Science正刊最新研究揭示地球表面温度演变史!

科技   2024-09-22 00:01   贵州  

近日,一项发表在《科学》杂志上的最新研究揭示了地球表面温度在过去4.85亿年间的演变历史。这项研究利用数据同化技术,结合地质数据和气候模型模拟,重建了地球表面温度的长期变化趋势。结果表明地球温度变化幅度远超此前预期,最高温度曾达到36℃,最低温度则为11℃。温室气候在地球历史上占据主导地位,而大气二氧化碳浓度是驱动温度变化的最主要因素。该研究为了解地球气候变化历史、预测未来气候变化趋势提供了重要的科学依据。




地球表面温度是衡量地球气候变化的重要指标,对于理解地球历史、预测未来气候变化趋势至关重要。长期以来,科学家们一直致力于重建地球表面温度的演变历史,以便更深入地了解地球气候系统是如何运作的。
过去的研究主要依赖于两种方法来重建地球温度:一是利用地质数据,例如化石、沉积物等,推断过去的气候状况;二是利用地球系统模型模拟不同时期地球的气候变化。然而,这两种方法都存在局限性。基于地质数据的方法受限于数据的时空分布不均,且随着地质年代的久远,数据可靠性也会下降;而基于地球系统模型的方法则需要对边界条件(例如温室气体浓度、冰盖体积等)进行假设,而这些条件在远古时期难以准确约束。
为了克服上述局限性,研究人员开发了一种名为PhanDA的新方法,利用数据同化(Data Assimilation,DA)技术,将地质数据与地球系统模型模拟结果相结合,重建了地球表面温度在过去4.85亿年间的演变历史。地刊速览总结了该研究主要内容,具体如下:
PhanDA 研究主要利用了以下数据:地质数据:主要来自PhanSST数据库,他是一个关于显生宙时期海水表面温度的全球性数据库。该数据库包含了大量来自海洋沉积物中提取的地球化学指标,例如氧同位素、镁/钙比值等,这些指标可以用来推断过去的海水表面温度。
研究人员使用了英国哈德利中心开发的HadCM3L模型,该模型能够模拟大气、海洋、植被等多个子系统的相互作用,并能够提供全球尺度的温度变化信息。HadCM3L 是 Hadley Centre Coupled Model, version 3L 的缩写,是由英国气象局哈德利中心开发的一种耦合气候模型。它是一个能够模拟地球气候系统各个组成部分(包括大气、海洋、陆地表面、海冰和植被)之间相互作用的复杂计算机模型。
研究人员利用一种名为“集合卡尔曼滤波”(Ensemble Kalman Filter)的算法,将地质数据与模型模拟结果进行统计整合,从而重建了不同时期地球表面温度的空间分布和时间变化趋势。
研究结果显示地球表面温度在过去 4.85 亿年间变化幅度较大,最高温度出现在晚白垩世土伦阶(Turonian),约为 36℃,最低温度则出现在更新世晚期,约为 11℃。地球历史上温室气候占据主导地位,时间占比约为41%,而冰室气候则占据 31% 的时间。大气二氧化碳浓度是驱动地球表面温度变化的最主要因素,两者之间存在显著的正相关关系。
PhanDA 提供了迄今为止最为详细的地球表面温度演变历史,为研究地球气候系统演变规律提供了重要依据。通过量化过去不同时期大气二氧化碳浓度与地球表面温度之间的关系,该研究有助于提高未来气候变化预测的精度。地球温度变化对生命演化有着重要影响,研究结果为研究地球生命演化历史提供了新的视角。
总而言之,该研究为我们了解地球气候变化历史、预测未来气候变化趋势提供了重要的科学依据,并为地球科学研究开辟了新的方向。


论文信息:

Emily J. Judd et al.A 485-million-year history of Earth’s surface temperature. Science385, eadk3705 (2024). DOI:10.1126/science.adk3705


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