karbonkretsløpet bedre kjent som masseutryddelser. Geologer har gjort en bekymringsfull oppdagelse de siste tiårene: mange av Jordens masseutryddelser – inkludert den verste noensinne – var ikke forårsaket av asteroidekollisjoner, som man tidligere trodde, men av massive vulkanutbrudd som slapp ut katastrofale mengder CO₂ i atmosfæren og havene.
Hvis for mye CO₂ frigis for raskt, kan det overvelde karbonkretsløpet og utløse en planetarisk tilbakekoblingssløyfe. Jordens naturlige prosesser kan da forsterke problemet, frigjøre enda mer karbon og sende klimaet inn i en ødeleggende spiral som varer i 100 000 år før stabiliteten vender tilbake. Det spiller ingen rolle om CO₂-nivåene i utgangspunktet er høye eller lave – det som betyr noe er endringshastigheten. En rask økning kan føre til katastrofe.
Karbonkretsløpet håndterer normalt den langsomme, jevne utslippet av CO₂ fra vulkaner over millioner av år, og flytter karbon mellom luft, hav og levende vesener før det til slutt returnerer til jorden. Men hvis en enorm mengde karbon frigis på svært kort tid – raskere enn planeten kan absorbere – kan det utløse en kjedereaksjon som er langt mer ødeleggende enn den første hendelsen. Det kan finnes en kritisk terskel som skiller vanlige oppvarmingshendelser, som livet kan tilpasse seg, fra ustoppbare utryddelser.
Selv om det har vært over 60 millioner år siden jorden sist krysset en slik terskel, antyder Rothmans forskning at vi nå skyver planeten mot den samme farlige banen. Når vi krysser den linjen, kan en masseutryddelse bli uunngåelig, selv om det tar tusenvis av år å utfolde seg fullstendig.
Gjennom Jordens historie har det bare vært noen få måter å frigjøre enorme mengder karbon fra jordskorpen til atmosfæren: sjeldne, massive vulkanhendelser som skjer omtrent hvert 50. million år, og – så vidt vi vet – industrikapitalisme, som har skjedd bare én gang.
Masseutryddelser er ikke bare veldig ille hendelser. De er ikke sivilisasjonsforstyrrende pandemier som COVID-19, som drepte mindre enn 1% av en enkelt primatart. De er ikke som tapet av en fjerdedel av verdens vegetasjon eller nedisingen som steriliserte store deler av Nord-Amerika for 20 000 år siden. De er ikke engang som supervulkanutbrudd, som – selv om de er i stand til å ødelegge det moderne samfunnet – ikke har hatt varig effekt på global biodiversitet. Disse er alle en del av livets normale utfordringer på jorden. Livet har tålt dem før. Hvis det var sårbart for den typen rutinemessige forstyrrelser som er en del av dagliglivet på en vulkansk planet. Men selv om jorden er en robust verden, som tåler alle slags ufattelige påkjenninger den regelmessig utsettes for, skjer det noe virkelig katastrofalt hvert 50. til 100. million år. Dette er de store masseutryddelsene, når forholdene på planetens overflate blir så fiendtlige overalt at de overvelder nesten alt komplekst livs evne til å tilpasse seg.
Fem ganger i dyrenes historie har denne ødeleggelsen nådd – og i ett tilfelle langt overgått – den noe vilkårlige terskelen på å utrydde 75% av Jordens arter, og tjent tittelen "stor masseutryddelse". Paleontologer refererer til disse som de fem store, selv om fossilregisteret også viser dusinvis av andre, mindre alvorlige masseutryddelser. Den nyeste av de fem store inntraff for 66 millioner år siden, en global katastrofe alvorlig nok til å avslutte de gigantiske dinosaurenes herredømme.
Den etterlot seg en 110 miles bred krater, oppdaget i 1978 under Yucatán-halvøya i Mexico av geofysikere som arbeidet for statsoljeselskapet Pemex. Kratrets størrelse og form indikerte at en seks miles bred asteroide gravde umiddelbart et 20 miles dypt hull i bakken. Tre minutter senere skjøt et ekstremt midlertidig 10 miles høyt fjellkjede av eksploderende smeltet granitt oppover. I kaoset ble 76% av dyreartene utryddet.
I sammenligning er skadene mennesker har påført den øvrige levende verden relativt beskjeden så langt, og utgjør kanskje mindre enn 10% av tapte arter. I hvert fall foreløpig. Ifølge en innflytelsesrik Nature-studie fra 2011 av paleobiolog Anthony Barnosky, hvis vi fortsetter med vår nåværende utryddelsesrate, kan vi eskalere fra vårt allerede alarmerende nivå – en mindre masseutryddelse – til den sjette store masseutryddelsen på så lite som tre århundrer eller så lenge som 11 330 år. For fremtidige geologer ville det se ikke noe annerledes ut enn en asteroidekollisjon. Enda mer bekymringsfullt, det kan være vendepunkter underveis der verdens gjenværende arter forsvinner nesten alle på en gang, som noder i et strømnett som svikter sammen under et kollaps.
Gitt hvor ødeleggende menneskelig påvirkning på biosfæren allerede har vært, er det skremmende å tenke at det verste av vår masseutryddelse kanskje fortsatt ligger foran oss.
En periode i planetens vår historie skiller seg ut som unikt lærerik – og unikt kaotisk, volatil og dødelig – når det gjelder CO2-overbelastning. For 300 millioner år siden mistet jorden gjentatte ganger kontrollen over karbonkretsløpet sitt og gjennomgikk 90 millioner år med masseutryddelser, inkludert to av de verste globale katastrofene gjennom tidene, begge drevet av CO2. I ett tilfelle døde planeten nesten. Paleontolog Paul Wignall beskrev det som å bukke under for "et klima av uovertruffen ondskap". Helt på slutten av perm-perioden, for 252 millioner år siden, erupterte nok lava fra Sibir og sivet inn i jordskorpen til å begrave de nedre 48 amerikanske statene under en kilometer med stein.
En kilometer dyp.
Restene av disse eldgamle lavastrømmene er kjent som de sibirske trappene. I dag danner de dramatiske elvekløfter og platåer av svart stein i den avsidesliggende boreale villmarken i Russland. Utbruddene som skapte dem, som en gang dekket Sibir med 2 millioner kvadrat miles med dampende basalt, tilhører en sjelden klasse av kjemper kalt store magmatiske provinser (LIPs).
LIPs er så langt de farligste fenomenene i Jordens historie, med en langt mer katastrofal resultatliste enn asteroider. Disse en-gang-hver-era, planetdrepende vulkanene er helt forskjellige fra typiske utbrudd som Tambora, Mount Rainier eller Krakatau – eller til og med Yellowstone. Tenk deg om Hawaii hadde blitt dannet ikke over titalls millioner år, spredt over Stillehavet, men alle på en gang i et kort, voldsomt utbrudd. På mindre enn en million år, og alt i én region – noen ganger til og med sprengende gjennom sentrum av kontinenter – disse massive vulkanhendelsene, kjent som store magmatiske provinser (LIPs), er Jordens dramatiske påminnelse om at vår tynne steinete skorpe og det skjøre laget av liv som dekker den, hviler over en hvirvlende, likegyldig planetarisk motor. Her drar kolossale steinstrømmer hele havplater ned til planetens kjerne for å bli ødelagt og gjenskapt. Når denne prosessen blir forstyrret, erupterer LIPs som tektonisk fordøyelsesbesvær, og oversvømmer store områder med vulkansk stein. Hvis disse utbruddene er store og raske nok, kan de ødelegge verden.
På slutten av perm-perioden, under den største masseutryddelsen i historien, ville disse utbruddene ha produsert skremmende eksplosjoner, sannsynligvis forårsaket korte vulkanske vintre og sur nedbør. Det var utbredt kvikksølvforgiftning, sammen med giftige fluor- og klorgasser – liknende det som kvelte soldater i første verdenskrigs skyttergraver. Mest kritisk, og katastrofalt for livet, frigjorde utbruddene en planetforandrende mengde karbondioksid.
Interessant nok, som datering av den sibirske lavaen har blitt mer presis, vet vi nå at masseutryddelsen ikke startet før 300 000 år inn i utbruddene – etter at to tredjedeler av lavaen allerede hadde oversvømmet nordlige Pangaea med miles-tykk stein. Dette er forvirrende. Vulkanene hadde spyttet ut sitt vanlige dødelige mix i hundre tusenvis av år, langt over moderne industriell forurensning. Det ville ha vært utallige voldelige eksplosjoner og etsende sur nedbør stormer. Likevel vedvarte livet; biosfæren er robust. Så hvorfor, etter så mye vedvarende ødeleggelse, kollapset livet plutselig over hele verden, til og med i de dypeste hav på motsatt side av planeten?
Hva forårsaket masseutryddelsen? "Du kan utelukke lavaen," sier Seth Burgess, en geolog ved US Geological Survey. Men noe med disse sibirske vulkanene må ha endret seg dramatisk etter 300 000 år, og utløst global kollaps. Så hva var det?
Planeten begynte å brenne sine egne fossile brensler.
Resultatet var en massiv tilstrømning av karbon som overveldet Jordens reguleringssystemer og drev klimaet ut av balanse.
Vulkaner slipper naturlig ut betydelig CO₂ – opptil 40% av gassene fra en vent kan være karbondioksid. Men etter århundrer med overflateaktivitet, begynte noe langt farligere å brygge under jorden. Enorme, 1000 fot tykke lag av magma, ute av stand til å nå overflaten, spredte seg sidelengs gjennom dyp bergart som glødende røtter, og varmet opp alt i sin vei. Det var da forholdene ble katastrofale.
Disse underjordiske magmainntrengningene brant gjennom en åtte miles tykk stabel med gammel russisk bergart i Tunguska-bassenget. Denne geologiske lagkaken inkluderte rester av gamle saltflater og sandsteiner, men enda viktigere, karbonrik kalkstein, naturgassforekomster fra eldgamle hav, og kull fra tidligere tidsaldre. Ved kontakt antennte magmaen disse fossile brensler og karbonrike bergarter, og utløste massive gasseksplosjoner som sprakk den overliggende bergarten. På overflaten erupterte halv miles brede kratere, og slapp ut gigatonn med karbondioksid og metan i atmosfæren.
Etter hundre tusenvis av år med typiske overflateutbrudd, hadde vulkanene begynt å brenne gjennom undergrunnen. De sibirske trappene erupterte i massive målestokk, og opptrådte som enorme kullfyrte kraftverk, naturgassanlegg og sementfabrikker. Som en forsker beskrev perm-tidens utryddelse, "Forbrenningen av kull ville ha representert en ukontrollert og katastrofal frigivelse av energi fra Jordens planetære brenselcelle." Disse utbruddene frigjorde enorme mengder CO₂ langt for raskt for at planeten kunne absorbere.
Her er en sannsynlig sekvens av hendelser på slutten av perm-perioden. Først fanget det overskytende CO₂ mer av solens energi nær Jordens overflate – en grunnleggende fysisk prosess forstått av forskere i over 150 år. Som et resultat varmet planeten opp med omtrent 10°C over tusenvis av år, og presset både dyr og planter til sine grenser. Varmere luft holder også på mer fuktighet – omtrent 7% mer per grad oppvarming – så ettersom temperaturen steg, intensiverte vannsyklusen, noe som førte til hyppigere og alvorligere stormer.
Havene varmet også opp, noe som reduserte oksygeninnholdet. Marine dyr, som allerede strevde i varmen, trengte mer oksygen, ikke mindre. Etter hvert som havene ble varmere og mer stagnerende, begynte marint liv å dø ut. For å gjøre situasjonen verre, løste atmosfærisk CO₂ seg opp i havet som kullsyre, økte surheten og tømte karbonatet som mange organismer bruker til å bygge skall. Marine skapninger ble svake, syke, eller klarte ikke å danne skall i det hele tatt.
Med at havlivet kollapset, begynte det marine næringsvevet å rakne. På land ødela skogbranner økosystemer og frigjorde enda mer CO₂, mens voldsomme stormer herjet kontinentene. Restmateriale fra landet skyllet ut i havet, og bar med seg næringsstoffer som fosfor som ga næring til massive algeoppblomstringer. Når disse oppblomstringene døde og nedbrøt, forbrukte de enda mer oksygen, og kvelte havene.
Ettersom CO₂ fortsatte å strømme fra de sibirske trappene, ble planeten varmere, og presset forholdene utover hva komplekst liv kunne tåle. I disse livløse, oksygenfattige havene, begynte eldgamle anaerobe bakterier – som ikke trenger oksygen for å overleve – å trives. Noen av disse bakteriene bruker sulfat for energi, og frigir giftig hydrogensulfid som et biprodukt. Denne gassen er dødelig for oksygenpustende liv, som man ser i dag i gjødselgrop eller rundt oljefelt som de i Perm-bassenget i Texas. Giften spredte seg gjennom det dype havet og inn i grunnere farvann.
Verden ble ekstremt varm, stormherjet, og i stor grad blottet for planteliv. Havene var sure, oksygenfattige, og avgift giftige gasser fra disse eldgamle mikrobene, og drepte nesten alt i sin vei.
Langt fra utbruddene, i en gang skogkledde polarregioner som Sør-Afrika, elver som en gang slynget seg gjennom røttele
