一項新的合作研究展示了一條涵蓋4.85 億年的綜合溫度曲線，詳細描述了更大的歷史氣候變異性及其與二氧化碳水平的聯繫，強調了當前氣候變遷的加速速度和風險。史密森尼學會和亞利桑那大學的研究人員繪製出了過去4.85 億年來地球最詳細的溫度曲線，揭示了二氧化碳水平與全球溫度之間的顯著波動和密切關聯。

這個新認識強調了現代人為暖化的獨特速度，為全球生態系統和海平面帶來了風險。

由史密森尼學會和亞利桑那大學共同領導的一項新研究為我們提供了迄今為止最詳細的資料，讓我們了解地球表面溫度在過去4.85 億年裡是如何變化的。在9月19日發表在《科學》（Science）雜誌上的一篇論文中，包括史密森尼國家自然歷史博物館（Smithsonian’s National Museum of Natural History）的古生物學家斯科特-溫（Scott Wing ）和布萊恩-休伯（Brian Huber）在內的一組研究人員繪製了全球平均地表溫度（GMST）在深層時間–地球綿延數百萬年的遠古時代–的變化曲線。

新曲線顯示，在過去5.4 億年的地質年代中，地球溫度的變化比人們之前想像的要大，在這段時間裡，生命多樣化，在陸地上繁衍生息，並經歷了多次大滅絕。該曲線也證實，地球溫度與大氣中的二氧化碳含量密切相關。

由史密森尼學會和亞利桑那大學共同領導的一項新研究，為我們提供了迄今為止最詳盡的地球表面溫度在過去4.85 億年中的變化。在發表於《科學》（Science）雜誌的一篇論文中，一個研究小組繪製了全球平均地表溫度在深層時間–地球綿延數百萬年的遠古時代–的變化曲線。圖片來源：史密森尼學會Lucia RM Martino、James Di Loreto 與Fred Cochard

研究小組利用一種稱為資料同化的方法繪製了溫度曲線。這樣，研究人員就可以將地質記錄和氣候模型中的數據結合起來，從而對古代氣候有更全面的了解。

新論文的第一作者、美國國家自然歷史博物館和亞利桑那大學的前博士後研究員艾米麗-賈德說：「這種方法最初是為天氣預報而開發的。」在這裡，我們不是用它來預測未來的天氣，而是用它來預測古代的氣候。 “

了解現代氣候變遷的意義

研究地球溫度如何隨著時間的推移而波動，為了解現代氣候變遷提供了重要的背景資料。

博物館的古植物學館長榮說：”如果你研究過去的幾百萬年，你不會發現任何東西看起來像我們對2100年或2500年的預期，”他的研究重點是古新世-始新世熱極盛期，即5,500萬年前全球迅速暖化的時期。 “你需要更進一步追溯到地球真正溫暖的時期，因為這是我們更了解未來氣候變遷的唯一途徑。

被稱為有孔蟲的單細胞微小生物的化石記錄從今天一直延續到5 億多年前。雖然每種生物只有一個細胞，但它們利用海水中的礦物質在自身周圍形成複雜的外殼。這些貝殼積聚在開闊海洋海底下的沉積層中，以及曾經被海洋淹沒了數百萬年的大陸地區。透過研究這些古老生物外殼的化學成分，科學家可以了解早在人類進入地球之前的地球氣候，並深入了解過去的氣候是如何變化的。圖片來源：Brian Huber，史密森尼學會

歷史氣候趨勢與現代關切

新曲線顯示，新生代期間的溫度變化比以前想像的要大。在整個新生代，全球暖化潛勢的跨度在華氏52到97度（11-36攝氏度）之間。極熱時期往往與大氣中溫室氣體二氧化碳含量增加有關。

亞利桑那大學古氣候學家傑西卡-蒂爾尼（Jessica Tierney）是這篇新論文的合著者之一，她說：「這項研究清楚地表明，二氧化碳是控制整個地質年代全球氣溫的主導因素。

研究結果也顯示，地球目前的全球平均溫度為華氏59度（攝氏15度），比新生代大部分時間的溫度都要低。但是，人為氣候變遷造成的溫室氣體排放目前正以比新生代最快的暖化速度更快的速度使地球變暖。暖化的速度使世界各地的物種和生態系統面臨危險，並導致海平面迅速上升。新生代的其他一些快速氣候變遷事件也引發了大規模物種滅絕。

蒂爾尼說：”人類以及與我們共同生活在這個星球上的物種都適應寒冷的氣候。將我們迅速置於溫暖的氣候中是一件危險的事情。”

史密森尼國家自然歷史博物館的”大衛-科赫化石展廳–深邃的時光”（David H. Koch Hall of Fossils-Deep Time）佔地31，000 平方英尺，是一個恐龍和化石展廳，它將帶領參觀者穿越深邃的時光，探索遠古的生態系統，體驗動植物的進化過程，並近距離接觸約700 件標本。圖片來源：史密森尼學會Lucia RM Martino、Fred Cochard 與James Di Loreto

探索過去的氣候，為未來提供信息

這篇新論文是2018年開始的一項持續研究工作的一部分，當時Wing、Huber和史密森尼學會的其他研究人員正在幫助開發博物館的”大衛-科赫化石展廳–時間深處” 。新展廳旨在透過強調地球氣候在過去5 億年中的變化，將博物館的化石置於背景之中。例如，一些標本–包括在阿拉斯加發現的棕櫚葉化石–證明了在地球的過去，全球氣溫比現在高得多。

研究小組希望為博物館的參觀者提供一條曲線，描繪出地球在新生代（約5.4 億年前開始，一直延續至今）的全球平均溫度。但是，Wing 和Huber 驚訝地發現，這段時期還沒有可靠的溫度曲線。這主要是由於化石記錄的零散性。化石標本提供了一些遠古溫度的線索–例如，貝殼化石的化學成分提供了對遙遠過去海洋溫度的洞察力–但這些只是一個地區在單一時間的孤立快照。這就很難解讀全球的古代氣溫。

賈德說：”這就好比，當你只有寥寥幾塊拼圖時，卻要努力想像出一幅1000 塊拼圖的畫面。”

史密森尼國家自然史博物館古生物學部研究收藏的化石。圖片來源：Chip Clark

重建古代氣溫的挑戰

為了繪製一條跨越深部時間的溫度曲線，Wing、Huber和他們的同事啟動了PhanTASTIC（新生代技術平均表面溫度綜合曲線）計畫。 2018 年，博物館為來自全國各地的古氣候學家舉辦了研討會。 2020年，賈德來到博物館，擔任PhanTASTIC博士後研究員，領導此計畫。

為了繪製精確的曲線，PhanTASTIC 團隊使用了資料同化技術。氣象學家利用資料同化技術將溫度、濕度和風速等各種因素的觀測資料與天氣模式結合起來，從而做出更準確的預報。同樣，研究小組透過將地球不同地區的古代海洋溫度相關數據與過去氣候的電腦模擬相結合，重建了整個新生代不同時期的世界氣候快照。

研究小組從五種不同的地球化學檔案（或稱為”代用資料”）中整理出了15 萬多個已公佈的數據點，這些數據點記錄了保存在貝殼化石和其他類型的古代有機物中的古代海洋溫度。他們在布里斯託大學的同事根據大陸位置和大氣成分產生了850 多個模型模擬，模擬了地球氣候在遙遠過去的不同時期可能出現的情況。然後，研究人員利用數據同化技術將這兩種證據結合起來，繪製出更精確的曲線，顯示地球溫度在過去4.85 億年中的變化。

博物館有孔蟲（類似變形蟲的單細胞生物）館長休伯研究了微小的貝殼化石，以了解新生代最溫暖的白堊紀的環境條件。

休伯說：”我們都認為這不是最終的曲線。研究人員將繼續發現更多關於深層過去的線索，這將有助於在未來修正這條曲線。”

編譯自/ ScitechDaily