Legătura surprinzătoare dintre modelele orbitale ale Pământului și un eveniment antic de încălzire
O echipă internațională de oameni de știință a descoperit că modificările aduse orbitei Pământului, care au favorizat condiții mai calde, ar fi putut contribui la declanșarea unui eveniment de încălzire globală rapidă în urmă cu 56 de milioane de ani, cunoscut sub numele de Maximul Termic al Paleocenului – Eocen (PETM).
O echipă internațională de oameni de știință a sugerat că schimbările pe orbita Pământului care au dus la condiții mai calde ar fi putut juca un rol în declanșarea încălzirii globale rapide care a avut loc acum 56 de milioane de ani. Acest eveniment, cunoscut sub numele de Maximul termic Paleocen-Eocen (PETM), este considerat un analog al schimbărilor climatice moderne.
„Maximul termic din Paleocen-Eocen este cel mai apropiat lucru pe care îl avem în înregistrarea geologică de ceea ce trăim acum și putem experimenta în viitor cu schimbările climatice”, a spus Lee Kump, profesor de geoștiințe la Universitatea Penn State. „A existat mult interes pentru o mai bună rezolvare a acestei povești, iar munca noastră abordează întrebări importante despre ce a declanșat evenimentul și rata emisiilor de carbon”.
Echipa de oameni de știință a studiat probe de miez dintr-o înregistrare PETM bine conservată lângă coasta Maryland, folosind astrocronologia, o metodă de datare a straturilor sedimentare bazată pe modele orbitale care apar pe perioade lungi de timp, cunoscută sub numele de cicluri Milankovitch.
Victoria Fortiz (dreapta), apoi studentă absolventă la Penn State, și Jean Self-Trail, geolog cercetător la US Geological Survey, lucrează la un eșantion de bază de la situl Howards Tract din Maryland. Credit: Penn State
Ei au descoperit că forma orbitei Pământului sau excentricitatea și balansul în rotația sa, sau precesia sa, au favorizat condiții mai calde la începutul PETM și că aceste configurații orbitale împreună ar fi putut juca un rol în declanșarea evenimentului.
„Un declanșator orbital poate să fi dus la eliberarea de carbon care a provocat mai multe grade de încălzire globală în timpul PETM, spre deosebire de ceea ce este o interpretare mai populară când vulcanismul masiv a eliberat carbonul și a declanșat evenimentul”, a spus Kump, John Leone. . Decan al Colegiului de Științe ale Pământului și Mineralelor.
Rezultatele, publicate în jurnal
“This study allows us to refine our carbon cycle models to better understand how the planet reacts to an injection of carbon over these timescales and to narrow down the possibilities for the source of the carbon that drove the PETM,” said Mingsong Li, assistant professor in the School of Earth and Space Sciences at Peking University and a former assistant research professor of geosciences at Penn State who is lead author on the study.
A 6,000-year onset, coupled with estimates that 10,000 gigatons of carbon were injected into the atmosphere as the greenhouse gases carbon dioxide or methane, indicates that about one and a half gigatons of carbon were released per year.
“Those rates are close to an order of magnitude slower than the rate of carbon emissions today, so that is cause for some concern,” Kump said. “We are now emitting carbon at a rate that’s 5 to 10 times higher than our estimates of emissions during this geological event that left an indelible imprint on the planet 56 million years ago.”
The scientists conducted a time series analysis of calcium content and magnetic susceptibility found in the cores, which are proxies for changes in orbital cycles, and used that information to estimate the pacing of the PETM.
Earth’s orbit varies in predictable, calculable ways due to gravitational interactions with the sun and other planets in the solar system. These changes impact how much sunlight reaches Earth and its geographic distribution and therefore influence the climate.
“The reason there’s an expression in the geologic record of these orbital changes is because they affect climate,” Kump said. “And that affects how productive marine and terrestrial organisms are, how much rainfall there is, how much erosion there is on the continents, and therefore how much sediment is carried into the ocean environment.”
Erosion from the paleo Potomac and Susquehanna rivers, which at the onset of the PETM may have rivaled the discharge of the Amazon River, carried sediments to the ocean where they were deposited on the continental shelf. This formation, called the Marlboro Clay, is now inland and offers one of the best-preserved examples of the PETM.
“We can develop histories by coring down through the layers of sediment and extracting specific cycles that are creating this story, just like you could extract each note from a song,” Kump said. “Of course, some of the records are distorted and there are gaps — but we can use the same types of statistical methods that are used in apps that can determine what song you are trying to sing. You can sing a song and if you forget half the words and skip a chorus, it will still be able to determine the song, and we can use that same approach to reconstruct these records.”
Reference: “Astrochronology of the Paleocene-Eocene Thermal Maximum on the Atlantic Coastal Plain” by Mingsong Li, Timothy J. Bralower, Lee R. Kump, Jean M. Self-Trail, James C. Zachos, William D. Rush and Marci M. Robinson, 24 September 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-33390-x
The study was funded by the National Key R&D Program of China and the Heising-Simons Foundation.