Ein tiefer Einblick in CO2-Daten aus 66 Millionen Jahren

Dank der Emissionen fossiler Brennstoffe, die den Planeten jetzt erwärmen, war die Kohlendioxidkonzentration seit 14 Millionen Jahren nicht mehr so ​​hoch wie heute.

Dank der weit verbreiteten Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen in den letzten Jahrhunderten ist der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre heute auf dem höchsten Stand seit mindestens mehreren Millionen Jahren.

Aber wo passen 419 Teile pro Million (ppm) – die aktuelle Konzentration des Treibhausgases in der Atmosphäre – in die Erdgeschichte?

Das ist eine Frage, die eine internationale Wissenschaftlergemeinschaft unter Beteiligung von Geologen der University of Utah mit wichtigen Beiträgen beantwortet, indem sie eine Vielzahl von Markierungen in den geologischen Aufzeichnungen untersucht, die Hinweise auf den Inhalt antiker Atmosphären geben. Ihre erste Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht WissenschaftRekonstruktion von CO₂ Konzentrationen reichen bis ins Känozoikum zurück, das Zeitalter, das mit dem Untergang der Dinosaurier und dem Aufstieg der Säugetiere vor 66 Millionen Jahren begann.

Laut Gabe Bowen, Geologieprofessor an der U-Bahn und einem der Korrespondenzautoren der Studie, enthalten Gletscher Luftblasen, was Wissenschaftlern einen direkten Beweis für CO2-Werte liefert, die 800.000 Jahre zurückreichen. Diese Aufzeichnung reicht jedoch nicht sehr tief in die geologische Vergangenheit.

„Sobald Sie die Eiskerne verlieren, verlieren Sie direkte Beweise. „Sie haben keine atmosphärischen Gasproben mehr, die Sie analysieren können“, sagte Bowen. „Man muss sich also auf indirekte Beweise verlassen, die wir Proxys nennen. Und es ist schwierig, mit diesen Stellvertretern zu arbeiten, weil sie indirekt sind.“

Diese Grafik zeigt die atmosphärischen CO2-Konzentrationen der Erde, ausgedrückt in Teilen pro Million (ppm), im gesamten Känozoikum von der vorindustriellen Zeit bis 65 Millionen Jahre. Hierbei handelt es sich um Schätzungen, die auf in den geologischen Aufzeichnungen kodierten Näherungswerten basieren. Die farbcodierten Balken stellen die globale Temperatur dar, die aus unabhängigen Proxy-Daten rekonstruiert wurde. Die gestrichelte Linie stellt dar, wo die CO2-Konzentration heute bei 420 ppm liegt. Bildnachweis: Gabe Bowen, University of Utah

„Proxies“ in der geologischen Aufzeichnung

Zu diesen Proxys gehören Isotope in Mineralien, die Morphologie versteinerter Blätter und andere geologische Beweise, die die Chemie der Atmosphäre widerspiegeln. Einer der Proxies geht auf die grundlegenden Entdeckungen des U-Geologen Thure Cerling zurück, der selbst Co-Autor der neuen Studie ist. Seine früheren Forschungen ergaben, dass Kohlenstoffisotope in alten Böden auf vergangenes CO hinweisen₂ Ebenen.

Die Stärke dieser Stellvertreter ist jedoch unterschiedlich und die meisten decken nur schmale Ausschnitte der Vergangenheit ab. Das Forschungsteam nannte das känozoische CO₂ Proxy-Integrationsprojekt oder CenCO₂PIP und organisiert von Universität von Columbia Die Klimaforscherin Bärbel Hönisch machte sich daran, verfügbare Proxys auszuwerten, zu kategorisieren und zu integrieren, um eine hochpräzise Aufzeichnung des atmosphärischen CO2 zu erstellen₂.

„Dies stellt einige der umfassendsten und statistisch ausgefeiltesten Ansätze zur Interpretation von CO dar.“₂ in den letzten 66 Millionen Jahren“, sagte Co-Autor Dustin Harper, ein U-Postdoktorand in Bowens Labor. „Einige der neuen Erkenntnisse sind, dass wir mehrere Proxys aus verschiedenen Sedimentarchiven kombinieren können, sei es im Meer oder an Land, und das wurde in diesem Maßstab wirklich noch nicht gemacht.“

Die neue Forschung ist eine Gemeinschaftsinitiative, an der rund 90 Wissenschaftler aus 16 Ländern beteiligt sind. Die Gruppe wird durch Dutzende Zuschüsse von mehreren Agenturen finanziert und hofft, das CO schließlich rekonstruieren zu können₂ 540 Millionen Jahre zurück bis zum Beginn des komplexen Lebens.

Zu Beginn der industriellen Revolution – als die Menschen begannen, Kohle zu verbrennen, dann Öl und Gas, um ihre Wirtschaft anzutreiben – atmosphärisches CO₂ lag bei etwa 280 ppm. Bei der Verbrennung dieser fossilen Brennstoffe wird das Wärmespeichergas in die Luft freigesetzt.

Mit Blick auf die Zukunft wird erwartet, dass die Konzentrationen bis zum Jahr 2100 auf 600 bis 1.000 ppm ansteigen werden, abhängig von der Rate künftiger Emissionen. Es ist nicht genau klar, welchen Einfluss diese künftigen Werte auf das Klima haben werden.

Aber eine zuverlässige Karte des vergangenen CO zu haben₂ Laut William Anderegg, Biologieprofessor an der U-Bahn und Direktor des Wilkes Center for Climate & Policy an der U-Bahn, könnten diese Werte Wissenschaftlern dabei helfen, genauer vorherzusagen, wie das zukünftige Klima aussehen könnte.

„Dies ist eine unglaublich wichtige Synthese und hat auch Auswirkungen auf den zukünftigen Klimawandel, insbesondere auf die Schlüsselprozesse und Komponenten des Erdsystems, die wir verstehen müssen, um die Geschwindigkeit und das Ausmaß des Klimawandels vorherzusagen“, sagte Anderegg.

Der heutige Wert von 419 ppm ist der höchste CO2-Wert seit 14 Millionen Jahren

Zu Zeiten in der Vergangenheit, als die Erde ein weitaus wärmerer Ort war, stiegen die CO-Werte₂ waren viel höher als jetzt. Dennoch stellen die heute gemessenen 419 ppm einen steilen und möglicherweise gefährlichen Anstieg dar und sind in der jüngeren geologischen Geschichte beispiellos.

„Bis 8 Millionen Jahre vor heute besteht vielleicht eine 5-prozentige Chance, dass CO₂ Die Werte waren höher als heute“, sagte Bowen, „aber wir müssen wirklich 14 Millionen Jahre zurückgehen, bevor wir Werte sehen, von denen wir glauben, dass sie denen von heute entsprechen.“

Mit anderen Worten: Die menschliche Tätigkeit hat die Atmosphäre innerhalb weniger Generationen erheblich verändert. Infolgedessen zeigen Klimasysteme auf der ganzen Welt alarmierende Anzeichen von Störungen, wie zum Beispiel starke Stürme, anhaltende Dürreperioden, tödliche Hitzewellen und Ozeanversauerung.

Ein solides Verständnis des atmosphärischen CO₂ Variationen im Laufe der geologischen Zeit sind auch wichtig, um verschiedene Merkmale der Erdgeschichte zu entschlüsseln und daraus zu lernen. Veränderungen des atmosphärischen CO₂ und das Klima trugen wahrscheinlich zu Massenaussterben sowie zu evolutionären Innovationen bei.

Während des Känozoikums kam es beispielsweise zu langfristigen Rückgängen des CO₂ und die damit verbundene Klimaabkühlung könnten zu Veränderungen in der Pflanzenphysiologie geführt haben, Spezies Konkurrenz und Dominanz, was wiederum Auswirkungen auf die Evolution der Säugetiere hatte.

„Ein verfeinertes Verständnis vergangener CO-Trends₂ ist daher von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung moderner Arten und Ökosysteme in der Zukunft“, heißt es in der Studie.

Referenz: „Auf dem Weg zu einer känozoischen Geschichte des atmosphärischen CO.“₂” von The Cenozoic CO2 Proxy Integration Project (CenCO2PIP) Consortium*†, Bärbel Hönisch, Dana L. Royer, Daniel O. Breecker, Pratigya J. Polissar, Gabriel J. Bowen, Michael J. Henehan, Ying Cui, Margret Steinthorsdottir, Jennifer C. McElwain, Matthew J. Kohn, Ann Pearson, Samuel R. Phelps, Kevin T. Uno, Andy Ridgwell, Eleni Anagnostou, Jacqueline Austermann, Marcus PS Badger, Richard S. Barclay, Peter K. Bijl, Thomas B. Chalk, Christopher R. Scotese, Elwyn de la Vega, Robert M. DeConto, Kelsey A. Dyez, Vicki Ferrini, Peter J. Franks, Claudia F. Giulivi, Marcus Gutjahr, Dustin T. Harper, Laura L. Haynes, Matthew Huber, Kathryn E. Snell, Benjamin A. Keisling, Wilfried Konrad, Tim K. Lowenstein, Alberto Malinverno, Maxence Guillermic, Luz María Mejía, Joseph N. Milligan, John J. Morton, Lee Nordt, Ross Whiteford, Anita Roth-Nebelsick, Jeremy KC Rugenstein, Morgan F. Schaller, Nathan D. Sheldon, Sindia Sosdian, Elise B. Wilkes, Caitlyn R. Witkowski, Yi Ge Zhang, Lloyd Anderson, David J. Beerling, Clara Bolton, Thure E. Cerling, Jennifer M. Cotton, Jiawei Da, Douglas D. Ekart, Gavin L. Foster, David R. Greenwood, Ethan G. Hyland, Elliot A. Jagniecki, John P. Jasper, Jennifer B. Kowalczyk, Lutz Kunzmann, Wolfram M. Kürschner, Charles E. Lawrence , Caroline H. Lear, Miguel A. Martínez-Botí, Daniel P. Maxbauer, Paolo Montagna, B. David A. Naafs, James WB Rae, Markus Raitzsch, Gregory J. Retallack, Simon J. Ring, Osamu Seki, Julio Sepúlveda , Ashish Sinha, Tekie F. Tesfamichael, Aradhna Tripati, Johan van der Burgh, Jimin Yu, James C. Zachos und Laiming Zhang, 8. Dezember 2023, Wissenschaft.
DOI: 10.1126/science.adi5177