34 millió évvel ezelőtt jelentős átalakuláson ment keresztül a Föld klímája: a több tízmillió éve tartó melegebb éghajlatot hidegebb váltotta fel, ami a kelet-antarktiszi jégtakaró kialakulásához vezetett. Ezt a viszonylag hirtelen lehűlést a légköri szén-dioxid-szint csökkenése okozhatta egy új kutatás szerint, ami megerősíti a korábbi eredményeket.

A hétfőn a Nature Geoscience folyóiratban közölt kutatás délkelet-Ausztrália egykori szárazföldi hőmérsékletét rekonstruálta az ősi klímaváltozás okait meghatározó klímamodellek felhasználásával. Vittoria Lauretano és kollégáinak munkája egy 42 millió évvel ezelőttől 32 millió évvel ezelőttig tartó periódust vizsgál, beleértve a kérdéses, 34 millió éve az eocén és oligocén geológiai időszakokat elválasztó eocén-oligocén átmenetet (EOT, Eocene–Oligocene Transition).

A déli félgömbön lezajlott eocén-oligocén átmenetet eddig főleg a Csendes-óceán délnyugati részéről és az Antarktiszhoz közeli vizekből származó hőmérsékleti rekonstrukciók alapján dokumentálták, a tengerek egykori felszíni hőmérsékletének (SST, sea surface temperature) rekonstrukciója alapján. Az új kutatás most ezen változtat két, Ausztrália délkeleti részén található lignitrétegben végzett geokémiai vizsgálat segítségével. Ezek arra utalnak, hogy a területen a szárazföldi éves középhőmérséklet 2,4 fokkal csökkent az eocén-oligocén átmenet során, nagyjából összhangban a tengeri mérésekkel. Mindez hozzásegíti a kutatókat a drámai éghajlatváltozás kiváltó okainak megértéséhez.

Thomas Weterhold és kollégái az eocén-oligocén átmenetet egy tavaly a Science-ben megjelent tanulmányukban a kréta-végi kihalástól napjainkig a Föld legnagyobb hatású éghajlati változásának nevezték, amely az eocén elejének forró és közepének meleg éghajlatát követte. Az átmenet globális szinten több fokos lehűlést hozott, a hideg éghajlati állapotba billentette a Földet és az Antarktisz nagymértékű eljegesedését okozta. A következő néhány millió évben kisebb megfordulásokkal ezt további lehűlés követte, és ez elvezetett a 2,6 millió éve kezdődő és máig tartó negyedidőszaki jégkorszakhoz, amelyet kiterjedt jégtakarók jellemeznek a Föld északi és déli féltekéin.

Az új eredmények amellett, hogy kiegészítik eddigi képünket bolygónk történetének egyik fontos periódusáról, ismét rávilágítanak a légkör szén-dioxid-koncentrációjának központi klímaformáló szerepére. Amint arról korábban írtunk, az éghajlat üvegházhatású gázok szintjére való érzékenységét fejezi ki a klímaszenzitivitás (ECS, equilibrium climate sensitivity) fogalma is. Ennek értelmében ha az emberiség az ipari forradalom előtti szinthez képest megkétszerezi ezek légköri mennyiségét 2100-ig, ami jelenleg reálisnak tűnik, 2,3-4,5 fok közti felmelegedéssel kell számolni.

Több adat kellett az ősi éghajlatváltozás okainak megértéséhez

Eddig kevés olyan rekonstrukció készült a Föld déli féltekéjéről, amely időben lefedte az eocén-oligocén átmenetet, és azok többnyire tengeri hőmérsékleti adatokon alapultak, ami megnehezítette annak eldöntését, hogy milyen folyamat vezetett az ősi éghajlatváltozáshoz.

Amint Lauretano és kollégái összefoglalták, kutatásuk előtt két hipotézis volt uralkodó. Egyrészt a lehűlésért felelhetett az Antarktisz körüli nyugati széláramlás (ACC, Antarctic Circumpolar Current) nevű tengeráramlat kialakulása, ami elszigetelte a déli kontinenst a melegebb vizektől. Alternatív módon a lehűlést kiválthatta a légköri szén-dioxid-szint csökkenése, ami az Antarktisz nagy területeinek eljegesedéséhez vezetett.

A szakemberek ezúttal egy majdnem folytonos, a szárazföldi éves átlaghőmérsékletet rögzítő adatsort publikáltak. Ehhez a délkelet-ausztráliai Gippsland és Torquay medencékben végeztek geokémiai méréseket, két, 41-33 millió éve keletkezett lignitrétegben.

A mérések baktériumok sejtmembránjai által hátrahagyott lipidmolekulákból indulnak ki, és ezek egyes az éves átlaghőmérséklettel és a pH-viszonyokkal összefüggő jellemzőit vizsgálják. A szóban forgó molekulák után brGDGT-nek nevezett módszer lehetővé teszi a területen adott időszakban uralkodó paleohőmérséklet rekonstrukcióját. Mivel a feltárások tőzegrétegekben zajlottak, a szakemberek egy ezekre specifikus kalibrációval pontosították a kapott hőmérsékleti adatsorukat, +- 4,7 fokos bizonytalanságot elérve.

A rekonstrukció alapján az eocén közepén, 41 millió évvel ezelőtt a régióban 27 fok volt az éves átlaghőmérséklet (+- 4,7 fok). Az eocén vége felé, 37 millió évvel ezelőtt 24 fokra (+- 4,7 fok) csökkent, majd fokozatosan tovább esett, egészen az eocén legvégéig. Ekkor a hőmérsékleti adatsor megnövekedett változékonyságot mutat, amit a kutatók egy dinamikusabb éghajlat jeleként értelmeznek, amit az antarktiszi eljegesedés kezdete válthatott ki.

Az oligocén elején, nagyjából 34 millió éve az átlagos hőmérséklet 20 fok volt (+-4,7 fok) a régióban. Emellett a vizsgált geológiai réteg jellemzői nagyfokú tengerszintcsökkenésről árulkodnak, ami a kutatók szerint az első nagyobb-kiterjedésű antarktiszi eljegesedéssel lehet összefüggésben.

A szén-dioxid-szint csökkenése magyarázza a legjobban a hőmérséklet változást

A hőmérsékleti adatsor alapján az eocén-oligocén átmenet 2,4 fokos lehűléssel járt, és ez a kutatók szerint nagyrészt egybevág más, a déli félgömbről származó mérések eredményeivel (korrigálva földrajzi eltérésekre és bizonytalansági tényezőkre). További, az északi földgömb különböző helyeiről származó paleohőmérsékleti adatok is kisebb-nagyobb fokú lehűlésről árulkodnak.

A kutatók szerint ezért megállapítható, hogy a tengeri és szárazföldi hőmérsékletek trendjei nagyjából egybevágnak az EOT időszakban, ami közös kiváltó mechanizmusra utal. Annak kiderítésére, hogy ez mi lehet, a HadCM3BL éghajlati modell segítségével különböző forgatókönyveket szimuláltak. Ezek alapján elemezni tudták az antarktiszi eljegesedés, a földtani változások és a szén-dioxid-koncentráció csökkenésének hatásait, és össze tudták őket vetni a kutatás során megállapított 2,4 fokos lehűléssel.

Kiderült, hogy a földtani változások és az eljegesedés szimulált hatásai nagyon rosszul passzolnak az adatokra, és a valós méréseket a legjobban a szén-dioxid-szint csökkenése adja vissza. Egészen pontosan úgy tűnik, hogy a lehűlés valós értékére legjobban a szén-dioxid-szint 260-380 ppm (a molekulák száma egymillió részecskére vetítve) koncentrációval való csökkenése illeszkedik.

Összességben a kutatók szerint a tengeri és szárazföldi hőmérsékleti adatsorok alapján az a legvalószínűbb, hogy a szén-dioxid-szint jelentős csökkenése felelt a széleskörű antarktiszi eljegesedéshez vezető lehűlésért. Ezt szerintük a klímamodellekkel végzett vizsgálataik is igazolják, így a kutatás ismét felhívja a figyelmet a légköri szén-dioxid-szint kulcsfontosságú éghajlatformáló szerepére.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: