古代土壤礦物揭示了地球的氣候歷史

高溫和潮濕：ETH研究人員使用古老土壤中的礦物，重建了大約5500萬年前地球上普遍存在的氣候。他們的發現將幫助他們更好地評估未來的氣候。

在57到5500萬年前，被稱為古新世的地質時代結束了，并讓位給始新世。那時，大氣基本上被溫室氣體二氧化碳所淹沒，濃度水平達到1400 ppm至4,000 ppm。因此，不難想象地球上的溫度一定類似于桑拿房的溫度。那里又熱又濕，兩極帽上的冰完全消失了。

那個時代的氣候為研究人員提供了有關當今氣候如何發展的指示。工業化前大氣中的CO 2水平為280 ppm，而今天的水平為412 ppm。氣候科學家認為，到本世紀末，人類活動產生的CO 2排放量可能使這一數字上升至1,000 ppm。

來自蘇黎世聯邦理工學院，賓夕法尼亞州立大學和英國劍橋的CASP的一組研究人員使用從以前沼澤中采集的土壤樣品中的微小菱鐵礦礦物，重建了古新世末期和始新世初期的氣候。他們的研究剛剛發表在《自然地球科學》雜志上。

在無氧的土壤環境中形成的菱鐵礦礦物，在沼澤茂密的植被下生長，在新世和始新世的高溫和潮濕的海岸線上富含。

為了重建從赤道到極地地區的氣候條件，研究人員研究了來自13個不同地點的菱鐵礦。這些都位于北半球，涵蓋了從熱帶到北極的所有地理緯度。

濕度大

主要作者喬普·范·迪克(Joep van Dijk)說：“我們根據菱鐵礦樣本對氣候的重建表明，高溫的大氣層也伴隨著高水平的水分。”喬普·范·迪克(Joep van Dijk)于2015年至2018年在ETH教授Stefano Bernasconi在地質研究所完成了博士學位。

因此，在57至5500萬年前，今天哥倫比亞所處的赤道的年平均氣溫約為41°C。在北極西伯利亞，夏季平均氣溫為23°C。

顯微鏡下來自阿拉斯加的菱鐵礦晶體的薄片。圖片來源：華盛頓州立大學/西雅圖

研究人員使用他們的菱形“濕度計”還表明，在古新世和始新世時代，大氣中的全球水分含量或比濕度要比今天高得多。此外，水蒸氣在空氣中保留的時間更長，這是因為比濕的增加速度比蒸發和沉淀的速度大。但是，各地的比濕度增加并不相同。

由于他們可以從各個緯度接觸菱鐵礦，因此研究人員還能夠研究特定濕度的空間格局。他們發現熱帶和較高緯度地區的濕度會很高。

研究人員將此現象歸因于從亞熱帶輸送到這些區域的水蒸氣。在亞熱帶，比濕度上升最少。當蒸發增加時，降水減少。這導致更高水平的大氣水蒸氣，最終到達兩極和赤道。大氣中的蒸氣也伴隨著熱量。

今天，氣候科學家仍然觀察到水汽和熱量從亞熱帶流向熱帶的過程。范·迪克說：“在始新世期間，潛在的熱傳輸可能會更大。” 他補充說：“向高緯度地區輸送熱量的增加很可能有利于極地地區變暖的加劇。”

沒有足夠的時間去適應

這些新發現表明，當今的全球變暖與大氣中水分的運輸增加以及熱量的擴散密切相關。van Dijk解釋說：“大氣中的水分傳輸是增強極地地區變暖的關鍵過程。”

他指出：“盡管大氣中的CO 2含量要比今天高得多，但這些值的增加卻發生了數百萬年。” 他解釋說：“今天的情況有所不同。自工業化開始以來，人類在短短200年的時間里將大氣中的CO 2水平提高了一倍以上。” 過去，動植物有更多時間來適應不斷變化的氣候條件。范迪克說：“他們根本無法跟上當今的快速發展。”