science >> Wetenschap >  >> Natuur

Nieuwe fossiele gegevens uit het Eoceen suggereren dat klimaatmodellen de toekomstige polaire opwarming mogelijk onderschatten

foraminiferen, kleine eencellige mariene organismen, vormen hun schelpen in overeenstemming met de temperatuur en chemie van de oceaan. Als kleine tijdcapsules, ze kunnen de klimaatomstandigheden van miljoenen jaren geleden onthullen. Krediet:Laura Cotton

Een nieuwe internationale analyse van zeefossielen toont aan dat de opwarming van de polaire oceanen tijdens het Eoceen, een broeikasperiode die een glimp biedt van het potentiële toekomstige klimaat van de aarde, groter was dan eerder werd gedacht.

Door de chemische samenstelling van gefossiliseerde foraminiferen te bestuderen, kleine eencellige dieren die in ondiepe tropische wateren leefden, een team van onderzoekers genereerde nauwkeurige schattingen van tropische zee-oppervlaktetemperaturen en zeewaterchemie tijdens het Eoceen, 56-34 miljoen jaar geleden. Met behulp van deze gegevens, onderzoekers verfijnden schattingen van eerdere foramstudies die polaire omstandigheden vastlegden om aan te tonen dat tropische oceanen aanzienlijk zijn opgewarmd in het Eoceen, maar niet zoveel als de polaire oceanen.

belangrijk, toen moderne klimaatmodellen - dezelfde als die gebruikt in de recente rapporten van het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering van de Verenigde Naties - werden gebruikt onder Eoceen-omstandigheden, velen konden deze bevindingen niet repliceren. In plaats daarvan, de modellen onderschatten consequent de opwarming van de pooloceaan in het Eoceen.

Deze discrepantie kan het gevolg zijn van een hiaat in ons begrip van het klimaatsysteem of van wat we weten over het Eoceen, zei David Evans, de hoofdauteur van de studie en Leverhulme Research Fellow aan de School of Earth and Environmental Sciences van de University of St Andrews. Als het inderdaad om het klimaatsysteem gaat, het verhoogt de mogelijkheid dat de voorspellingen van toekomstige polaire opwarming ook te laag zijn.

"Ja, de tropen warmen op, maar lang niet in dezelfde mate als de poolgebieden, Evans zei. "Dat is iets dat we echt moeten kunnen begrijpen en repliceren in klimaatmodellen. Dat veel modellen dat op dit moment niet kunnen, is zorgelijk."

De onderzoekers publiceerden hun bevindingen deze week in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Wetenschappers kijken vaak naar het Eoceen om te begrijpen hoe de aarde reageert op hogere niveaus van koolstofdioxide. Tijdens het Eoceen, de concentratie kooldioxide in de atmosfeer was meer dan 560 delen per miljoen, ten minste tweemaal pre-industriële niveaus, en het tijdperk begon met een wereldwijde gemiddelde temperatuur van meer dan 8 graden Celsius - ongeveer 14 graden Fahrenheit - warmer dan vandaag, geleidelijk afkoelen in de komende 22 miljoen jaar. Deze kenmerken maken het Eoceen een goede periode om ons begrip van het klimaatsysteem te testen, zei Laura Katoen, studeer co-auteur en curator van micropaleontologie in het Florida Museum of Natural History.

Een van de uitdagingen was het nauwkeurig bepalen van het verschil tussen de temperatuur van het zeeoppervlak aan de polen en de evenaar tijdens het Eoceen, met modellen die grotere verschillen voorspellen dan de gegevens suggereerden.

Het onderzoeksteam gebruikte grote forams op de bodem als "paleothermometers" om een ​​nauwkeurigere temperatuurmeting te krijgen. Forams hebben een uitzonderlijk lang fossielenbestand, meer dan 540 miljoen jaar, en ze zijn vaak goed bewaard gebleven in oceaansedimenten. De meeste zijn klein genoeg om in het oog van een naald te passen - Cotton beschrijft ze als "een amoebe met een schelp" - maar ze waren zo overvloedig tijdens het Eoceen dat er hele rotsen uit bestaan.

Gefossiliseerde foraminiferen, zoals deze ingebed in Tanzaniaanse kalksteen, onthullen dat polaire opwarming tijdens het Eoceen, een kasperiode die een glimp biedt van ons potentiële toekomstige klimaat, groter was dan eerder werd gedacht. Krediet:Laura Cotton

"Als je naar de piramides kijkt, ze zitten vol met deze kleine linzenachtige dingen - dat zijn forams, Cotton zei. "De oude Grieken dachten dat de piramides waren gemaakt van de gefossiliseerde linzen van slaven, maar het is gewoon de kalksteen van een van deze afzettingen die er absoluut mee gevuld is."

Forams vormen hun schelpen in overleg met oceaantemperaturen en chemie, fungeren als minuscule tijdcapsules, elk bevat een nauwkeurig verslag van de temperatuur en de oceaanchemie tijdens zijn leven. Hun schelpen zijn voornamelijk gemaakt van calcium, koolstof en zuurstof. Zware isotopen van koolstof en zuurstof binden zich aan elkaar terwijl een foram zijn schaal maakt - hoe koeler de temperatuur, hoe meer ze met elkaar verbonden zijn.

Door deze samengeklonterde isotopen te analyseren van fossiele exemplaren die in India zijn gevonden, Indonesië en Tanzania, de onderzoekers konden een nauwkeurige meting krijgen van de temperatuur van het zeeoppervlak in de tropen in het Eoceen. Ze laserden ook een klein gaatje in elk exemplaar om de hoeveelheid magnesium en calcium te meten die verdampte, het onthullen van de zeewaterchemie.

Ze ontdekten dat de temperatuur van het tropische zeeoppervlak in het Eoceen ongeveer 6 graden Celsius - ongeveer 10 graden Fahrenheit - warmer was dan vandaag.

"Dit was de eerste keer dat we monsters hadden die goed genoeg waren en deze methode was zo bekend dat het allemaal bij elkaar kon komen, ' zei Katoen.

Het team gebruikte vervolgens hun dataset uit de tropen om de temperatuur en chemie van polaire oceanen terug te berekenen, vertrouwend op eerdere studies van forams die de omstandigheden van die regio's vastlegden.

Met deze correctiefactor op zijn plaats, ze onderzochten de mate waarin de polaire oceanen meer opwarmden dan de tropen, een kenmerk van het klimaatsysteem dat bekend staat als polaire versterking. Hun gegevens toonden aan dat het verschil tussen polaire en equatoriale zee-oppervlaktetemperaturen in het Eoceen naar schatting 20 graden Celsius was, ongeveer 36 graden Fahrenheit. Vandaag is het verschil 28 graden Celsius, Dit geeft aan dat de poolgebieden gevoeliger zijn voor toename van koolstofdioxide in de atmosfeer dan de tropen.

verontrustend, zei Evans, toen het team hun gegevens vergeleek met verschillende moderne klimaatmodellen onder Eoceen-omstandigheden, de meeste modellen onderschatten polaire versterking met ongeveer 50 procent.

De twee modellen die het dichtst in de buurt kwamen van het reproduceren van de gegevens van het team, hadden één belangrijk aspect gemeen:ze veranderden de manier waarop ze verantwoordelijk waren voor wolkenvorming en de levensduur van wolken in de atmosfeer, vooral in de poolgebieden.

"Aan ons, dat lijkt een veelbelovende onderzoeksrichting, "zei hij. "Als - en het is een grote als - dat de juiste weg blijkt te zijn, dat zou kunnen spelen in de modellen die we gebruiken voor onze toekomstige klimaatvoorspellingen."