Naukowcy z MIT zajmujący się paleoklimatem odkrywają „tendencyjność ocieplenia”

Naukowcy odnotowują „nastawienie ocieplenia” w ciągu ostatnich 66 milionów lat, które może powrócić, jeśli pokrywy lodowe znikną.

Coraz wyraźniej widać, że przedłużające się susze, bezprecedensowe upały, uporczywe pożary oraz częste i groźniejsze burze w ostatnich latach są bezpośrednim skutkiem globalnego ocieplenia spowodowanego przez ludzi dodających do atmosfery dwutlenek węgla. Nowy Z Badanie ekstremalnych zjawisk pogodowych w starożytnej historii Ziemi sugeruje, że dzisiejsza planeta może stać się bardziej niestabilna w miarę dalszego ocieplania się.

Badanie opublikowane 11 sierpnia 2021 r postęp naukowy, analizuje zapis paleoklimatyczny z ostatnich 66 milionów lat, w erze kenozoicznej, która rozpoczęła się wkrótce po wyginięciu dinozaurów. Naukowcy odkryli, że w tym okresie wahania klimatu Ziemi doświadczyły nagłego „ocieplenia”. Innymi słowy, było więcej wydarzeń związanych z globalnym ociepleniem – przedłużających się okresów ocieplenia, trwających od tysięcy do dziesiątek tysięcy lat – niż ochłodzeń. Co więcej, zjawiska ocieplenia są zwykle bardziej ekstremalne, z większymi zmianami temperatury, niż zdarzenia ochładzania.

Naukowcy twierdzą, że możliwym wyjaśnieniem tego błędu cieplnego może być „efekt mnożnikowy”, w którym niewielki stopień ocieplenia – na przykład od wulkanów uwalniających dwutlenek węgla do atmosfery – przyspiesza pewne procesy biologiczne i chemiczne, które wzmacniają te fluktuacje, prowadząc do , średnio do dalszego ocieplenia.

Co ciekawe, zespół zauważył, że ta tendencja do globalnego ocieplenia zniknęła około 5 milionów lat temu, mniej więcej w czasie, gdy na półkuli północnej zaczęły formować się pokrywy lodowe. Nie jest jasne, jaki wpływ ma lód na reakcję Ziemi na zmiany klimatyczne. Jednak wraz z cofaniem się lodu w Arktyce, nowe badanie sugeruje, że efekt domina może pojawić się ponownie, a rezultatem może być dalsze wzmocnienie spowodowanego przez człowieka globalnego ocieplenia.

„Pokrywy lodowe na półkuli północnej kurczą się i mogą zniknąć w wyniku długotrwałych działań człowieka” – mówi główny autor badań Konstantin Arnschedt, doktorant na Wydziale Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetarstwie MIT. „Nasze badania sugerują, że może to zasadniczo sprawić, że klimat Ziemi będzie bardziej podatny na ekstremalne, długoterminowe zjawiska globalnego ocieplenia, takie jak te obserwowane w geologicznej przeszłości”.

Badanie Arnscheidt było współautorem Daniela Rothmana, profesora geofizyki na MIT oraz współzałożyciela i współdyrektora Lorenz Center w MIT.

impuls lotny

W celu przeprowadzenia analizy zespół skonsultował się z dużymi bazami danych osadów zawierających głębinowe otwornice bentosowe – jednokomórkowe organizmy, które istnieją od setek milionów lat i których twarde skorupy są zachowane w osadach. Na tworzenie się tych muszli wpływa temperatura oceanu w miarę wzrostu organizmów; Dlatego muszle są wiarygodnym wskaźnikiem temperatur starożytnej Ziemi.

Przez dziesięciolecia naukowcy analizowali skład tych muszli, zebranych z całego świata i datowanych na różne okresy, aby śledzić zmiany temperatury Ziemi na przestrzeni milionów lat.

„Wykorzystując te dane do badania ekstremalnych zjawisk pogodowych, większość badań skupiała się na dużym indywidualnym wzroście temperatury, zwykle o kilka stopni. Celsjusz „Zamiast tego staraliśmy się spojrzeć na ogólne statystyki i spojrzeć na wszystkie istotne zmienności, zamiast wybierać duże huśtawki” – mówi Arnschedt.

Zespół początkowo przeprowadził analizę statystyczną danych i zauważył, że w ciągu ostatnich 66 milionów lat rozkład wahań globalnej temperatury nie przypominał standardowej krzywej dzwonowej, z symetrycznymi ogonami reprezentującymi jednakowe prawdopodobieństwo ekstremalnego ciepła i ekstremalnego zimna. wahania. Zamiast tego krzywa była zauważalnie niezrównoważona, skłaniając się bardziej w kierunku wydarzeń ciepłych niż zimnych. Krzywa pokazała również znacznie dłuższy ogon, reprezentujący ciepłe wydarzenia, które były bardziej ekstremalne lub z wyższą temperaturą niż najbardziej intensywne zimne wydarzenia.

„Sugeruje to, że istnieje pewien rodzaj wzmocnienia w stosunku do tego, czego można by się spodziewać w innym przypadku” – mówi Arnscheidt. „Wszystko wskazuje na coś fundamentalnego, co powoduje ten nacisk lub nastawienie na globalne ocieplenie”.

„Można powiedzieć, że system Ziemi staje się coraz bardziej niestabilny w sensie ocieplenia” – dodaje Rothman.

mnożnik ocieplenia

Zespół zastanawiał się, czy to globalne ocieplenie może być wynikiem „podwójnego hałasu” w cyklu klimatyczno-węglowym. Naukowcy od dawna zauważyli, że wyższe temperatury w pewnym stopniu przyspieszają procesy biologiczne i chemiczne. Ponieważ cykl węglowy, który jest głównym motorem długoterminowych wahań klimatu, sam w sobie składa się z takich procesów, wzrost temperatury może prowadzić do większych wahań, kierując system w kierunku ekstremalnych zjawisk ocieplenia.

W matematyce istnieje zbiór równań opisujących takie ogólne efekty wzmocnienia lub mnożnika. Naukowcy zastosowali tę teorię mnożenia w swojej analizie, aby sprawdzić, czy równania mogą przewidywać rozkład asymetryczny, w tym stopień ich pochylenia i długość ich ogonów.

Ostatecznie odkryli, że dane i zaobserwowane nastawienie na globalne ocieplenie można wytłumaczyć teorią podwojenia. Innymi słowy, jest bardzo prawdopodobne, że w ciągu ostatnich 66 milionów lat okresy umiarkowanego ocieplenia zostały wzmocnione przez efekty mnożnikowe, takie jak reakcja na procesy biologiczne i chemiczne, które dodatkowo ociepliły planetę.

W ramach badań naukowcy przyjrzeli się również powiązaniom między przeszłymi zjawiskami ocieplenia a zmianami orbity Ziemi. W ciągu setek tysięcy lat orbita Ziemi wokół Słońca regularnie staje się mniej lub bardziej eliptyczna. Ale naukowcy zastanawiali się, dlaczego tak wiele wcześniejszych wydarzeń związanych z ociepleniem zbiega się z tymi zmianami i dlaczego te wydarzenia są tak wysokie w porównaniu z tym, co sama zmiana orbity Ziemi spowodowałaby.

Dlatego Arnscheidt i Rothman włączyli zmiany orbitalne Ziemi do modelu mnożnika i ich analizy zmian temperatury Ziemi i odkryli, że efekty mnożnika mogą średnio wzmacniać umiarkowane ocieplenie spowodowane zmianami orbity Ziemi.

„Klimat ociepla się i ochładza w połączeniu ze zmianami tropikalnymi, ale same cykle tropikalne przewidują jedynie niewielkie zmiany klimatu” – mówi Rothman. „Ale jeśli weźmiemy pod uwagę model mnożnikowy, skromne ocieplenie w połączeniu z efektem mnożnikowym może prowadzić do ekstremalnych zdarzeń, które zwykle występują w tym samym czasie, co te tropikalne zmiany”.

„Ludzie wprowadzają porządek w nowy sposób” – dodaje Arnscheidt. „A to badanie pokazuje, że kiedy podnosimy temperaturę, prawdopodobnie wchodzimy w interakcję z tymi wzmocnionymi efektami naturalnymi”.

Odniesienie: „Asymetria zdarzeń cyklu klimatycznego – kenozoiczne ekstrema węgla” autorstwa Konstantina W. Arnstedta i Daniela H. Rothmana, 11 sierpnia 2021 r., Dostępne tutaj. postęp naukowy.
DOI: 10.1126 / sciadv.abg6864

Badania te były częściowo wspierane przez MIT College of Science.