Team bruger gammelt marint sediment som benchmark for nutid, fremtidige klimamodeller

Forskere ved Syracuse Universitet ser på den geologiske fortid for at lave fremtidige fremskrivninger om klimaændringer.

Christopher K. Junium, adjunkt i jordvidenskab ved College of Arts and Sciences (A&S), er hovedforfatter til en undersøgelse, der bruger nitrogenisotopisk sammensætning af sedimenter til at forstå ændringer i marine forhold under Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM)-en kort periode med hurtig global opvarmning for cirka 56 millioner år siden.

Juniums team - som omfatter Benjamin T. Uveges G'17, en ph.d. kandidat i A&S, og Alexander J. Dickson, en lektor i geokemi ved Royal Holloway ved University of London - har publiceret en artikel om emnet i Naturkommunikation .

Deres forskning fokuserer på det gamle Tethys Ocean (stedet for det nuværende Middelhav) og giver et benchmark for nuværende og fremtidige klima- og havmodeller.

"Nitrogenisotoprekorden viser, at iltfrie [anoxiske] forhold begyndte hurtigt ved begyndelsen af ​​PETM, ændre måden, hvorpå vigtige næringsstoffer, såsom nitrogen, blev genbrugt, "siger Junium, en sedimentær og organisk geokemiker. "Størrelsen af ​​dette nitrogen isotopiske skift ligner dem, der blev observeret under hurtige opvarmningsintervaller i den mesozoiske æra [252 millioner til 66 millioner år siden], da brede områder af Tethys og Atlanterhavet blev udtømt i ilt, under overfladen.

Sådan udtømning, kendt som deoxygenering, udløste Oceanic Anoxic Events (OAEs) i Eastern Tethys under den mesozoiske æra. Forskere mener, at OAE faldt sammen med hurtige ændringer i den gamle Jordens klima og havcirkulation - ændringer præget af en tilstrømning af kuldioxid fra perioder med intens vulkanisme.

"Selvom den nøjagtige årsag til PETM er et område med aktiv debat, vi er sikre på, at potente drivhusgasser, herunder kuldioxid og metan, bidraget til den samlede opvarmning, "Siger Junium.

Tethys Ocean's skæbne og områder omkring det under PETM har været genstand for megen spekulation af paleoklimatologer, især Dickson, som har skrevet meget om det. Han og Junium er overbeviste om, at en række faktorer - herunder forsuring af havet, intens nedbør og forvitring på land, og en tilstrømning af næringsstoffer (f.eks. nitrogen, fosfor og svovl) fra flodudledning - sæt scenen for deoxygenering. Ligner det, der sker i dag.

"Kystnære marine systemer kan være mere sårbare over for OAE-lignende forhold end tidligere antaget, "Junium siger." Dette er især tilfældet i lukkede bassiner, såsom Østersøen, eller i nærheden af ​​store flodsystemer, herunder Mississippi, som oplever store påvirkninger fra menneskeskabt aktivitet. ... udvidelse af anoksiske farvande, især i sommermånederne, påvirker havsamfund, såvel som dem, der er afhængige af kystområder for fødekilder, kommercielt fiskeri eller rekreation. "

Træk på data fra det gamle Kheu -flodsystem i det sydlige Rusland, Junium og hans kolleger har bekræftet, at nitrogencyklussen i Eastern Tethys gennemgik en "større reorganisering" under PETM. "Pertubationer til nitrogencyklussen kan have omfattende konsekvenser, "siger Junium, henviser til den proces, hvor nitrogen ændrer sig fra en form til en anden, mens den cirkulerer i hele atmosfæren, de terrestriske og marine økosystemer. "Kvælstof er afgørende for livet på Jorden."

Gruppens forskning går et skridt videre. Variationer i nitrogenisotopdata fra Kheu tyder på episoder, hvor anoksiske forhold slap af, får ilt til at blande sig i vandsøjlen.

"Overgangen mellem iltfrie og iltfattige forhold i Tethys Ocean under PETM kan have skabt forhold, der gav fordel for øget produktion af lattergas, en kraftig drivhusgas fremstillet af mikrober ved meget lave iltkoncentrationer, "Junium siger." Undersøgelser af forhold, der fremmer produktionen af ​​lattergas [under PETM] gør det muligt for os at kalibrere nuværende og fremtidige jordsystemmodeller. Der er mere ved opvarmning end bare øgede koncentrationer af kuldioxid. "

Dinitrogen giver en interessant, om end spekulativt twist til gruppens forskning, fordi gassen ikke kan måles direkte i gammel sten. "Jeg tror, ​​vi kan argumentere for at finde ud af, om forholdene under PETM begunstigede øget produktion, "Siger Junium.

Dickson er enig, tilføjer, at det eneste forslag om lattergas, der bidrager til global opvarmning under PETM, er "fascinerende".

"Begivenheder som PETM er nogle af de bedste geologiske analoger, vi har til en varmere verden. Og alligevel, årevis, en tilfredsstillende forklaring på, hvordan klimatiske drivkræfter for disse gamle begivenheder interagerede for at producere niveauet for observeret opvarmning, har unddraget klimamodeller, "Dickson siger." Forslaget om en lattergasfeedback om klimaopvarmning tilføjer et nyt lag af intriger til denne diskussion og fremhæver den rolle, en ændret nitrogencyklus kan have på vores fremtidige jord. "

Junium mener, at hans hold er på rette vej. Da kuldioxidkoncentrationer farligt nærmer sig 400 dele pr. Million (niveauer, der ikke er oplevet i tre millioner år), de er klar over, at opvarmningen fortsat vil stige. De økologiske og samfundsmæssige konsekvenser kan være enorme.

Navigering i sådant terræn, Junium siger, kræver bedre modelbaserede prognoser for global opvarmning.

"Ja, der er huller i vores forståelse mellem modelverdenerne og de fossile verdener. Fortiden gør det muligt for os at teste og finpudse modeller, som fremtidige fremskrivninger er baseret på. Det hjælper os også med at bestemme, hvilke processer der mangler i vores nuværende jordsystemmodeller, "siger han." Disse ting kombineret hjælper os med at forstå og forberede os på, hvad der er i horisonten.