Het wordt steeds duidelijker dat de langdurige droogte, recordbrekende hitte, aanhoudende bosbranden, en frequent, meer extreme stormen die de afgelopen jaren zijn ervaren, zijn een direct gevolg van stijgende mondiale temperaturen veroorzaakt door de toevoeging van koolstofdioxide door de mens aan de atmosfeer. En een nieuwe MIT-studie over extreme klimaatgebeurtenissen in de oude geschiedenis van de aarde suggereert dat de planeet van vandaag vluchtiger kan worden naarmate deze blijft opwarmen.

De studie, verschijnt vandaag in wetenschappelijke vooruitgang , onderzoekt het paleoklimaatrecord van de laatste 66 miljoen jaar, tijdens het Cenozoïcum, die begon kort na het uitsterven van de dinosauriërs. De wetenschappers ontdekten dat tijdens deze periode, fluctuaties in het klimaat op aarde ondervonden een verrassende "opwarmingsbias". Met andere woorden, er waren veel meer opwarmingsgebeurtenissen - perioden van langdurige opwarming van de aarde, duizenden tot tienduizenden jaren duren - dan verkoelende gebeurtenissen. Bovendien, opwarmingsgebeurtenissen waren vaak extremer, met grotere verschuivingen in temperatuur, dan koelgebeurtenissen.

De onderzoekers zeggen dat een mogelijke verklaring voor deze opwarmingsbias kan liggen in een "multiplicatoreffect, " waarbij een bescheiden mate van opwarming - bijvoorbeeld door vulkanen die koolstofdioxide afgeven in de atmosfeer - op natuurlijke wijze bepaalde biologische en chemische processen versnelt die deze fluctuaties versterken, leidend, gemiddeld, tot nog meer opwarming.

interessant, het team merkte op dat deze opwarmingsbias ongeveer 5 miljoen jaar geleden verdween, rond de tijd dat zich op het noordelijk halfrond ijskappen begonnen te vormen. Het is onduidelijk welk effect het ijs heeft gehad op de reactie van de aarde op klimaatveranderingen. Maar naarmate het huidige poolijs zich terugtrekt, de nieuwe studie suggereert dat een multiplicatoreffect weer kan optreden, en het resultaat kan een verdere versterking zijn van de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde.

"De ijskappen op het noordelijk halfrond krimpen, en kan mogelijk verdwijnen als gevolg van menselijk handelen op de lange termijn", zegt hoofdauteur Constantin Arnscheidt van het onderzoek. een afgestudeerde student aan het MIT's Department of Earth, Atmosferische en planetaire wetenschappen. "Ons onderzoek suggereert dat dit het klimaat op aarde fundamenteel vatbaarder kan maken voor extreme, langdurige opwarming van de aarde, zoals die in het geologische verleden is gezien."

De co-auteur van Arnscheidts studie is Daniel Rothman, hoogleraar geofysica aan het MIT, en mede-oprichter en mede-directeur van MIT's Lorenz Center.

Een vluchtige duw.

Voor hun analyse het team raadpleegde grote databases van sedimenten met diepzee benthische foraminiferen - eencellige organismen die al honderden miljoenen jaren bestaan ​​en waarvan de harde schelpen in sedimenten worden bewaard. De samenstelling van deze schelpen wordt beïnvloed door de oceaantemperaturen terwijl organismen groeien; de schelpen worden daarom beschouwd als een betrouwbare proxy voor de oude temperaturen van de aarde.

Al decenia, wetenschappers hebben de samenstelling van deze schelpen geanalyseerd, verzameld van over de hele wereld en gedateerd op verschillende tijdsperioden, om bij te houden hoe de temperatuur op aarde in de loop van miljoenen jaren schommelde.

"Als we deze gegevens gebruiken om extreme klimaatgebeurtenissen te bestuderen, de meeste studies hebben zich gericht op individuele grote pieken in temperatuur, typisch een opwarming van enkele graden Celsius, " zegt Arnscheidt. "In plaats daarvan, we hebben geprobeerd de algemene statistieken te bekijken en alle betrokken schommelingen in overweging te nemen, in plaats van de grote eruit te pikken."

Het team voerde eerst een statistische analyse van de gegevens uit en constateerde dat, in de afgelopen 66 miljoen jaar, de verdeling van globale temperatuurschommelingen leek niet op een standaard klokkromme, met symmetrische staarten die een gelijke kans op extreem warme en extreem koude fluctuaties vertegenwoordigen. In plaats daarvan, de curve was merkbaar scheef, scheef naar meer warme dan koele gebeurtenissen. De curve vertoonde ook een merkbaar langere staart, die warme gebeurtenissen vertegenwoordigen die extremer waren, of van hogere temperatuur, dan de meest extreme koude gebeurtenissen.

"Dit geeft aan dat er een soort versterking is ten opzichte van wat je anders had verwacht, "zegt Arnscheidt. "Alles wijst op iets fundamenteels dat deze push veroorzaakt, of vooringenomenheid in de richting van opwarmingsgebeurtenissen."

"Het is eerlijk om te zeggen dat het aardsysteem vluchtiger wordt, in een verwarmende zin, ' voegt Rothman toe.

Een opwarmende multiplier

Het team vroeg zich af of deze opwarmingsbias mogelijk het gevolg was van "multiplicatieve ruis" in de klimaat-koolstofcyclus. Wetenschappers hebben lang begrepen dat hogere temperaturen, tot op zekere hoogte, hebben de neiging om biologische en chemische processen te versnellen. Omdat de koolstofcyclus die een belangrijke aanjager is van klimaatschommelingen op de lange termijn, zelf is samengesteld uit dergelijke processen, temperatuurstijgingen kunnen leiden tot grotere schommelingen, het systeem vooringenomen in de richting van extreme opwarmingsgebeurtenissen.

In wiskunde, er bestaat een reeks vergelijkingen die dergelijke algemene versterking beschrijft, of multiplicatieve effecten. De onderzoekers pasten deze multiplicatieve theorie toe op hun analyse om te zien of de vergelijkingen de asymmetrische verdeling konden voorspellen, inclusief de mate van zijn scheeftrekking en de lengte van zijn staarten.

Uiteindelijk, ze ontdekten dat de gegevens, en de waargenomen neiging tot opwarming, kan worden verklaard door de multiplicatieve theorie. Met andere woorden, het is zeer waarschijnlijk dat, in de afgelopen 66 miljoen jaar, perioden van bescheiden opwarming werden gemiddeld verder versterkt door multiplicatoreffecten, zoals de reactie van biologische en chemische processen die de planeet verder hebben opgewarmd.

Als onderdeel van de studie, de onderzoekers keken ook naar de correlatie tussen eerdere opwarmingsgebeurtenissen en veranderingen in de baan van de aarde. Gedurende honderdduizenden jaren, De baan van de aarde om de zon wordt regelmatig min of meer elliptisch. Maar wetenschappers hebben zich afgevraagd waarom veel eerdere opwarmingsgebeurtenissen leken samen te vallen met deze veranderingen, en waarom deze gebeurtenissen een buitensporige opwarming vertonen in vergelijking met wat de verandering in de baan van de aarde alleen had kunnen veroorzaken.

Dus, Arnscheidt en Rothman namen de veranderingen in de baan van de aarde op in het multiplicatieve model en hun analyse van de temperatuurveranderingen van de aarde, en ontdekte dat multiplicatoreffecten voorspelbaar zouden kunnen versterken, gemiddeld, de bescheiden temperatuur stijgt als gevolg van veranderingen in de baan van de aarde.

"Het klimaat verwarmt en koelt synchroon met orbitale veranderingen, maar de orbitale cycli zelf zouden slechts bescheiden klimaatveranderingen voorspellen, " zegt Rothman. "Maar als we een multiplicatief model beschouwen, dan bescheiden opwarming, gecombineerd met dit vermenigvuldigingseffect, kan resulteren in extreme gebeurtenissen die de neiging hebben om tegelijkertijd met deze orbitale veranderingen plaats te vinden."

"Mensen forceren het systeem op een nieuwe manier, " voegt Arnscheidt toe. "En deze studie toont aan dat, als we de temperatuur verhogen, we gaan waarschijnlijk in contact komen met deze natuurlijke, versterkende effecten."