古代土壤矿物揭示了地球的气候历史

高温和潮湿：ETH研究人员使用古老土壤中的矿物，重建了大约5500万年前地球上普遍存在的气候。他们的发现将帮助他们更好地评估未来的气候。

在57到5500万年前，被称为古新世的地质时代结束了，并让位给始新世。那时，大气基本上被温室气体二氧化碳所淹没，浓度水平达到1400 ppm至4,000 ppm。因此，不难想象地球上的温度一定类似于桑拿房的温度。那里又热又湿，两极帽上的冰完全消失了。

那个时代的气候为研究人员提供了有关当今气候如何发展的指示。工业化前大气中的CO 2水平为280 ppm，而今天的水平为412 ppm。气候科学家认为，到本世纪末，人类活动产生的CO 2排放量可能使这一数字上升至1,000 ppm。

来自苏黎世联邦理工学院，宾夕法尼亚州立大学和英国剑桥的CASP的一组研究人员使用从以前沼泽中采集的土壤样品中的微小菱铁矿矿物，重建了古新世末期和始新世初期的气候。他们的研究刚刚发表在《自然地球科学》杂志上。

在无氧的土壤环境中形成的菱铁矿矿物，在沼泽茂密的植被下生长，在新世和始新世的高温和潮湿的海岸线上富含。

为了重建从赤道到极地地区的气候条件，研究人员研究了来自13个不同地点的菱铁矿。这些都位于北半球，涵盖了从热带到北极的所有地理纬度。

湿度大

主要作者乔普·范·迪克(Joep van Dijk)说：“我们根据菱铁矿样本对气候的重建表明，高温的大气层也伴随着高水平的水分。”乔普·范·迪克(Joep van Dijk)于2015年至2018年在ETH教授Stefano Bernasconi在地质研究所完成了博士学位。

因此，在57至5500万年前，今天哥伦比亚所处的赤道的年平均气温约为41°C。在北极西伯利亚，夏季平均气温为23°C。

显微镜下来自阿拉斯加的菱铁矿晶体的薄片。图片来源：华盛顿州立大学/西雅图

研究人员使用他们的菱形“湿度计”还表明，在古新世和始新世时代，大气中的全球水分含量或比湿度要比今天高得多。此外，水蒸气在空气中保留的时间更长，这是因为比湿的增加速度比蒸发和沉淀的速度大。但是，各地的比湿度增加并不相同。

由于他们可以从各个纬度接触菱铁矿，因此研究人员还能够研究特定湿度的空间格局。他们发现热带和较高纬度地区的湿度会很高。

研究人员将此现象归因于从亚热带输送到这些区域的水蒸气。在亚热带，比湿度上升最少。当蒸发增加时，降水减少。这导致更高水平的大气水蒸气，最终到达两极和赤道。大气中的蒸气也伴随着热量。

今天，气候科学家仍然观察到水汽和热量从亚热带流向热带的过程。范·迪克说：“在始新世期间，潜在的热传输可能会更大。” 他补充说：“向高纬度地区输送热量的增加很可能有利于极地地区变暖的加剧。”

没有足够的时间去适应

这些新发现表明，当今的全球变暖与大气中水分的运输增加以及热量的扩散密切相关。van Dijk解释说：“大气中的水分传输是增强极地地区变暖的关键过程。”

他指出：“尽管大气中的CO 2含量要比今天高得多，但这些值的增加却发生了数百万年。” 他解释说：“今天的情况有所不同。自工业化开始以来，人类在短短200年的时间里将大气中的CO 2水平提高了一倍以上。” 过去，动植物有更多时间来适应不断变化的气候条件。范迪克说：“他们根本无法跟上当今的快速发展。”