Global opvarmning afføder mere opvarmning, ny palæoklimaundersøgelse finder

Det er mere og mere klart, at de langvarige tørkeforhold, rekordstor varme, vedvarende naturbrande, og hyppige, mere ekstreme storme oplevet i de senere år er et direkte resultat af stigende globale temperaturer forårsaget af menneskers tilførsel af kuldioxid til atmosfæren. Og en ny MIT-undersøgelse om ekstreme klimabegivenheder i Jordens gamle historie tyder på, at nutidens planet kan blive mere flygtig, når den fortsætter med at varme.

Studiet, optræder i dag i Videnskab fremskridt , undersøger palæoklima rekorden for de sidste 66 millioner år, under den kenozoiske æra, som begyndte kort efter dinosaurernes udryddelse. Forskerne fandt ud af, at i denne periode, udsving i jordens klima oplevede en overraskende "opvarmningsbias". Med andre ord, der var langt flere opvarmningsbegivenheder - perioder med langvarig global opvarmning, varer tusinder til titusinder af år - end afkølende begivenheder. Hvad mere er, opvarmningsbegivenheder havde en tendens til at være mere ekstreme, med større temperaturskift, end kølende begivenheder.

Forskerne siger, at en mulig forklaring på denne opvarmningsbias kan ligge i en "multiplikatoreffekt, "hvorved en beskeden grad af opvarmning - for eksempel fra vulkaner, der frigiver kuldioxid til atmosfæren - naturligt fremskynder visse biologiske og kemiske processer, der forstærker disse fluktuationer, ledende, gennemsnitlig, til endnu mere opvarmning.

Interessant nok, holdet observerede, at denne opvarmning forsvandt for omkring 5 millioner år siden, omkring det tidspunkt, hvor iskapper begyndte at dannes på den nordlige halvkugle. Det er uklart, hvilken effekt isen har haft på Jordens reaktion på klimaændringer. Men efterhånden som nutidens arktiske is trækker sig tilbage, den nye undersøgelse tyder på, at en multiplikatoreffekt kan slå tilbage, og resultatet kan være en yderligere forstærkning af menneskeskabt global opvarmning.

"Den nordlige halvkugles iskapper krymper, og potentielt kan forsvinde som en langsigtet konsekvens af menneskelige handlinger," siger undersøgelsens hovedforfatter Constantin Arnscheidt, en kandidatstuderende i MIT's Department of Earth, Atmosfæriske og planetariske videnskaber. "Vores forskning tyder på, at dette kan gøre Jordens klima fundamentalt mere modtageligt for ekstreme, langsigtede globale opvarmningsbegivenheder som dem, der er set i den geologiske fortid."

Arnscheidts studie medforfatter er Daniel Rothman, professor i geofysik ved MIT, og medstifter og meddirektør for MITs Lorenz Center.

Et flygtigt skub.

Til deres analyse, holdet konsulterede store databaser over sedimenter, der indeholder dybhavsbunde foraminifera - encellede organismer, der har eksisteret i hundreder af millioner af år, og hvis hårde skaller er bevaret i sedimenter. Sammensætningen af ​​disse skaller påvirkes af havtemperaturerne, efterhånden som organismer vokser; skallerne betragtes derfor som en pålidelig proxy for Jordens gamle temperaturer.

I årtier, forskere har analyseret sammensætningen af ​​disse skaller, indsamlet fra hele verden og dateret til forskellige tidsperioder, at spore, hvordan jordens temperatur har svinget over millioner af år.

"Når du bruger disse data til at studere ekstreme klimabegivenheder, de fleste undersøgelser har fokuseret på individuelle store stigninger i temperatur, typisk en opvarmning af et par grader celsius, " siger Arnscheidt. "I stedet, vi forsøgte at se på den overordnede statistik og overveje alle de involverede udsving, frem for at udvælge de store."

Holdet udførte først en statistisk analyse af dataene og observerede, at gennem de sidste 66 millioner år, fordelingen af ​​globale temperatursvingninger lignede ikke en standard klokkekurve, med symmetriske haler, der repræsenterer en lige stor sandsynlighed for ekstreme varme og ekstreme kølige udsving. I stedet, kurven var mærkbart skæv, skæv mod mere varme end kølige begivenheder. Kurven udviste også en mærkbart længere hale, repræsenterer varme begivenheder, der var mere ekstreme, eller højere temperatur, end de mest ekstreme kuldebegivenheder.

"Dette indikerer, at der er en form for forstærkning i forhold til, hvad du ellers ville have forventet, " siger Arnscheidt. "Alt peger på noget grundlæggende, der forårsager dette skub, eller bias mod opvarmningsbegivenheder."

"Det er rimeligt at sige, at jordsystemet bliver mere flygtigt, i en varmende forstand, " tilføjer Rothman.

En opvarmende multiplikator

Holdet spekulerede på, om denne opvarmningsforspænding kunne have været et resultat af "multiplikativ støj" i klima-kulstof-cyklussen. Forskere har længe forstået, at højere temperaturer, op til et punkt, har tendens til at fremskynde biologiske og kemiske processer. Fordi kulstofkredsløbet, som er en central drivkraft for langsigtede klimaudsving, er selv sammensat af sådanne processer, stigninger i temperatur kan føre til større udsving, at påvirke systemet mod ekstreme opvarmningshændelser.

I matematik, der findes et sæt ligninger, der beskriver sådan generel forstærkning, eller multiplikationseffekter. Forskerne anvendte denne multiplikative teori til deres analyse for at se, om ligningerne kunne forudsige den asymmetriske fordeling, herunder graden af ​​dens skævhed og længden af ​​dens hale.

Til sidst, de fandt ud af, at data, og den observerede skævhed mod opvarmning, kunne forklares med den multiplikative teori. Med andre ord, det er meget sandsynligt, gennem de sidste 66 millioner år, perioder med beskeden opvarmning blev i gennemsnit yderligere forstærket af multiplikatoreffekter, såsom reaktionen fra biologiske og kemiske processer, der yderligere opvarmede planeten.

Som en del af undersøgelsen forskerne så også på sammenhængen mellem tidligere opvarmningsbegivenheder og ændringer i Jordens kredsløb. Over hundredtusinder af år, Jordens kredsløb om solen bliver jævnligt mere eller mindre elliptisk. Men forskere har undret sig over, hvorfor mange tidligere opvarmningsbegivenheder så ud til at falde sammen med disse ændringer, og hvorfor disse begivenheder har en overordnet opvarmning sammenlignet med, hvad ændringen i Jordens kredsløb kunne have bevirket alene.

Så, Arnscheidt og Rothman inkorporerede Jordens orbitale ændringer i den multiplikative model og deres analyse af Jordens temperaturændringer, og fandt ud af, at multiplikatoreffekter forudsigeligt kunne forstærke, gennemsnitlig, den beskedne temperatur stiger på grund af ændringer i Jordens kredsløb.

"Klimaet varmer og afkøles synkront med kredsløbsændringer, men selve kredsløbscyklusserne ville kun forudsige beskedne ændringer i klimaet, " siger Rothman. "Men hvis vi betragter en multiplikativ model, derefter beskeden opvarmning, parret med denne multiplikatoreffekt, kan resultere i ekstreme hændelser, der har en tendens til at forekomme på samme tid som disse orbitale ændringer."

"Mennesker tvinger systemet på en ny måde, " tilføjer Arnscheidt. "Og denne undersøgelse viser, at når vi øger temperaturen, vi vil sandsynligvis interagere med disse naturlige, forstærkende effekter."