Nye fossile data fra eocæn tyder på, at klimamodeller kan undervurdere fremtidens polar opvarmning

En ny international analyse af marine fossiler viser, at opvarmning af polarhavene under eocænen, en drivhusperiode, der giver et glimt af Jordens potentielle fremtidige klima, var større end tidligere antaget.

Ved at studere den kemiske sammensætning af forstenede foraminifera, små encellede dyr, der levede i lavt tropisk vand, et team af forskere genererede præcise estimater af tropiske havoverfladetemperaturer og havvandskemi under eocænepoken, 56-34 millioner år siden. Ved hjælp af disse data, forskere finjusterede estimater fra tidligere foramundersøgelser, der fangede polære forhold for at vise tropiske oceaner, der varmet betydeligt i eocæn, men ikke så meget som polarhavene.

Vigtigere, når moderne klimamodeller - de samme som dem, der blev brugt i FN's seneste mellemstatlige panel om klimaændringer - blev kørt under eocene forhold, mange kunne ikke gentage disse fund. I stedet, modellerne undervurderede konsekvent opvarmningen af ​​polarhavet i eocænen.

Denne uoverensstemmelse kan skyldes et hul i vores forståelse af klimasystemet eller fra det, vi ved om eocæn, sagde David Evans, undersøgelsens hovedforfatter og Leverhulme Research Fellow ved University of St Andrews 'School of Earth and Environmental Sciences. Hvis det virkelig vedrører klimasystemet, det øger muligheden for, at forudsigelser om fremtidig polaropvarmning også er for lave.

"Ja, troperne opvarmes, men ikke i nærheden af ​​samme grad som polarområderne, "Evans sagde." Det er noget, vi virkelig har brug for for at kunne forstå og replikere i klimamodeller. Det faktum, at mange modeller ikke er i stand til at gøre det i øjeblikket, er bekymrende. "

Forskerne offentliggjorde deres fund i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Forskere ser ofte til eocæn for at forstå, hvordan Jorden reagerer på højere niveauer af kuldioxid. Under eocænen, koncentrationen af ​​kuldioxid i atmosfæren var mere end 560 dele pr. million, mindst to præindustrielle niveauer, og epoken startede med en global gennemsnitstemperatur mere end 8 grader Celsius - cirka 14 grader Fahrenheit - varmere end i dag, gradvist afkøling i løbet af de næste 22 millioner år. Disse egenskaber gør eocæn til en god periode, hvor vi kan teste vores forståelse af klimasystemet, sagde Laura Cotton, studere medforfatter og kurator for mikropaleontologi ved Florida Museum of Natural History.

En af udfordringerne har været nøjagtigt at bestemme forskellen mellem havoverfladetemperaturer ved polerne og ækvator under Eocæn, med modeller, der forudsiger større forskelle, end data foreslår.

Forskergruppen brugte store bundboende forams som "paleothermometers" for at opnå en mere præcis temperaturaflæsning. Forams har en usædvanlig lang fossilrekord, strækker sig over mere end 540 millioner år, og de er ofte velbevarede i havsedimenter. De fleste er små nok til at passe ind i en nåles øje - Bomuld beskriver dem som "en amøbe med en skal" - men de var så rigelige under eocænen, at der er hele klipper sammensat af dem.

"Hvis du ser på pyramiderne, de er fulde af disse bittesmå linselignende ting - det er forams, "Bomuld sagde." De gamle grækere troede, at pyramiderne var lavet af slavefossiliserede linser, men det er bare kalkstenen fra en af ​​disse aflejringer, der absolut er fyldt med dem. "

Forams danner deres skaller i overensstemmelse med havtemperaturer og kemi, fungerer som minimale tidskapsler, hver indeholder en præcis registrering af temperaturen og havkemien i løbet af sin levetid. Deres skaller er primært lavet af calcium, kulstof og ilt. Tunge isotoper af kulstof og ilt bindes sammen som et foram gør sin skal - jo køligere temperaturen, jo mere de binder til hinanden.

Ved at analysere disse klumpede isotoper fra fossile prøver fundet i Indien, Indonesien og Tanzania, forskerne kunne få en nøjagtig aflæsning af havoverfladetemperatur på tværs af troperne i eocænen. De laserede også et lille hul i hver prøve for at måle mængden af ​​magnesium og calcium, der fordampede, afslører havvandets kemi.

De fandt ud af, at den tropiske havoverfladetemperatur i Eocænen var omkring 6 grader Celsius - cirka 10 grader Fahrenheit - varmere end i dag.

"Dette var første gang, vi havde prøver, der var gode nok, og denne metode var velkendt nok til, at det hele kunne falde sammen, "Sagde bomuld.

Holdet brugte derefter deres datasæt fra troperne til at bagudberegne temperaturen og kemien i polarhavene, afhængig af tidligere undersøgelser af forams, der fangede betingelserne i disse regioner.

Med denne korrektionsfaktor på plads, de undersøgte i hvilken grad polarhavene varmede mere end troperne, et træk ved klimasystemet kendt som polær forstærkning. Deres data viste, at forskellen mellem polære og ækvatoriale havoverfladetemperaturer i eocænen var anslået 20 grader Celsius, omkring 36 grader Fahrenheit. I dag er forskellen 28 grader Celsius, hvilket indikerer, at polarområder er mere følsomme over for stigninger i atmosfærisk kuldioxid end troperne.

Bekymrende, sagde Evans, da teamet sammenlignede deres data med forskellige moderne klimamodeller under eocene forhold, de fleste modeller undervurderede polar forstærkning med cirka 50 procent.

De to modeller, der kom tættest på at gengive teamets data, havde et centralt aspekt til fælles - de ændrede den måde, de redegjorde for skydannelse og skyernes levetid, især i polarområderne.

"Til os, der ligner en lovende forskningsretning, "sagde han." Hvis - og det er et stort hvis - det viser sig at være den rigtige vej til at gå ned, det kan spille ind i de modeller, vi bruger til vores fremtidige klimaforudsigelser. "