Исследователи палеоклимата Массачусетского технологического института обнаружили « предвзятость к потеплению »

Исследователи отмечают «тенденцию к потеплению» за последние 66 миллионов лет, которая может вернуться, если ледяные щиты исчезнут.

Становится все более очевидным, что продолжительные засушливые условия, беспрецедентная жара, постоянные лесные пожары и частые и более опасные штормы в последние годы являются прямым результатом глобального потепления, вызванного тем, что люди добавляют в атмосферу углекислый газ. новый С Изучение экстремальных погодных явлений в древней истории Земли предполагает, что сегодняшняя планета может стать более нестабильной по мере того, как продолжает нагреваться.

Исследование, опубликованное 11 августа 2021 г. в научный прогресс, исследует палеоклиматические записи за последние 66 миллионов лет, во время кайнозойской эры, которая началась вскоре после исчезновения динозавров. Ученые обнаружили, что в этот период колебания климата Земли испытали внезапное «смещение потепления». Другими словами, было больше явлений глобального потепления — продолжительных периодов потепления, продолжавшихся от тысяч до десятков тысяч лет, — чем случаев похолодания. Более того, явления потепления имеют тенденцию быть более экстремальными с более значительными перепадами температуры, чем явления похолодания.

Исследователи говорят, что возможное объяснение этой предвзятости к потеплению может заключаться в «мультипликативном эффекте», когда небольшое потепление — например, из-за вулканов, выделяющих углекислый газ в атмосферу — ускоряет определенные биологические и химические процессы, которые усиливают эти колебания, что приводит к , в среднем, к дальнейшему потеплению.

Интересно, что команда отметила, что эта предвзятость к глобальному потеплению исчезла около 5 миллионов лет назад, примерно в то время, когда в северном полушарии начали формироваться ледяные щиты. Неясно, какое влияние лед оказывает на реакцию Земли на изменение климата. Но с отступлением арктических льдов сегодня новое исследование предполагает, что волновой эффект может возобновиться, и результатом может стать дальнейшее усиление глобального потепления, вызванного деятельностью человека.

«Ледяные щиты в северном полушарии сокращаются, и они могут исчезнуть в результате долгосрочных действий человека», — говорит ведущий автор исследования Константин Арншедт, аспирант факультета наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. «Наши исследования показывают, что это может существенно сделать климат Земли более уязвимым для экстремальных, долгосрочных явлений глобального потепления, подобных тем, которые наблюдались в геологическом прошлом».

Соавтор исследования Арншайдта Дэниел Ротман, профессор геофизики Массачусетского технологического института, соучредитель и содиректор Центра Лоренца при Массачусетском технологическом институте.

непостоянный импульс

Для своего анализа команда изучила большие базы данных отложений, содержащих глубоководные бентосные фораминиферы — одноклеточные организмы, которые существуют сотни миллионов лет и чьи твердые раковины сохранились в отложениях. На формирование этих раковин влияет температура океана по мере роста организмов; Следовательно, ракушки являются надежным показателем температур древней Земли.

На протяжении десятилетий ученые анализировали состав этих оболочек, собранных со всего мира и датированных разными периодами времени, чтобы проследить, как температура Земли колебалась на протяжении миллионов лет.

«При использовании этих данных для изучения экстремальных погодных явлений большинство исследований было сосредоточено на большом индивидуальном повышении температуры, обычно на несколько градусов. Цельсия «Вместо этого мы попытались взглянуть на общую статистику и посмотреть на всю соответствующую волатильность, вместо того, чтобы выделять большие колебания», — говорит Арншедт.

Команда первоначально выполнила статистический анализ данных и отметила, что за последние 66 миллионов лет распределение глобальных колебаний температуры не напоминало стандартную колоколообразную кривую с симметричными хвостами, представляющими равную вероятность экстремального тепла и экстремального холода. колебания. Вместо этого кривая была заметно неуравновешенной, склоняясь больше к теплым событиям, чем к холодным. Кривая также показала значительно более длинный хвост, представляющий теплые события, которые были более экстремальными или с более высокой температурой, чем самые интенсивные холодные явления.

«Это говорит о том, что есть какое-то усиление по сравнению с тем, что вы ожидали в противном случае», — говорит Арншайд. «Все указывает на что-то фундаментальное, что вызывает этот толчок или склонность к событиям глобального потепления».

«Будет справедливо сказать, что система Земли становится более изменчивой в смысле потепления», — добавляет Ротман.

множитель потепления

Ученые задались вопросом, может ли эта предвзятость к глобальному потеплению быть результатом «двойного шума» в углеродном цикле климата. Ученые давно осознали, что более высокие температуры в некоторой степени ускоряют биологические и химические процессы. Поскольку углеродный цикл, который является основной движущей силой долгосрочных колебаний климата, сам по себе состоит из таких процессов, повышение температуры может привести к более сильным колебаниям, склоняющим систему к экстремальным явлениям потепления.

В математике существует система уравнений, описывающих такие общие эффекты усиления или умножения. Исследователи применили эту теорию умножения в своем анализе, чтобы увидеть, могут ли уравнения предсказать асимметричное распределение, включая степень их перекоса и длину их хвостов.

В конце концов, они обнаружили, что данные и наблюдаемый уклон в сторону глобального потепления можно объяснить теорией удвоения. Другими словами, весьма вероятно, что за последние 66 миллионов лет периоды умеренного потепления в среднем были дополнительно усилены мультипликативными эффектами, такими как реакция на биологические и химические процессы, которые еще больше нагрели планету.

В рамках исследования исследователи также изучили взаимосвязь между прошлыми событиями потепления и изменениями на орбите Земли. За сотни тысяч лет орбита Земли вокруг Солнца регулярно становится более или менее эллиптической. Но ученые задались вопросом, почему так много прошлых потеплений совпало с этими изменениями, и почему эти события настолько высоки по сравнению с тем, что изменение орбиты Земли могло бы произойти само по себе.

Поэтому Арншайд и Ротман включили изменения орбиты Земли в модель множителя и свой анализ изменений температуры Земли и обнаружили, что эффекты множителя могут усиливать в среднем умеренное потепление из-за изменений орбиты Земли.

«Климат нагревается и охлаждается вместе с тропическими изменениями, но сами тропические циклы предсказывают только умеренные изменения климата», — говорит Ротман. «Но если мы рассмотрим модель мультипликатора, умеренное потепление в сочетании с этим эффектом мультипликатора может привести к экстремальным явлениям, которые, как правило, происходят одновременно с этими тропическими изменениями».

«Люди устанавливают порядок по-новому, — добавляет Арншайдт. «И это исследование демонстрирует, что когда мы повышаем температуру, мы, вероятно, взаимодействуем с этими усиленными естественными эффектами».

Ссылка: «Асимметрия климатических циклов — кайнозойские экстремумы углерода» Константина В. Арнштедта и Дэниела Х. Ротмана, 11 августа 2021 г., доступно здесь. научный прогресс.
DOI: 10.1126 / sciadv.abg6864

Это исследование было частично поддержано Научным колледжем Массачусетского технологического института.