Peneliti paleoklimat MIT menemukan “bias pemanasan”

Para peneliti telah mengamati “distorsi pemanasan” selama 66 juta tahun terakhir yang dapat kembali ketika lapisan es menghilang.

Semakin jelas bahwa kondisi kekeringan yang berkepanjangan, panas yang memecahkan rekor, kebakaran hutan yang berkepanjangan, dan badai yang lebih sering dan lebih ekstrem dalam beberapa tahun terakhir adalah akibat langsung dari meningkatnya suhu global yang disebabkan oleh manusia yang menambahkan karbon dioksida ke atmosfer. Dan yang baru DENGAN Sebuah studi tentang peristiwa iklim ekstrim dalam sejarah geologi kuno menunjukkan bahwa planet saat ini bisa menjadi lebih tidak stabil saat menghangat.

Studi tersebut, diterbitkan pada 11 Agustus 2021, di Kemajuan ilmiah, meneliti catatan paleoklimat selama 66 juta tahun terakhir selama Era Kenozoikum, yang dimulai tak lama setelah dinosaurus punah. Para ilmuwan menemukan bahwa fluktuasi iklim bumi mengalami “distorsi pemanasan” yang mengejutkan selama waktu ini. Dengan kata lain, ada jauh lebih banyak peristiwa pemanasan – periode pemanasan global berkelanjutan yang berlangsung ribuan hingga puluhan ribu tahun – daripada peristiwa pendinginan. Selain itu, peristiwa pemanasan cenderung lebih ekstrem dengan perubahan suhu yang lebih besar daripada peristiwa pendinginan.

Para peneliti mengatakan satu penjelasan yang mungkin untuk bias pemanasan ini bisa menjadi “efek pengganda,” di mana pemanasan sederhana – dari gunung berapi, misalnya, melepaskan karbon dioksida ke atmosfer – secara alami mempercepat proses biologis dan kimia tertentu yang menyebabkan fluktuasi ini menguat. yang menyebabkan lebih banyak pemanasan rata-rata.

Menariknya, tim mengamati bahwa distorsi pemanasan ini menghilang sekitar 5 juta tahun yang lalu, sekitar waktu lapisan es mulai terbentuk di belahan bumi utara. Tidak jelas apa pengaruh es terhadap respons Bumi terhadap perubahan iklim. Tetapi dengan surutnya es Arktik hari ini, studi baru menunjukkan bahwa efek pengganda dapat terjadi lagi, dan hasilnya bisa menjadi amplifikasi lebih lanjut dari pemanasan global buatan manusia.

“Lapisan es di belahan bumi utara menyusut dan mungkin bisa menghilang sebagai konsekuensi jangka panjang dari aktivitas manusia,” kata penulis utama studi tersebut, Constantin Arnscheidt, seorang mahasiswa doktoral di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet MIT. “Penelitian kami menunjukkan bahwa ini pada dasarnya dapat membuat iklim bumi lebih rentan terhadap peristiwa pemanasan global jangka panjang yang ekstrem seperti yang diamati di masa lalu geologis.”

Rekan penulis studi Arnscheidt adalah Daniel Rothman, profesor geofisika di MIT dan salah satu pendiri dan direktur bersama MIT Lorenz Center.

Dorongan yang fluktuatif

Untuk analisis mereka, tim berkonsultasi dengan database sedimen besar yang mengandung foraminifera bentik laut dalam – organisme uniseluler yang telah ada selama ratusan juta tahun dan cangkang kerasnya terawetkan dalam sedimen. Komposisi cangkang ini dipengaruhi oleh suhu laut saat organisme tumbuh; kerang karena itu dianggap sebagai proxy yang dapat diandalkan untuk suhu kuno bumi.

Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah menganalisis komposisi cangkang ini, yang dikumpulkan di seluruh dunia dan diberi tanggal untuk periode waktu yang berbeda, untuk melacak bagaimana suhu bumi telah berubah selama jutaan tahun.

“Dalam menggunakan data ini untuk mempelajari peristiwa iklim ekstrem, sebagian besar penelitian berfokus pada puncak suhu tunggal yang besar, biasanya beberapa derajat. Celsius Pemanasan, ”kata Arnscheidt. “Sebaliknya, kami mencoba melihat statistik keseluruhan dan memperhitungkan semua fluktuasi terkait alih-alih memilih yang besar.”

Tim pertama kali melakukan analisis statistik data dan menemukan bahwa distribusi fluktuasi suhu global selama 66 juta tahun terakhir tidak menyerupai kurva lonceng standar, dengan ekor simetris yang mewakili probabilitas yang sama dari fluktuasi panas ekstrem dan fluktuasi dingin ekstrem. Sebaliknya, kurva itu terasa bengkok dan cenderung hangat daripada dingin. Kurva juga menunjukkan ekor yang lebih panjang, mewakili peristiwa hangat yang lebih ekstrem atau lebih tinggi suhunya daripada peristiwa dingin paling ekstrem.

“Itu menunjukkan bahwa ada semacam penguatan dibandingkan dengan apa yang Anda harapkan,” kata Arnscheidt. “Semuanya menunjuk pada sesuatu yang mendasar yang menyebabkan lonjakan ini atau memiliki kecenderungan terhadap peristiwa pemanasan.”

“Adalah adil untuk mengatakan bahwa sistem Bumi menjadi lebih tidak stabil dalam hal pemanasan,” tambah Rothman.

Pengganda pemanasan

Tim bertanya-tanya apakah bias pemanasan ini mungkin disebabkan oleh “suara ganda” dalam siklus iklim-karbon. Para ilmuwan telah lama memahami bahwa suhu yang lebih tinggi cenderung, sampai batas tertentu, mempercepat proses biologis dan kimia. Karena siklus karbon, yang merupakan pendorong penting fluktuasi iklim jangka panjang, terdiri dari proses-proses seperti itu, peningkatan suhu dapat menyebabkan fluktuasi yang lebih besar dan mendistorsi sistem ke arah peristiwa pemanasan ekstrem.

Ada sejumlah persamaan dalam matematika yang menggambarkan efek penguatan atau perkalian umum tersebut. Para peneliti menerapkan teori perkalian ini pada analisis mereka untuk melihat apakah persamaan dapat memprediksi distribusi asimetris, termasuk tingkat kemiringan dan panjang ekornya.

Pada akhirnya, mereka menemukan bahwa data dan kecenderungan pemanasan yang diamati dapat dijelaskan dengan teori perkalian. Dengan kata lain, sangat mungkin bahwa selama 66 juta tahun terakhir, periode pemanasan rendah, rata-rata, telah diperkuat oleh efek pengganda, seperti reaksi proses biologis dan kimia, yang terus menghangatkan planet ini.

Sebagai bagian dari penelitian, para peneliti juga memeriksa hubungan antara peristiwa pemanasan masa lalu dan perubahan orbit Bumi. Selama ratusan ribu tahun, orbit bumi mengelilingi matahari secara teratur menjadi kurang lebih elips. Namun, para ilmuwan bertanya-tanya mengapa banyak peristiwa pemanasan di masa lalu tampaknya bertepatan dengan perubahan ini, dan mengapa peristiwa ini menunjukkan pemanasan yang berlebihan dibandingkan dengan apa yang dapat disebabkan oleh perubahan orbit saja.

Jadi Arnscheidt dan Rothman membangun perubahan orbit Bumi ke dalam model perkalian dan analisis mereka tentang perubahan suhu Bumi, dan menemukan bahwa efek pengganda, rata-rata, dapat diprediksi meningkatkan peningkatan suhu yang sederhana karena perubahan orbit Bumi.

“Iklim memanas dan mendingin selaras dengan perubahan orbit, tetapi siklus orbit itu sendiri hanya akan memprediksi perubahan iklim sederhana,” kata Rothman. “Tetapi jika kita melihat model multiplikasi, maka pemanasan moderat, ditambah dengan efek pengganda ini, dapat menyebabkan peristiwa ekstrem yang cenderung terjadi bersamaan dengan perubahan orbital ini.”

“Manusia mendorong sistem baru,” tambah Arnscheidt. “Dan penelitian ini menunjukkan bahwa kita cenderung berinteraksi dengan efek alami yang menguatkan ini ketika kita menaikkan suhu.”

Referensi: “Asimetri peristiwa siklus karbon iklim Kenozoikum yang ekstrem” oleh Constantin W. Arnscheidt dan Daniel H. Rothman, 11 Agustus 2021, Kemajuan ilmiah.
DOI: 10.1126 / sciadv.abg6864

Penelitian ini didukung sebagian oleh MIT School of Science.