Na podstawie badań skamieniałych pancerzyków otwornic pobranych z dna oceanicznego w ostatnich dekadach, naukowcy opracowali zapis zmian klimatu Ziemi sięgający 66 milionów lat wstecz. Badania te pokazują, że klimat na naszej planecie zmierza ku temperaturom, których Ziemia nie doświadczyła od 50 milionów lat.
Sześćdziesiąt sześć milionów lat temu, po tym, jak ogromna asteroida uderzyła w Ziemię, masowo wymierały różne gatunki roślin i zwierząt. Gdy na lądach zagłada przybierała na sile, maleńkie, wodne organizmy jednokomórkowe zwane otwornicami nadal rozmnażały się, budując solidne skorupy z wapnia i innych minerałów głębinowych, tak jak robiły to przez setki milionów lat. Skorupki tych organizmów przez całe milenia opadały na dno oceanów zachowując w sobie zapis historii klimatycznej Ziemi.
Uczeni pieczołowicie analizowali pobrane z dna oceanów resztki skorupek otwornic śledząc w nich zmiany proporcji izotopów węgla i tlenu, co dało im wskazówki dotyczące temperatur oceanów na starożytnej Ziemi, jej budżetu węglowego oraz składu powietrza i wód oceanicznych. W publikacji, która ukazała się na łamach pisma „Science”, naukowcy opisali wyniki swoich blisko dziesięcioletnich badań tysięcy próbek pobranych z dna mórz i oceanów, tworząc w ten sposób, jak sami twierdzą, najbardziej szczegółowy zapis historii klimatu na Ziemi. Z badań tych wynika, że nasza sytuacja nie jest najlepsza.
Nowe badania opisują zmiany klimatu na Ziemi w całej erze kenozoicznej – okresie, który rozpoczął się 66 milionów lat temu wraz z zagładą dinozaurów i trwa do dziś. Według tych badań, Ziemia przez ten czas cyklicznie przechodziła przez cztery odrębne stany klimatyczne, które uczeni nazwali Warmhouse, Hothouse, Coolhouse i Icehouse. Stany te pojawiały się w odpowiedzi na zmiany orbity naszej planety, poziomy gazów cieplarnianych i zasięg polarnych pokryw lodowych.
Te główne etapy klimatyczne utrzymywały się przez miliony, a czasem dziesiątki milionów lat, a w każdym z etapów klimat wykazywał rytmiczne zmiany odpowiadające zmianom orbity Ziemi wokół Słońca. Jednak każdy stan klimatyczny ma odrębną reakcję na zmiany orbity, które powodują stosunkowo niewielkie zmiany globalnych temperatur. Wyzwaniem w badaniach było określenie przeszłych zmian klimatycznych w skali czasowej dostatecznie dokładnej, aby zobaczyć zmienność przypisywaną zmianom orbity.
- Od dawna wiedzieliśmy, że cykle życia lodowców są stymulowane zmianami orbity Ziemi, które zmieniają ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni planety - wyjaśnił James Zachos, współautor badań z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. - Podczas rekonstrukcji historii klimatu mogliśmy dość dobrze zobaczyć długoterminowe zmiany. Wiedzieliśmy również, że powinna istnieć zmienność rytmiczna w drobniejszych skalach z powodu zmian orbitalnych, ale przez długi czas uważano, że uzyskanie tych danych jest niemożliwe - dodał Zachos.
Zdaniem naukowców obecne tempo antropogenicznego globalnego ocieplenia znacznie przewyższa naturalne fluktuacje klimatu obserwowane w jakimkolwiek innym punkcie ery kenozoicznej. - Teraz, gdy udało nam się uchwycić naturalną zmienność klimatu, widzimy, że przewidywane ocieplenie antropogeniczne będzie znacznie większe i potencjalnie doprowadzi do wzrostu globalnej temperatury do poziomu, jakiego planeta nie widziała od 50 milionów lat – przyznał Zachos.
Do skompilowania mapy klimatycznej obejmującej całą epokę, autorzy badania przeanalizowali skamieniałe pancerzyki otwornic pobrane wraz z osadami głębinowymi w ciągu ostatnich kilku dekad. Otwornice to mikroskopijny plankton, którego najstarsi krewni pojawili się w oceanie prawie miliard lat temu. Im głębiej naukowcy wkopują się w dno morskie, tym starsze próbki odkrywają.
Stosunki izotopów węgla i tlenu w skamieniałych skorupkach otwornic zawierają krytyczne informacje o klimacie. Na przykład stosunek między izotopami tlenu, tlenem-18 i tlenem-16, może ujawnić, jak ciepła była woda, gdy otwornice tworzyły swoje pancerzyki. Im wyższy współczynnik, tym zimniejsza była woda. Z kolei stosunek między węglem-13 i węglem-12 pokazuje, ile węgla organicznego było dostępnego w wodach oceanicznych. Tutaj wyższy współczynnik koreluje z większą ilością gazów cieplarnianych (takich jak dwutlenek węgla) w atmosferze.
Ponieważ stworzony zapis klimatyczny obejmuje tak niewiarygodnie długi okres, naukowcy musieli również wziąć pod uwagę wpływ astronomiczny na klimat planety, czyli wspomniane wcześniej periodyczne zmiany w orbicie Ziemi i nachyleniu w kierunku Słońca, wpływające na ilość światła słonecznego docierającego do różnych części planety. To tzw. cykle Milankovicia.
Kiedy badacze porównali dane zmiany orbity z danymi uzyskanymi na podstawie pancerzyków otwornic zauważyli, że zmiany orbity spowodowały wyraźne, ale stosunkowo niewielkie zmiany w globalnym klimacie. Co najważniejsze, każdy duży skok między czterema głównymi etapami klimatycznymi określonymi w badaniach był związany z masową zmianą poziomów gazów cieplarnianych - stwierdzili naukowcy.
Na przykład około 10 milionów lat po wyginięciu dinozaurów Ziemia przeskoczyła z etapu klimatycznego określonego w badaniu jako „warmhouse” do stanu nazwanego „hothouse”. To wydarzenie, znane jako paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne, spowodowało wzrost temperatur do 16 stopni Celsjusza powyżej współczesnych poziomów i było napędzane przez masowe uwolnienie węgla do atmosfery. Uczeni uważają, że był to rezultat ogromnych erupcji wulkanicznych na północnym Atlantyku. Gdy dwutlenek węgla znikał z atmosfery w ciągu następnych 20 milionów lat, na Antarktydzie zaczęły tworzyć się pokrywy lodowe, a planeta weszła w chłodniejszą fazę. Temperatury na powierzchni wynosiły wówczas średnio około 4 st. C. powyżej współczesnego poziomu.
Około 3 miliony lat temu Ziemia weszła w fazę określoną przez uczonych jako "icehouse". Obecnie emisje gazów cieplarnianych powodują wzrost temperatury w stopniu niespotykanym od dziesiątek milionów lat. Ten wzrost znacznie wykracza poza naturalne wahania wywołane przez zmieniającą się orbitę Ziemi - podsumowali naukowcy. Jeśli obecne emisje gazów cieplarnianych utrzymają się na stałym poziomie, klimat może powrócić do poziomów, których nie obserwowano od czasu paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego i nie zajmie to milionów lat.
- Teraz wiemy dokładniej, kiedy na planecie było cieplej lub zimniej i lepiej rozumiemy podstawową dynamikę i procesy, które tym rządzą - powiedział Thomas Westerhold, główny autor badania z Uniwersytetu w Bremie. - Szczególnie interesujący jest okres od 66 do 34 milionów lat temu, kiedy planeta była znacznie cieplejsza niż obecnie. Dlatego jest to interesujące, bo stanowi analogię do tego, do czego mogą doprowadzić przyszłe zmiany antropogeniczne – zaznaczył Westerhold.
Źródło: University of California, Santa Cruz, fot. Westerhold et al., CENOGRID
