Opublikowane w czasopiśmie Science badanie przedstawia krzywą średniej globalnej temperatury powierzchni, która ujawnia, że temperatura Ziemi zmieniała się bardziej niż wcześniej sądzono przez większą część fanerozoiku, okresu geologicznego, w którym życie się różnicowało, zaludniało ląd i doświadczyło wielu masowych wymierań. Krzywa potwierdza również, że temperatura Ziemi jest silnie skorelowana z ilością dwutlenku węgla w atmosferze.
Początek fanerozoiku 540 milionów lat temu jest oznaczony eksplozją kambryjską, momentem w czasie, w którym złożone organizmy o twardych skorupach pojawiły się po raz pierwszy w zapisie kopalnym. Chociaż naukowcy mogą tworzyć symulacje aż do 540 milionów lat temu, krzywa temperatur w badaniu koncentruje się na ostatnich 485 milionach lat, ponieważ istnieją ograniczone dane geologiczne dotyczące temperatury sprzed tego czasu.
„Trudno znaleźć skały, które są tak stare i mają zachowane wskaźniki temperatury – nawet 485 milionów lat temu nie mamy ich tak wiele. Byliśmy ograniczeni tym, jak daleko wstecz mogliśmy się cofnąć” – powiedziała współautorka badania Jessica Tierney, paleoklimatolog z University of Arizona.
Naukowcy stworzyli krzywą temperatur, korzystając z podejścia zwanego asymilacją danych. Pozwoliło im to połączyć dane z zapisu geologicznego i modeli klimatycznych, aby stworzyć bardziej spójne zrozumienie starożytnych klimatów.
„Ta metoda została pierwotnie opracowana do prognozowania pogody” — powiedziała Emily Judd, główna autorka artykułu i była badaczka podoktorska w Smithsonian National Museum of Natural History i U of A. „Zamiast używać jej do prognozowania przyszłej pogody, tutaj używamy jej do retrospektywnego prognozowania dawnych klimatów”.
Pogłębianie wiedzy naukowców na temat wahań temperatury Ziemi na przestrzeni czasu dostarcza kluczowego kontekstu dla zrozumienia współczesnych zmian klimatycznych.
„Jeśli badasz ostatnie kilka milionów lat, nie znajdziesz niczego, co wyglądałoby jak to, czego spodziewamy się w 2100 lub 2500 roku” — powiedział Scott Wing, współautor artykułu i kurator paleobotaniki w Smithsonian National Museum of Natural History. „Musisz cofnąć się jeszcze dalej do okresów, kiedy Ziemia była naprawdę ciepła, ponieważ tylko w ten sposób możemy lepiej zrozumieć, jak klimat może się zmienić w przyszłości”.
Nowa krzywa ujawnia, że temperatura zmieniała się znacznie bardziej w ciągu ostatnich 485 milionów lat, niż wcześniej sądzono. W ciągu eonu globalna temperatura wahała się od 52 do 97 stopni Fahrenheita. Okresy ekstremalnego upału były najczęściej powiązane z podwyższonym poziomem dwutlenku węgla, gazu cieplarnianego, w atmosferze.
„Badania te jasno pokazują, że dwutlenek węgla jest dominującym czynnikiem kontrolującym globalne temperatury w czasie geologicznym” — powiedział Tierney. „Gdy poziom CO2 jest niski, temperatura jest niska; gdy poziom CO2 jest wysoki, temperatura jest ciepła”.
Wyniki ujawniają również, że obecna globalna temperatura Ziemi wynosząca 59 stopni Fahrenheita jest niższa niż przez większość fanerozoiku. Jednak emisje gazów cieplarnianych spowodowane przez człowieka zmiany klimatu obecnie ocieplają planetę w znacznie szybszym tempie niż najszybsze ocieplenia fanerozoiku, twierdzą naukowcy. Szybkość ocieplenia naraża gatunki i ekosystemy na całym świecie na ryzyko i powoduje gwałtowny wzrost poziomu morza. Niektóre inne epizody szybkich zmian klimatu w fanerozoiku wywołały masowe wymierania.
Szybkie przejście do cieplejszego klimatu może oznaczać zagrożenie dla ludzi, u których do tej pory temperatury globalne wahały się w granicach 10 stopni Fahrenheita, podczas gdy w ciągu ostatnich 485 milionów lat wahania temperatur wynosiły 45 stopni – twierdzą naukowcy.
„Cały nasz gatunek ewoluował do klimatu 'lodowego domu', który nie odzwierciedla większości historii geologicznej” – powiedział Tierney. „Zmieniamy klimat w miejsce, które jest naprawdę wyrwane z kontekstu dla ludzi. Planeta była i może być cieplejsza – ale ludzie i zwierzęta nie potrafią się tak szybko przystosować”.
Współpraca między Tierneyem a naukowcami ze Smithsonian rozpoczęła się w 2018 roku. Zespół chciał zapewnić odwiedzającym muzeum krzywą przedstawiającą zmiany globalnej temperatury Ziemi w okresie fanerozoiku, który rozpoczął się około 540 milionów lat temu i trwa do dziś.
Zespół zebrał ponad 150 000 szacunków starożytnej temperatury obliczonych na podstawie pięciu różnych wskaźników chemicznych temperatury, które są zachowane w skamieniałych muszlach i innych rodzajach starożytnej materii organicznej. Ich koledzy z University of Bristol stworzyli ponad 850 symulacji modelowych tego, jak klimat Ziemi mógł wyglądać w różnych okresach odległej przeszłości, w oparciu o położenie kontynentalne i skład atmosfery. Następnie naukowcy połączyli te dwa dowody, aby stworzyć najdokładniejszą krzywą tego, jak temperatura Ziemi zmieniała się w ciągu ostatnich 485 milionów lat.
Kolejny wniosek z badania dotyczy wrażliwości klimatu, czyli miary tego, jak bardzo klimat się ociepla, gdy stężenie dwutlenku węgla wzrasta dwukrotnie.
„Odkryliśmy, że dwutlenek węgla i temperatura są nie tylko bardzo ściśle powiązane, ale powiązane w ten sam sposób przez 485 milionów lat. Nie widzimy, aby klimat był bardziej wrażliwy, gdy jest gorąco lub zimno” – powiedział Tierney.
Współautorami badania są Judd, Tierney, Huber i Wing, Daniel Lunt i Paul Valdes z Uniwersytetu w Bristolu oraz Isabel Montañez z Uniwersytetu Kalifornijskiego, a także Davis.
Badania były wspierane przez Rolanda i Debrę Sauermann za pośrednictwem Smithsonian, Fundację Heising-Simons i Katedrę Wybitnego Profesora Integracyjnej Nauki im. Thomasa R. Browna na Uniwersytecie Arizony za pośrednictwem Tierney oraz Radę ds. Badań Środowiska Naturalnego w Wielkiej Brytanii.