كيف تغيرت درجة حرارة الأرض على مدى الـ 500 مليون سنة الماضية

تقدم دراسة حديثة منحنى جديدًا لمتوسط ​​درجة حرارة السطح العالمية، وتكشف أن درجة حرارة الأرض قد تباينت أكثر مما كان يعتقد سابقًا على مدى جزء كبير من عصر الفانروزوي – وهي الفترة التي تميزت بتنوع الحياة، واستعمار الأرض، والانقراضات الجماعية المتعددة.

ويؤكد المنحنى أيضًا أن درجة حرارة الأرض ترتبط ارتباطًا وثيقًا بكمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

دراسة درجة حرارة الأرض في الماضي

بدأ العصر الفانروزوي منذ حوالي 540 مليون سنة مع الانفجار الكامبري، وهو الوقت الذي ظهرت فيه الكائنات الحية المعقدة ذات القشرة الصلبة لأول مرة في السجل الأحفوري.

ورغم أن الباحثين قادرون على إنشاء محاكاة تعود إلى هذا العصر، فإن منحنى درجة الحرارة في الدراسة يركز على آخر 485 مليون سنة بسبب البيانات المحدودة لدرجات الحرارة الجيولوجية من فترات سابقة.

قالت جيسيكا تيرني، عالمة المناخ القديم بجامعة أريزونا، والمؤلفة المشاركة في الدراسة: “من الصعب العثور على صخور قديمة إلى هذا الحد وتحتوي على مؤشرات لدرجة الحرارة محفوظة فيها – حتى قبل 485 مليون سنة، ليس لدينا الكثير منها. لقد كنا مقيدين بمدى ما يمكن أن نعود إليه ” .

نُشرت الدراسة في مجلة Science .

تطوير منحنى درجة الحرارة

قام الباحثون بتطوير منحنى درجة الحرارة باستخدام نهج يسمى استيعاب البيانات، سمحت لهم هذه الطريقة بدمج البيانات من السجل الجيولوجي ونماذج المناخ لإنشاء فهم أكثر تماسكًا للمناخات القديمة .

وقالت إيميلي جود، المؤلفة الرئيسية للدراسة وباحثة ما بعد الدكتوراه السابقة في المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي سميثسونيان وجامعة أريزونا: “تم تطوير هذه الطريقة في الأصل للتنبؤ بالطقس”، “بدلاً من استخدامه للتنبؤ بالطقس المستقبلي، فإننا هنا نستخدمه للتنبؤ بالمناخات القديمة”.

تحسين فهم العلماء لكيفية تقلب درجة حرارة الأرض على مر الزمن يوفر سياقًا حاسمًا لفهم تغير المناخ الحديث.

النظر إلى الوراء للتنبؤ بالمستقبل

سكوت وينج هو أحد مؤلفي الدراسة وهو أمين قسم علم النبات القديم في متحف سميثسونيان الوطني للتاريخ الطبيعي.

وقال وينج “إذا كنت تدرس المليوني سنة الماضية، فلن تجد أي شيء يشبه ما نتوقعه في عام 2100 أو 2500”.

“علينا أن نعود إلى فترات أبعد عندما كانت الأرض دافئة حقًا، لأن هذه هي الطريقة الوحيدة التي سنتمكن بها من الحصول على فهم أفضل لكيفية تغير المناخ في المستقبل.”

ثاني أكسيد الكربون هو المحرك الأكبر لدرجات الحرارة

يكشف المنحنى الجديد أن درجات الحرارة تغيرت بشكل أكثر أهمية خلال الـ485 مليون سنة الماضية عما كان يعتقد سابقًا.

خلال هذه الفترة، تراوحت درجات الحرارة العالمية بين 52 و97 درجة فهرنهايت. وكانت فترات الحرارة الشديدة مرتبطة في أغلب الأحيان بارتفاع مستويات غاز ثاني أكسيد الكربون المسبب للانحباس الحراري في الغلاف الجوي.

وقال تيرني “يوضح هذا البحث بوضوح أن ثاني أكسيد الكربون هو المتحكم الرئيسي في درجات الحرارة العالمية عبر الزمن الجيولوجي. فعندما يكون ثاني أكسيد الكربون منخفضًا، تكون درجة الحرارة باردة؛ وعندما يكون ثاني أكسيد الكربون مرتفعًا، تكون درجة الحرارة دافئة”.

ارتفاع درجات الحرارة بسرعة على الأرض

وتظهر النتائج أيضًا أن درجة حرارة الأرض العالمية الحالية البالغة 59 درجة فهرنهايت أصبحت أكثر برودة مما كانت عليه خلال معظم عصر الفانروزوي.

ومع ذلك، فإن انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري الناجمة عن تغير المناخ الناجم عن الأنشطة البشرية تعمل حاليًا على ارتفاع درجة حرارة الكوكب بمعدل أسرع بكثير من أسرع أحداث الاحترار في ذلك العصر، كما يقول الباحثون.

إن هذا الاحترار السريع يشكل خطراً على الأنواع والنظم البيئية في جميع أنحاء العالم ويتسبب في ارتفاع سريع في مستويات سطح البحر. وقد أدت بعض حلقات التغير المناخي السريع الأخرى خلال العصر الفانروزوي إلى انقراضات جماعية .

تطور البشر في مناخ أكثر برودة

التحرك السريع نحو مناخ أكثر دفئاً قد يشكل خطراً على البشر، الذين عاشوا في الغالب ضمن نطاق 10 درجات فهرنهايت لدرجات الحرارة العالمية، مقارنة بنطاق 45 درجة على مدى الـ 485 مليون سنة الماضية.

وأشار تيرني إلى أن “نوعنا بأكمله تطور إلى مناخ ‘بيت جليدي’، وهو ما لا يعكس معظم التاريخ الجيولوجي”.

“إننا نغير المناخ إلى مكان خارج السياق بالنسبة للبشر. لقد كان الكوكب أكثر دفئًا ويمكن أن يكون أكثر دفئًا – لكن البشر والحيوانات لا يمكنهم التكيف بهذه السرعة.”

درجة حرارة الأرض العالمية عبر العصر الفانروزوي

بدأ التعاون بين تيرني والباحثين في معهد سميثسونيان في عام 2018.

كان هدف الفريق هو تزويد زوار المتحف بمنحنى يوضح درجة حرارة الأرض العالمية عبر العصر الفانروزوي، الذي بدأ منذ حوالي 540 مليون سنة ويستمر حتى يومنا هذا.

جمع الباحثون أكثر من 150 ألف تقدير لدرجات الحرارة القديمة، تم حسابها من خمسة مؤشرات كيميائية مختلفة محفوظة في قواقع متحجرة وأنواع أخرى من المواد العضوية القديمة.

وقد قام زملاؤهم في جامعة بريستول بإنشاء أكثر من 850 محاكاة نموذجية لكيفية ظهور مناخ الأرض في فترات مختلفة في الماضي البعيد، استناداً إلى مواقع القارات وتكوين الغلاف الجوي.

منحنى دقيق لتغيرات درجة حرارة الأرض

ومن خلال الجمع بين هذين الخطين من الأدلة، تمكن الفريق من إنشاء المنحنى الأكثر دقة لكيفية تغير درجة حرارة الأرض على مدى الـ 485 مليون سنة الماضية.

وتتعلق نتيجة أخرى مهمة من الدراسة بحساسية المناخ، وهو مقياس لمدى ارتفاع درجة حرارة المناخ مع مضاعفة ثاني أكسيد الكربون .

“لقد وجدنا أن ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة ليسا مرتبطين بشكل وثيق فحسب، بل إنهما مرتبطان بنفس الطريقة عبر 485 مليون سنة. ولا نرى أن المناخ يكون أكثر حساسية عندما يكون الجو حارًا أو باردًا”، كما استنتج تيرني.