Nye kart over gammel oppvarming avslører sterk respons på karbondioksid

I en studie publisert i PNAShar professor Jessica Tierney ved University of Arizona og kolleger produsert globalt komplette kart over den karbondrevne oppvarmingen som skjedde i Paleocene Eocene Thermal Maximum (PETM), for 56 millioner år siden.

Mens PETM har noen paralleller til dagens oppvarming, inkluderer det nye arbeidet noen uventede resultater – klimaresponsen på CO₂ da var omtrent dobbelt så sterk som det nåværende beste anslaget fra Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Men endringer i nedbørsmønstre og forsterkningen av oppvarmingen ved polene var bemerkelsesverdig i samsvar med moderne trender, til tross for at det var en helt annen verden den gang.

En annen verden

Oppvarmingen av PETM ble utløst av en geologisk rask utgivelse av CO₂først og fremst fra en kramper av magma i jordens mantel på stedet der Island nå ligger. Magmaen invaderte oljerike sedimenter i Nord-Atlanteren og kokte av CO₂ og metan. Det tok en allerede varm, høy CO₂ klima og gjorde det varmere i titusenvis av år, og drev noen dyphavsdyr og noen tropiske planter til utryddelse. Pattedyr utviklet seg mindreog det var store migrasjoner på tvers av kontinenter; krokodiller, flodhestlignende skapninger og palmer alle trivdes bare 500 miles fra Nordpolen, og Antarktis var isfri.

Når klimaet vårt varmes opp, blir forskerne det ser stadig mer på tidligere klima for innsikt, men de er hemmet av usikkerhet i temperatur, CO₂ nivåer, og det nøyaktige tidspunktet for endringer – tidligere arbeid med PETM hadde temperaturusikkerhet i størrelsesorden 8° til 10°C, for eksempel. Nå har Tierneys team redusert det usikkerhetsområdet til bare 2,4°C, noe som viser at PETM varmet opp med 5,6°C, en avgrensning på det forrige anslaget på omtrent 5°C.

“Vi var virkelig i stand til å begrense dette anslaget i forhold til tidligere arbeid,” sa Tierney.

Forskerne beregnet også CO₂ nivåer før og under PETM avledet fra isotoper av bor målt i fossile planktonskjell. De fant CO₂ var omtrent 1 120 ppm like før PETM, og steg til 2 020 ppm på topp. Til sammenligning, preindustriell CO₂ var 280 ppmog vi er nå på ca 418 ppm. Teamet var i stand til å bruke disse nye temperaturene og CO₂ verdier for å beregne hvor mye planeten varmet opp som svar på en dobling av CO₂ verdier, eller “Equilibrium Climate Sensitivity” for PETM.

Høysensitiv

IPCCs beste estimat for klimafølsomhet i vår tid er 3°C, men det kommer med stor usikkerhet – det kan være alt mellom 2° til 5°C– på grunn av vår ufullkomne kunnskap om tilbakemeldinger i jordsystemet. Hvis følsomheten viser seg å være i høyere enden, vil vi varme mer for en gitt mengde utslipp. Tierneys studie fant at PETM-klimafølsomheten var 6,5°C – mer enn det dobbelte av IPCCs beste estimat.

Et høyere tall er “ikke så overraskende,” fortalte Tierney meg, fordi tidligere forskning hadde indikert jordens respons på CO₂ er sterkere ved høyere CO₂ nivåer av jordens fortid. Vår klimafølsomhet vil ikke være så høy: “Vi forventer ikke at vi kommer til å oppleve en klimafølsomhet på 6,5 ° C i morgen,” forklarte Tierney.

Papiret deres antyder imidlertid at hvis vi fortsetter å øke CO₂ nivåer, vil det forskyve temperaturresponsen på den CO₂ høyere. “Vi kan forvente et visst nivå av økt klimafølsomhet i nær fremtid, spesielt hvis vi slipper ut flere klimagasser,” sa Tierney.

Kartlegging av klima ved “Data Assimilation”

Det nye, skarpere bildet dukker opp fra måten Tierneys team behandlet geologers flerårige problem: Vi har ikke data for alle steder på planeten. Geologiske data for PETM er begrenset til steder der sedimenter fra den tiden er bevart og tilgjengelig – typisk enten via et borehull eller utspring på land. Eventuelle konklusjoner om global klimaet må skaleres opp fra de sparsomme datapunktene.

“Det er faktisk et vanskelig problem,” bemerket Tierney. “Hvis du vil forstå hva som skjer romlig, er det veldig vanskelig å gjøre det bare fra de geologiske dataene.” Så Tierney og kollegene lånte en teknikk fra værvarsling. «Det vær folk gjør, er at de kjører en værmodell, og etter hvert som dagen går, tar de målinger av vind og temperatur, og deretter assimilerer de det inn i modellen deres … og kjører deretter modellen på nytt for å forbedre prognosen, sa Tierney.

I stedet for termometre brukte teamet hennes temperaturmålinger fra restene av mikrober og plankton bevart i 56 millioner år gamle sedimenter. I stedet for en værmodell brukte de en klimamodell som hadde eocen geografi og ingen isdekker for å simulere klimaet rett før, og på toppen av, PETM-varme. De kjørte modellen en haug med ganger, med varierende CO₂ nivåer og jordens banekonfigurasjon på grunn av usikkerheten i disse. Deretter brukte de mikrobe- og planktondataene for å velge simuleringen som passer best til dataene.

“Ideen er egentlig å dra nytte av det faktum at modellsimuleringer er romlig komplette. Men de er modeller, så vi vet ikke om de har rett. Dataene vet hva som skjedde, men de er ikke romlig komplette,” forklarte Tierney. “Så, ved å blande dem får vi det beste fra begge verdener.”

For å se hvor godt det blandede produktet deres stemte overens med virkeligheten, sjekket de det mot uavhengige data hentet fra pollen og blader, og fra steder som ikke er inkludert i blandingsprosessen. “De matchet faktisk veldig, veldig bra, noe som er litt trøstende,” sa Tierney.

“Nyheten i denne studien er å bruke en klimamodell for å nøye finne ut hvilken klimatilstand som passer best til dataene både før og under PETM, noe som gir mønstre for klimaendringer over hele kloden og et bedre estimat av globale gjennomsnittlige temperaturendringer,” sa Dr. Tom Dunkley Jones fra University of Birmingham, som ikke var en del av studien.