Een belangrijk onderdeel bij het voorspellen van hoe het klimaat op aarde er in de toekomst uit zou kunnen zien, is het vermogen om te putten uit nauwkeurige temperatuurregistraties uit het verleden. Door de temperatuurgradiënten in het verleden (het verschil in gemiddelde temperatuur tussen de evenaar en de polen) te reconstrueren, kunnen onderzoekers voorspellen waar, bijvoorbeeld, de jetstream, die stormen en temperaturen regelt op de middelste breedtegraden (gematigde zones tussen de tropen en de poolcirkels), zal worden gepositioneerd. Het probleem is, veel van de bestaande gegevens zijn gericht op bepaalde regio's of soorten omgevingen, geen volledig beeld schetsen van de oude temperaturen op aarde.

Onderzoekers van het Departement Aard- en Milieuwetenschappen, inclusief Emily Judd '20 Ph.D., Thonis Family-assistent-professor Tripti Bhattacharya en professor Linda Ivany, hebben een studie gepubliceerd met de titel, "Een dynamisch raamwerk voor het interpreteren van oude zee-oppervlaktetemperaturen, " in het journaal Geofysische onderzoeksbrieven , om de verschuiving tussen locatiegebonden paleoklimaatgegevens en de 'echte' gemiddelde temperatuur op een bepaalde breedtegraad in de geschiedenis van de aarde te helpen verklaren.

Volgens Judas, nauwkeurige temperatuurschattingen van oude oceanen zijn van vitaal belang omdat ze het beste hulpmiddel zijn voor het reconstrueren van mondiale klimaatomstandigheden in het verleden, inclusief statistieken zoals de gemiddelde temperatuur op aarde en de breedtegraad temperatuurgradiënt. Terwijl klimaatmodellen scenario's bieden van hoe de wereld er in de toekomst uit zou kunnen zien, paleoklimaatstudies (studie van vroegere klimaten) geven inzicht in hoe de wereld er vroeger uitzag. Als we zien hoe goed de modellen die we gebruiken om de toekomst te voorspellen, het verleden kunnen simuleren, vertelt ons hoe zeker we kunnen zijn in hun resultaten. Het is daarom van het grootste belang om gedegen, goed bemonsterde gegevens uit het verre verleden.

"Door te begrijpen hoe de temperatuurgradiënten in breedtegraden zijn veranderd in de loop van de geschiedenis van de aarde en onder verschillende klimaatregimes, kunnen we beter anticiperen op wat er in de toekomst gaat gebeuren, "zegt Judas.

Om oude temperaturen te bepalen, geologen bestuderen volmachten, dit zijn chemische of biologische sporen die temperaturen registreren van sedimentaire afzettingen die op de zeebodem of continenten zijn bewaard. Door de recycling van de oude zeebodem in de aardmantel, er is een 'vervaldatum' op de beschikbaarheid van zeebodemgegevens. De meeste oude temperatuurproxy's zijn daarom afkomstig van sedimenten die zich hebben opgehoopt aan continentale randen of in ondiepe binnenzeeën waar records veel langer kunnen blijven bestaan.

Judd, Bhattacharya en Ivany gebruiken temperatuurgegevens van moderne oceanen om consistente, voorspelbare patronen waar het oceaanoppervlak warmer of koeler is, of min of meer seizoensgebonden, dan anders verwacht op die breedtegraad.

"De grootste verschuivingen bevinden zich toevallig in de twee instellingen die het meest vertegenwoordigd zijn in het geologische verleden, ", zegt Ivany. "Als we weten hoe die regio's bevooroordeeld zijn in vergelijking met het mondiale gemiddelde, kunnen onderzoekers de proxygegevens die afkomstig zijn van de oude aarde beter interpreteren."

Gegevens van ondiepe, semi-beperkte zeeën (bijv. de Middellandse Zee en de Oostzee) laten zien dat de oppervlaktetemperaturen van de zee warmer zijn dan in de open oceaan. Als resultaat, een belangrijke bevinding van hun paper theoretiseert dat schattingen van de wereldgemiddelde temperatuur uit het Paleozoïcum (~ 540-250 miljoen jaar geleden), een tijd waarin de meeste gegevens afkomstig zijn uit ondiepe zeeën, zijn onrealistisch heet.

Zelfs in het meer recente geologische verleden, de overgrote meerderheid van de schattingen van de zeeoppervlaktetemperatuur is afkomstig uit kustgebieden, die ze aantonen, zijn ook systematisch bevooroordeeld in vergelijking met de temperaturen van de open oceaan.

Om een ​​nauwkeuriger overzicht te krijgen van de gemiddelde oceaantemperatuur op een bepaalde breedtegraad, Bhattacharya zegt dat onderzoekers rekening moeten houden met de onvolledige aard van paleotemperatuurgegevens. "Ons werk benadrukt de noodzaak voor de wetenschappelijke gemeenschap om bemonsteringsinspanningen te concentreren op onderbemonsterde omgevingen, ", zegt Bhattacharya. "Nieuwe bemonsteringsinspanningen zijn essentieel om ervoor te zorgen dat we op gelijke wijze unieke omgevingsinstellingen bemonsteren voor verschillende intervallen in de geschiedenis van de aarde."

Volgens Judas, de paleoklimaatgemeenschap heeft de afgelopen decennia grote vooruitgang geboekt bij het begrijpen van oude klimaten. Nieuw, sneller, en goedkopere analysetechnieken, evenals een golf van expedities die oceaansedimentkernen herstellen, hebben geleid tot enorme compilaties van oude schattingen van de oppervlaktetemperatuur van de zee. Ondanks deze vorderingen, er zijn nog steeds significante verschillen tussen temperatuurschattingen van verschillende locaties binnen hetzelfde tijdsinterval en/of tussen temperatuurschattingen en klimaatmodelresultaten.

"Onze studie biedt een kader om deze discrepanties te verzoenen, ", zegt Judd. "We benadrukken waar, wanneer en waarom temperatuurschattingen van dezelfde breedtegraden van elkaar kunnen verschillen en het vermogen van verschillende klimaatmodellen om deze patronen te reconstrueren vergelijken. Ons werk legt daarom de basis voor een meer holistische en robuuste reconstructie van het mondiale klimaat door de geschiedenis van de aarde heen."