全球变暖或形成正反馈?


麻省理工学院一项关于地球古代历史极端气候事件的新研究表明,随着地球继续变暖,今天的地球可能会变得更加不稳定。


数据

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科学家研究了过去6600万年的古气候记录,即在恐龙灭绝后不久开始的新生代时期。在这段时间里,地球气候的波动经历了一种令人惊讶的“变暖倾向(warming bias)”


换句话说,持续数千至数万年的长期全球变暖时期远远多于气候变冷。更重要的是,变暖事件往往比变冷事件更极端,温度变化更大。


研究人员说,对这种变暖偏差的一个可能的解释可能是“乘数效应”,即适度的变暖——比如火山向大气中释放二氧化碳,自然地加快了某些生物和化学过程,这些过程增强了这些波动,平均而言导致了更大的变暖。


不过这种变暖偏差大约在500万年前消失了,大约是在北半球冰盖开始形成的时候。


目前还不清楚冰对地球对气候变化的反应有什么影响。但随着今天北极冰川的消退,新的研究表明,乘数效应可能会卷土重来,其结果可能是人类导致的全球变暖进一步加剧。


不稳定因素

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为了进行分析,研究小组查阅了包含深海底栖有孔虫的大型沉积物数据库。


有孔虫是一种存在了数亿年的单细胞生物,其硬壳保存在沉积物中。随着生物的生长,这些贝壳的组成受到海洋温度的影响;因此,贝壳被认为是地球古代温度的可靠代表。


团队首先对数据进行了统计分析,发现在过去的6600万年中,全球温度波动的分布不像标准的钟形曲线——对称的尾巴代表了极端温暖和极端寒冷波动的相等概率。相反,曲线明显是不平衡的,倾向于变暖而不是变冷事件。曲线还显示出明显的长尾,表示温暖事件比最极端的寒冷事件更极端。


地球系统变得更加不稳定,就变暖而言。


乘数效应

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研究小组想知道,这种变暖倾向是否可能是气候-碳循环中“倍增噪声”的结果。


科学家们早就知道,温度升高到一定程度,会加速生物和化学过程。由于碳循环是长期气候波动的关键驱动因素,它本身就是由这些过程组成的,温度升高可能导致更大的波动,使系统倾向于极端变暖事件。


他们发现,这些数据和观测到的偏暖现象可以用乘法理论来解释。换句话说,在过去的6600万年中,温和变暖的时期很可能因乘数效应而进一步加剧,比如生物和化学过程的反应使地球进一步变暖。


*在数学中,有一组方程描述这种普遍的放大或乘法效应。研究人员将这个乘法理论应用到他们的分析中,看看这些方程是否可以预测不对称的分布,包括它的倾斜程度和尾巴的长度。


作为研究的一部分,研究人员还研究了过去的变暖事件和地球轨道变化之间的相关性。在数十万年的时间里,地球围绕太阳的轨道有规律地变得或多或少椭圆形。但科学家们一直想知道,为什么过去的许多变暖事件似乎都与这些变化同时发生,为什么这些事件的变暖幅度比地球轨道变化本身造成的变暖幅度大得多。


将地球轨道的变化纳入了乘法模型,并对地球温度变化进行了分析,发现乘数效应可预测地放大由于地球轨道的变化,造成的温和的温度上升。


“气候变暖和变冷与轨道变化同步,但轨道周期本身只能预测气候的温和变化,”罗斯曼说。“但如果我们考虑乘法模型,那么温和的变暖,加上乘数效应,可能会导致极端事件,这些极端事件往往与这些轨道变化同时发生。”


文献

Asymmetry of extreme Cenozoic climate–carbon cycle events

BY CONSTANTIN W. ARNSCHEIDT, DANIEL H. ROTHMAN

SCIENCE ADVANCES  11 AUG 2021

DOI: http://dx.doi.org/10.1126/sciadv.abg6864


全球变暖或形成正反馈?

原文始发于微信公众号(孤岛巨鲸):全球变暖或形成正反馈?