Ziemia doświadczyła bardziej ekstremalnych temperatur, niż sądziliśmy

[KopalniaWiedzy.pl 223]

W przyszłym miesiącu w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej w Waszyngtonie zostanie otwarta wystawa na temat zmian klimatu Ziemi na przestrzeni setek milionów lat. Przygotowujący ją paleobotanik Scott Wing i paleontolog Brian Huber, chcieli zaprezentować też wykres temperatur powierzchni Ziemi w ciągu ostatnich 500 milionów lat. Zadanie okazało się niezwykle trudne do wykonania, a uzyskane wyniki zaskoczyły specjalistów. Okazało się, że w przeszłości na naszej planecie panowały znacznie bardziej ekstremalne warunki, niż sądziliśmy.

Dość łatwo jest śledzić okresy zlodowaceń czy okresy wysokich temperatur, gdy palmy rosły w pobliżu biegunów. Jednak poza tym niewiele jest pewnych rzeczy. Szczególnie jeśli chodzi o paleozoik, erę która rozpoczęła się 542 miliony lat temu. Pierścienie drzew pozwalają na śledzenie temperatur na przestrzeni tysięcy lat, w rdzeniach lodowców zapisane są dane z około miliona lat. Dlatego prace nad odtworzeniem dawnego klimatu są niezwykle trudne.

Specjaliści zajmujący się paleoklimatem wykorzystują różne metody pomiarowe, różne metody korekty błędów, korzystają z różnych materiałów. Jedni odtwarzają klimat sprzed milionów lat na podstawie skamieniałych liści, inni na podstawie wzrostu skamieniałych koralowców. Często uzyskują sprzeczne wyniki. Nie rozmawiamy ze sobą zbyt dużo, przyznaje paleoklimatolog Dana Royer z Wesleyan University. Huber i Wing postanowili to zmienić i powołali do życia luźną grupę naukową o nazwie Phantastic, której celem jest zebranie i zweryfikowanie różnych danych. Pomysł jej powołania spodobał się wielu naukowcom, przyznaje Dan Lunt z Uniwersytetu w Bristolu, który specjalizuje się w modelowaniu paleoklimatu. Dodatkową zachętą dla naukowców było przypuszczenie, że jeśli uda się dobrze określić klimat, jaki panował w przeszłości oraz nałożyć na to stężenie CO2 w atmosferze, będzie można udoskonalić współczesne modele klimatyczne i lepiej określić, jak dwutlenek węgla wpływa na klimat.

Do szacunku dawnych temperatur można wykorzystywać izotopy tlenu uwięzione w skamieniałych muszlach na dnie oceanów. Jako, że molekuły wody zawierające lżejsze izotopy szybciej parują i zostają uwięzione w lodzie, stosunek ciężkich i lekkich izotopów w skamielinach wskazuje na globalną ilość lodu, z czego można zgrubnie wyliczać temperatury.

Jednak tutaj pojawia się kolejny problem. W niewielu miejscach na świecie mamy do czynienia z dnem oceanicznym starszym niż 100 milionów lat. Ciągły ruch płyt tektonicznych bez przerwy „odnawia” dno oceanów. Geochemik Ethan Grossman z Texas A&M University bada morskie skamieniałości znajdowane na lądach. To głównie szczątki ramienionogów, z których najstarsze pochodzą sprzed 540 milionów lat. Większość z nich żyła w płytkich morzach, które formowały się wewnątrz dawnych superkontynentów. Żeby jednak używać ich do oceny temperatur, trzeba przyjąć założenie, że stosunek izotopów tlenu w morzach przed milionami lat był taki, jak we współczesnych oceanach.

Problem ten znany jest specjalistom od dziesięcioleci. Jednak grupa Phantastic postanowiła podejść do niego w nowatorskich sposób. Wykorzystali nową technikę mierzącą zawartość dwóch lub więcej połączonych razem rzadkich izotopów. Za pomocą bardzo czułych spektrometrów mas analizowali skamieniałości pod kątem obecności w nich molekuł zawierających ciężki izotop tlenu powiązany z ciężkim izotopem węgla. Takie molekuły częściej występują w niskich temperaturach. Problem w tym, że jeśli skamieniałość była wystawiona na działanie wysokiej temperatury lub ciśnienia, to uzyskane wyniki będą mylące. Na szczęście naukowcy odkryli sposób na odróżnienie tych zmienionych skamieniałości. Udaliśmy się do miejsca, w którym mogliśmy przeprowadzić badania, stwierdzili naukowcy.

Poszukiwaniami połączonych ciężkich izotopów zajęła się geobiolog Kristin Bergmann z MIT we współpracy z geochemikiem Gregorym Henkesem z Uniwersytetu Stanu Nowy Jork i innymi uczonymi. W czasie swoich badań dokonali odkrycia, które trudno określić inaczej, niż „szokujące”. Okazało się, że przed 450 milionami lat średnia temperatura wód oceanicznych wynosiła... 35–40 stopni Celsjusza. To o ponad 20 stopni więcej, niż obecnie. I w takich, wydawałoby się niekorzystnych, warunkach, życie w oceanach rozkwitało, a nawet różnicowało się. Dla biologów to coś, z czym nie potrafią sobie poradzić. Dla współczesnych organizmów są to ekstremalne temperatury, mówi Grossman.

Pozostało jeszcze przełożyć uzyskane lokalne wyniki na dane dla całego globu. Jeden z członków grupy Phantastic wpadł na prosty pomysł: wystarczy sprawdzić, jak wyglądała wówczas pokrywa lodowa na Ziemi, by dowiedzieć się, pomiędzy temperaturami wód na równiku i w pobliżu biegunów istniała aż tak wielka różnica.

Inni członkowie Phantastic wykorzystują zdobyte dane do lepszego skalibrowania modeli klimatycznych opisujących dawny klimat i testują modele przeprowadzając setki symulacji by sprawdzić, która z nich najlepiej zgadza się z danymi uzyskanymi z innych źródeł.

Niestety, Wingowi i Hubnerowi skończył się czas i muszą otwierać wystawę. Dlatego zaprezentują na niej wykres temperatur w wersji beta. To połączenie różnego rodzaju obserwacji, różnego rodzaju modeli, różnego rodzaju procedur badawczych i różnych założeń, przyznaje Wing. Jednak grupa Phantastic nie kończy pracy, a wersja beta zostanie zastąpiona gotową wersją wykresu gdy tylko będzie możliwe jej stworzenie. Jednak, jak podkreślają uczeni, nawet wersja beta powinna otworzyć ludziom oczy. To pokazuje, jak łatwo Ziemia może wejść w okres wysokich temperatur. Bo już takie okresy się zdarzały, mówi Grossman.

« powrót do artykułu