High-fidelity-registrering af Jordens klimahistorie sætter aktuelle ændringer i kontekst

For første gang, klimaforskere har udarbejdet en kontinuerlig, high-fidelity-registrering af variationer i Jordens klima, der strækker sig 66 millioner år tilbage i fortiden. Rekorden afslører fire karakteristiske klimastater, som forskerne kaldte Hothouse, Varmhus, Kølehus, og Icehouse.

Disse store klimastater vedvarede i millioner og nogle gange titusinder af år, og inden for hver enkelt viser klimaet rytmiske variationer svarende til ændringer i Jordens bane omkring solen. Men hver klimatilstand har et særpræget svar på kredsløbsvariationer, som driver relativt små ændringer i globale temperaturer sammenlignet med de dramatiske skift mellem forskellige klimastater.

De nye fund, udgivet 10. september i Videnskab , er resultatet af årtiers arbejde og et stort internationalt samarbejde. Udfordringen var at bestemme tidligere klimavariationer på en tidsskala, der var fin nok til at se variabiliteten, der kan tilskrives kredsløbsvariationer (i excentriciteten af ​​Jordens kredsløb omkring solen og forløbet og hældningen af ​​dens rotationsakse).

"Vi har længe vidst, at de glacial-interglaciale cyklusser tempoes af ændringer i Jordens kredsløb, som ændrer mængden af ​​solenergi, der når Jordens overflade, og astronomer har beregnet disse orbitale variationer tilbage i tiden, "forklarede medforfatter James Zachos, fremtrædende professor i jord- og planetvidenskab og Ida Benson Lynn Professor i Ocean Health ved UC Santa Cruz.

"Da vi rekonstruerede tidligere klimaer, vi kunne se langsigtede kursændringer ganske godt. Vi vidste også, at der skulle være en finere rytmisk variation på grund af orbitale variationer, men i lang tid blev det anset for umuligt at gendanne dette signal, "Zachos sagde." Nu hvor det er lykkedes os at fange den naturlige klimavariabilitet, vi kan se, at den forventede menneskeskabte opvarmning vil være meget større end det. "

I de sidste 3 millioner år har Jordens klima har været i en ishusstilstand præget af skiftende is- og interglaciale perioder. Moderne mennesker udviklede sig i løbet af denne tid, men drivhusgasemissioner og andre menneskelige aktiviteter driver nu planeten mod de klimastater, der ikke er set siden Eocæn -epoken, som sluttede for omkring 34 millioner år siden. Under den tidlige eocæn, der var ingen polare iskapper, og gennemsnitlige globale temperaturer var 9 til 14 grader Celsius højere end i dag.

"IPCC-fremskrivningerne til 2300 i" business-as-usual "-scenariet vil potentielt bringe den globale temperatur til et niveau, planeten ikke har set i 50 millioner år, "Sagde Zachos.

Kritisk for at udarbejde den nye klimarekord var at få sedimentkerner af høj kvalitet fra dybe havbassiner gennem det internationale Ocean Drilling Program (ODP, senere Integrated Ocean Drilling Program, IODP, efterfulgt i 2013 af International Ocean Discovery Program). Underskrifter fra tidligere klimaer er registreret i skallerne af mikroskopisk plankton (kaldet foraminifera) bevaret i havbundens sedimenter. Efter analyse af sedimentkernerne, forskere måtte derefter udvikle en "astrokronologi" ved at matche de klimavariationer, der er registreret i sedimentlag, med variationer i Jordens kredsløb (kendt som Milankovitch -cyklusser).

"Samfundet fandt ud af, hvordan man kunne udvide denne strategi til ældre tidsintervaller i midten af ​​1990'erne, sagde Zachos, der ledede en undersøgelse offentliggjort i 2001 i Videnskab der viste klimasvaret for orbitalvariationer i en periode på 5 millioner år, der dækker overgangen fra oligocæn-epoken til mycen, for omkring 25 millioner år siden.

"Det ændrede alt, for hvis vi kunne gøre det, vi vidste, at vi kunne gå helt tilbage til måske 66 millioner år siden og sætte disse forbigående begivenheder og store overgange i Jordens klima i forbindelse med variationer i orbitalskala, " han sagde.

Zachos har i årevis samarbejdet med hovedforfatter Thomas Westerhold ved University of Bremen Center for Marine Environmental Sciences (MARUM) i Tyskland, som huser et stort depot af sedimentkerner. Bremen -laboratoriet sammen med Zachos 'gruppe ved UCSC genererede meget af de nye data til den ældre del af rekorden.

Westerhold havde tilsyn med et kritisk skridt, splejsning sammen overlappende segmenter af klimarekorden hentet fra sedimentkerner fra forskellige dele af verden. "Det er en kedelig proces at samle denne lange megasplice af klimaregistre, og vi ønskede også at replikere registreringerne med separate sedimentkerner for at verificere signalerne, så dette var en stor indsats for det internationale samfund, der arbejdede sammen, "Sagde Zachos.

Nu hvor de har samlet en kontinuerlig, astronomisk dateret klimarekord for de sidste 66 millioner år, forskerne kan se, at klimaets reaktion på kredsløbssvingninger afhænger af faktorer som drivhusgasniveauer og omfanget af polare iskapper.

"I en ekstrem drivhusverden uden is, der vil ikke være tilbagemeldinger vedrørende iskapper, og det ændrer klimaets dynamik, "Forklarede Zachos.

De fleste af de store klimaovergange i de sidste 66 millioner år har været forbundet med ændringer i drivhusgasniveauer. Zachos har foretaget omfattende undersøgelser af Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), for eksempel, viser, at denne episode med hurtig global opvarmning, som drev klimaet ind i en hothouse -tilstand, var forbundet med en massiv frigivelse af kulstof til atmosfæren. Tilsvarende i slutningen af ​​Eocæn, da atmosfæriske kuldioxidniveauer faldt, iskapper begyndte at danne sig i Antarktis, og klimaet overgik til en Coolhouse -tilstand.

"Klimaet kan blive ustabilt, når det nærmer sig en af ​​disse overgange, og vi ser mindre forudsigelige svar på orbital tvang, så det er noget, vi gerne vil forstå bedre, "Sagde Zachos.

Den nye klimarekord udgør en værdifuld ramme for mange forskningsområder, han tilføjede. Det er ikke kun nyttigt til test af klimamodeller, men også for geofysikere, der studerer forskellige aspekter af Jordens dynamik og paleontologer, der studerer, hvordan skiftende miljøer driver udviklingen af ​​arter.

"Det er et betydeligt fremskridt inden for jordvidenskab, og en vigtig arv fra det internationale Ocean Drilling Program, "Sagde Zachos.