Een diepe duik in 66 miljoen jaar aan koolstofdioxidegegevens

Kooldioxide is al 14 miljoen jaar niet zo hoog als de huidige concentraties, dankzij de uitstoot van fossiele brandstoffen die de planeet nu opwarmen.

Tegenwoordig bevindt de koolstofdioxide in de atmosfeer zich op het hoogste niveau in minstens enkele miljoenen jaren, dankzij het feit dat mensen de afgelopen twee eeuwen op grote schaal fossiele brandstoffen hebben verbrand.

Maar waar valt 419 delen per miljoen (ppm) – de huidige concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer – in de geschiedenis van de aarde?

Dit is een vraag die een internationale gemeenschap van wetenschappers, waaronder belangrijke bijdragen van geologen van de Universiteit van Utah, opzoekt door een groot aantal markeringen in het geologische archief te onderzoeken die aanwijzingen geven over de inhoud van de oude atmosfeer. Hun voorstudie werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappende wederopbouw van een bedrijf₂ Concentraties dateren uit het Cenozoïcum, het tijdperk dat begon met het uitsterven van dinosauriërs en het verschijnen van zoogdieren 66 miljoen jaar geleden.

Gletsjers bevatten luchtbellen, waardoor wetenschappers hier direct bewijs van hebben Het kooldioxideniveau gaat 800.000 jaar terug, volgens U of T-professor geologie Gabe Bowen, een van de auteurs van het onderzoek. Maar dit record reikt niet diep in het geologische verleden.

“Als je eenmaal ijsmonsters verliest, verlies je direct bewijs. Je hebt niet langer monsters van atmosferisch gas die je kunt analyseren”, zei Bowen. “Je moet dus vertrouwen op indirect bewijs, wat we proxy's noemen. “Het is moeilijk om met deze middelen te werken omdat ze indirect zijn.”

Deze grafiek toont de koolstofdioxideconcentraties in de atmosfeer van de aarde, uitgedrukt in delen per miljoen (ppm), gedurende het Cenozoïcum, van pre-industriële tijden tot 65 miljoen jaar geleden. Dit zijn schattingen gebaseerd op proxy's die zijn gecodeerd in het geologische record. Kleurgecodeerde balken vertegenwoordigen de mondiale temperatuur, gereconstrueerd op basis van onafhankelijke proxygegevens. De stippellijn geeft aan waar de koolstofdioxideconcentratie momenteel 420 ppm bedraagt. Krediet: Gabe Bowen, Universiteit van Utah

“Proxies” in het geologische record

Deze aanwijzingen omvatten isotopen gevonden in mineralen, de vorming van gefossiliseerde bladeren en ander geologisch bewijs dat de chemie van de atmosfeer weerspiegelt. Eén proxy komt voort uit de fundamentele ontdekkingen van UCLA-geoloog Thor Serling, zelf co-auteur van de nieuwe studie, en wiens eerdere onderzoek heeft vastgesteld dat koolstofisotopen in oude bodems duiden op de aanwezigheid van koolstofdioxide in het verleden.₂ Niveaus.

Maar de kracht van deze proxy's varieert, en de meeste bestrijken smalle segmenten uit het verleden. Hij belde het onderzoeksteam Cenozoïcum bedrijf₂ Integratieproject voor agentenOf Cinco₂PIP, georganiseerd door Columbia Universiteit Klimatoloog Bärbel Hüneş wilde de beschikbare proxy's evalueren, classificeren en combineren om een ​​record met hoge resolutie van kooldioxide in de atmosfeer te creëren.₂.

“Dit vertegenwoordigt enkele van de meest uitgebreide en statistisch nauwkeurige benaderingen voor het interpreteren van koolstofdioxide₂ “In de afgelopen 66 miljoen jaar”, zegt co-auteur Dustin Harper, een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Bowen. “Enkele van de nieuwe inzichten zijn dat we meerdere proxy's uit verschillende archieven van sediment kunnen combineren, of het nu in de oceaan of op het land is, en dat is op deze schaal echt niet gedaan.”

Het nieuwe onderzoek is een gemeenschapsinspanning waarbij ongeveer 90 wetenschappers uit 16 landen betrokken zijn. Gefinancierd door tientallen subsidies van meerdere instanties hoopt de groep uiteindelijk de CO2-uitstoot weer op te bouwen₂ Een record van 540 miljoen jaar tot het begin van complex leven.

Aan het begin van de Industriële Revolutie – toen mensen steenkool begonnen te verbranden, en vervolgens olie en gas om hun economieën van brandstof te voorzien – zat er koolstofdioxide in de atmosfeer₂ Het was ongeveer 280 ppm. Bij het verbranden van deze fossiele brandstoffen komt een warmtevasthoudend gas in de lucht vrij.

Vooruitblikkend wordt verwacht dat de concentraties in 2100 zullen stijgen tot tussen de 600 en 1.000 ppm, afhankelijk van de mate van toekomstige emissies. Het is niet precies duidelijk hoe deze toekomstige niveaus het klimaat zullen beïnvloeden.

Maar er bestaat geen betrouwbare kaart van de CO2-uitstoot in het verleden₂ De niveaus zouden wetenschappers kunnen helpen nauwkeuriger te voorspellen hoe toekomstige klimaten eruit zouden kunnen zien, volgens biologieprofessor William Anderegg van de U of T, directeur van de U of T. Wilkes Centrum voor Klimaat en Beleid.

“Dit is een zeer belangrijke synthese die ook gevolgen heeft voor de toekomstige klimaatverandering, vooral de belangrijkste processen en componenten van het aardsysteem die we moeten begrijpen om te kunnen anticiperen op de snelheid en omvang van de klimaatverandering”, aldus Anderegg.

De huidige 419 ppm is het hoogste kooldioxidegehalte in 14 miljoen jaar

In het verleden, toen de aarde warmer was, steeg het kooldioxidegehalte₂ Dat was veel hoger dan nu. De vandaag geregistreerde 419 ppm vertegenwoordigt echter een scherpe, potentieel gevaarlijke en ongekende stijging in de moderne geologische geschiedenis.

“Acht miljoen jaar vóór het heden was er misschien een kans van 5% dat het kooldioxide was₂ “De niveaus waren hoger dan nu, maar we moeten veertien miljoen jaar teruggaan voordat we de niveaus zien die we vandaag de dag denken te hebben bereikt”, zegt Bowen.

Met andere woorden: menselijke activiteit heeft de atmosfeer binnen enkele generaties dramatisch veranderd. Als gevolg hiervan vertonen klimaatsystemen over de hele wereld alarmerende tekenen, zoals krachtige stormen, langdurige droogte, dodelijke hittegolven en verzuring van de oceanen.

Sterk begrip van koolstofdioxide in de atmosfeer₂ Variatie in de geologische tijd is ook essentieel voor het ontcijferen van en leren van verschillende kenmerken van de geschiedenis van de aarde. Veranderingen in koolstofdioxide in de atmosfeer₂ Het is waarschijnlijk dat het klimaat heeft bijgedragen aan massale uitstervingen en evolutionaire innovaties.

Tijdens het Cenozoïcum was er bijvoorbeeld op de lange termijn sprake van een daling van de kooldioxide₂ De daarmee gepaard gaande klimaatkoeling heeft mogelijk geleid tot veranderingen in de plantenfysiologie. Classificeren Concurrentie en dominantie, die op hun beurt de evolutie van zoogdieren beïnvloedden.

“Een nauwkeuriger begrip van eerdere trends op het gebied van kooldioxide₂ Het is daarom van fundamenteel belang om te begrijpen hoe moderne soorten en ecosystemen zijn ontstaan ​​en wat er in de toekomst kan gebeuren.

Referentie: “Op weg naar een Cenozoïsche geschiedenis van koolstofdioxide in de atmosfeer.”₂“Door het Cenozoic Carbon Dioxide Proxy Integration Project (CenCO2PIP) Consortium*†, Bärbel Hönisch, Dana L. Royer, Daniel O. Bricker, Pratigya J. Polisar, Gabriel J. Bowen, Michael J. Henehan, Ying Cui, Margaret Stainthorsdóttir, Jennifer C. McElwain, Matthew J. Cohen, Anne Pearson, Samuel R. Phelps, Kevin T. Ono, Andy Ridgewell, Eleni Anagnosto, Jacqueline Osterman, Marcus P. S. Badger, Richard S. Barkley, Peter K. Bell, Thomas P. Chalk , Christopher R. Scottis, Elwyn de la Vega, Robert M. DeConto, Kelsey A. Diez, Vicki Ferrini, Peter J. Franks, Claudia F. Jolliffe, Markus Gutjahr, Dustin T. Harper, Laura L. Haynes, Matthew Hopper, Katherine E. Snell, Benjamin A. Kiessling, Wilfred Conrad, Tim K. Loewenstein, Alberto Malinverno, Maxence Guermec, Luz Maria Mejia, Joseph N. Milligan, John J. Morton, Lee Nordt, Ross Whiteford, Anita Ruth Nibelcic, Jeremy KC Rogenstein, Morgan F. Schaller, Nathan D. Sheldon, Cindia Sosedian, Elise B. Wilkes, Caitlin R. Witkowski, Yi J. Zhang, Lloyd Anderson, David J. Burling, Clara Bolton, Thor E. Serling, Jennifer M. Katoen, Jiawei DA, Douglas D. Eckhardt, Gavin L. Foster, David R. Greenwood, Ethan J. Hyland, Elliot A. Gagnitsky, John B. Jasper, Jennifer B. Kowalczyk, Lutz Kunzmann en Wolfram M. Korchner, Charles E. Laurens, Carolyn H. Lear, Miguel A. Martinez Botti, Daniel P. Maxbauer, Paulo Montana, P. David A. Nafs, James W. B. Ray, Markus Reitzsch, Gregory J. Retzsch, Simon J. Ring, Osamu Seki, Julio Sepulveda, Ashish Sinha, Tiki F. Tesvamichael, Aradhna Tripathi, Johan van der Berg, Jimin Yu, James C. Zachos, en Liming Zhang, 8 december 2023, Wetenschappen.
doi: 10.1126/science.adi5177