Высокоточная запись истории климата Земли помещает текущие изменения в контекст

Впервые климатологи составили непрерывную и точную запись изменений климата Земли на 66 миллионов лет назад. Запись показывает четыре отличительных климатических состояния, которые исследователи назвали Тепличным, Теплым, Холодным и Ледяным.

Эти основные состояния климата сохранялись в течение миллионов, а иногда и десятков миллионов лет, и в каждом из них климат показывает ритмические изменения, соответствующие изменениям на орбите Земли вокруг Солнца. Но каждое состояние климата по-своему реагирует на колебания орбиты, которые вызывают относительно небольшие изменения глобальных температур по сравнению с резкими сдвигами между различными состояниями климата.

Новые результаты, опубликованные 10 сентября в журнале Science , являются результатом десятилетий работы и большого международного сотрудничества. Задача состояла в том, чтобы определить прошлые климатические изменения во временной шкале, достаточно тонкой, чтобы увидеть изменчивость, относящуюся к орбитальным изменениям (эксцентриситет земной орбиты вокруг Солнца, а также прецессию и наклон ее оси вращения).

«Мы давно знаем, что ледниково-межледниковые циклы сопровождаются изменениями орбиты Земли, которые изменяют количество солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, и астрономы вычисляли эти орбитальные вариации назад во времени», — объяснил соавтор Джеймс Захос, выдающийся профессор наук о Земле и планетах, и Ида Бенсон Линн, профессор здоровья океана в Калифорнийском университете в Санта-Крус.

«Когда мы реконструировали прошлый климат, мы могли довольно хорошо видеть долгосрочные грубые изменения. Мы также знали, что должна быть более мелкомасштабная ритмическая изменчивость из-за орбитальных изменений, но долгое время считалось невозможным восстановить этот сигнал», — сказал Захос сказал. «Теперь, когда нам удалось уловить естественную изменчивость климата, мы видим, что прогнозируемое антропогенное потепление будет намного больше».

Последние 3 миллиона лет климат Земли находился в состоянии ледникового покрова, характеризуемого чередованием ледниковых и межледниковых периодов. Современные люди эволюционировали в течение этого времени, но выбросы парниковых газов и другая деятельность человека сейчас подталкивают планету к климатическим состояниям Теплого дома и Теплицы, невиданных с эпохи эоцена, которая закончилась около 34 миллионов лет назад. В раннем эоцене не было полярных ледяных шапок, а средняя глобальная температура была на 9–14 градусов Цельсия выше, чем сегодня.

«Прогнозы МГЭИК на 2300 г. в сценарии« обычного ведения дел »потенциально могут привести к тому, что глобальная температура достигнет уровня, которого планета не видела за 50 миллионов лет», — сказал Захос.

Критически важным для составления нового климатического рекорда было получение высококачественных кернов отложений из глубоководных бассейнов океана в рамках международной программы океанического бурения (ODP, позднее — Integrated Ocean Drilling Program, IODP, на смену в 2013 году пришла Международная программа Ocean Discovery). Признаки прошлого климата записаны в раковинах микроскопического планктона (так называемых фораминифер), сохранившихся в донных отложениях. После анализа кернов отложений исследователям пришлось разработать «астрохронологию», сопоставив изменения климата, зарегистрированные в слоях отложений, с изменениями орбиты Земли (известными как циклы Миланковича).

«Сообщество придумало, как распространить эту стратегию на более старые временные интервалы в середине 1990-х», — сказал Захос, возглавлявший исследование, опубликованное в 2001 году в журнале Science, которое показало реакцию климата на колебания орбиты за период в 5 миллионов лет, охватывающий переход от эпохи олигоцена к миоцену, около 25 миллионов лет назад.

«Это изменило все, потому что, если бы мы могли это сделать, мы знали, что сможем вернуться, может быть, к 66 миллионам лет назад и поместить эти временные события и основные изменения климата Земли в контекст вариаций орбитального масштаба», — сказал он. .

Закос много лет сотрудничал с ведущим автором Томасом Вестерхольдом в Центре исследований морской окружающей среды Бременского университета (MARUM) в Германии, где находится обширное хранилище кернов отложений. Лаборатория Бремена вместе с группой Захоса в UCSC сгенерировала большую часть новых данных для более старой части записи.

Вестерхолд курировал важный этап, объединив перекрывающиеся сегменты климатической записи, полученные из кернов отложений из разных частей мира. «Это утомительный процесс — собрать этот длинный мегапиксель климатических записей, и мы также хотели воспроизвести записи с отдельными кернами отложений для проверки сигналов, поэтому это было большим усилием международного сообщества, работающего вместе», — сказал Захос.

Теперь, когда они составили непрерывную, астрономически датированную запись климата за последние 66 миллионов лет, исследователи могут видеть, что реакция климата на орбитальные колебания зависит от таких факторов, как уровни парниковых газов и протяженность полярных ледяных щитов.

«В экстремальном тепличном мире безо льда не будет никакой обратной связи, связанной с ледяными щитами, и это изменит динамику климата», — пояснил Захос.

Большинство основных изменений климата за последние 66 миллионов лет были связаны с изменениями уровней парниковых газов. Захос провел обширное исследование палеоцен-эоценового теплового максимума (ПЭТМ), например, показав, что этот эпизод быстрого глобального потепления, который привел климат к тепличному состоянию, был связан с массовым выбросом углерода в атмосферу. Точно так же в конце эоцена, когда уровни углекислого газа в атмосфере падали, ледяные щиты начали формироваться в Антарктиде, и климат перешел в состояние Coolhouse.

«Климат может стать нестабильным, когда он приближается к одному из этих переходов, и мы видим более детерминированные реакции на орбитальное воздействие, так что мы хотели бы лучше понять это», — сказал Захос.

Он добавил, что новые климатические данные представляют собой ценную основу для многих областей исследований. Он полезен не только для тестирования моделей климата, но и для геофизиков, изучающих различные аспекты динамики Земли, и палеонтологов, изучающих, как изменение окружающей среды влияет на эволюцию видов.

Соавторы Стивен Бохати, ныне работающий в Университете Саутгемптона, и Кейт Литтлер, ныне работающая в Университете Эксетера, работали с Закосом в Калифорнийском университете в Санта-Крус. Соавторами статьи также являются исследователи из более чем десятка институтов по всему миру. Эта работа финансировалась Немецким исследовательским фондом (DFG), Советом по исследованиям естественной окружающей среды (NERC), программой Европейского Союза Horizon 2020, Национальным научным фондом Китая, Нидерландским центром науки о системе Земли и Национальным научным фондом США.

---

Источник истории:

Материалы предоставлены Калифорнийским университетом в Санта-Круз . Оригинал написан Тимом Стивенсом. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

---

Связанные мультимедиа :

• График, показывающий прошлые и будущие тенденции средней глобальной температуры за последние 66 миллионов лет, показывающий четыре различных состояния климата

---

Ссылка на журнал :

1. Томас Вестерхолд, Норберт Марван, Анна Джой Друри, Дидерик Либранд, Клаудиа Агнини, Элени Анагносту, Джеймс С.К. Барнет, Стивен М. Бохати, Дэвид Де Влешоувер, Фабио Флориндо, Томас Фредерикс, Дэвид А. Ходелл, Энн Э. Холборн, Дик Крун , Виттория Лауретано, Кейт Литтлер, Лукас Дж. Лоуренс, Митчелл Лайл, Хайко Пялик, Урсула Рёль, Джун Тиан, Рой Х. Вилкенс, Пол А. Уилсон, Джеймс К. Закос. Астрономически датированная запись климата Земли и его предсказуемости за последние 66 миллионов лет . Наука , 2020 DOI: 10.1126 / science.aba6853