За първи път учените по климата съставиха непрекъснат, прецизен запис на вариациите в климата на Земята, простиращи се 66 милиона години в миналото. Записът разкрива четири отличителни климатични състояния, които изследователите нарекоха Hothouse, Warmhouse, Coolhouse и Icehouse.
Тези основни климатични състояния се запазват милиони, а понякога и десетки милиони години, като във всяко едно климатът показва ритмични вариации, съответстващи на промените в орбитата на Земята около слънцето. Но всяко климатично състояние има отличителен отговор на орбиталните вариации, които предизвикват сравнително малки промени в глобалните температури в сравнение с драматичните промени между различните климатични състояния.
Новите открития, публикувани на 10 септември в Science, са резултат от десетилетия на работа и голямо международно сътрудничество. Предизвикателството беше да се определят минали вариации на климата във времеви мащаб, достатъчно фин, за да се види променливостта, дължаща се на орбиталните вариации (в ексцентриситета на орбитата на Земята около слънцето и прецесията и наклона на нейната ротационна ос).
"Ние знаем от дълго време, че ледниковите и междуледниковите цикли се движат от промени в орбитата на Земята, които променят количеството слънчева енергия, достигаща земната повърхност, и астрономите изчисляват тези орбитални вариации назад във времето “, обясни съавторът Джеймс Зачос, изтъкнат професор по науки за Земята и планетарните науки и Ида Бенсън Лин, професор по здравето на океана в UC Santa Cruz.
"Докато реконструирахме миналите климатични условия, можехме да видим дългосрочни груби промени доста добре. Знаехме също, че трябва да има по-фина ритмична променливост поради орбитални вариации, но дълго време се смяташе, че е невъзможно да се възстанови този сигнал“, каза Зачос. "Сега, когато успяхме да уловим естествената променливост на климата, можем да видим, че прогнозираното антропогенно затопляне ще бъде много по-голямо от това."
За последните 3 милиона години климатът на Земята е бил в състояние на ледена къща, характеризиращо се с редуващи се ледникови и междуледникови периоди. Съвременните хора са еволюирали през това време, но емисиите на парникови газове и други човешки дейности сега карат планетата към климатични състояния на топло и парникови, невиждани от еоценската епоха, която приключи преди около 34 милиона години. През ранния еоцен не е имало полярни ледени шапки, а средните глобални температури са били с 9 до 14 градуса по Целзий по-високи от днешните.
„Прогнозите на IPCC за 2300 г. в сценария „бизнес както обикновено“потенциално ще доведат глобалната температура до ниво, което планетата не е виждала от 50 милиона години“, каза Зачос..
Критично за съставянето на новия климатичен рекорд беше получаването на висококачествени седиментни ядра от дълбоки океански басейни чрез международната програма за сондиране на океана (ODP, по-късно Интегрираната програма за пробиване на океана, IODP, наследена през 2013 г. от Международната програма за откриване на океана). Подписите на миналия климат са записани в черупките на микроскопичен планктон (наречен фораминифера), запазен в седиментите на морското дъно. След като анализираха ядрата на седиментите, изследователите трябваше да разработят „астрохронология“, като съпоставят климатичните вариации, записани в седиментните слоеве, с вариациите в орбитата на Земята (известни като цикли на Миланкович)..
„Общността измисли как да разшири тази стратегия до по-стари интервали от време в средата на 90-те години на миналия век,” каза Зачос, който ръководи проучване, публикувано през 2001 г. в Science, което показва реакцията на климата към орбиталните вариации за 5- милионигодишен период, обхващащ прехода от епохата на олигоцен към миоцен, преди около 25 милиона години.
"Това промени всичко, защото ако можехме да направим това, знаехме, че можем да се върнем чак до преди може би 66 милиона години и да поставим тези преходни събития и големи преходи в климата на Земята в контекста на орбитален мащаб вариации", каза той.
Zachos си сътрудничи от години с водещия автор Томас Уестърхолд в Центъра за морски науки за околната среда на Бременския университет (MARUM) в Германия, където се помещава огромно хранилище от седиментни ядра. Лабораторията в Бремен, заедно с групата на Zachos в UCSC, генерира голяма част от новите данни за по-старата част на записа.
Westerhold ръководи критична стъпка, свързвайки заедно припокриващи се сегменти от климатичните записи, получени от седиментни ядра от различни части на света. „Това е досаден процес да се съберат този дълъг мегасплейс от климатични записи и ние също искахме да репликираме записите с отделни седиментни ядра, за да проверим сигналите, така че това беше голямо усилие на международната общност, работеща заедно“, каза Зачос.
Сега, когато са съставили непрекъснат, астрономически датиран климатичен запис от последните 66 милиона години, изследователите могат да видят, че реакцията на климата на орбиталните вариации зависи от фактори като нивата на парникови газове и степента на полярните ледени покривки.
"В екстремен парников свят без лед няма да има обратна връзка, включваща ледените покривки и това променя динамиката на климата", обясни Зачос..
Повечето от основните климатични преходи през последните 66 милиона години са свързани с промени в нивата на парникови газове. Зачос е направил обширни изследвания на палеоцен-еоценския топлинен максимум (PETM), например, показвайки, че този епизод на бързо глобално затопляне, което доведе климата до състояние на оранжерия, е свързан с масивно изпускане на въглерод в атмосферата. По същия начин, в късния еоцен, когато нивата на атмосферния въглероден диоксид намаляват, ледените покривки започват да се образуват в Антарктида и климатът преминава в състояние на Coolhouse.
"Климатът може да стане нестабилен, когато се приближава до един от тези преходи и виждаме по-детерминистични реакции на орбиталното форсиране, така че това е нещо, което бихме искали да разберем по-добре", каза Зачос..
Новият климатичен рекорд осигурява ценна рамка за много области на изследване, добави той. Той е полезен не само за тестване на климатични модели, но и за геофизици, изучаващи различни аспекти на динамиката на Земята, и палеонтолози, изучаващи как променящата се среда задвижва еволюцията на видовете.
Съавторите Стивън Бохати, сега в университета в Саутхемптън, и Кейт Литлър, сега в университета в Ексетър, и двамата работеха със Зачос в UC Santa Cruz. Съавторите на статията включват и изследователи от повече от дузина институции по света. Тази работа е финансирана от Германската изследователска фондация (DFG), Съвета за научни изследвания на околната среда (NERC), програмата на Европейския съюз Хоризонт 2020, Националната научна фондация на Китай, Холандския научен център за земната система и U. S. Национална научна фондация.
