Głębokie zanurzenie się w danych dotyczących dwutlenku węgla z 66 milionów lat

Od 14 milionów lat dwutlenek węgla nie był tak wysoki, jak jego obecne stężenie, dzięki emisjom paliw kopalnych, które obecnie ocieplają planetę.

Obecnie stężenie dwutlenku węgla w atmosferze jest najwyższe od co najmniej kilku milionów lat dzięki spalaniu przez człowieka paliw kopalnych na masową skalę w ciągu ostatnich dwóch stuleci.

Ale gdzie w historii Ziemi mieści się 419 części na milion (ppm) – obecne stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze?

Jest to pytanie, które międzynarodowa społeczność naukowców, w skład której wchodzą kluczowy wkład geologów z Uniwersytetu Utah, stara się rozwiązać, badając dużą liczbę śladów w zapisie geologicznym, które dostarczają wskazówek na temat składu starożytnej atmosfery. Ich wstępne badanie opublikowano niedawno w czasopiśmie Naukiodbudowa firmy₂ Stężenia sięgają ery kenozoicznej, ery, która rozpoczęła się wraz z wyginięciem dinozaurów i pojawieniem się ssaków 66 milionów lat temu.

Lodowce zawierają pęcherzyki powietrza, co dostarcza naukowcom bezpośredniego dowodu na to Poziom dwutlenku węgla sięga 800 000 lat wstecz– twierdzi profesor geologii U of T, Gabe Bowen, jeden z autorów badania. Jednak zapis ten nie sięga głęboko w przeszłość geologiczną.

„Gdy stracisz próbki lodu, utracisz bezpośrednie dowody. Nie masz już próbek gazu atmosferycznego, które można analizować” – powiedział Bowen. „Musisz więc polegać na dowodach pośrednich, które nazywamy wskaźnikami zastępczymi. „Trudno jest współpracować z tymi agentami, ponieważ są one pośrednie”.

Ten wykres przedstawia stężenie dwutlenku węgla w atmosferze ziemskiej, wyrażone w częściach na milion (ppm), w całej erze kenozoicznej od czasów przedindustrialnych do 65 milionów lat temu. Są to szacunki oparte na przybliżeniach zakodowanych w zapisie geologicznym. Oznaczone kolorami słupki przedstawiają globalną temperaturę zrekonstruowaną na podstawie niezależnych danych zastępczych. Linia przerywana przedstawia obecne stężenie dwutlenku węgla wynoszące 420 ppm. Źródło: Gabe Bowen, Uniwersytet Utah

„Zastępcy” w zapisie geologicznym

Wskazówki te obejmują izotopy występujące w minerałach, powstawanie skamieniałych liści i inne dowody geologiczne odzwierciedlające skład chemiczny atmosfery. Jedno z przybliżeń wynika z fundamentalnych odkryć geologa z UCLA, Thora Serlinga, który sam jest współautorem nowego badania i którego wcześniejsze badania wykazały, że izotopy węgla w starożytnych glebach wskazują na obecność dwutlenku węgla w przeszłości.₂ Poziomy.

Siła tych wskaźników jest jednak różna i większość z nich obejmuje wąskie wycinki przeszłości. Zadzwonił do zespołu badawczego Firma Kenozoik₂ Projekt integracji agentówAlbo Cinco₂PIP, którego organizatorem był Uniwersytet Columbia Klimatolog Bärbel Hüneş postanowił ocenić, sklasyfikować i połączyć dostępne wskaźniki zastępcze, aby stworzyć zapis wysokiej rozdzielczości dwutlenku węgla w atmosferze.₂.

„Jest to jedno z najbardziej kompleksowych i statystycznie dokładnych podejść do interpretacji dwutlenku węgla₂ „W ciągu ostatnich 66 milionów lat” – powiedział współautor Dustin Harper, badacz ze stopniem doktora w laboratorium Bowena. „Niektóre z nowych wniosków są takie, że jesteśmy w stanie połączyć wiele zastępczych danych z różnych archiwów osadów, niezależnie od tego, czy znajdują się one w oceanie, czy na lądzie, a tego naprawdę nie robiono na taką skalę”.

Nowe badania to wysiłek społeczności, w którym bierze udział około 90 naukowców z 16 krajów. Dzięki dziesiątkom dotacji od wielu agencji grupa ma nadzieję ostatecznie odbudować CO2₂ Zapis 540 milionów lat do początków złożonego życia.

Na początku rewolucji przemysłowej — kiedy ludzie zaczęli spalać węgiel, a następnie ropę i gaz, aby napędzać swoją gospodarkę — dwutlenek węgla znajdował się w atmosferze₂ Było to około 280 ppm. Podczas spalania paliw kopalnych do powietrza uwalniany jest gaz zatrzymujący ciepło.

Patrząc w przyszłość, oczekuje się, że do roku 2100 stężenia wzrosną do poziomu od 600 do 1000 ppm, w zależności od poziomu przyszłych emisji. Nie jest jasne, jak te przyszłe poziomy wpłyną na klimat.

Nie ma jednak wiarygodnej mapy dwutlenku węgla w przeszłości₂ Według profesora biologii z U of T, Williama Anderegga, dyrektora U of T, te poziomy mogą pomóc naukowcom w dokładniejszym przewidywaniu, jak może wyglądać przyszły klimat. Wilkes Centrum Klimatu i Polityki.

„To bardzo ważna synteza, która ma również konsekwencje dla przyszłych zmian klimatycznych, zwłaszcza kluczowych procesów i komponentów systemu ziemskiego, które musimy zrozumieć, aby przewidzieć prędkość i skalę zmian klimatycznych” – powiedział Anderegg.

Dzisiejsze 419 ppm to najwyższy poziom dwutlenku węgla od 14 milionów lat

Czasami w przeszłości, gdy Ziemia była cieplejszym miejscem, poziom dwutlenku węgla wzrastał₂ Był znacznie wyższy niż obecnie. Jednakże zarejestrowane dzisiaj 419 ppm oznacza gwałtowny, potencjalnie niebezpieczny i bezprecedensowy wzrost we współczesnej historii geologicznej.

„Osiem milionów lat temu istniało może 5% szans, że był to dwutlenek węgla₂ „Poziomy były wyższe niż obecnie, ale musimy cofnąć się o 14 milionów lat, zanim zobaczymy poziomy, jakie naszym zdaniem były dzisiaj” – powiedział Bowen.

Innymi słowy, działalność człowieka radykalnie zmieniła atmosferę w ciągu kilku pokoleń. W rezultacie systemy klimatyczne na całym świecie wykazują niepokojące sygnały, takie jak potężne burze, przedłużająca się susza, śmiercionośne fale upałów i zakwaszenie oceanów.

Silne zrozumienie atmosferycznego dwutlenku węgla₂ Różnice w czasie geologicznym są również niezbędne do rozszyfrowania i wyciągania wniosków z różnych cech historii Ziemi. Zmiany zawartości dwutlenku węgla w atmosferze₂ Jest prawdopodobne, że klimat przyczynił się do masowego wymierania, a także do innowacji ewolucyjnych.

Na przykład w kenozoiku nastąpił długotrwały spadek zawartości dwutlenku węgla₂ Związane z tym ochłodzenie klimatu mogło doprowadzić do zmian w fizjologii roślin. Klasyfikować Konkurencja i dominacja, co z kolei wpłynęło na ewolucję ssaków.

„Dokładniejsze zrozumienie przeszłych trendów w zakresie dwutlenku węgla₂ Zrozumienie, w jaki sposób wyłoniły się współczesne gatunki i ekosystemy oraz co może się wydarzyć w przyszłości, ma zatem fundamentalne znaczenie.

Odniesienie: „W stronę kenozoicznej historii atmosferycznego dwutlenku węgla”.₂„Przez konsorcjum kenozoicznego projektu integracji proxy dwutlenku węgla (CenCO2PIP)*†, Bärbel Hönisch, Dana L. Royer, Daniel O. Bricker, Pratigya J. Polisar, Gabriel J. Bowen, Michael J. Henehan, Ying Cui, Margaret Stainthorsdóttir, Jennifer C. McElwain, Matthew J. Cohen, Anne Pearson, Samuel R. Phelps, Kevin T. Ono, Andy Ridgewell, Eleni Anagnosto, Jacqueline Osterman, Marcus PS Badger, Richard S. Barkley, Peter K. Bell, Thomas P. Chalk , Christopher R. Scottis, Elwyn de la Vega, Robert M. DeConto, Kelsey A. Diez, Vicki Ferrini, Peter J. Franks, Claudia F. Jolliffe, Markus Gutjahr, Dustin T. Harper, Laura L. Haynes, Matthew Hopper, Katherine E. Snell, Benjamin A. Kiessling, Wilfred Conrad, Tim K. Loewenstein, Alberto Malinverno, Maxence Guermec, Luz Maria Mejia, Joseph N. Milligan, John J. Morton, Lee Nordt, Ross Whiteford, Anita Ruth Nibelcic, Jeremy K. C. Rogenstein, Morgan F. Schaller, Nathan D. Sheldon, Cindia Sosedian, Elise B. Wilkes, Caitlin R. Witkowski, Yi J. Zhang, Lloyd Anderson, David J. Burling, Clara Bolton, Thor E. Serling, Jennifer M. Cotton, Jiawei DA, Douglas D. Eckhardta, Gavina L. Fostera, Davida R. Greenwooda, Ethana J. Hyland, Elliot A. Gagnitsky, John B. Jaspera, Jennifer B. Kowalczyk, Lutz Kunzmann i Wolfram M. Korchner, Charles E. Lawrence, Carolyn H. Lear, Miguel A. Martinez Botti, Daniel P. Maxbauera, Paulo Montany, P. Dawid A. Nafs, James W. B. Ray, Markus Reitzsch, Gregory J. Retzsch, Simon J. Ring, Osamu Seki, Julio Sepulveda, Ashish Sinha, Tiki F. Tesvamichael, Aradhna Tripathi, Johan van der Berg, Jimin Yu, James C. Zachos i Liming Zhang, 8 grudnia 2023 r., Nauki.
doi: 10.1126/science.adi5177