Последние полмиллиарда лет Земли были насыщены событиями. За это время климат претерпел множество изменений. Изменился уровень океана и ледовые щиты, изменился состав атмосферы, изменилась химия океана, а продолжающаяся биологическая эволюция сопровождалась вымираниями.
Данные о температуре Земли за последние 485 миллионов лет помогают ученым понять, как все происходило, и иллюстрируют, что может произойти, если мы продолжим обогащать атмосферу углеродом.
Новый температурный рекорд представлен в исследовании под названием «История температуры поверхности Земли длиной в 485 миллионов лет». Оно опубликовано в журнале Science, а ведущим автором является Эмили Джадд. Джадд работает в отделе палеобиологии Смитсоновского национального музея естественной истории.
«Это исследование ясно показывает, что углекислый газ является основным фактором, контролирующим глобальную температуру на протяжении геологического времени».
Джессика Тирни, Университет Аризоны
Новая историческая температура получена в результате усилий под названием PhanDA, что означает ассимиляция данных фанерозоя. PhanDA объединила данные климатических моделей с данными геологии, чтобы определить, как изменился климат за последние почти 500 миллионов лет. Фанерозой — это текущий геологический эон Земли, который начался 538,8 миллионов лет назад. Он известен распространением жизни, и его начало отмечено появлением твердых панцирей животных в ископаемой летописи.
PhanDA — это смесь данных и предыдущих симуляций научного сообщества. «Этот подход использует сильные стороны как прокси, так и моделей как источников информации, предоставляя инновационный способ изучения временных и пространственных закономерностей климата Земли в течение фанерозоя», — пишут исследователи в своей статье. Это позволило исследователям более тщательно реконструировать климат.
«Этот метод изначально был разработан для прогнозирования погоды», — сказал Джадд. «Вместо того, чтобы использовать его для прогнозирования будущей погоды, здесь мы используем его для ретроспективного прогнозирования древнего климата».
Мы превышаем нормативы содержания углерода в атмосфере, а Земля нагревается. Сейчас у нас более 420 ppm CO2Лучший способ понять, что нас ждет, — это заглянуть в прошлое.
«Если вы изучаете последние пару миллионов лет, вы не найдете ничего похожего на то, что мы ожидаем в 2100 или 2500 году», — сказал соавтор Скотт Уинг, куратор палеоботаники в Национальном музее естественной истории. Исследования Уинга сосредоточены на палеоцен-эоценовом термическом максимуме, периоде резкого глобального потепления 55 миллионов лет назад. «Вам нужно вернуться еще дальше в периоды, когда Земля была действительно теплой, потому что это единственный способ для нас лучше понять, как климат может измениться в будущем».
Во время палеоцен-эоценового термического максимума (PETM) в атмосферу и океаны было выброшено огромное количество углерода. Температура Земли отреагировала быстро, потеплев на пять-восемь градусов Цельсия всего за несколько тысяч лет. Хотя несколько тысяч лет могут показаться долгими по сравнению с человеческой жизнью, для климата всей планеты это почти мгновенно. Вероятно, это вызвало массовое вымирание от 35% до 50% бентической жизни. Ископаемые остатки показывают, что в это время в полярных регионах росли субтропические планеты.
Многие ученые считают, что ПЭТМ — лучший аналог того, с чем мы сталкиваемся сегодня. Независимо от того, что мы сделаем с нашими выбросами в ближайшие несколько десятилетий, большая часть углерода, который человечество выделило в атмосферу со времен промышленной революции, останется в атмосфере на тысячи лет.
PhanDA иллюстрирует неразрывную связь между углеродом и глобальным потеплением. По словам соавтора Джессики Тирни, палеоклиматолога из Университета Аризоны, связь между климатом и углеродом неоспорима. «Это исследование ясно показывает, что углекислый газ является доминирующим регулятором глобальной температуры на протяжении геологического времени», — сказала Тирни. «Когда CO2 низкая, температура холодная; когда CO2 высокая, температура теплая».
Хотя доказательство связи между климатом и углеродом не является новым, этот длительный период времени подтверждает его. «Постоянство этой связи удивительно, поскольку в этом временном масштабе мы ожидаем, что солнечная светимость будет влиять на климат», — пишут авторы. «Мы предполагаем, что изменения в планетарном альбедо и других парниковых газах (например, метане) помогли компенсировать увеличение солнечной светимости с течением времени».
В целом, глобальная средняя температура поверхности Земли (GMST) колебалась от 11° до 36°C в течение фанерозоя, что является большим диапазоном, чем считалось ранее. Это также показывает, что парниковый климат был жарче, чем считалось. Наибольшие колебания температуры наблюдались в высоких широтах, но тропические температуры колебались от 22 C до 42 C. Это противоречит идее о том, что тропики имеют фиксированный верхний предел, и показывает, что жизнь должна была эволюционировать, чтобы выживать при этих более высоких температурах.
Исследование также показывает, что наш нынешний климат на самом деле холоднее, чем климат на протяжении большей части фанерозоя. Технически, Земля сейчас находится в ледниковом периоде, хотя лед отступает и отступает уже тысячи лет. Текущая GMST Земли составляет 15 градусов по Цельсию, что ниже, чем на протяжении большей части фанерозоя.
Но хотя это может звучать утешительно, это не так. Опасность представляет скорость изменения GMST. Наши выбросы парниковых газов нагревают планету быстрее, чем когда-либо в течение фанерозоя.
«Люди и виды, с которыми мы делим планету, адаптированы к холодному климату», — сказал Тирни. «Быстрое помещение нас всех в более теплый климат — опасная затея».
Хотя PhanDA в целом согласуется с предыдущими климатическими реконструкциями, в некоторых отношениях она отклоняется. Например, холодные климатические периоды не всегда совпадают с оледенением и ледниковыми периодами. Поверхность Земли постоянно меняется, и это может затруднить получение некоторых выводов. «Многие традиционные ледниковые индикаторы могут иметь неледниковое происхождение, что усложняет интерпретацию данных горных пород, а ограниченное обнажение более старых пород и плохой контроль возраста могут затруднить различение изолированных альпийских ледников и широко распространенных ледниковых щитов», — объясняют авторы.
Но это не сильно умаляет значение PhanDA. Это укрепляет наше понимание климата и углерода.
Поразительно, но работа показывает, что климат Земли еще более чувствителен к CO2 чем показывают некоторые современные модели.
«PhanDA GMST демонстрирует тесную связь с концентрацией CO2 в атмосфере, демонстрируя, что CO2 «была доминирующей силой, контролирующей глобальные климатические изменения на протяжении фанерозоя», — пишут авторы в своем заключении.
