Ключевым компонентом при прогнозировании того, каким может быть климат Земли в будущем, является возможность опираться на точные температурные данные прошлого. Реконструируя прошлые широтные температурные градиенты (разность средних температур между экватором и полюсами), исследователи могут предсказать, где, например, струйное течение, управляющее штормами и температурами в средних широтах (умеренные зоны между тропиками и полярными широтами). круги), будут расположены. Проблема в том, что многие из существующих данных ориентированы на определенные регионы или типы окружающей среды, не рисуя полную картину древних температур Земли.
Исследователи из Департамента наук о Земле и окружающей среде, в том числе доктор философии Эмили Джадд '20, доцент семьи Тонис Трипти Бхаттачарья и профессор Линда Ивани, опубликовали исследование под названием «Динамическая основа для интерпретации древних морских температуры поверхности» в журнале «Geophysical Research Letters», чтобы помочь объяснить расхождение между данными палеоклимата, привязанными к местоположению, и «истинной» средней температурой на данной широте за всю историю Земли. Их работа финансировалась Национальным научным фондом.
По словам Джадда, точные оценки температуры древних океанов жизненно важны, поскольку они являются лучшим инструментом для реконструкции глобальных климатических условий в прошлом, включая такие показатели, как средняя глобальная температура и температурный градиент по широте. В то время как климатические модели дают сценарии того, как мир может выглядеть в будущем, палеоклиматические исследования (изучение прошлого климата) дают представление о том, как мир выглядел в прошлом. То, насколько хорошо модели, которые мы используем для предсказания будущего, могут имитировать прошлое, говорит нам, насколько мы можем быть уверены в их результатах. Поэтому чрезвычайно важно иметь тщательные, тщательно отобранные данные из древнего прошлого.
«Понимая, как широтные температурные градиенты менялись на протяжении истории Земли и при различных климатических режимах, мы можем начать лучше предвидеть, что произойдет в будущем», - говорит Джадд.
Чтобы определить древние температуры, геологи изучают прокси, которые представляют собой химические или биологические следы, регистрирующие температуры осадочных отложений, сохранившихся на морском дне или континентах. Из-за переработки древнего морского дна в мантию Земли у данных о морском дне есть «срок годности». Таким образом, большинство древних косвенных показателей температуры исходят из отложений, которые накапливались на континентальных окраинах или в мелководных внутренних морях, где записи могут сохраняться гораздо дольше.
Джадд, Бхаттачарья и Ивани используют данные о температуре современных океанов, чтобы выявить устойчивые, предсказуемые закономерности, когда поверхность океана теплее или холоднее, или более или менее сезонно, чем ожидается на этой широте.
«Самые большие смещения происходят в двух условиях, наиболее представленных в геологическом прошлом», - говорит Ивани. «Знание того, насколько эти регионы смещены по сравнению с глобальным средним, позволяет исследователям лучше интерпретировать косвенные данные, поступающие с древней Земли».
Данные по мелководным полузакрытым морям (например, Средиземному и Балтийскому морям) показывают, что температура поверхности моря выше, чем в открытом океане. В результате ключевой вывод их статьи предполагает, что оценки глобальной средней температуры палеозойской эры (~ 540-250 миллионов лет назад), когда большинство данных поступает из мелководных морей, нереально высоки.
Даже в недавнем геологическом прошлом подавляющее большинство оценок температуры поверхности моря исходят из прибрежных условий, которые, как они демонстрируют, также систематически предвзяты по сравнению с температурами открытого океана.
Чтобы иметь более точные данные о средней температуре океана на заданной широте, Бхаттачарья говорит, что исследователи должны учитывать неполный характер палеотемпературных данных. «Наша работа подчеркивает необходимость того, чтобы научное сообщество сосредоточило усилия по отбору образцов на средах с недостаточным количеством образцов», - говорит Бхаттачарья. «Новые усилия по отбору проб необходимы для того, чтобы убедиться, что мы одинаково отбираем образцы уникальных условий окружающей среды для разных периодов истории Земли».
По словам Джадда, палеоклиматическое сообщество добилось значительных успехов в понимании древнего климата за последние несколько десятилетий. Новые, более быстрые и дешевые аналитические методы, а также всплеск экспедиций, извлекающих керны океанских отложений, привели к массовым компиляциям древних оценок температуры поверхности моря. Несмотря на эти достижения, все еще существуют значительные расхождения между оценками температуры из разных мест в пределах одного и того же временного интервала и/или между оценками температуры и результатами моделирования климата.
«Наше исследование обеспечивает основу для согласования этих несоответствий», - говорит Джадд. «Мы подчеркиваем, где, когда и почему оценки температуры на одних и тех же широтах могут отличаться друг от друга, и сравниваем способности различных климатических моделей реконструировать эти закономерности. Таким образом, наша работа закладывает основу для более целостного и надежного восстановления глобального климата на протяжении истории Земли».