تلاشی بلندپروازانه برای درک آب و هوای زمین در طول ۴۸۵ میلیون سال گذشته، تاریخی از تغییرات شدید و دماهای بسیار بالاتر از آنچه دانشمندان قبلاً تصور می‌کردند را آشکار کرده است - یادآوری از میزان تغییری که سیاره قبلاً تحمل کرده و هشداری درباره سرعت بی‌سابقه گرمایش ناشی از انسان.
به گفته نویسندگان، این جدول زمانی که روز پنجشنبه در مجله Science منتشر شد، دقیق‌ترین بازسازی از دماهای گذشته زمین است که تاکنون تولید شده است. این جدول که با ترکیب بیش از ۱۵۰۰۰۰ قطعه شواهد فسیلی با مدل‌های آب و هوایی پیشرفته ایجاد شده است، ارتباط نزدیک بین دی‌اکسید کربن و دماهای جهانی را نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که جهان برای بیشتر تاریخ حیات پیچیده جانوری در وضعیتی بسیار گرمتر قرار داشته است.
این مطالعه نشان می‌دهد که در گرم‌ترین حالت خود، میانگین دمای زمین به ۹۶.۸ درجه فارنهایت (۳۶ درجه سانتیگراد) رسیده است - بسیار بالاتر از ۵۸.۹۶ درجه فارنهایت (۱۴.۹۸ درجه سانتیگراد) تاریخی که سیاره سال گذشته به آن رسید.
امیلی جاد، محقق دانشگاه آریزونا و اسمیتسونیان متخصص در آب و هوای باستانی و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت که افشاگری‌ها در مورد گذشته سوزان زمین دلیل دیگری برای نگرانی در مورد تغییرات آب و هوایی مدرن است. این جدول زمانی نشان می‌دهد که چگونه تغییرات سریع و چشمگیر دما با بسیاری از بدترین لحظات جهان مرتبط بوده است - از جمله یک انقراض دسته‌جمعی که تقریباً ۹۰ درصد از تمام گونه‌ها را از بین برد و برخورد سیارکی که دایناسورها را کشت.
جاد گفت: "ما می‌دانیم که این رویدادهای فاجعه‌بار ... چشم‌انداز زندگی را تغییر می‌دهند." "وقتی محیط به این سرعت گرم می‌شود، حیوانات و گیاهان نمی‌توانند با آن همگام شوند."
او افزود که در هیچ نقطه‌ای از نزدیک به نیم میلیارد سالی که جاد و همکارانش تجزیه و تحلیل کردند، زمین به سرعتی که اکنون در حال تغییر است، تغییر نکرده است:
"به همان روشی که یک سیارک عظیم به زمین برخورد می‌کند، کاری که ما اکنون انجام می‌دهیم بی‌سابقه است."
۴۸۵ میلیون سال آشفتگی دما
این جدول زمانی تقریباً تمام فانروزوئیک را در بر می‌گیرد - دوره زمین‌شناسی که با ظهور موجودات چند سلولی غیر میکروسکوپی آغاز شد و تا امروز ادامه دارد.
جس تیرنی، دانشمند آب و هوا در دانشگاه آریزونا و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت که این جدول زمانی آب و هوای جهانی را به تصویر می‌کشد که پویاتر و شدیدتر از آنچه محققان تصور می‌کردند، بوده است. در مقایسه با نمودارهایی که صرفاً بر اساس مدل‌های آب و هوایی هستند که تمایل دارند نوسانات کوچکتر و کندتری را در دماها به تصویر بکشند، جدول زمانی جدید پر از جهش‌های ناگهانی و تغییرات ناگهانی است.
اما، مطابق با دهه‌ها تحقیقات گذشته در مورد آب و هوا، این نمودار به طور دقیق به تخمین‌های دی‌اکسید کربن در جو پایبند است، با افزایش دما متناسب با غلظت گازهای گرمازا.
تیرنی گفت: "دی‌اکسید کربن واقعاً آن دکمه اصلی است." "این یک پیام مهم است ... از نظر درک اینکه چرا انتشار گازهای گلخانه‌ای از سوخت‌های فسیلی امروزه یک مشکل است."
در ابتدای جدول زمانی، حدود ۴۸۵ میلیون سال پیش، زمین در آب و هوایی قرار داشت که به عنوان آب و هوای گلخانه‌ای شناخته می‌شود، بدون کلاهک‌های یخی قطبی و میانگین دما بالاتر از ۸۶ درجه فارنهایت (۳۰ درجه سانتیگراد). اقیانوس‌ها مملو از نرم‌تنان و بندپایان بودند و اولین گیاهان تازه شروع به گرفتن جای پا در خشکی کرده بودند.
دما در طول ۳۰ میلیون سال بعد به آرامی شروع به کاهش کرد، زیرا دی‌اکسید کربن جو از هوا گرفته شد، قبل از اینکه حدود ۴۴۴ میلیون سال پیش به وضعیتی که دانشمندان آن را حالت سردخانه‌ای می‌نامند، سقوط کند. صفحات یخی در سراسر قطب‌ها گسترش یافتند و دماهای جهانی بیش از ۱۸ درجه فارنهایت (۱۰ درجه سانتیگراد) کاهش یافت. تصور می‌شود که این خنک‌سازی سریع باعث اولین "پنج انقراض بزرگ" زمین شده است - حدود ۸۵ درصد از گونه‌های دریایی با کاهش سطح دریا و تغییر شیمی اقیانوس‌ها ناپدید شدند.
یک تغییر حتی چشمگیرتر در پایان دوره پرمین، حدود ۲۵۱ میلیون سال پیش رخ داد. فوران‌های آتشفشانی عظیم میلیاردها تن دی‌اکسید کربن را وارد جو کردند و باعث شدند دمای سیاره در حدود ۵۰۰۰۰ سال حدود ۱۸ درجه فارنهایت (۱۰ درجه سانتیگراد) افزایش یابد. باران اسیدی در سراسر قاره‌ها بارید. اکوسیستم‌های دریایی با داغ شدن بیش از حد اقیانوس‌ها و تخلیه اکسیژن فروپاشیدند.
تیرنی گفت: "ما می‌دانیم که این بدترین انقراض در فانروزوئیک است." "به طور مشابه، ما باید نگران گرمایش انسانی باشیم زیرا بسیار سریع است. ما دمای زمین را با سرعتی تغییر می‌دهیم که فراتر از هر چیزی است که می‌دانیم."
این مطالعه همچنین روشن می‌کند که شرایطی که انسان‌ها به آن عادت کرده‌اند کاملاً متفاوت از شرایطی است که بر تاریخ سیاره ما غالب بوده است. این تحقیق نشان می‌دهد که برای بیشتر دوران فانروزوئیک، میانگین دما از ۷۱.۶ درجه فارنهایت (۲۲ درجه سانتیگراد) فراتر رفته است و یخ کمی یا اصلاً در قطب‌ها وجود نداشته است. آب و هوای سردخانه‌ای - از جمله آب و هوای فعلی ما - تنها ۱۳ درصد از زمان‌ها غالب بوده است.
جاد گفت: "این یکی از هشیارکننده‌ترین مکاشفه‌های این تحقیق است. زندگی روی زمین آب و هوایی بسیار گرمتر از آب و هوایی را تحمل کرده است که مردم اکنون از طریق انتشار گازهای گلخانه‌ای ایجاد می‌کنند. اما انسان‌ها در سردترین دوره فانروزوئیک تکامل یافته‌اند، زمانی که میانگین دماهای جهانی به اندازه ۵۱.۸ درجه فارنهایت (۱۱ درجه سانتیگراد) پایین بوده است."
دانشمندان می‌گویند، بدون اقدام سریع برای مهار انتشار گازهای گلخانه‌ای، دماهای جهانی می‌تواند تا پایان قرن به نزدیک ۶۲.۶ درجه فارنهایت (۱۷ درجه سانتیگراد) برسد - سطحی که در جدول زمانی از دوره میوسن، بیش از ۵ میلیون سال پیش، دیده نشده است.
جاد گفت: "ما تمدن خود را حول آن مناظر زمین‌شناسی یک سردخانه ساختیم." "بنابراین حتی اگر آب و هوا گرمتر بوده است، انسان‌ها در آب و هوای گرمتری زندگی نکرده‌اند و پیامدهای زیادی وجود دارد که انسان‌ها در این دوره با آن روبرو هستند."
یک معمای دیرینه‌شناسی
این پروژه تقریباً یک دهه پیش، زمانی آغاز شد که دانشمندان اسمیتسونیان در حال توسعه یک سالن فسیلی جدید برای موزه ملی تاریخ طبیعی بودند. در انحراف از بیشتر نمایشگاه‌های دیرینه‌شناسی دیگر، که تمایل دارند عجیب و غریب بودن دایناسورها و دیگر موجودات باستانی را برجسته کنند، سالن جدید به دنبال ترسیم موازی‌هایی بین گذشته زمین و تغییرات آب و هوایی که امروزه اتفاق می‌افتد بود.
اما زمانی که متصدیان تصمیم گرفتند یک نمودار از دمای زمین در طول فانروزوئیک نصب کنند، متوجه شدند که هیچ جدول زمانی واحدی وجود ندارد. اگرچه دانشمندان می‌توانستند تخمین‌هایی را که از مجموعه‌های داده‌های پراکنده و بازسازی‌های فواصل زمانی کوتاه‌تر گرفته شده بود، سرهم‌بندی کنند، اما این رویکرد فضای زیادی برای عدم قطعیت‌ها و خطاها باقی می‌گذاشت.
اسکات وینگ، متصدی گیاهان فسیلی موزه و یکی از نویسندگان مطالعه جدید، گفت: "این از نظر علمی بسیار رضایت‌بخش نبود." او و همکارانش می‌خواستند تخمینی از آب و هوای گذشته را به "روشی از نظر آماری دقیق" ایجاد کنند.
اولین کار ایجاد یک پایگاه داده از شاخص‌های آب و هوایی بود - تکه‌هایی از شواهد فسیلی که نشان می‌دهند جهان زمانی چگونه بوده است. به عنوان مثال، تنوع اکسیژن موجود در دندان‌های موجودات منقرض شده شبیه مارماهی که به عنوان کونودونت‌ها شناخته می‌شوند، منعکس‌کننده دمای آب در اقیانوس‌هایی است که در آن زندگی می‌کردند. ترکیب شیمیایی چربی‌های جلبک‌های باستانی نشان می‌دهد که چگونه دیواره‌های سلولی خود را برای مقابله با گرما ساخته‌اند.
با این حال، پایگاه داده به شواهدی از اقیانوس‌ها محدود شد، که تنها ۷۰ درصد از سطح سیاره را پوشش می‌دهند. و هر شاخص می‌توانست دما را تنها در یک نقطه خاص در یک نقطه زمانی خاص نشان دهد. جاد گفت، حتی با ۱۵۰۰۰۰ نقطه داده، مانند تلاش برای جمع‌آوری یک پازل اره‌ای با تنها ۱ درصد از قطعات بود.
محققان می‌توانستند با استفاده از یک مدل آب و هوایی تصویر بهتر و بزرگ‌تری به دست آورند - اما این شبیه‌سازی‌ها ممکن است بر اساس فرضیاتی که در مورد رفتار زمین می‌کردند، بسیار متفاوت باشند، و دانشمندان هیچ راهی برای دانستن اینکه کدام نتیجه درست است، نداشتند. بنابراین تیم به تکنیکی به نام جذب داده روی آورد، که شواهد دنیای واقعی را با مدل‌های آب و هوایی ترکیب می‌کند تا نتایج دقیق‌تر و دقیق‌تری به دست دهد.
جاد گفت: "این روشی برای ادغام ریاضی آن تعداد انگشت شماری از قطعات پازل با آن تصاویر احتمالی و یافتن این است که این قطعات به چه تصویری تعلق دارند؟"
اگرچه جذب داده به طور گسترده برای پیش‌بینی‌های آب و هوایی مدرن استفاده می‌شود و برای ایجاد بازسازی دما در طول دوره‌های کوتاه‌تر استفاده شده است، اما جدول زمانی که روز پنجشنبه منتشر شد، طولانی‌ترین و دقیق‌ترین جدولی است که دانشمندان تاکنون تولید کرده‌اند.
بنجامین میلز، محقق آب و هوای دیرینه در دانشگاه لیدز در انگلستان که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت که این جدول زمانی همچنین دقیق‌تر از تخمین‌های دیگر است، زیرا از رویکرد جذب داده استفاده می‌کند.
میلز در تحلیلی که در کنار جدول زمانی منتشر شد، نوشت: "این به ارزیابی فرآیندهای محرک تغییرات دمای طولانی‌مدت و مکانیسم‌های طبیعی تثبیت یا بی‌ثبات‌سازی آب و هوای زمین کمک خواهد کرد."
'تمام چیزهایی که نمی‌دانیم'
وینگ گفت که جدول زمانی جدید دما به همان اندازه که پاسخ می‌دهد، سؤالاتی را نیز مطرح می‌کند. یافتن میانگین دماهای جهانی بیش از ۳۵ درجه سانتیگراد نشان می‌دهد که برخی از نقاط سیاره حتی گرمتر بوده‌اند - به عنوان مثال، در گرم‌ترین بخش‌های دوره کرتاسه، میانگین دما در مناطق داخلی قاره‌ها ممکن است به ۱۲۲ درجه فارنهایت (۵۰ درجه سانتیگراد) رسیده باشد. حتی مقاوم‌ترین گونه‌های مدرن نیز در چنین محیط خفقان‌آوری پژمرده می‌شوند.
وینگ گفت: "این نشانه‌ای از تمام چیزهایی است که ما در مورد نحوه عملکرد آب و هوای گلخانه‌ای نمی‌دانیم."
او افزود، شاید موجوداتی که در دوره‌های گلخانه‌ای تکامل یافته‌اند، بسیار بهتر از گیاهان و حیواناتی که امروزه زندگی می‌کنند، با گرمای شدید سازگار شده‌اند. یا شاید دماهای جهانی در طول آن دوره‌ها بسیار یکنواخت‌تر بوده‌اند و مناطق کمی بسیار سردتر یا گرمتر از میانگین شده‌اند.
مایکل مان، دانشمند آب و هوا در دانشگاه پنسیلوانیا که به دلیل تحلیل‌هایش از دماهای جهانی گذشته شناخته شده است، گفت که او نیز از این پیشنهاد که سیاره تا این حد گرم شده است، شگفت‌زده شده است.
او در ایمیلی نوشت که این یافته از نگرانی بسیاری از دانشمندان مبنی بر اینکه حلقه‌های بازخورد در سیستم زمین می‌توانند منجر به دماهای بسیار بالاتری نسبت به پیش‌بینی اکثر مدل‌های آب و هوایی شوند، حمایت می‌کند. اما همچنین ممکن است که جذب داده گرمایش بیش از حد را فرض کند و عوامل مفقود شده‌ای را که ممکن است از یک اثر گلخانه‌ای افسارگسیخته جلوگیری کنند، از دست بدهد.
مان گفت: "در حالی که من نویسندگان را برای این مطالعه بلندپروازانه و متفکرانه تحسین می‌کنم، اما در مورد نتایج خاص و کمی آن تردید دارم."
وینگ تصدیق کرد که کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد. او و همکارانش قصد دارند با افزودن داده‌ها از شاخص‌های مبتنی بر خشکی، مانند برگ‌های فسیلی، به پالایش جدول زمانی ادامه دهند. آنها همچنین امیدوارند که به محققانی که در تلاشند تغییرات آب و هوایی آینده را مدل‌سازی کنند، با اجازه دادن به آنها برای بررسی دوره‌های گرمتر از گذشته زمین کمک کند.
و برای میلیاردها نفری که اکنون در حال زندگی در گرم‌ترین سال‌هایی هستند که تاکنون ثبت شده است - و با آینده‌ای گرمتر روبرو هستند - جاد گفت که جدول زمانی باید به عنوان یک زنگ بیدارباش عمل کند. حتی در بدترین سناریوها، گرمایش ناشی از انسان زمین را فراتر از مرزهای سکونت‌پذیری نخواهد برد. اما شرایطی را ایجاد خواهد کرد که با هیچ چیز در ۳۰۰۰۰۰ سالی که گونه ما وجود داشته است، مطابقت ندارد - شرایطی که می‌تواند در اکوسیستم‌ها و جوامع ویرانی به بار آورد.
جاد گفت: "تا زمانی که یک یا دو موجود زنده زنده بمانند، همیشه زندگی وجود خواهد داشت. من نگران آن نیستم." "نگرانی من این است که زندگی انسان چگونه به نظر می‌رسد. بقا به چه معناست."