الغوص العميق في 66 مليون سنة من بيانات ثاني أكسيد الكربون

ولم يتجاوز ثاني أكسيد الكربون تركيزاته الحالية منذ 14 مليون سنة، وتعمل انبعاثات الوقود الأحفوري الآن على ارتفاع درجة حرارة كوكب الأرض.

لقد بلغ ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي اليوم أعلى مستوياته منذ عدة ملايين من السنين على الأقل، وذلك بفضل حرق الوقود الأحفوري على نطاق واسع من قبل البشر على مدى القرنين الماضيين.

ولكن أين يقع التركيز الحالي للغازات الدفيئة في الغلاف الجوي ـ 419 جزءًا في المليون ـ في تاريخ الأرض؟

يقوم مجتمع دولي من العلماء، مع مساهمات رئيسية من علماء الجيولوجيا في جامعة يوتا، بفرز العلامات الوفيرة في السجل الجيولوجي التي توفر أدلة حول محتويات الغلاف الجوي القديم. وقد نشرت دراستهم الأولية مؤخرا في المجلة علومإعادة بناء ثاني أكسيد الكربون₂ وتعود التركيزات إلى حقب الحياة الحديثة، وهي الحقبة التي بدأت قبل 66 مليون سنة مع انقراض الديناصورات وظهور الثدييات.

تحتوي الأنهار الجليدية على فقاعات هواء توفر دليلاً مباشرًا للعلماء يعود تاريخ مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى 800 ألف عام، وفقًا لأستاذ الجغرافيا غابي بوين، أحد مؤلفي الدراسة. لكن هذا السجل لا يمتد إلى عمق الماضي الجيولوجي.

وقال بوين: “بمجرد أن تفقد الصفائح الجليدية، فإنك تفقد الأدلة المباشرة. ولم يعد لديك عينات من الغاز الجوي يمكنك تحليلها”. “لذا عليك الاعتماد على مصادر غير مباشرة، ما نسميه بالوكلاء. من الصعب العمل مع هؤلاء الوكلاء لأنهم غير مباشرين.

يمثل هذا الرسم تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض طوال عصر سينوزويك، من عصر ما قبل الصناعة قبل 65 مليون سنة. هذه تقديرات مبنية على الوكلاء المشفرين في السجل الجيولوجي. تمثل الأشرطة المرمزة بالألوان درجات الحرارة العالمية التي أعيد بناؤها من بيانات الوكيل المستقلة. يمثل الخط المتقطع حيث تصل تركيزات ثاني أكسيد الكربون اليوم إلى 420 جزء في المليون. الائتمان: غابي بوين، جامعة يوتا

“الوكلاء” في السجل الجيولوجي

وتشمل هذه الدلائل النظائر في المعادن، ومورفولوجيا الأوراق الأحفورية، وغيرها من الأدلة الجيولوجية التي تعكس كيمياء الغلاف الجوي. ينبع أحد هذه الدلائل من النتائج الأساسية التي توصل إليها الجيولوجي تيور سيرلينج، المؤلف المشارك للدراسة الجديدة، والذي أظهرت أبحاثه السابقة أن نظائر الكربون في التربة القديمة تمثل ثاني أكسيد الكربون في الماضي.₂ المواقف.

لكن قوة هؤلاء الوكلاء تختلف، ومعظمهم يتضمن أجزاء قصيرة من الماضي. ودعا الفريق البحثي شركة سينوزويك₂ برنامج تكامل الوكيلأو سينكو₂PIP، والترتيب جامعة كولومبيا شرعت عالمة المناخ باربيل هونيش في تقييم وتصنيف وتوليف الوكلاء المتاحين لإنشاء سجل عالي الدقة لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.₂.

“يمثل هذا بعضًا من الأساليب الأكثر شمولاً ودقة إحصائيًا لتفسير ثاني أكسيد الكربون₂ قال المؤلف المشارك داستن هاربر، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة كاليفورنيا في مختبر بوين: “في الـ 66 مليون سنة الماضية”. “إن بعض الوجبات السريعة الجديدة، سواء في المحيط أو على الأرض، قادرة على الجمع بين عدة وكلاء من أرشيفات رسوبية مختلفة، وهو ما لم يحدث أبدًا على هذا النطاق.”

البحث الجديد هو جهد مجتمعي يضم حوالي 90 عالما من 16 دولة. بتمويل من عشرات المنح من وكالات متعددة، تأمل المجموعة في إعادة بناء ثاني أكسيد الكربون في نهاية المطاف₂ ويعود تاريخ السجل إلى 540 مليون سنة، أي إلى فجر الحياة المعقدة.

في بداية الثورة الصناعية – عندما بدأ البشر في حرق الفحم، ثم النفط والغاز لتغذية اقتصادهم – كان ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي₂ كان حوالي 280 جزء في المليون. عندما يتم حرق هذا الوقود الأحفوري، يتم إطلاق غاز يحبس الحرارة في الهواء.

وبالنظر إلى المستقبل، من المتوقع أن ترتفع التركيزات بمقدار 600 إلى 1000 جزء في المليون بحلول عام 2100، اعتمادًا على معدل الانبعاثات المستقبلية. وليس من الواضح كيف ستؤثر هذه الظروف المستقبلية على المناخ.

ولكن هناك خريطة موثوقة للCO الماضي₂ وفقًا لأستاذ علم الأحياء بجامعة U ويليام أنديريك، مدير الجامعة، فإن المستويات ستساعد العلماء على التنبؤ بشكل أكثر دقة بما ستبدو عليه المناخات المستقبلية. مركز ويلكس للمناخ والسياسة.

وقال أنديريك: “هذا توليف مهم للغاية وله آثار على تغير المناخ في المستقبل، وخاصة العمليات والمكونات الرئيسية لنظام الأرض التي نحتاج إلى فهمها لحساب سرعة وحجم تغير المناخ”.

اليوم، 419 جزء في المليون هو أكبر كمية من ثاني أكسيد الكربون منذ 14 مليون سنة

عندما كانت الأرض مكانًا أكثر دفئًا في الماضي، ارتفعت مستويات ثاني أكسيد الكربون₂ وكان أعلى بكثير مما هو عليه الآن. ومع ذلك، فإن نسبة 419 جزءًا في المليون المسجلة اليوم تمثل ارتفاعًا حادًا وربما خطيرًا وغير مسبوق في التاريخ الجيولوجي الحديث.

“قبل 8 ملايين سنة من الوقت الحاضر، هناك احتمال بنسبة 5% لوصول ثاني أكسيد الكربون₂ قال بوين: “كانت المستويات أعلى مما هي عليه اليوم”.

وبعبارة أخرى، فإن النشاط البشري قد غيّر الغلاف الجوي بشكل كبير خلال بضعة أجيال. ونتيجة لذلك، تظهر النظم المناخية في جميع أنحاء العالم علامات اختلال مثيرة للقلق، مثل العواصف القوية، وحالات الجفاف الطويلة، وموجات الحرارة القاتلة، وتحمض المحيطات.

فهم قوي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي₂ يعد التباين في الزمن الجيولوجي أمرًا ضروريًا لفهم الجوانب المختلفة لتاريخ الأرض والتعرف عليها. التغيرات في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي₂ وربما ساهم المناخ في الانقراضات الجماعية والاكتشافات التطورية.

خلال حقب الحياة الحديثة، على سبيل المثال، حدث انخفاض طويل الأمد في ثاني أكسيد الكربون₂ وربما تسبب تبريد المناخ المرتبط بتغييرات في فسيولوجيا النبات، صِنف المنافسة والهيمنة التي أثرت على تطور الثدييات.

“فهم أكثر دقة للاتجاهات السابقة في ثاني أكسيد الكربون₂ وتقول الدراسة: “لذلك فهو أمر أساسي لفهم كيفية ظهور الأنواع والأنظمة البيئية الحديثة وكيف يمكن أن تعمل في المستقبل”.

ملحوظة: “نحو تاريخ حقب الحياة الحديثة لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي₂“اتحاد مشروع تكامل وكيل ثاني أكسيد الكربون في حقب الحياة الحديثة (CenCO2PIP)*†، باربيل هونيش، دانا إل. روير، دانييل أو. بريكر، براتيجيا جيه. بوليسار، غابرييل جيه. ماكلوين، ماثيو ج. كوهن، آن بيرسون، صامويل ر. فيلبس، كيفن د. أونو، آندي ريدويل، إيليني أناجنوستو، جاكلين أوسترمان، ماركوس بي إس بادجر، ريتشارد إس. باركلي، بيتر ك. بيجل، توماس ب. سالك، كريستوفر ر. سكوتيز، إلفين دي لا فيجا، روبرت إم. ديكونتو، كيلسي أ. النرد، فيكي فيريني، بيتر ج. فرانكس، كلوديا ف. جوليفي، ماركوس جودجار، داستن د. هاربر، لورا ل. هاينز، ماثيو هوبر، كاثرين إي. سنيل، بنيامين أ. جيسلينج، ويلفريد كونراد، تيم ك. لوينشتاين، ألبرتو مالينفيرنو، ماكسينز غييرميك، لوز ماريا ميخيا، جوزيف ن. ميليجان، جون ج. مورتون، لي نورد، روس وايتفورد، أنيتا روث-نيبيلشيك، جيريمي كيلتشيك، روجنشتاين، مورغان إف. شالر، ناثان د. شيلدون، سينثيا سوستيان، إليز ب. ويلكس، كيتلين ر. ويتكوفسكي، يي جي تشانغ، لويد أندرسون، ديفيد ج. بيرلينج، كلارا بولتون، دوري إي. سيرلينج، جينيفر م. كوتون، جيافي دا، دوغلاس د. إيكهاردت، جافين ل. فوستر، ديفيد ر. جرينوود، إيثان ج. هايلاند، إليوت أ. جاكنيكي، جون ب. جاسبر، جينيفر ب. كووالتشيك، لوتز كونزمان، ولفرام م. كورشنر، تشارلز إي. لورانس، كارولين ه. لير، ميغيل أ. مارتينيز-بوتي، دانييل ب. ماكسباور، باولو مونتانا، ب. ديفيد أ. كنوبفس، جيمس دبليو بي. راي، ماركوس ريتش، جريجوري ج. ريتولوك، سيمون ج. رينغ، أوسامو سيكي، جوليو سيبو. ، أشيش سينها، تيكي ف. ديسفاميكل، أرادنا تريباثي، يوهان فان دير بيرغ، جيمين يو، جيمس سي. تشاتشوس وليمينغ تشانغ، 8 ديسمبر 2023، علوم.
دوى: 10.1126/science.adi5177