66 milionów lat historii klimatu Ziemi odkryte – Stawia obecne zmiany w kontekście

Przeszłe i przyszłe trendy w globalnej średniej temperaturze obejmujące ostatnie 67 milionów lat. Wartości izotopów tlenu w głębinowych foraminifera bentosowych z rdzeni osadowych są miarą globalnej temperatury i objętości lodu. Temperatura jest w stosunku do średniej globalnej 1961-1990. Dane z rejestrów rdzenia lodu z ostatnich 25 000 lat ilustrują przejście z ostatniego lodowca do bieżącego cieplejszego okresu, holocenu. Dane historyczne z lat 1850-1850 pokazują wyraźny wzrost po 1950 roku, co oznacza początek antropocenu. Przyszłe prognozy globalnej temperatury dla trzech reprezentatywnych ścieżek koncentracji (RCP) scenariuszy w odniesieniu do bentosowego rekordu głębinowego sugerują, że do 2100 r. stan klimatu będzie porównywalny z miocenowym optimum klimatu (~ 16 milionów lat temu), znacznie powyżej progu oddzierania kontynentalnych pokryw lodowych. Jeśli emisje są stałe po 2100 i nie są stabilizowane przed 2250, globalny klimat do 2300 roku może wejść do świata hothouse początku Eocenu (~ 50 milionów lat temu) z wielu wydarzeń globalnego ocieplenia i nie duże pokrywy lodowej na biegunach. Kredyt: Westerhold et al., CENOGRID

Ciągły rekord z ostatnich 66 milionów lat pokazuje naturalną zmienność klimatu z powodu zmian na orbicie Ziemi wokół Słońca jest znacznie mniejsza niż przewidywane przyszłe ocieplenie z powodu emisji gazów cieplarnianych.

Po raz pierwszy naukowcy zajmujący się klimatem sporządzili ciągły, wysokiej wierności zapis zmian klimatu Ziemi, rozciągający się na 66 milionów lat w przeszłość. Zapis ujawnia cztery charakterystyczne stany klimatu, które naukowcy nazwali Hothouse, Warmhouse, Coolhouse i Icehouse.

Te główne stany klimatyczne utrzymywały się przez miliony, a czasem dziesiątki milionów lat, a w każdym z nich klimat wykazuje rytmiczne zmiany odpowiadające zmianom na orbicie Ziemi wokół Słońca. Ale każdy stan klimatyczny ma charakterystyczną reakcję na zmiany orbitalne, które napędzają stosunkowo niewielkie zmiany w globalnych temperaturach w porównaniu z dramatycznymi zmianami między różnymi stanami klimatycznymi.

Nowe odkrycia, opublikowane dzisiaj (10 września 2020 r. w czasopiśmie Science, są wynikiem dziesięcioleci pracy i dużej współpracy międzynarodowej. Wyzwaniem było określenie przeszłych zmian klimatu w skali czasowej na tyle dobrze, aby zobaczyć zmienność wynikającą z zmian orbitalnych (w ekscentryczności orbity Ziemi wokół Słońca i precesji i nachylenia jej osi obrotowej).

„Od dawna wiemy, że cykle lodowcowo-międzylodowcowe są wprowadzane przez zmiany na orbicie Ziemi, które zmieniają ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi, a astronomowie obliczają te różnice orbitalne w czasie”, wyjaśnił współautor James Zachos, wybitny profesor nauk o Ziemi i planetach oraz Ida Benson Lynn Profesor Zdrowia Oceanu na UC Santa Cruz.

„Kiedy odbudowaliśmy klimat przeszłości, mogliśmy zobaczyć długookresowe grube zmiany całkiem dobrze. Wiedzieliśmy również, że powinna istnieć zmienność rytmiczna na lepszą skalę z powodu zmian orbitalnych, ale przez długi czas uznano, że odzyskanie tego sygnału jest niemożliwe”, powiedział Zachos. „Teraz, gdy udało nam się uchwycić naturalną zmienność klimatu, widzimy, że przewidywane ocieplenie antropogeniczne będzie znacznie większe.”

W ciągu ostatnich 3 milionów lat klimat Ziemi był w stanie Icehouse charakteryzującym się naprzemiennymi okresami lodowcowymi i międzylodowcowymi. Współcześni ludzie ewoluowali w tym czasie, ale emisje gazów cieplarnianych i inne działania człowieka napędzają planetę w kierunku stanów klimatycznych Warmhouse i Hothouse, których nie widziano od czasów epoki eocenu, która zakończyła się około 34 milionów lat temu. We wczesnym eocenu nie było polarnych czap lodowych, a średnie temperatury na świecie były o 9 do 14 stopni Celsjusza wyższe niż obecnie.

„Prognozy IPCC dla 2300 w „business-as-usual” scenariusz potencjalnie przyniesie globalnej temperatury do poziomu planety nie widział w 50 milionów lat,” Zachos powiedział.

Kluczowe znaczenie dla sporządzenia nowego rekordu klimatycznego było uzyskanie wysokiej jakości rdzeni osadowych z głębokich basenów oceanicznych w ramach międzynarodowego programu wiercenia oceanów (ODP, później Zintegrowanego Programu Wiercenia Oceanicznego, IODP, udało się w 2013 r. przez International Ocean Discovery Program). Sygnatury dawnych klimatów są rejestrowane w skorupach mikroskopijnego planktonu (zwanego foraminifera) zachowanego w osadach dna morskiego. Po przeanalizowaniu rdzeni osadów naukowcy musieli opracować „astrochronologię” poprzez dopasowanie zmian klimatu zarejestrowanych w warstwach osadów do zmian orbity Ziemi (znanych jako cykle Milankovitch).