Peneliti paleoklimat MIT menemukan ‘bias pemanasan’

Para peneliti mencatat “bias pemanasan” selama 66 juta tahun terakhir yang mungkin kembali jika lapisan es menghilang.

Semakin jelas bahwa kondisi kekeringan yang berkepanjangan, panas yang belum pernah terjadi sebelumnya, kebakaran hutan yang terus-menerus, dan badai yang sering dan lebih berbahaya dalam beberapa tahun terakhir adalah akibat langsung dari pemanasan global yang disebabkan oleh manusia yang menambahkan karbon dioksida ke atmosfer. baru Dengan Sebuah studi tentang peristiwa cuaca ekstrem dalam sejarah kuno Bumi menunjukkan bahwa planet saat ini mungkin menjadi lebih tidak stabil karena terus menghangat.

Studi tersebut, diterbitkan pada 11 Agustus 2021, di kemajuan ilmu pengetahuan, meneliti catatan paleoklimat dalam 66 juta tahun terakhir, selama Era Kenozoikum, yang dimulai tak lama setelah kepunahan dinosaurus. Para ilmuwan menemukan bahwa selama periode ini, fluktuasi iklim Bumi mengalami “bias pemanasan” yang tiba-tiba. Dengan kata lain, ada lebih banyak peristiwa pemanasan global – periode pemanasan yang berkepanjangan, yang berlangsung dari 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 penjelasan yang mungkin untuk bias pemanasan ini mungkin terletak pada “efek pengganda,” di mana tingkat pemanasan yang kecil – misalnya dari gunung berapi yang melepaskan karbon dioksida ke atmosfer – mempercepat proses biologis dan kimia tertentu yang meningkatkan fluktuasi ini, yang mengarah ke , rata-rata, untuk pemanasan lebih lanjut.

Menariknya, tim mencatat bahwa bias pemanasan global ini menghilang sekitar 5 juta tahun yang lalu, sekitar waktu lapisan es mulai terbentuk di belahan bumi utara. Tidak jelas apa efek es terhadap respons Bumi terhadap perubahan iklim. Tetapi dengan surutnya es Arktik hari ini, studi baru menunjukkan bahwa efek riak mungkin muncul kembali, dan hasilnya bisa menjadi amplifikasi lebih lanjut dari pemanasan global yang disebabkan oleh manusia.

“Lapisan es di belahan bumi utara menyusut, dan mereka bisa menghilang sebagai akibat jangka panjang dari tindakan manusia,” kata penulis utama studi Konstantin Arnschedt, seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer dan Planet di MIT. “Penelitian kami menunjukkan bahwa ini pada dasarnya dapat membuat iklim Bumi lebih rentan terhadap fenomena pemanasan global jangka panjang yang ekstrem seperti yang terlihat di masa lalu geologis.”

Studi Arnscheidt ditulis bersama oleh Daniel Rothman, profesor geofisika di MIT, dan salah satu pendiri dan direktur bersama MIT’s Lorenz Center.

impuls yang mudah menguap

Untuk analisis mereka, tim berkonsultasi dengan database besar sedimen yang mengandung foraminifera bentik laut dalam – organisme bersel tunggal yang telah ada selama ratusan juta tahun dan cangkang kerasnya terawetkan dalam sedimen. Pembentukan cangkang ini dipengaruhi oleh suhu laut saat organisme tumbuh; Oleh karena itu, kerang adalah proksi yang andal untuk suhu Bumi purba.

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

“Saat menggunakan data ini untuk mempelajari peristiwa cuaca ekstrem, sebagian besar penelitian berfokus pada peningkatan suhu individu yang besar, biasanya beberapa derajat. Celsius “Sebaliknya, kami mencoba melihat statistik keseluruhan dan melihat semua volatilitas yang relevan, daripada memilih ayunan besar,” kata Arnschedt.

Tim awalnya melakukan analisis statistik data dan mencatat bahwa selama 66 juta tahun terakhir, distribusi fluktuasi suhu global tidak menyerupai kurva lonceng standar, dengan ekor simetris yang mewakili probabilitas yang sama dari kehangatan ekstrem dan dingin ekstrem. fluktuasi. Sebaliknya, kurva itu terasa tidak seimbang, lebih condong ke arah peristiwa hangat daripada peristiwa dingin. Kurva juga menunjukkan ekor yang jauh lebih panjang, mewakili peristiwa hangat yang lebih ekstrem, atau dengan suhu yang lebih tinggi, daripada peristiwa dingin paling intens.

“Ini menunjukkan bahwa ada semacam amplifikasi relatif terhadap apa yang Anda harapkan sebaliknya,” kata Arnscheidt. “Semuanya menunjuk pada sesuatu yang mendasar yang menyebabkan dorongan ini, atau bias terhadap peristiwa pemanasan global.”

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

pengganda pemanasan

Tim bertanya-tanya apakah bias pemanasan global ini mungkin merupakan hasil dari “kebisingan ganda” dalam siklus iklim dan karbon. Para ilmuwan telah lama menyadari bahwa suhu yang lebih tinggi, sampai batas tertentu, cenderung mempercepat proses biologis dan kimia. Karena siklus karbon, yang merupakan pendorong utama fluktuasi iklim jangka panjang, itu sendiri terdiri dari proses tersebut, peningkatan suhu dapat menyebabkan fluktuasi yang lebih besar, bias sistem terhadap peristiwa pemanasan ekstrim.

Dalam matematika, ada satu set persamaan yang menggambarkan amplifikasi umum atau efek pengganda seperti itu. Para peneliti menerapkan teori perkalian ini dalam analisis mereka untuk melihat apakah persamaan dapat memprediksi distribusi asimetris, termasuk tingkat kemiringan dan panjang ekornya.

Pada akhirnya, mereka menemukan bahwa data, dan bias yang diamati terhadap pemanasan global, dapat dijelaskan oleh teori penggandaan. Dengan kata lain, sangat mungkin bahwa selama 66 juta tahun terakhir, periode pemanasan sedang rata-rata telah ditingkatkan oleh efek pengganda, seperti respons terhadap proses biologis dan kimia yang semakin menghangatkan planet ini.

Sebagai bagian dari penelitian, para peneliti juga melihat hubungan antara peristiwa pemanasan masa lalu dan perubahan orbit Bumi. Selama ratusan ribu tahun, orbit Bumi mengelilingi Matahari secara teratur menjadi kurang lebih elips. Tetapi para ilmuwan bertanya-tanya mengapa begitu banyak peristiwa pemanasan sebelumnya bertepatan dengan perubahan ini, dan mengapa peristiwa ini begitu tinggi dibandingkan dengan apa yang akan dilakukan oleh perubahan pada orbit Bumi dengan sendirinya.

Oleh karena itu, Arnscheidt dan Rothman memasukkan perubahan orbit Bumi ke dalam model pengganda dan analisis mereka tentang perubahan suhu Bumi, dan menemukan bahwa efek pengganda dapat memperkuat, rata-rata, pemanasan sedang karena perubahan orbit Bumi.

“Iklim menghangat dan mendingin bersamaan dengan perubahan tropis, tetapi siklus tropis itu sendiri hanya akan memprediksi perubahan iklim yang sedang,” kata Rothman. “Tetapi jika kita mempertimbangkan model pengganda, pemanasan sederhana, dikombinasikan dengan efek pengganda ini, dapat menyebabkan peristiwa ekstrem yang cenderung terjadi pada saat yang sama dengan perubahan tropis ini.”

“Manusia memaksakan ketertiban dengan cara baru,” tambah Arnscheidt. “Dan penelitian ini menunjukkan bahwa ketika kita meningkatkan suhu, kita cenderung berinteraksi dengan efek alami yang diperkuat ini.”

Referensi: “Asimetri Peristiwa Siklus Iklim – Karbon Ekstrim Kenozoikum” oleh Konstantin W. Arnstedt dan Daniel H. Rothman, 11 Agustus 2021, Tersedia di sini. kemajuan ilmu pengetahuan.
DOI: 10.1126 / sciadv.abg6864

Penelitian ini didukung, sebagian, oleh MIT College of Science.