Studie løser forhistorisk puslespil, bekræfter moderne sammenhæng mellem kuldioxid, global opvarmning

Fossile blade fra Afrika har løst et forhistorisk klimapuslespil - og bekræfter også sammenhængen mellem kuldioxid i atmosfæren og global opvarmning.

Forskning har indtil nu frembragt en række resultater og modstridende data, der har sået tvivl om sammenhængen mellem høje kuldioxidniveauer og klimaændringer i et tidsinterval for omkring 22 millioner år siden.

Men en ny undersøgelse har fundet ud af, at forbindelsen faktisk eksisterer for den forhistoriske periode, siger forskere ved Southern Methodist University, Dallas.

Fundet vil hjælpe videnskabsmænd med at forstå, hvordan nylige og fremtidige stigninger i koncentrationen af ​​atmosfærisk kuldioxid kan påvirke fremtiden for vores planet, siger SMU-forskerne.

Opdagelsen kommer fra nye biokemiske analyser af fossile blade fra planter, der voksede på Jorden for 27 millioner år siden og for 22 millioner år siden.

De nye analyser bekræfter forskning om moderne klima - at globale temperaturer stiger og falder med stigninger og fald i kuldioxid i vores atmosfære - men i dette tilfælde endda i forhistorisk tid, ifølge det SMU-ledede internationale forskerhold.

Kuldioxid er en gas, der normalt er til stede i jordens atmosfære, endda for millioner af år siden. Det kaldes en drivhusgas, fordi større koncentrationer får den samlede temperatur i Jordens atmosfære til at stige, som det sker i et drivhus med masser af sollys.

For nylig, stigninger i drivhusgasser har forårsaget global opvarmning, som smelter gletschere, udløser ekstreme vejrvariationer og får havniveauet til at stige.

Den nye SMU-opdagelse om, at kuldioxid opførte sig på samme måde for millioner af år siden, som det gør i dag, har betydelige konsekvenser for fremtiden. Fundet tyder på, at parringen af ​​kuldioxid og global opvarmning, der ses i dag, også gælder for fremtiden, hvis kuldioxidniveauerne fortsætter med at stige, som de har været, sagde geolog Tekie Tesfamichael, ledende videnskabsmand i forskningen.

"Jo mere vi forstår forholdet mellem atmosfæriske kuldioxidkoncentrationer og den globale temperatur i fortiden, jo mere vi kan planlægge for ændringer forude, " sagde Tesfamichael, en SMU-postdoc i geovidenskab.

"Tidligere arbejde rapporterede en række resultater og modstridende data om kuldioxidkoncentrationer med de to tidsintervaller, som vi undersøgte, " sagde han. "Men strammere kontrol med alderen på vores fossiler hjalp os med at tage stilling til, hvorvidt atmosfærisk kuldioxidkoncentration svarede til opvarmning eller ej - hvilket i sig selv er uafhængigt veldokumenteret i geokemiske undersøgelser af marine fossiler i havsedimenter."

Forskerne rapporterede deres resultater i Geologi , det videnskabelige tidsskrift for Geological Society of America, i artiklen "Løsning af spørgsmålet om 'afkobling' mellem atmosfærisk kuldioxid og global temperatur:[CO ₂ ]atm rekonstruktioner på tværs af den opvarmende palæogen-neogene skel."

Medforfattere fra SMU's Roy M. Huffington Department of Earth Sciences er professorerne Bonnie Jacobs, en ekspert i palæobotani og palæoklima, og Neil Tabor, ekspert i sedimentologi og sedimentær geokemi.

Andre medforfattere er Lauren Michel, Tennessee Technological University; Ellen Currano, University of Wyoming; Mulugeta Feseha, Addis Abeba Universitet; Richard Barclay, Smithsonian Institution; John Kappelman, University of Texas; og Mark Schmitz, Boise State University.

Opdagelse af sjældne, velbevarede fossile blade gør det muligt at finde

Fundene var mulige takket være den sjældne opdagelse af to steder med ekstraordinært velbevarede fossile blade af blomstrende planter fra det etiopiske højland i det østlige Afrika.

Sådanne velbevarede fossile blade er en sjældenhed, sagde Tesfamichael.

"At finde to steder med stor bevaring i den samme geografiske region fra to vigtige tidsintervaller var meget heldigt, da dette gjorde det muligt for os at besvare det spørgsmål, vi havde om forholdet mellem atmosfærisk kuldioxidkoncentration og globale temperaturer, " han sagde.

Forskere ved, at variationer i koncentrationen af ​​atmosfærisk kuldioxid påvirker kulstoffiksering i blade under fotosyntese. Dette får blade til at udvikle anatomiske og fysiologiske ændringer såsom hyppigheden og størrelsen af ​​stomata - porerne på overfladen af ​​et blad, som kulstof passerer igennem.

Forskere kan måle disse egenskaber, blandt andre, i fossile blade, så bladfossiler kan bruges som proxyer for Jordens atmosfæriske kuldioxidhistorie.

De steder, der producerede bladene til SMU-undersøgelsen, blev opdaget separat i de forløbne år, men store fossilsamlinger blev produceret gennem feltarbejde koordineret af SMU-forskerteamet og deres medforfattere, som har samarbejdet om dette projekt i flere år.

Arbejdet har fået støtte fra National Science Foundation, National Geographic Komité for Forskning og Udforskning, SMU Ford Fellowship Program, SMU Forskningsråd, Instituttet for undersøgelse af jord og menneske, og Dallas Paleontological Society Frank Crane Scholarship.

Fossilerne opbevares permanent i samlingerne på Etiopiens Nationalmuseum i Addis Abeba. Institutionel og statslig støtte kom fra Nationalmuseet i Etiopien, Myndigheden for Forskning og Bevaring af Kulturarv, og Addis Abeba Universitet.

Tidligere undersøgelser påviste en temperaturforskel

Et af stederne stammer fra den sene oligocæne epoke, og den anden til det tidlige miocæne.

Tidligere undersøgelser, der målte havtemperaturer fra hele verden for de to intervaller, har fast etableret en temperaturforskel på Jorden mellem de to tidspunkter, med den ene meget varmere end den anden. Så SMU-undersøgelsen søgte at måle niveauerne af kuldioxid for de to tidsperioder.

Til SMU-analyserne, fossile blade af en enkelt art blev indsamlet fra det 27 millioner år gamle sene oligocæne sted. Bladene var blevet aflejret i forhistorisk tid i området Chilga i det nordvestlige Etiopien, sandsynligvis ved en flodbred. Jordens klima under den sene oligocæn kan have været noget varmere end i dag, selvom gletsjere var ved at danne sig på Antarktis. SMU-undersøgelsen fandt kuldioxidniveauer, gennemsnitlig, omkring 390 dele per million, om, hvad det er på jorden i dag.

Fossile blade af de 22 millioner år gamle arter fra tidlig miocæn blev indsamlet fra gamle søaflejringer, nu en sten kaldet skifer, fra den moderne Mush Valley i det centrale Etiopien. Det tidlige miocæne klima på det tidspunkt var varmere end det sene oligocæne, og ligeledes fandt SMU-undersøgelsen højere kuldioxidniveauer. Atmosfærisk kuldioxid var omkring 870 ppm, det dobbelte af, hvad det er på jorden i dag.

SMU-undersøgelsen bekræftede en sammenhæng mellem kuldioxid og temperatur under den sene oligocæn og tidlig miocæn.

Paleoklimadata kan hjælpe med at forudsige vores planets fremtidige klima

Selvom kuldioxid ikke er den eneste faktor, der påvirker Jordens klima eller globale middeltemperatur, det anses i vid udstrækning af videnskabsmænd blandt de mest betydningsfulde. Meget er kendt om klimaændringer og global opvarmning, men der er stadig spørgsmål.

"En af dem er 'Hvad er følsomheden af ​​Jordens temperatur over for kuldioxidkoncentration? Er den meget følsom? Er den ikke så følsom?' Estimering af temperatur og kuldioxidkoncentrationer for tider i fortiden kan hjælpe med at finde svaret på det spørgsmål, " sagde Jacobs. "Der er meget arbejde med palæoklima generelt, men ikke så meget på forholdet mellem kuldioxid og temperatur."

Fundet er vigtigt.

"Mængden af ​​temperaturændringer i løbet af dette interval er omtrent inden for området for den temperaturændring, der estimeres ud fra klimamodeller for vores næste århundrede givet en fordobling af kuldioxidkoncentrationen siden den industrielle revolution, sagde Jacobs.

Med den nye model bekræfter det forhistoriske forhold, videnskabsmænd kan nu se på relaterede spørgsmål, sagde klimaforsker Lauren Michel, der arbejdede på studiet som post-doc forsker ved SMU.

"Besvarelse af spørgsmål om forandringshastigheden og hvilke faktorer, der ændrede sig først, for eksempel, vil i sidste ende give et klarere billede af Jordens klimaændringsmønstre, " sagde Michel. "Jeg tror, ​​det er værdifuldt at forstå forholdet mellem drivhusgasser og klimafaktorer repræsenteret i stenrekorden, så vi kan få en bedre idé om, hvad vi kan forvente i fremtiden, og hvordan vi kan forberede os på det."

SMU-undersøgelse bekræfter forhold, som tidligere metoder overså

Tidligere undersøgelser fandt kun lidt eller ingen sammenhæng mellem temperatur og kuldioxid for sent oligocæn og tidlig miocæn. Det har undret palæoklimaforskere i mindst et årti.

"Vi har et godt test-case scenario med disse velbevarede planter fra begge tidsskiver, hvor vi kender en gang skive, med højere niveauer af kuldioxid, var et varmere klima globalt end det andet, " sagde Tesfamichael.

"Det har været et puslespil, hvorfor de tidligere metoder ikke fandt nogen sammenhæng, eller en omvendt korrelation, " sagde han. "Vi tror, ​​det er på grund af mangel på den veldaterede proxy - såsom vores fossile blade fra to præcise tidspunkter i samme region - som giver et pålideligt svar. Eller, måske selve modellerne trængte til forbedring."

Tidligere undersøgelser brugte metoder, der adskilte sig fra SMU-undersøgelsen, selvom alle metoder (proxies) inkorporerer nogle aspekter af, hvad der er kendt om levende organismer, og hvordan de interagerer med atmosfærisk kuldioxid.

Nogle undersøgelser er afhængige af biokemisk modellering af forholdet mellem encellede marine fossiler og atmosfærisk kuldioxid, og andre stoler på forholdet mellem stomata og atmosfærisk kuldioxidkoncentration observeret i de levende slægtninge til bestemte fossile plantearter.

"Hver metode har sine antagelser, " sagde Tesfamichael. "Vi vil se, om vores resultater holder stand med yderligere undersøgelser af dette tidsinterval ved hjælp af den samme metode, som vi brugte."