Глобальное потепление приводит к еще большему потеплению

Исследователи говорят, что возможное объяснение этой предвзятости к потеплению может заключаться в «мультипликативном эффекте», когда умеренная степень потепления — например, из-за вулканов, выделяющих углекислый газ в атмосферу — естественным образом ускоряет определенные биологические и химические процессы, которые усиливают эти колебания. приводя, в среднем, к еще большему потеплению.

Интересно, что команда заметила, что эта предвзятость к потеплению исчезла около 5 миллионов лет назад, примерно в то время, когда в Северном полушарии начали формироваться ледяные щиты. Неясно, какое влияние лед оказал на реакцию Земли на климатические изменения. Но по мере того, как сегодняшний арктический лед отступает, новое исследование предполагает, что мультипликативный эффект может возобновиться, и результатом может стать дальнейшее усиление антропогенного глобального потепления.

«Ледяные щиты Северного полушария сжимаются и потенциально могут исчезнуть в результате долгосрочных действий человека», — говорит ведущий автор исследования Константин Арншайд, аспирант факультета Земли, атмосферы и планет Массачусетского технологического института. «Наши исследования показывают, что это может сделать климат Земли более восприимчивым к экстремальным, долгосрочным явлениям глобального потепления, подобным тем, которые наблюдались в геологическом прошлом».

Соавтором исследования Арншайдта является Дэниел Ротман, профессор геофизики Массачусетского технологического института, соучредитель и содиректор Центра Лоренца при Массачусетском технологическом институте.

Для своего анализа команда проверила большие базы данных отложений, содержащих глубоководные бентосные фораминиферы — одноклеточные организмы, которые существуют сотни миллионов лет и чьи твердые раковины сохранились в отложениях. На состав этих раковин влияет температура океана по мере роста организмов; поэтому раковины считаются надежным показателем древних температур Земли.

На протяжении десятилетий ученые анализировали состав этих оболочек, собранных со всего мира и датированных различными периодами времени, чтобы проследить, как температура Земли колебалась на протяжении миллионов лет.

«При использовании этих данных для изучения экстремальных климатических явлений большинство исследований было сосредоточено на отдельных больших скачках температуры, обычно на несколько градусов Цельсия, — говорит Арншайдт. «Вместо этого мы попытались взглянуть на общую статистику и рассмотреть все связанные с этим колебания, вместо того, чтобы выбирать большие».

Команда сначала провела статистический анализ данных и обнаружила, что за последние 66 миллионов лет распределение глобальных колебаний температуры не напоминало стандартную колоколообразную кривую с симметричными хвостами, представляющими равную вероятность экстремально теплого и экстремального холода. колебания. Вместо этого кривая была заметно наклонной, смещенной в сторону более теплых, чем холодных событий. Кривая также имела заметно более длинный хвост, представляющий более экстремальные теплые явления или более высокие температуры, чем самые экстремальные холодные явления.

«Это указывает на некоторое усиление по сравнению с тем, чего вы в противном случае ожидали», — говорит Арншайдт. «Все указывает на что-то фундаментальное, что вызывает этот толчок или склонность к потеплению».

«Справедливо сказать, что система Земли становится более изменчивой в смысле потепления», — добавляет Ротман.

Множитель потепления

Команда поинтересовалась, могло ли это смещение потепления быть результатом «мультипликативного шума» в цикле климат-углерод. Ученые давно поняли, что более высокие температуры в определенной степени ускоряют биологические и химические процессы. Поскольку углеродный цикл, который является ключевым фактором долгосрочных колебаний климата, сам по себе состоит из таких процессов, повышение температуры может привести к более сильным колебаниям, смещая систему в сторону экстремального потепления.

В математике существует набор уравнений, описывающих такие общие усиливающие или мультипликативные эффекты. Исследователи применили эту мультипликативную теорию к своему анализу, чтобы увидеть, могут ли уравнения предсказать асимметричное распределение, включая степень его перекоса и длину его хвостов.

В конце концов, они обнаружили, что данные и наблюдаемая склонность к потеплению могут быть объяснены мультипликативной теорией. Другими словами, весьма вероятно, что за последние 66 миллионов лет периоды умеренного потепления в среднем усиливались мультипликативными эффектами, такими как реакция биологических и химических процессов, которые еще больше нагревали планету.

В рамках исследования исследователи также изучили корреляцию между прошлыми событиями потепления и изменениями на орбите Земли. На протяжении сотен тысяч лет орбита Земли вокруг Солнца регулярно становится более или менее эллиптической. Но ученые задались вопросом, почему многие прошлые события потепления совпадают с этими изменениями и почему эти события характеризуются чрезмерным потеплением по сравнению с тем, что изменение орбиты Земли могло произойти само по себе.

Итак, Арншайд и Ротман включили изменения орбиты Земли в мультипликативную модель и свой анализ изменений температуры Земли и обнаружили, что эффекты мультипликатора могут предсказуемо усилить в среднем умеренное повышение температуры из-за изменений орбиты Земли.

«Климат нагревается и охлаждается синхронно с изменениями орбиты, но орбитальные циклы сами по себе предсказывают лишь умеренные изменения климата», — говорит Ротман. «Но если мы рассмотрим мультипликативную модель, то умеренное потепление в сочетании с этим мультипликативным эффектом может привести к экстремальным событиям, которые, как правило, происходят одновременно с этими изменениями орбиты».

«Люди заставляют систему по-новому», — добавляет Арншайд. «И это исследование показывает, что, когда мы повышаем температуру, мы, вероятно, будем взаимодействовать с этими естественными усиливающими эффектами».