Tendenze passate e future della temperatura media globale negli ultimi 67 milioni di anni. I valori degli isotopi di ossigeno nei foraminiferi bentonici di acque profonde dai nuclei di sedimenti sono una misura della temperatura globale e del volume del ghiaccio. La temperatura è relativa alla media globale 1961-1990. Dati dalle registrazioni delle carote di ghiaccio degli ultimi 25, 000 anni illustrano la transizione dall'ultimo periodo glaciale all'attuale periodo più caldo, l'Olocene. I dati storici dal 1850 ad oggi mostrano il netto aumento dopo il 1950 che segna l'inizio dell'Antropocene. Le proiezioni future per la temperatura globale per tre scenari RCP (Rappresentative Concentration Pathways) in relazione al record bentonico delle acque profonde suggeriscono che entro il 2100 lo stato climatico sarà paragonabile al Miocene Climate Optimum (~ 16 milioni di anni fa), ben oltre la soglia per la nucleazione delle calotte glaciali continentali. Se le emissioni sono costanti dopo il 2100 e non si stabilizzano prima del 2250, il clima globale entro il 2300 potrebbe entrare nel mondo serra del primo Eocene (~ 50 milioni di anni fa) con i suoi molteplici eventi di riscaldamento globale e senza grandi calotte glaciali ai poli. Credito:Westerhold et al., CENOGRID
Per la prima volta, gli scienziati del clima hanno compilato un continuo, registrazione ad alta fedeltà delle variazioni del clima terrestre che si estende per 66 milioni di anni nel passato. Il record rivela quattro stati climatici distintivi, che i ricercatori hanno soprannominato Hothouse, caldo, Bella casa, e Ghiacciaia.
Questi principali stati climatici sono sopravvissuti per milioni e talvolta decine di milioni di anni, e all'interno di ciascuno il clima mostra variazioni ritmiche corrispondenti ai cambiamenti nell'orbita della Terra intorno al sole. Ma ogni stato climatico ha una risposta distintiva alle variazioni orbitali, che determinano cambiamenti relativamente piccoli nelle temperature globali rispetto ai drammatici cambiamenti tra i diversi stati climatici.
Le nuove scoperte, pubblicato il 10 settembre in Scienza , sono il risultato di decenni di lavoro e di una grande collaborazione internazionale. La sfida consisteva nel determinare le variazioni climatiche del passato su una scala temporale sufficientemente precisa da vedere la variabilità attribuibile alle variazioni orbitali (nell'eccentricità dell'orbita terrestre attorno al sole e nella precessione e inclinazione del suo asse di rotazione).
"Sappiamo da molto tempo che i cicli glaciali-interglaciali sono scanditi da cambiamenti nell'orbita terrestre, che alterano la quantità di energia solare che raggiunge la superficie terrestre, e gli astronomi hanno calcolato queste variazioni orbitali indietro nel tempo, " ha spiegato il coautore James Zachos, illustre professore di Scienze della Terra e planetarie e Ida Benson Lynn Professore di Ocean Health presso l'UC Santa Cruz.
"Mentre ricostruivamo i climi del passato, potremmo vedere abbastanza bene i cambiamenti di rotta a lungo termine. Sapevamo anche che ci dovrebbe essere una variabilità ritmica su scala più fine dovuta alle variazioni orbitali, ma per molto tempo si è ritenuto impossibile recuperare quel segnale, " ha detto Zachos. "Ora che siamo riusciti a catturare la variabilità naturale del clima, possiamo vedere che il riscaldamento antropogenico previsto sarà molto maggiore di quello".
Negli ultimi 3 milioni di anni, Il clima della Terra è stato in uno stato di ghiacciaia caratterizzato dall'alternanza di periodi glaciali e interglaciali. Gli umani moderni si sono evoluti durante questo periodo, ma le emissioni di gas serra e altre attività umane stanno ora guidando il pianeta verso gli stati climatici Warmhouse e Hothouse che non si vedevano dall'epoca dell'Eocene, che terminò circa 34 milioni di anni fa. Durante il primo Eocene, non c'erano calotte polari, e le temperature globali medie erano da 9 a 14 gradi Celsius più alte di oggi.
"Le proiezioni dell'IPCC per il 2300 nello scenario 'business as usual' porteranno potenzialmente la temperatura globale a un livello che il pianeta non ha visto in 50 milioni di anni, " ha detto Zachos.
Il nuovo record climatico globale CENOGRID (pannello inferiore) è il primo a tracciare in modo continuo e accurato come è cambiato il clima della Terra dalla grande estinzione dei dinosauri 66 milioni di anni fa. Il record è stato generato utilizzando gli isotopi di ossigeno (mostrato) e carbonio da minuscoli microfossili trovati nei sedimenti di acque profonde raccolti dalla nave IODP R/V JOIDES Resolution (mostrato nella foto) e mostra la gamma naturale del cambiamento climatico e la variabilità nel corso del ultimi 66 milioni di anni. Credito:Thomas Westerhold / Adam Kutz
Fondamentale per la compilazione del nuovo record climatico è stato ottenere carote di sedimenti di alta qualità dai bacini oceanici profondi attraverso l'Ocean Drilling Program (ODP, International Ocean Drilling Program) in seguito il Programma integrato di perforazione oceanica, IODP, succeduto nel 2013 dall'International Ocean Discovery Program). Segni dei climi passati sono registrati nei gusci di plancton microscopico (chiamato foraminiferi) conservati nei sedimenti del fondo marino. Dopo aver analizzato le carote di sedimento, i ricercatori hanno quindi dovuto sviluppare una "astrocronologia" facendo corrispondere le variazioni climatiche registrate negli strati di sedimenti con le variazioni dell'orbita terrestre (note come cicli di Milankovitch).
"La comunità ha capito come estendere questa strategia a intervalli di tempo più vecchi a metà degli anni '90, " disse Zachos, che ha condotto uno studio pubblicato nel 2001 in Scienza che ha mostrato la risposta del clima alle variazioni orbitali per un periodo di 5 milioni di anni che copre la transizione dall'epoca dell'Oligocene al Miocene, circa 25 milioni di anni fa.
"Questo ha cambiato tutto, perché se potessimo farlo, sapevamo di poter tornare indietro fino a forse 66 milioni di anni fa e mettere questi eventi transitori e le principali transizioni nel clima terrestre nel contesto delle variazioni su scala orbitale, " Egli ha detto.
Zachos ha collaborato per anni con l'autore principale Thomas Westerhold presso il Centro per le scienze ambientali marine (MARUM) dell'Università di Brema in Germania, che ospita un vasto deposito di carote di sedimenti. Il laboratorio di Brema insieme al gruppo di Zachos all'UCSC ha generato gran parte dei nuovi dati per la parte più vecchia del record.
Westerhold ha supervisionato un passaggio critico, unendo segmenti sovrapposti del record climatico ottenuto da carote di sedimenti provenienti da diverse parti del mondo. "È un processo noioso assemblare questa lunga megagiunzione di registrazioni climatiche, e volevamo anche replicare i record con carote di sedimenti separate per verificare i segnali, quindi questo è stato un grande sforzo della comunità internazionale che lavora insieme, " ha detto Zachos.
Ora che hanno compilato un continuo, record del clima astronomicamente datato degli ultimi 66 milioni di anni, i ricercatori possono vedere che la risposta del clima alle variazioni orbitali dipende da fattori come i livelli di gas serra e l'estensione delle calotte polari.
"In un mondo serra estremo senza ghiaccio, non ci saranno feedback riguardanti le calotte glaciali, e che cambia le dinamiche del clima, " ha spiegato Zachos.
La maggior parte delle principali transizioni climatiche degli ultimi 66 milioni di anni sono state associate a cambiamenti nei livelli di gas serra. Zachos ha svolto ricerche approfondite sul Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), Per esempio, dimostrando che questo episodio di rapido riscaldamento globale, che ha portato il clima in uno stato di serra, è stato associato a un massiccio rilascio di carbonio nell'atmosfera. Allo stesso modo, nel tardo Eocene, mentre i livelli di anidride carbonica atmosferica stavano diminuendo, le calotte glaciali iniziarono a formarsi in Antartide e il clima passò a uno stato Coolhouse.
"Il clima può diventare instabile quando si avvicina a una di queste transizioni, e vediamo risposte meno prevedibili alla forzatura orbitale, quindi è qualcosa che vorremmo capire meglio, " ha detto Zachos.
Il nuovo record climatico fornisce un quadro prezioso per molte aree di ricerca, Ha aggiunto. Non è solo utile per testare modelli climatici, ma anche per geofisici che studiano diversi aspetti della dinamica terrestre e paleontologi che studiano come il cambiamento degli ambienti guidi l'evoluzione delle specie.
"È un progresso significativo nelle scienze della Terra, e un'importante eredità del programma internazionale di perforazione oceanica, " ha detto Zachos.
