Niveauet af kuldioxid i atmosfæren i dag er sandsynligvis højere end det har været når som helst i de sidste 3 millioner år. Denne stigning i niveauet for kuldioxid, en drivhusgas, kunne bringe temperaturer, der ikke er set over hele denne tidsperiode, ifølge ny forskning.
Undersøgelsesforskerne brugte computermodellering til at undersøge ændringerne i klimaet i kvartærperioden, der startede for omkring 2,59 millioner år siden og fortsætter ind i dag. I løbet af denne periode har Jorden gennemgået en række ændringer, men ingen så hurtige som dem, der blev set i dag, sagde studieforfatter Matteo Willeit, en postdoktor klimaforsker ved Potsdam Institut for Klimakonsekvensundersøgelser.
"For at få et klima varmere end nutiden, er du dybest set nødt til at gå tilbage til en anden geologisk periode," fortalte Willeit til Live Science.
3 millioner år med klima
Den kvartære periode begyndte med en periode med glaciation, hvor isark stjal ned fra Grønland for at dække store dele af Nordamerika og Nordeuropa. Til at begynde med gik disse gletsjere frem og trak sig tilbage i en 41.000-årig cyklus, drevet af ændringer i jordens bane omkring solen, sagde Willeit.
Men mellem 1,25 millioner og 0,7 millioner år siden strækkede disse is- og mellemglaciale cyklusser sig ud, hvilket forekommer igen hvert 100.000 år eller deromkring, et fænomen kaldet mid-Pleistocene-overgangen på grund af den epoke, hvor den opstod. Spørgsmålet, sagde Willeit, er, hvad der forårsagede overgangen, i betragtning af at mønsteret med variationer i Jordens kredsløb ikke var ændret.
Willeit og hans team brugte en avanceret computersimulering af kvartæret for at forsøge at besvare det spørgsmål. Modeller er kun så gode som de inkluderede parametre, og denne inkluderede meget: atmosfæriske forhold, havforhold, vegetation, global kulstof, støv og isark. Forskerne inkluderede, hvad der er kendt om parametrene, og justerede dem derefter for at se, hvilke forhold der kunne skabe midt-Pleistocene-overgangen.
Hvordan tingene har ændret sig
Holdet fandt, at for 41.000-årige gletscykler for at skifte til 100.000-årige cyklusser, måtte der ske to ting: Kuldioxid i atmosfæren måtte falde, og gletschere måtte skure et lag af sediment kaldet regolitten.
Kuldioxid kan have været faldet af forskellige grunde, sagde Willeit, såsom et fald i drivhusgassen, der spyr fra vulkaner, eller ændringer i forvitringshastigheden for klipper, hvilket ville føre til, at mere kulstof blev fastlåst i sedimenter transporteret til bunden af hav. Mindre kulstof i atmosfæren betød, at mindre varme blev fanget, så klimaet ville være afkølet til det punkt, hvor store isark kunne lettere dannes.
Geologiske processer var den afgørende anden ingrediens i længere iscykler. Når kontinenter er isfri i lange perioder, får de et øverste lag med jordbunden, ukonsolideret klippe kaldet regolit. Jordens måne er et godt sted at se et eksempel i dag: Månens tykke støvlag er en regolit.
Is, der dannes på toppen af denne regolit, har en tendens til at være mindre stabil end is, der dannes på fast grund, sagde Willeit (forestil dig forskellen i stabilitet mellem en overflade lavet af kuglelejer i forhold til en flad bordplade). Tilsvarende flyder regolitbaserede isark hurtigere og forbliver tyndere end is. Når ændringer i jordens bane ændrer den mængde varme, der rammer jordoverfladen, er isarkerne især tilbøjelige til at smelte.
Men gletschere bulldoser også regolith væk og skubber de støvede ting til deres iskanter. Denne glaciale skur udsætter bundgrunden igen; efter et par gletscykler i det tidlige kvartær, ville berggrunden have været udsat for at give de nyligt dannede isplader et fastere sted at forankre, sagde Willeit. Disse elastiske isark, plus et køligere klima, resulterede i de længere gletscykler, der blev set efter for omkring en million år siden. Interglaciale perioder forekom stadig på grund af orbitalændringer, men de blev kortere.
Klima derefter og nu
Disse fund er vigtige for at forstå de forhold, der bestemte, om steder som Chicago eller New York City er beboelige eller er dækket af en mil med is. Men de er også nyttige til at indramme dagens klimaforandringer, sagde Willeit.
Registreringer af atmosfærisk kulstof, der eksisterede for ca. 800.000 år siden, skal rekonstrueres snarere end måles direkte fra iskerner, så skøn over mængden af kulstof i atmosfæren har varieret. Willeit og hans teams modelleringsforskning antyder, at kuldioxid var under 400 dele pr. Million i hele kvartærperioden. I dag er det globale gennemsnit 405 dele pr. Million og stiger.
I det sene Pliocen, for omkring 2,5 millioner år siden, var de gennemsnitlige globale temperaturer midlertidigt ca. 2,7 grader Fahrenheit (1,5 grad Celsius) højere end gennemsnittet, før den udbredte anvendelse af fossile brændstoffer, viste Willeits model. De gamle temperaturer er i øjeblikket rekorden for det højeste i hele kvartærperioden.
Men det kunne snart ændre sig. Allerede er kloden 2,1 grader F (1,2 grader C) varmere end det præindustrielle gennemsnit. Parisaftalen fra 2016 ville begrænse opvarmningen til 2,7 F (1,4 C), der svarer til klimaet for 2,5 millioner år siden. Hvis verden ikke kan styre denne grænse og går mod 3 grader F (2 grader C), det tidligere internationale mål, vil det være det hotteste globale gennemsnit set i denne geologiske periode.
”Vores undersøgelse sætter dette i perspektiv,” sagde Willeit. "Det viser tydeligt, at selv hvis man ser på tidligere klimaer over meget lange tidsskalaer, er det, vi laver nu med hensyn til klimaændringer, noget stort og meget hurtigt sammenlignet med hvad der skete i fortiden."
Resultaterne offentliggøres i dag (3. april) i tidsskriftet Science Advances.
