Naukowcy ze Smithsonian i Uniwersytetu w Arizonie opracowali najbardziej szczegółową krzywą temperatury Ziemi na przestrzeni ostatnich 485 milionów lat, ujawniając znaczne wahania i silną korelację między poziomem dwutlenku węgla a globalnymi temperaturami.
To nowe zrozumienie podkreśla wyjątkowe tempo współczesnego ocieplenia antropogenicznego, stwarzającego ryzyko dla globalnych ekosystemów i poziomu mórz.
Nowe badanie, prowadzone wspólnie przez Smithsonian i Uniwersytet w Arizonie, daje najbardziej szczegółowy jak dotąd wgląd w to, jak zmieniała się temperatura powierzchni Ziemi w ciągu ostatnich 485 milionów lat. W artykule opublikowanym 19 września w czasopiśmie Naukazespół badaczy, w skład którego wchodzili paleobiolodzy Scott Wing i Brian Huber z Uniwersytetu im Narodowe Muzeum Historii Naturalnej Smithsoniantworzą krzywą globalnej średniej temperatury powierzchni (GMST) w głębokim czasie – starożytnej przeszłości Ziemi rozciągającej się na wiele milionów lat.
Nowa krzywa pokazuje, że temperatura Ziemi zmieniała się bardziej, niż wcześniej sądzono, przez większą część eonu fanerozoiku, czyli ostatnich 540 milionów lat czasu geologicznego, kiedy życie zróżnicowało się, zaludniło lądy i przetrwało wielokrotne masowe wymieranie. Krzywa potwierdza również, że temperatura Ziemi jest silnie skorelowana z ilością dwutlenku węgla w atmosferze.
Innowacyjne metody w badaniach klimatycznych
Zespół stworzył krzywą temperatury, stosując podejście zwane asymilacją danych. Umożliwiło to naukowcom połączenie danych z zapisu geologicznego i modeli klimatycznych w celu uzyskania bardziej spójnego zrozumienia starożytnych klimatów.
„Metoda ta została pierwotnie opracowana do prognozowania pogody” – powiedziała Emily Judd, główna autorka nowego artykułu i była badaczka ze stopniem doktora w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej i Uniwersytecie Arizony. „Zamiast używać go do prognozowania przyszłej pogody, tutaj używamy go do utrudniania działania starożytnych klimatów”.
Implikacje dla zrozumienia współczesnych zmian klimatycznych
Udoskonalenie sposobu, w jaki temperatura Ziemi zmieniała się w długim okresie, zapewnia kluczowy kontekst dla zrozumienia współczesnych zmian klimatycznych.
„Jeśli przeanalizujesz ostatnie kilka milionów lat, nie znajdziesz niczego, co wyglądałoby tak, jak spodziewamy się w latach 2100 lub 2500” – powiedział Wing, kustosz paleobotaniki muzeum, którego badania skupiają się na maksimum termicznym paleocenu i eocenu. okres szybkiego globalnego ocieplenia 55 milionów lat temu. „Trzeba cofnąć się jeszcze dalej, do okresów, kiedy na Ziemi było naprawdę ciepło, ponieważ tylko w ten sposób możemy lepiej zrozumieć, jak klimat może zmienić się w przyszłości”.
Historyczne trendy klimatyczne i współczesne obawy
Nowa krzywa pokazuje, że temperatury wahały się w okresie fanerozoiku znacznie bardziej, niż wcześniej sądzono. Przez całą epokę GMST wahał się od 52 do 97 stopni Fahrenheita (11–36 stopni Celsjusz). Okresy ekstremalnych upałów najczęściej łączono z podwyższonym poziomem dwutlenku węgla, gazu cieplarnianego, w atmosferze.
„To badanie wyraźnie pokazuje, że dwutlenek węgla w największym stopniu kontroluje globalne temperatury w czasie geologicznym” – powiedziała Jessica Tierney, paleoklimatolog z Uniwersytetu w Arizonie i współautorka nowego artykułu. „Kiedy CO2 jest niska, temperatura jest niska; kiedy CO2 jest wysoka, temperatura jest wysoka.”
Odkrycia ujawniają również, że obecna temperatura GMST na Ziemi wynosząca 15 stopni Celsjusza jest chłodniejsza niż temperatura panująca na Ziemi przez większą część fanerozoiku. Jednak emisje gazów cieplarnianych spowodowane antropogeniczną zmianą klimatu ocieplają obecnie planetę w znacznie szybszym tempie niż nawet najszybsze ocieplenia w fanerozoiku. Tempo ocieplenia stawia gatunek i ekosystemy na całym świecie są zagrożone i powodują gwałtowny wzrost poziomu morza. Niektóre inne epizody szybkich zmian klimatycznych w okresie fanerozoiku spowodowały masowe wymieranie.
„Ludzie i gatunki, z którymi dzielimy planetę, są przystosowane do zimnego klimatu” – powiedział Tierney. „Gwałtowne wprowadzenie nas wszystkich w cieplejszy klimat jest rzeczą niebezpieczną”.
Odkrywanie przeszłych klimatów, aby informować o przyszłości
Nowy artykuł jest częścią trwającego wysiłku badawczego, który rozpoczął się w 2018 r., kiedy Wing, Huber i inni badacze ze Smithsonian pomagali w opracowywaniu „Sala skamieniałości Davida H. Kocha — Głęboki czas.” Celem nowej sali było umieszczenie skamieniałości znajdujących się w muzeum w odpowiednim kontekście poprzez ukazanie zmian klimatu Ziemi w ciągu ostatnich pół miliarda lat. Na przykład kilka okazów — w tym skamieniałe liście palm znalezione na Alasce — świadczy o okresie w przeszłości Ziemi, kiedy globalne temperatury były znacznie wyższe niż obecnie.
Zespół chciał udostępnić odwiedzającym muzeum krzywą przedstawiającą ziemski GMST w fanerozoiku, który rozpoczął się około 540 milionów lat temu i trwa do dnia dzisiejszego. Jednak Wing i Huber byli zaskoczeni, gdy odkryli, że nie istniała jeszcze wiarygodna krzywa temperatury dla tego okresu. Wynika to głównie z fragmentarycznego charakteru zapisu kopalnego. Okazy skamieniałości dostarczają pewnych wskazówek na temat starożytnych temperatur – na przykład skład chemiczny skamieniałych muszli daje wgląd w temperatury oceanów w odległej przeszłości – ale są to tylko pojedyncze migawki jednego regionu w tym samym czasie. Utrudnia to rozszyfrowanie, jak wyglądały starożytne temperatury w skali globalnej.
„To jakby próbować wyobrazić sobie obraz układanki składającej się z 1000 elementów, mając tylko garść elementów” – powiedział Judd.
Wyzwania związane z rekonstrukcją starożytnych temperatur
Aby wygenerować krzywą temperatury w głębokim czasie, Wing, Huber i ich współpracownicy rozpoczęli projekt PhanTASTIC (zintegrowana krzywa średniej temperatury powierzchniowej techniki fanerozoicznej). W 2018 roku w muzeum gościliśmy m.in warsztaty dla paleoklimatologów z całego kraju. W 2020 roku Judd przybył do muzeum jako stażysta podoktorski PhanTASTIC, aby kierować projektem.
Aby utworzyć dokładną krzywą, zespół projektu PhanTASTIC zastosował asymilację danych. Meteorolodzy wykorzystują asymilację danych do łączenia obserwacji różnych czynników, takich jak temperatura, wilgotność i prędkość wiatru, z modelami pogodowymi w celu tworzenia dokładniejszych prognoz. W podobnym duchu zespół zrekonstruował migawki klimatyczne świata w różnych punktach fanerozoiku, integrując dane dotyczące starożytnych temperatur oceanów w różnych częściach planety z komputerowymi symulacjami przeszłych klimatów.
Zespół zebrał ponad 150 000 opublikowane punkty danych z pięciu różnych archiwów geochemicznych (lub „zamienników”) dla starożytnych temperatur oceanów, które zachowały się w skamieniałych muszlach i innych rodzajach starożytnej materii organicznej. Ich koledzy z Uniwersytet w Bristolu wygenerowało ponad 850 symulacji modelowych tego, jak mógł wyglądać klimat Ziemi w różnych okresach odległej przeszłości, w oparciu o położenie kontynentów i skład atmosfery. Następnie badacze wykorzystali asymilację danych, aby połączyć te dwa dowody i stworzyć dokładniejszą krzywą zmian temperatury Ziemi na przestrzeni ostatnich 485 milionów lat.
Ciągłe poszukiwanie wiedzy o klimacie
Choć nowy artykuł stanowi jak dotąd najdokładniejsze badanie zmian temperatury, to zdaniem Hubera, kustosza muzeum zajmującego się otwornicami (organizmami jednokomórkowymi podobnymi do ameb), daleko mu do ukończenia projektu, który bada mikroskopijne skamieniałe muszle, aby zrozumieć warunki środowiskowe podczas the Kreda okres, najcieplejszy odcinek fanerozoiku.
„Wszyscy zgadzamy się, że to nie jest ostateczna krzywa” – powiedział Huber. „Badacze będą w dalszym ciągu odkrywać dodatkowe wskazówki dotyczące głębokiej przeszłości, co pomoże w przyszłości zrewidować tę krzywiznę”.
Więcej informacji na temat tych badań można znaleźć w artykule Odkrywanie zmian klimatycznych Ziemi: od epok lodowcowych do fal upałów w ciągu 485 milionów lat.
Odniesienie: „485-milionowa historia temperatury powierzchni Ziemi” 19 września 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adk3705
Oprócz Judda, Tierneya, Hubera i Winga, współautorami badania byli Daniel Lunt i Paul Valdes z Uniwersytetu w Bristolu oraz Isabel Montañez z Uniwersytetu Kalifornijskiego.
Badania były wspierane przez Rolanda i Debrę Sauermannów za pośrednictwem Smithsonian, Fundacji Heising-Simons, wybitnej katedry nauk integracyjnych Thomasa R. Browna na Uniwersytecie Arizony oraz brytyjskiej Rady ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym.
