Массовый выброс парниковых газов, вероятно, вызванный вулканической активностью, вызвал период экстремального глобального потепления, известный как палеоцен-эоценовый тепловой максимум (PETM) около 56 миллионов лет назад. Новое исследование теперь подтверждает, что PETM предшествовал небольшой эпизод потепления и закисления океана, вызванный более коротким выбросом углерода..
Новые результаты, опубликованные 16 марта в журнале Science Advances, показывают, что количество углерода, выброшенного в атмосферу во время этого предшествующего события, было примерно таким же, как текущие совокупные выбросы углерода от сжигания ископаемого топлива и другой деятельности человека.. В результате краткосрочное предшествующее событие представляет собой то, что может произойти, если нынешние выбросы удастся быстро прекратить, в то время как гораздо более экстремальное глобальное потепление PETM показывает последствия продолжения выброса углерода в атмосферу с нынешними темпами.
«Это была кратковременная отрыжка углерода, эквивалентная тому, что мы уже выпустили в результате антропогенных выбросов», - сказал соавтор Джеймс Захос, профессор наук о Земле и планетарных науках, и Ида Бенсон Линн, заведующая кафедрой здоровья океана в Калифорнийском университете в Санта-Клаусе. Круз. «Если мы отключим выбросы сегодня, этот углерод в конечном итоге смешается с морскими глубинами, и его сигнал исчезнет, потому что глубоководный резервуар настолько огромен».
Этот процесс занял бы сотни лет - долгий срок по человеческим меркам, но короткий по сравнению с десятками тысяч лет, которые потребовались климатической системе Земли, чтобы оправиться от более экстремального PETM.
Новые результаты основаны на анализе морских отложений, отложившихся на мелководье вдоль реки Ю. Южное побережье Атлантического океана и сейчас являются частью Атлантической прибрежной равнины. Во времена PETM уровень моря был выше, и большая часть Мэриленда, Делавэра и Нью-Джерси находилась под водой. Геологическая служба США (USGS) пробурила керны отложений из этого региона, которые исследователи использовали для исследования.
ПЭТМ отмечается в морских отложениях значительным сдвигом в составе изотопов углерода и другими свидетельствами резких изменений в химическом составе океана в результате поглощения океаном большого количества углекислого газа из атмосферы. Морские отложения содержат микроскопические раковины крошечных морских существ, называемых фораминиферами, которые жили в поверхностных водах океана. Химический состав этих раковин отражает условия окружающей среды, в которых они образовались, и свидетельствует о повышении температуры поверхностных вод и подкислении океана.
Первый автор Тали Бабила начала исследование в качестве научного сотрудника с докторской степенью, работая с Захосом в Калифорнийском университете в Санта-Круз, а сейчас работает в Университете Саутгемптона, штат Юта. K. Новые аналитические методы, разработанные в Саутгемптоне, позволили исследователям проанализировать изотопный состав бора отдельных фораминифер, чтобы реконструировать подробные данные о подкислении океана. Это было частью набора геохимических анализов, которые они использовали для реконструкции изменений окружающей среды во время предшествующего события и основного ПЭТМ.
«Раньше для измерения изотопов бора требовались тысячи ископаемых раковин фораминифер. Теперь мы можем проанализировать одну раковину размером всего с песчинку», - сказал Бабила.
Доказательства предшествующего потепления были обнаружены ранее в отложениях из континентального разреза в бассейне Биг-Хорн в Вайоминге и в нескольких других местах. Однако оставалось неясным, был ли это глобальный сигнал, поскольку он отсутствовал в кернах глубоководных отложений. Захос сказал, что это имеет смысл, потому что скорость осадконакопления в глубоком океане медленная, а сигнал от кратковременного события будет потерян из-за смешивания отложений обитающими на дне морскими обитателями.
«Наилучшие надежды на то, что сигнал будет обнаружен в мелководных морских бассейнах, где скорость осадконакопления выше», - сказал он. «Проблема в том, что отложения носят эпизодический характер, а эрозия более вероятна. Поэтому вероятность захвата невелика».
Геологическая служба США и другие организации пробурили многочисленные керны (или разрезы) отложений вдоль Атлантической прибрежной равнины. Исследователи обнаружили, что PETM присутствует во всех этих разделах, а некоторые также фиксируют предшествующее событие. Два участка из Мэриленда (на Южном Дуврском мосту и в аэропорту Кембридж-Дувр) находятся в центре внимания нового исследования.
"Здесь у нас есть полный сигнал, и несколько других мест зафиксировали его часть. Мы считаем, что это то же самое событие, которое они обнаружили в бассейне Бигхорн", - сказал Захос.
Основываясь на своем анализе, команда пришла к выводу, что сигнал-предшественник в секциях Мэриленда представляет собой глобальное событие, которое, вероятно, длилось несколько столетий или, возможно, самое большее несколько тысячелетий.
Два углеродных импульса - короткоживущий предшественник и гораздо более крупные и продолжительные выбросы углерода, вызвавшие PETM, - привели к совершенно разным механизмам и временным масштабам восстановления углеродного цикла Земли и климатической системы. Углерод, поглощенный поверхностными водами во время предшествующего события, смешался с глубоким океаном в течение примерно тысячи лет. Выбросы углерода во время PETM, однако, превышали буферную способность океана, и удаление избыточного углерода зависело от гораздо более медленных процессов, таких как выветривание силикатных пород в течение десятков тысяч лет.
Захос отметил, что существуют важные различия между климатической системой Земли сегодня и во время палеоцена, в частности, наличие сегодня полярных ледяных щитов, которые повышают чувствительность климата к парниковому потеплению.
В дополнение к Babila и Zachos, соавторами статьи являются Гэвин Фостер и Кристофер Стэндиш из Университета Саутгемптона; Дональд Пенман из Университета штата Юта; Моника Доубрава, Роберт Шпейер и Питер Стассен в KU Leuven, Бельгия; Тимоти Бралоуэр из Пенсильванского государственного университета; а также Марси Робинсон и Джин Селф-Трейл из Геологической службы США. Эта работа частично финансировалась Национальным научным фондом.