6600万年的地球气候历史被揭示——将当前的变化置于背景之下

过去和未来全球温度趋势

过去6700万年全球平均气温的过去和未来趋势。沉积物岩芯中深海底栖有孔虫的氧同位素值是全球温度和冰体积的一种度量。温度与1961-1990年全球平均值有关。来自过去25000年冰芯记录的数据说明了从最后一次冰期到当前较暖时期(全新世)的过渡。从1850年到今天的历史数据显示,1950年之后,人类世开始显著增加。与海底深海记录相关的三种代表性浓度路径(RCP)情景的未来全球温度预测表明,到2100年,气候状态将与中新世气候最佳状态(约1600万年前)相当,远远超过大陆冰盖成核的阈值。如果排放量在2100年后保持不变,在2250年前不稳定,2300年前的全球气候可能会进入始新世早期(约5000万年前)的温室世界,发生多次全球变暖事件,两极没有大型冰盖。资料来源:Westerhold等人,2003年

过去6600万年的连续记录表明,由于地球绕太阳运行轨道的变化而导致的自然气候变化比预计的温室气体排放导致的未来变暖要小得多。

气候科学家首次编制了一份持续的、高保真的地球气候变化记录,记录了过去6600万年的气候变化。这些记录揭示了四种不同的气候状态,研究人员称之为温室、暖房、Coolhouse和Icehouse。

这些主要的气候状态持续了数百万年,有时甚至数千万年,在每一个气候状态中,气候都表现出与地球绕太阳轨道的变化相对应的节奏变化。但每个气候状态对轨道变化都有不同的反应,与不同气候状态之间的剧烈变化相比,轨道变化导致的全球温度变化相对较小。

这些新发现发表在今天(2020年9月10日)的杂志上科学类这是数十年工作和大规模国际合作的结果。挑战在于,要在足够精确的时间尺度上确定过去的气候变化,以便看到由轨道变化(地球绕太阳轨道的偏心率及其旋转轴的进动和倾斜)引起的变化。

“很长一段时间以来,我们都知道冰期-间冰期的周期是由地球轨道的变化决定的,这改变了到达地球表面的太阳能量的数量,天文学家一直在计算这些轨道的时间变化,”共同作者James Zachos解释道,他是地球和行星科学的杰出教授和加州大学圣克鲁兹分校的Ida Benson Lynn海洋健康教授。

“当我们重建过去的气候时,我们可以很好地看到长期的粗略变化。我们也知道,由于轨道变化,应该会有更精细的节奏变化,但在很长一段时间内,人们认为不可能恢复这种信号,”Zachos说。“现在,我们已经成功地捕捉到了自然气候的变化,我们可以看到预计的人为变暖将远远大于此。”

在过去的300万年中,地球的气候一直处于冰库状态,其特点是冰期和间冰期交替。现代人类在这一时期进化,但温室气体排放和其他人类活动正在推动地球走向始新世以来从未见过的温暖和温室气候状态,始新世大约在3400万年前结束。始新世早期,没有极地冰盖,全球平均气温为9至14度摄氏度比今天高。

“IPCC对“一切照旧”情况下2300的预测将有可能使全球温度达到5000万年来地球从未见过的水平,”Zachos说。

小夜CENOGRID

自6600万年前恐龙大灭绝以来,新的全球气候记录CENOGRID(下图)是第一个连续准确地追踪地球气候变化的记录。该记录是利用IODP船R/V JOIDES Resolution(如图所示)收集的深海沉积物中发现的微小微体化石的氧(如图所示)和碳同位素生成的,显示了过去6600万年中气候变化和变异的自然范围。信贷:托马斯·韦斯特霍尔德/亚当·库茨

编制新气候记录的关键是通过国际海洋钻探计划(ODP,后来的综合海洋钻探计划,IODP,2013年由国际海洋发现计划成功实施)从深海盆地获取高质量沉积物岩芯。保存在海底沉积物中的微小浮游生物(称为有孔虫)的外壳记录了过去气候的特征。在分析了沉积物岩芯后,研究人员必须将沉积物层中记录的气候变化与地球轨道的变化(称为米兰科维奇周期)进行匹配,从而开发出“天文年表”。

“在20世纪90年代中期,社区想出了如何将这一策略扩展到较老的时间间隔,”Zachos说,他领导的一项研究于2001年发表在2009年科学类显示了从大约2500万年前的渐新世到中新世过渡的500万年期间,气候对轨道变化的响应。

“这改变了一切,因为如果我们能做到这一点,我们知道我们可以追溯到6600万年前,把这些短暂的事件和地球气候的重大转变放在轨道尺度变化的背景下,”他说。

Zachos与德国不来梅大学海洋环境科学中心(MARUM)的首席作者Thomas Westerhold合作多年,该中心拥有一个巨大的沉积物岩心库。不来梅实验室和Zachos在UCSC的团队为旧记录生成了很多新数据。

韦斯特霍尔德监督了一个关键步骤,将从世界不同地区的沉积物岩芯中获得的气候记录重叠部分拼接在一起。Zachos说:“收集这些漫长的气候记录是一个乏味的过程,我们还想用独立的沉积物岩芯复制这些记录,以验证信号,所以这是国际社会共同努力的一项重大努力。”

现在,他们已经编辑了过去6600万年的连续天文气候记录,研究人员可以看到气候对轨道变化的反应取决于温室气体水平和极地冰盖的范围等因素。

“在一个没有冰的极端温室世界里,冰盖不会产生任何反馈,这会改变气候的动态,”Zachos解释道。

在过去6600万年中,大部分重大气候变化都与温室气体水平的变化有关。例如,Zachos对古新世-始新世的最高温度(PETM)进行了广泛的研究,结果表明,这一快速全球变暖事件将气候推向温室状态,与碳大量释放到大气中有关。类似地,在始新世晚期,随着大气中二氧化碳含量的下降,南极洲开始形成冰盖,气候转变为冷却状态。

Zachos说:“当接近这些转变时,气候可能变得不稳定,我们看到对轨道强迫的更具确定性的反应,所以这是我们想更好地理解的。”。

他补充说,新的气候记录为许多研究领域提供了一个有价值的框架。它不仅有助于测试气候模型,也有助于研究地球动力学不同方面的地球物理学家和研究环境变化如何推动物种进化的古生物学家。

“这是地球科学的一个重大进步,也是国际海洋钻探计划的一个重要遗产,”Zachos说。

参考资料:托马斯·韦斯特霍尔德、诺伯特·马万、安娜·乔伊·德鲁里、迪德里克·利布兰德、克劳迪娅·阿尼尼、埃莱尼·阿纳格诺斯托、詹姆斯·巴内特、史蒂文·M·博哈蒂、大卫·德·弗雷肖沃、法比奥·弗洛林多、托马斯·弗雷德里克斯、大卫·A·霍德尔、,Ann E.Holbourn、Dick Kron、Vittoria Lauertano、Kate Littler、Lucas J.Lourens、Mitchell Lyle、Heiko Pälike、Ursula Röhl、Jun Tian、Roy H.Wilkens、Paul A.Wilson和James C.Zachos,2020年9月10日,科学类.
DOI:science.aba6853

Coauthors Steven Bohaty,现在在南安普敦大学,Kate Littler,现在在埃克塞特大学,都与Zachos在加州大学圣克鲁斯工作。该论文的合著者还包括世界上十几个机构的研究人员。这项工作是由德国研究基金会(DFG)、自然环境研究理事会(NELC)、欧盟的地平线2020计划、中国国家科学基金会、荷兰地球系统科学中心和美国国家科学基金资助的。

10评论“揭示6600万年的地球气候历史——将当前的变化置于背景下”

  1. 很好,现在有了更高分辨率的地球温度历史。问题是,添加未经验证的GCM预测会使未来看起来与经验数据一样可靠。许多人认为RCP8.5情景是不可能的,而且根据最近的历史记录,即使是不太极端的情景似乎也在升温。把实际数据和模型预测混为一谈并不是好的科学。

    • 是的,100%同意。非常感谢。
      在我看来,他们似乎试图在这里塞满过多的信息和术语,这样他们就可以把他们的预测和意识形态倾向洒进去,而不被那些不太精通这些事情的人注意到。

  2. 图形的左侧标签需要显示“曲面”,而不是“曲面”。

  3. 这不是科学。

  4. 克莱德·斯宾塞|2020年9月16日上午9:07|回复

    这吸引了一些有能力对研究进行“同行评审”的人的注意。思想开放的人可能会发现以下内容很有趣:
    https://wattsupwiththat.com/2020/09/15/cooling-the-hothouse/

    • 就这项研究/文章而言,这是一篇非常好的文章/综述。
      就他的突发性气候现象理论而言,这个理论非常有趣,我以前从未听说过类似的东西。从表面上看,这听起来像是一个似是而非的理论,我以后还要进一步研究。
      谢谢你的链接。

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