Новый международный анализ морских окаменелостей показывает, что потепление полярных океанов в течение эоцена, парникового периода, дающего представление о потенциальном климате Земли в будущем, было больше, чем считалось ранее.
Изучая химический состав окаменелых фораминифер, крошечных одноклеточных животных, живших на мелководье в тропиках, группа исследователей получила точные оценки температуры поверхности тропического моря и химического состава морской воды в эпоху эоцена, 56-34 млн лет назад. много лет назад. Используя эти данные, исследователи уточнили оценки из предыдущих исследований, которые охватили полярные условия, чтобы показать, что тропические океаны значительно нагрелись в эоцене, но не так сильно, как полярные океаны..
Важно отметить, что когда современные климатические модели - такие же, как те, которые использовались в недавних отчетах Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата - были запущены в условиях эоцена, многие не смогли воспроизвести эти результаты. Вместо этого модели постоянно недооценивали потепление полярного океана в эоцене..
Это несоответствие может быть результатом пробела в нашем понимании климатической системы или из-за того, что мы знаем об эоцене, сказал Дэвид Эванс, ведущий автор исследования и научный сотрудник Леверхалма в Школе Земли Университета Сент-Эндрюс. и наук об окружающей среде. Если это действительно связано с климатической системой, это повышает вероятность того, что прогнозы будущего полярного потепления также будут слишком заниженными.
«Да, в тропиках нагревается, но далеко не в такой степени, как в полярных регионах», - сказал Эванс.«Это то, что нам действительно нужно понять и воспроизвести в климатических моделях. Тот факт, что многие модели в настоящее время не могут этого сделать, вызывает беспокойство».
Исследователи опубликовали свои выводы на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ученые часто обращаются к эоцену, чтобы понять, как Земля реагирует на более высокие уровни углекислого газа. В эоцене концентрация углекислого газа в атмосфере составляла более 560 частей на миллион, что как минимум вдвое превышает доиндустриальный уровень, а эпоха началась со средней глобальной температуры более 8 градусов по Цельсию - примерно на 14 градусов по Фаренгейту - теплее, чем сегодня., постепенно охлаждаясь в течение следующих 22 миллионов лет. Эти характеристики делают эоцен подходящим периодом для проверки нашего понимания климатической системы, - говорит Лаура Коттон, соавтор исследования и куратор микропалеонтологии в Музее естественной истории Флориды.
Одной из проблем было точное определение разницы между температурами поверхности моря на полюсах и экваторе в течение эоцена, при этом модели предсказывали большую разницу, чем предполагают данные.
Исследовательская группа использовала большие донные формы в качестве «палеотермометров», чтобы получить более точные показания температуры. Форамы имеют исключительно долгую летопись окаменелостей, охватывающую более 540 миллионов лет, и они часто хорошо сохраняются в океанских отложениях. Большинство из них достаточно малы, чтобы поместиться в игольное ушко - Коттон описывает их как «амебы с панцирем», - но в эоцене их было так много, что из них состоят целые горные породы.
«Если вы посмотрите на пирамиды, вы увидите, что они полны этих крошечных, похожих на чечевицу штук - это форамы», - сказал Коттон. «Древние греки думали, что пирамиды были сделаны из окаменевшей чечевицы рабов, но это просто известняк из одного из этих месторождений, который полностью ими заполнен."
Форамы формируют свои раковины в согласии с температурой и химическим составом океана, действуя как крошечные временные капсулы, каждая из которых содержит точную запись температуры и химического состава океана за время своего существования. Их раковины в основном состоят из кальция, углерода и кислорода. Тяжелые изотопы углерода и кислорода соединяются вместе, образуя оболочку - чем ниже температура, тем сильнее они связываются друг с другом.
Анализируя эти слипшиеся изотопы из ископаемых образцов, найденных в Индии, Индонезии и Танзании, исследователи смогли получить точные данные о температуре поверхности моря в тропиках в эоцене. Они также проделали лазером небольшое отверстие в каждом образце, чтобы измерить количество испарившихся магния и кальция, выявив химический состав морской воды.
Они обнаружили, что температура поверхности тропического моря в эоцене была около 6 градусов по Цельсию - примерно на 10 градусов по Фаренгейту - теплее, чем сегодня.
«Это был первый раз, когда у нас были достаточно хорошие образцы, и этот метод был достаточно хорошо известен, чтобы все это можно было собрать воедино», - сказал Коттон.
Затем команда использовала свой набор данных из тропиков для обратного расчета температуры и химического состава полярных океанов, опираясь на предыдущие исследования форм, которые охватили условия этих регионов.
С помощью этого поправочного коэффициента они исследовали степень, в которой полярные океаны нагреваются больше, чем тропики, особенность климатической системы, известную как полярное усиление. Их данные показали, что разница между полярной и экваториальной температурами поверхности моря в эоцене составляла примерно 20 градусов по Цельсию, около 36 градусов по Фаренгейту. Сегодня разница составляет 28 градусов по Цельсию, что указывает на то, что полярные регионы более чувствительны к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере, чем тропики.
К сожалению, сказал Эванс, когда команда сравнила свои данные с различными современными климатическими моделями в условиях эоцена, большинство моделей занижало полярное усиление примерно на 50 процентов.
Две модели, которые ближе всего подошли к воспроизведению данных команды, имели один общий ключевой аспект - они модифицировали способ учета образования облаков и долговечности облаков в атмосфере, особенно в полярных регионах.
«Для нас это выглядит многообещающим направлением исследований», - сказал он. «Если - а это очень большое «если» - это окажется верным путем для снижения, это может сыграть роль в моделях, которые мы используем для наших будущих климатических прогнозов».