Их результаты позволяют ученым-климатологам лучше понять взаимосвязь между сегодняшним повышением уровня углекислого газа в атмосфере – основного парникового газа – и средней глобальной температурой.
Последний ледниковый максимум, или LGM, был холодным периодом, когда огромные ледники покрывали примерно половину Северной Америки, Европы и Южной Америки, а также многие части Азии, в то время как флора и фауна, адаптированные к холоду, процветали.
«У нас есть много данных об этом периоде времени, потому что он изучается так долго», – сказала Джессика Тирни, доцент кафедры геонаук УАризоны. "Но один вопрос, на который наука давно хотела получить ответ, прост: насколько холодным был ледниковый период?"
Отслеживание температуры
Тирни – ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в журнале Nature, в которой было обнаружено, что средняя глобальная температура в ледниковый период была на 6 градусов Цельсия (11 F) ниже, чем сегодня. Для контекста средняя глобальная температура в 20-м веке составляла 14 ° C (57 F).
«По вашему личному опыту это может показаться незначительной разницей, но на самом деле это огромная перемена», – сказал Тирни.
Она и ее команда также создали карты, чтобы проиллюстрировать, как менялась разница температур в определенных регионах по всему миру.
"В Северной Америке и Европе самые северные части были покрыты льдом и были очень холодными.
Даже здесь, в Аризоне, было сильное похолодание, – сказал Тирни. «Но самое сильное похолодание было в высоких широтах, таких как Арктика, где было примерно на 14 C (25 F) холоднее, чем сегодня."
Их выводы соответствуют научному пониманию того, как полюса Земли реагируют на изменения температуры.
«Климатические модели предсказывают, что в высоких широтах потепление будет быстрее, чем в низких», – сказал Тирни. "Когда вы смотрите на прогнозы на будущее, над Арктикой становится действительно жарко. Это называется полярным усилением.
Точно так же во время LGM мы находим обратный паттерн. Более высокие широты просто более чувствительны к изменению климата и останутся таковыми в будущем."
Подсчет углерода
Знание температуры ледникового периода имеет значение, потому что оно используется для расчета чувствительности климата, то есть того, насколько глобальная температура изменяется в ответ на атмосферный углерод.
Тирни и ее команда определили, что на каждое удвоение содержания углерода в атмосфере глобальная температура должна увеличиваться на 3 раза.4 С (6.1 F), что находится в середине диапазона, предсказываемого климатическими моделями последнего поколения (1.8 к 5.6 C).
Уровни углекислого газа в атмосфере во время ледникового периода составляли около 180 частей на миллион, что очень мало.
До промышленной революции уровень содержания составлял около 280 частей на миллион, а сегодня он достиг 415 частей на миллион.
"Парижское соглашение хотело удерживать глобальное потепление на уровне не более 2.7 F (1.5 C) по сравнению с доиндустриальными уровнями, но при таком увеличении уровней углекислого газа было бы чрезвычайно трудно избежать более 3.6 F (2 C) потепления ", – сказал Тирни. "У нас уже есть около 2 F (1.1 C), но чем меньше тепла мы становимся, тем лучше, потому что система Земля действительно реагирует на изменения в углекислом газе."
Изготовление модели
Поскольку в ледниковый период не было термометров, Тирни и ее команда разработали модели для перевода данных, собранных из окаменелостей океанического планктона, в температуру поверхности моря.
Затем они объединили данные об окаменелостях с моделированием климата LGM, используя метод, называемый ассимиляцией данных, который используется в прогнозировании погоды.
«Что происходит в метеорологическом офисе, так это то, что они измеряют температуру, давление, влажность и используют эти измерения для обновления модели прогнозирования и предсказания погоды», – сказал Тирни. «Здесь мы используем климатическую модель Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо, чтобы составить ретроспективный прогноз LGM, а затем мы обновляем этот ретроспективный прогноз фактическими данными, чтобы предсказать, на что был похож климат."
В будущем Тирни и ее команда планируют использовать ту же технику для воссоздания теплых периодов в прошлом Земли.
«Если мы сможем реконструировать теплый климат прошлого, – сказала она, – то мы сможем начать отвечать на важные вопросы о том, как Земля реагирует на действительно высокие уровни углекислого газа, и улучшить наше понимание того, какие изменения климата могут произойти в будущем."
Исследование было поддержано Фондом Хайзингса-Саймонса и Национальным научным фондом.