Nature Geoscience: Уроки жаркого прошлого
Тёплые интервалы в геологической летописи потенциально являются ключом к пониманию происходящих изменений климата Земли. Наша способность раскрыть эту информацию зависит от постоянного технического и концептуального прогресса.
Незамерзающие берега Антарктики. Тропики достаточно жаркие, чтобы исключить жизнь растений. Структура циркуляции океана изменилась по сравнению с нынешней. Это не предсказания ужасного будущего Земли, а скорее проблески условий во время тёплых климатических периодов. Эти интервалы показывают, как земная система отреагировала на прошлые движущие силы изменений, часто связанные с повышенным уровнем углекислого газа в атмосфере, и, как несовершенные аналоги, что может сказаться в будущем из-за продолжающегося изменения климата. Извлечение уроков из прошлого зависит от улучшения точности инструментов реконструкции палеоклимата (прокси), а также от преодоления неопределённостей во времени и пространстве (Lunt et al.).
Косвенные наблюдения с использованием прокси могут пролить свет на то, как земная система отреагировала на прошлые экстремальные климатические явления. Ранний эоцен (~ 56–50 миллионов лет назад) является ярким примером, когда чрезвычайно высокие глобальные температуры совпадали с уровнями углекислого газа, намного превышающими 1000 частей на миллион. Работа на основе данных о палеоклимате показала, что вероятной особенностью раннего эоцена была меньшая разница температур между тропиками и полюсами. Этот более низкий температурный градиент, часто связанный с другими тёплыми интервалами и который часто трудно воспроизвести в палеоклиматических моделях, потребовал бы, чтобы поток тепла в более высокие широты был больше, чем современные потоки, что сказалось бы на моделях циркуляции в океанах и атмосфере.
Оценка релевантности прошлых тёплых периодов для будущего в значительной степени зависит от точности косвенных методов, используемых для реконструкции условий окружающей среды прошлых эпох. Каждый прокси, будь то геохимический или палеонтологический, имеет ограничения, но технический прогресс продолжает расширять набор инструментов, доступных для этого типа работы. Например, ван Дейк и др. (van Dijk et al ) применяют аналог сгруппированных изотопов к наземным карбонатам железа (сидеритам) из раннего эоцена в различных широтах, и этот подход особенно хорошо подходит для определения температуры во время образования карбонатных минералов, так как не требует знания часто плохо известного изотопного состава осадков, - ключевая трудность с другими методами. Они подтвердили наличие меньшего широтного градиента температуры, а также определили влажность как критический фактор атмосферного переноса тепла, поддерживающий этот градиент. Несмотря на то, что данные для низких широт собраны с небольшого числа участков, среднегодовые температуры превышают ~ 40°C, они подтверждают тревожную перспективу того, что тропики станут негостеприимными для большинства растений, как только уровни CO2 станут достаточно высокими.
Климатический оптимум миоцена (от 17 до 14,7 миллионов лет назад) представляет собой ещё одно тематическое исследование тёплого интервала, когда уровни CO2 в атмосфере охватывали диапазон между современным атмосферным (~ 400 частей на миллион) и вероятным атмосферным в ближайшие десятилетия или столетия (~ 600 частей на миллион). В отличие от более экстремального раннего эоцена, в то время в Антарктиде был также относительно компактный, но значительный ледяной щит, который только начал приближаться к своей современной протяжённости после похолодания, которое привело к окончанию климатического оптимума миоцена. Брэдшоу и др. (Bradshaw et al.) использовали палеоклиматические модели для проверки факторов, управляющих поведением этого ледникового покрова в разгар периода глобального потепления. Они обнаружили, что меньший ледяной покров, не достигающий береговой линии, был ключом к объяснению предыдущих признаков очень динамичного, колеблющегося ледяного покрова в тот период. Расширение зоны прибрежной растительности вдоль этих берегов увеличило потоки воды с суши в атмосферу, что, в свою очередь, усилило гидрологический цикл над континентом и увеличило чувствительность ледяного щита к небольшим фоновым изменениям орбитальных конфигураций Земли (которые регулируют количество поступающей солнечной радиации) в масштабе десятков тысяч лет. Растущее понимание климатического оптимума миоцена показывает, что радикальные изменения в антарктическом регионе происходят, когда CO2 выше, чем сегодня, имея в виду, что прокси и модельные ограничения означают, что масштаб и скорость этих сдвигов действительно достоверно известны только в среднем за тысячи лет.
Ранний эоцен и климатический оптимум миоцена показывают, как далеко может продвинуться земная система, если её подтолкнуть, но не то, как быстро могут произойти изменения в масштабах времени от десятилетия до столетия. Прокси-записи с таким временным разрешением по целому ряду аналитических и практических причин трудно найти в периоды чрезвычайно высокой температуры миллионы лет назад. Однако ограничения могут быть обеспечены менее экстремальными, но более поздними интервалами относительного тепла между ледниковыми периодами плейстоцена или даже только последними несколькими тысячами лет. Бауска и др. (Bauska et al.) использовали атмосферный CO2, захваченный в кернах антарктического льда, чтобы показать, как глобальный углеродный цикл контролировался различными процессами в столетний период по сравнению с тысячелетним периодом времени, подразумевая, что Северное полушарие будет важным источником углерода в ближайшие столетия. Бюнтген и др. (Büntgen et al.) рассматривали годичные кольца деревьев из Центральной Европы для отслеживания ежегодных изменений засушливых условий за последние две тысячи лет, обеспечивая практическую основу, которая может помочь в планировании будущих засух.
Изучение тёплого климата в прошлом может помочь ограничить масштабы и скорость будущего изменения климата, но ещё требуются дальнейшие исследования. Интеграция новых прокси-серверов с существующими записями необходима для дальнейшего углубления понимания ключевых процессов, которые происходят, когда Земля нагревается, и охвата выборки с высоким временным и пространственным разрешением ещё дальше назад во времени. Последовательная и прозрачная отчётность по данным и единый подход к обработке неопределённостей также сделают результаты более пригодными для использования в различных исследованиях и дисциплинах. Более чёткое обсуждение конкретных, хорошо обоснованных способов, с помощью которых палеоклиматическая работа предсказывает будущие изменения, также поможет в переводе идей для политиков и организаций, таких как Межправительственная группа экспертов по изменению климата, особенно для тех временных интервалов, которые находятся в более глубоких геологических данных.
Цитируемая литература:
Lunt, D. J. et al. Clim. Past 17, 203–227 (2021).
van Dijk, J. et al. Nat. Geosci. 13, 739–744 (2020).
Bradshaw, C. D. et al. Nat. Geosci. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00745-w (2021).
Bauska, T. K., Marcott, S. A. & Brook, E. J. Nat. Geosci. 14, 91–96 (2021).
Büntgen, U. et al. Nat. Geosci. 14, 190–196 (2021).
