Badania wykazały, że temperatura Ziemi zmieniała się dramatycznie w ciągu ostatnich 485 milionów lat, głównie z powodu zmieniającego się poziomu CO2 w atmosferze.
To nowe zrozumienie, osiągnięte poprzez połączenie danych geologicznych i modeli klimatycznych, pokazuje, że obecne zmiany klimatyczne postępują z niespotykaną dotąd szybkością w porównaniu ze zdarzeniami naturalnymi w przeszłości, co wskazuje na pilną potrzebę zajęcia się problemem globalnego ocieplenia.
Nowe badanie, opublikowane 20 września w czasopiśmie Naukaprzedstawia krzywą średniej globalnej temperatury powierzchni, która pokazuje, że temperatura Ziemi zmieniała się bardziej, niż wcześniej sądzono, przez większą część eonu fanerozoiku. Był to okres geologiczny, w którym zróżnicowało się życie, zaludniono tereny i doszło do wielokrotnych masowych wymierań. Krzywa potwierdza również, że temperatura powierzchni Ziemi jest silnie skorelowana z ilością dwutlenku węgla w atmosferze.
Odkrywanie głębokiego czasu: eon fanerozoiczny
Początek fanerozoiku 540 milionów lat temu wyznacza eksplozja kambryjska – moment, w którym w zapisie kopalnym po raz pierwszy pojawiły się złożone organizmy o twardej skorupie. Chociaż badacze mogą tworzyć symulacje aż do 540 milionów lat temu, krzywa temperatury w badaniu skupia się na ostatnich 485 milionach lat, ponieważ dane geologiczne dotyczące temperatury wcześniej są ograniczone.
„Trudno znaleźć tak stare skały, w których zachowały się wskaźniki temperatury – nawet 485 milionów lat temu nie było ich tak wiele. Mieliśmy ograniczone możliwości co do tego, jak daleko mogliśmy się cofnąć” – powiedziała współautorka badania Jessica Tierney, paleoklimatolog z Uniwersytetu w Arizonie.
Naukowcy stworzyli krzywą temperatury, stosując podejście zwane asymilacją danych. Umożliwiło im to 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 artykułu i była badaczka ze stopniem doktora w Smithsonian National Museum of Natural History i UA. „Zamiast używać jej do prognozowania przyszłej pogody, tutaj używamy go, aby przeszkadzać starożytnym klimatom”.
Znaczenie historycznych wzorców klimatycznych
Udoskonalenie wiedzy naukowców na temat wahań temperatury Ziemi w czasie zapewnia kluczowy kontekst dla zrozumienia współczesnych zmian klimatycznych.
„Jeśli przeanalizujesz ostatnie kilka milionów lat, nie znajdziesz niczego, co wyglądałoby tak, jak oczekujemy w latach 2100 lub 2500” – powiedział Scott Wing, współautor artykułu i kurator paleobotaniki w Smithsonian Narodowe Muzeum Historii Naturalnej. „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”.
Nowe ustalenia dotyczące historycznej zmienności klimatu
Nowa krzywa pokazuje, że temperatury zmieniały się w ciągu ostatnich 485 milionów lat znacznie bardziej, niż wcześniej sądzono. Przez cały eony globalna temperatura wahała się od 52 do 97 stopni Fahrenheita. Okresy ekstremalnych upałów najczęściej łączono z podwyższonym poziomem dwutlenku węgla, gazu cieplarnianego, w atmosferze.
„To badanie wyraźnie pokazuje, że dwutlenek węgla ma dominujący wpływ na globalną temperaturę w czasie geologicznym” – powiedział Tierney. „Kiedy poziom CO2 jest niski, temperatura jest niska; gdy poziom CO2 jest wysoki, temperatura jest wysoka”.
Aktualne trendy klimatyczne i kontekst historyczny
Odkrycia ujawniają również, że obecna globalna temperatura Ziemi wynosząca 59 stopni Fahrenheita jest niższa niż temperatura panująca na Ziemi przez większą część fanerozoiku. Jednak emisje gazów cieplarnianych wynikające ze zmian klimatycznych spowodowanych przez człowieka ocieplają obecnie planetę w znacznie szybszym tempie niż nawet najszybsze zjawiska ocieplenia w fanerozoiku – twierdzą badacze. 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.
Naukowcy twierdzą, że szybkie przemieszczanie się w stronę cieplejszego klimatu może oznaczać zagrożenie dla ludzi, którzy przeważnie żyli w temperaturze globalnej wynoszącej 10 stopni Fahrenheita w porównaniu z 45 stopniami w ciągu ostatnich 485 milionów lat.
„Cały nasz gatunek ewoluował do klimatu „domu lodowego”, który nie odzwierciedla większości historii geologicznej” – powiedział Tierney. „Zmieniamy klimat w miejsce, które jest naprawdę wyrwane z kontekstu dla człowieka. Na planecie było i może być cieplej, ale ludzie i zwierzęta nie są w stanie przystosować się tak szybko”.
Współpraca między Tierneyem a badaczami ze Smithsonian rozpoczęła się w 2018 r. Zespół chciał udostępnić odwiedzającym muzeum krzywą przedstawiającą globalną temperaturę Ziemi w fanerozoiku, która rozpoczęła się około 540 milionów lat temu i trwa do dnia dzisiejszego.
Łączenie danych w celu uzyskania kompleksowej krzywej temperatury
Zespół zebrał ponad 150 000 szacunków starożytnej temperatury, obliczonych na podstawie pięciu różnych wskaźników chemicznych temperatury zachowanych w skamieniałych muszlach i innych rodzajach starożytnej materii organicznej. Ich koledzy z Uniwersytet w Bristolu stworzył ponad 850 modelowych symulacji tego, jak mógł wyglądać ziemski klimat w różnych okresach odległej przeszłości, w oparciu o położenie kontynentów i skład atmosfery. Następnie badacze połączyli te dwie linie dowodów, aby stworzyć najdokładniejszą krzywą zmian temperatury Ziemi na przestrzeni ostatnich 485 milionów lat.
Wrażliwość klimatyczna w różnych epokach geologicznych
Kolejny wniosek z badania dotyczy wrażliwości klimatycznej, czyli miary tego, jak bardzo klimat ociepla się w wyniku podwojenia emisji dwutlenku węgla.
„Odkryliśmy, że dwutlenek węgla i temperatura są nie tylko bardzo blisko ze sobą powiązane, ale wręcz powiązane w ten sam sposób na przestrzeni 485 milionów lat. Nie widzimy, aby klimat był bardziej wrażliwy, gdy jest gorąco lub zimno” – stwierdził Tierney.
Więcej informacji na temat tego badania:
Odniesienie: „485-milionowa historia temperatury powierzchni Ziemi” autorstwa Emily J. Judd, Jessiki E. Tierney, Daniela J. Lunta, Isabel P. Montañez, Briana T. Hubera, Scotta L. Winga i Paula J. Valdesa , 20 września 2024 r., Nauka.
DOI: 10.1126/science.adk3705
Oprócz Judda, Tierneya, Hubera i Winga, współautorami badania są także 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; Fundacja Heising-Simons i wybitna katedra nauk integracyjnych Thomasa R. Browna na Uniwersytecie Arizony za pośrednictwem Tierney; oraz brytyjska Rada ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym.
