Скорость, с которой планета нагревается в ответ на продолжающееся накопление улавливающего тепло углекислого газа, может увеличиться в будущем, согласно новым симуляциям сопоставимого теплого периода более 50 миллионов лет назад.
Исследователи из Мичиганского и Аризонского университетов использовали современную климатическую модель, чтобы впервые успешно смоделировать экстремальное потепление раннего эоценового периода, которое считается аналогом для будущего климата Земли.
Они обнаружили, что скорость потепления резко увеличилась по мере повышения уровня углекислого газа, открытие с далеко идущими последствиями для будущего климата Земли, сообщают исследователи в статье, опубликованной 18 сентября в журнале Science Advances.
Другой способ сформулировать этот результат состоит в том, что климат раннего эоцена становился все более чувствительным к дополнительному углекислому газу по мере нагревания планеты.
«Мы были удивлены, что чувствительность климата увеличилась так же сильно, как и с увеличением уровня углекислого газа», - сказал первый автор Цзян Чжу, научный сотрудник Департамента наук о Земле и окружающей среде UM.
"Это пугающее открытие, потому что оно указывает на то, что реакция температуры на увеличение содержания углекислого газа в будущем может быть больше, чем реакция на такое же увеличение содержания CO2 сейчас. Это плохие новости для нас."
Исследователи определили, что значительное увеличение чувствительности климата, которое они наблюдали - чего не наблюдалось в предыдущих попытках смоделировать ранний эоцен с использованием такого же количества углекислого газа - вероятно, связано с улучшенным представлением облачных процессов в климатическая модель, которую они использовали, модель системы Земли Сообщества, версия 1.2 или CESM1.2.
Глобальное потепление, как ожидается, изменит распределение и типы облаков в атмосфере Земли, а облака могут оказывать как согревающее, так и охлаждающее воздействие на климат. В своем моделировании раннего эоцена Чжу и его коллеги обнаружили уменьшение облачного покрова и непрозрачности, что усилило потепление, вызванное CO2..
По словам исследователей, те же облачные процессы, которые ответственны за повышенную чувствительность климата в моделировании эоцена, активны и сегодня.
«Наши результаты подчеркивают роль мелкомасштабных облачных процессов в определении крупномасштабных изменений климата и предполагают потенциальное увеличение чувствительности климата в связи с будущим потеплением», - сказал исследователь палеоклимата из Университета штата Массачусетс Кристофер Поульсен, соавтор исследования. Бумага Science Advances.
«Чувствительность, которую мы предполагаем для эоцена, действительно очень высока, хотя маловероятно, что чувствительность климата достигнет уровня эоцена при нашей жизни», - сказала Джессика Тирни из Аризонского университета, третий автор статьи.
Ранний эоцен (примерно 48-56 миллионов лет назад) был самым теплым периодом за последние 66 миллионов лет. Это началось с палеоцен-эоценового термического максимума, известного как PETM, самого серьезного из нескольких коротких, очень теплых явлений.
Ранний эоцен был временем повышенных концентраций углекислого газа в атмосфере и температуры поверхности не менее чем на 14 градусов по Цельсию (25 градусов по Фаренгейту) в среднем выше, чем сегодня. Кроме того, разница между температурами на экваторе и полюсах была намного меньше.
Геологические данные свидетельствуют о том, что уровень углекислого газа в атмосфере достигал 1000 частей на миллион в раннем эоцене, что более чем в два раза превышает современный уровень 412 частей на миллион. Если ничего не будет сделано для ограничения выбросов углерода при сжигании ископаемого топлива, уровень CO2 может снова достичь 1000 частей на миллион к 2100 году, по данным ученых-климатологов.
До сих пор климатические модели не могли смоделировать экстремальное тепло поверхности раннего эоцена, включая внезапные и драматические скачки температуры PETM, полагаясь исключительно на атмосферный CO2уровней. По словам Поулсена, профессора факультета наук о Земле и окружающей среде Университета штата Массачусетс и заместителя декана по естественным наукам, для того, чтобы цифры заработали, требовались необоснованные изменения в моделях.
«В течение десятилетий модели недооценивали эти температуры, и сообщество долгое время предполагало, что проблема связана с геологическими данными или что существует неизвестный механизм потепления», - сказал он.
Но модель CESM1.2 смогла смоделировать как теплые условия, так и низкий температурный градиент от экватора к полюсу, наблюдаемый в геологических записях.
«Впервые климатическая модель соответствует геологическим данным «из коробки», то есть без преднамеренных изменений, внесенных в модель. Это прорыв в нашем понимании теплого климата в прошлом», - сказал Тирни.
CESM1.2 была одной из климатических моделей, использованных в авторитетном Пятом оценочном отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата, завершенном в 2014 году. Способность модели удовлетворительно имитировать потепление в раннем эоцене обеспечивает сильную поддержку предсказания CESM1.2 будущего потепления, которое выражается через ключевой климатический параметр, называемый равновесной чувствительностью климата.
Термин равновесная чувствительность климата относится к долгосрочному изменению глобальной температуры, которое может произойти в результате устойчивого удвоения - продолжающегося от сотен до тысяч лет - уровней углекислого газа выше доиндустриального базового уровня в 285 частей на миллион. Ученые-климатологи сходятся во мнении, что ECS, вероятно, будет находиться в пределах от 1,5°C до 4,5°C (2,7-8,1°F).
Равновесная чувствительность климата в CESM1.2 близка к верхней границе этого согласованного диапазона и составляет 4,2 C (7,7 F). Моделирование раннего эоцена, проведенное под руководством UM, продемонстрировало возрастающую равновесную чувствительность климата с потеплением, что предполагает чувствительность эоцена более 6,6 C (11,9 F), что намного выше современного значения.
Исследование было поддержано грантом Heising-Simons Foundation для Poulsen и Tierney.