始新世数据建议未来的变暖可能比预期的要大

2018-05-14

坦桑尼亚的珊瑚标本保存得非常完好。这个化石的外部图案与其网状内部结构相匹配。照片由Laura Cotton提供

对海洋化石的一项新的国际分析表明,始新世期间的极地海洋升温是一个温室时期,它提供了地球未来潜在气候的一瞥,这比以前的想象要大。

通过研究生活在浅水热带水域中的微小单细胞动物化石组成,一组研究人员在56-34百万年前的始新世时代精确估计了热带海洋表面温度和海水化学成分。利用这些数据,研究人员对以往有孔虫研究的估计值进行了微调,这些研究捕获了极地条件,显示热带海洋在始新世大幅升温,但不如极地海洋。

重要的是,当现代气候模型 - 与联合国最近的政府间气候变化专门委员会报告中使用的模型相同 - 是在始新世条件下运行时,许多模型无法复制这些结果。相反,模型一直低估始新世极地海洋变暖。

该研究的主要作者和圣安德鲁斯大学地球与环境科学学院的Leverhulme研究员David Evans表示,这种差异可能是由于我们对气候系统的理解存在差距,或者来自我们对始新世的了解。如果确实与气候系统有关,那么对未来极地变暖的预测也就太低了。

始新世有很多F F。在坦桑尼亚,这些大型有孔虫嵌入石灰岩中。照片由Laura Cotton提供

埃文斯说:“是的,热带地区正在变暖,但与极地地区的程度差不多。” “这是我们真正需要在气候模型中理解和复制的东西。目前许多模型无法做到的事实令人担忧。“

研究人员本周在“国家科学院院刊”上发表了他们的发现。

科学家们经常期待始新世以了解地球如何对更高水平的二氧化碳做出反应。在始新世期间,大气中二氧化碳浓度超过百万分之560,至少是工业化前的两倍,而且这个时期的全球平均气温超过8摄氏度 - 约14华氏度 - 比今天温暖,在接下来的2200万年内逐渐冷却。这些特征使始新世成为测试我们对气候系统认识的良好时期,Laura Cotton说道,他是佛罗里达自然历史博物馆微观古生物学的合着者和策展人。

其中一个挑战是精确地确定始新世时期极地和赤道海面温度的差异,其中模型预测的差异比数据显示的要大。

研究小组使用大型底栖动物作为“古温度计”以获得更精确的温度读数。 F鱼化石记录极长,跨越5.4亿年,在海洋沉积物中经常保存完好。大部分小到可以插入针眼 - 棉花将它们形容为“带壳的阿米巴虫” - 但在始新世期间它们非常丰富,以至于有整个岩石由它们组成。

棉花说:“如果你看金字塔,它们充满了这些小扁豆般的东西 - 那些是有刺的。 “古希腊人认为金字塔是由奴隶化石扁豆制成的,但这些矿石中的石灰岩绝对是他们的石灰石。”

这个大型的底栖动物已被切割成螺旋形的内部结构。这些结构是识别大型有孔虫物种的关键。佛罗里达博物馆照片由娜塔莉·范Hoose

有孔虫与海洋温度和化学成分一起形成壳,作为微型时间胶囊,每个胶囊在其寿命期间都包含温度和海洋化学的精确记录。它们的壳主要由钙,碳和氧组成。碳和氧的重同位素结合在一起形成壳 - 温度越低,它们彼此结合得越多。

通过分析印度,印度尼西亚和坦桑尼亚发现的化石标本中的这些成簇同位素,研究人员可以准确读出始新世热带地区的海表温度。他们还在每个样品上打了一个小孔,以测量汽化的镁和钙的量,揭示了海水的化学性质。

他们发现始新世的热带海表温度约为6摄氏度 - 约10华氏度 - 比今天温暖。

棉花说:“这是我们第一次有足够好的样品,而且这种方法很有名,可以将它们放在一起。”

然后,研究小组利用来自热带地区的数据集,反算了极地海洋的温度和化学成分,依靠先前对捕获这些地区条件的有孔虫的研究。

利用这一修正因子,他们调查了极地海洋比热带地区更热的程度,这是被称为极地放大的气候系统的一个特征。他们的数据显示,始新世极地和赤道海表温度之间的差别估计为20摄氏度,约为华氏36度。今天的差异是28摄氏度,表明极地地区比热带地区对大气二氧化碳增加更为敏感。

埃文斯说,当团队将它们的数据与始新世条件下的各种现代气候模型进行比较时,大多数模型低估了极地放大率约50%。

最接近复制团队数据的两个模型有一个共同点 - 它们修改了云的形成方式和大气中云的寿命,尤其是在极地地区。

“对我们来说,这看起来像一个有前途的研究方向,”他说。 “如果 - 如果这是一个很大的话,那么这将成为正确的途径,这可能会影响我们未来气候预测的模型。”

出版物:David Evans等人,“通过耦合凝块同位素-Mg / Ca测温揭示始新世温室气候”,PNAS,2018; doi:10.1073 / pnas.1714744115

资料来源:佛罗里达州博物馆Natalie van Hoose