Tämä artikkeli on julkaistu ensimmäisen kerran elokuussa 2014, ja sitä on päivitetty siten, että se sisältää sen jälkeen julkaistua uutta tutkimusta. Tämä artikkeli on kaksiosainen sarja menneistä lämpötiloista, mukaan lukien siitä, kuinka lämmin maa on ollut ” viime aikoina.”

4,54 miljardia vuotta vanha planeettamme koki todennäköisesti kuumimmat lämpötilansa alkuaikoinaan, jolloin se vielä törmäsi muihin aurinkokuntaa kiertäviin kiviroskiin (planetesimaaleihin). Näiden törmäysten kuumuus olisi pitänyt maan sulana, ja ilmakehän huipulla lämpötila olisi noussut 3 600 asteeseen.

jo noiden ensimmäisten paahtavien vuosituhansien jälkeen planeetta on kuitenkin ollut usein paljon nykyistä lämpimämpi. Yksi lämpimimmistä ajoista oli geologisella kaudella, joka tunnetaan Neoproterotsooisena kautena, 600-800 miljoonaa vuotta sitten. Olosuhteet olivat myös usein helteiset 500-250 miljoonaa vuotta sitten. Viimeisen 100 miljoonan vuoden aikana tapahtui kaksi suurta hellepiikkiä.: liitukauden kuuma kasvihuone (noin 92 miljoonaa vuotta sitten), ja paleoseenin-Eoseenin terminen maksimi (noin 56 miljoonaa vuotta sitten).

Cartoon by Emily Greenhalgh, NOAA Climate.gov.

Kuumemittareiden ja sääasemien Lämpötilaennätykset ovat olemassa vain pienelle osalle planeettamme 4,54 miljardin vuoden pituisesta elämästä. Tutkimalla epäsuoria johtolankoja—kivien, fossiilien ja kiteiden, merisedimenttien, kivettyneiden riuttojen, puiden vuosirenkaiden ja jääydinten kemiallisia ja rakenteellisia merkkejä-tiedemiehet voivat kuitenkin päätellä menneiden lämpötilojen perusteella.

mikään näistä tekniikoista ei auta hyvin varhaisessa maassa. Aikana, joka tunnettiin Hadeana (koska se oli kuin Haades), maan törmäykset muihin suuriin planetesimaaleihin nuoressa aurinkokunnassamme—myös Marsin kokoiseen planetesimaaliin, jonka törmäys maahan todennäköisesti synnytti Kuun-olisivat sulattaneet ja höyrystäneet suurimman osan pinnalla olevasta kivestä. Koska maapallolla ei ole säilynyt yhtään kiveä niin kauan sitten, tutkijat ovat arvioineet maan varhaisia olosuhteita kuusta tehtyjen havaintojen ja tähtitieteellisten mallien perusteella. Kuun synnyttäneen törmäyksen jälkeen planeetan arveltiin olleen noin 2 300 Kelviniä (3 680°F).

miltä Maan Kuun synnyttänyt törmäys saattoi näyttää. Maan ja kivijätteen törmäykset aurinkokunnan alkuaikoina olisivat pitäneet pinnan sulana ja pintalämpötilat rakkuloina. Kuva NASA: n luvalla.

senkin jälkeen, kun törmäykset loppuivat ja planeetalla oli kymmeniä miljoonia vuosia aikaa jäähtyä, pintalämpötilat olivat todennäköisesti yli 400° Fahrenheit. Australiasta peräisin olevat zirkonikiteet, jotka ovat vain noin 150 miljoonaa vuotta nuorempia kuin itse Maapallo, viittaavat siihen, että planeettamme on saattanut jäähtyä nopeammin kuin tiedemiehet ovat aiemmin ajatelleet. Maan lämpötila olisi kuitenkin ollut lapsuudessaan paljon korkeampi kuin me ihmiset voisimme selviytyä.

mutta otaksukaamme, että jätämme pois ne rajut ja paahtavat vuodet, jolloin maa ensimmäisen kerran muodostui. Milloin muulloin maan pinta on turvoksissa?

pakastimen sulaminen

600-800 miljoonaa vuotta sitten—ajanjaksoa geologit kutsuvat Neoproterotsooiseksi ajanjaksoksi—todisteet viittaavat siihen, että maapallo koki niin kylmän jääkauden, että jäätiköt eivät rajoittuneet ainoastaan napaseuduille, vaan saattoivat ulottua aina merenpinnan tasolle lähelle päiväntasaajaa. Levittäytyessään yhä enemmän auringonvaloa takaisin avaruuteen jäätiköt viilensivät ilmastoa ja vahvistivat omaa kasvuaan. Maa ei selvästikään jäänyt jumiin pakastimeen, Joten miten planeetta suli?

vaikka jäätiköt peittivät yhä enemmän maapallon pintaa, mannerlaatat jatkoivat ajelehtimista ja törmäilyä, joten myös vulkaaninen toiminta jatkui. Tulivuoret päästävät kasvihuonekaasu hiilidioksidia. Nykyisessä, enimmäkseen jäättömässä maailmassamme silikaattikiven luonnollinen rapautuminen sateiden vaikutuksesta kuluttaa hiilidioksidia yli geologisten aikaskaalojen. Neoproterotsooisen maailmankauden kylminä aikoina sateet harvinaistuivat. Kun tulivuoret suoltavat hiilidioksidia ja vain vähän tai ei lainkaan sadetta Sääksi kiviä ja kuluttaa kasvihuonekaasuja, lämpötilat nousivat.

mitä todisteita tiedemiehillä on siitä, että kaikki tämä todella tapahtui noin 700 miljoonaa vuotta sitten? Parhaita todisteita ovat suoraan Neoproterotsooisen jääkauden jäätikköesiintymien yllä sijaitsevat ”cap karbonaatit”. Cap karbonates-kerrokset kalsium-rikas kivi, kuten kalkkikivi-muodostuu vain lämpimässä vedessä.

Namibian Kivimuodostuma, jossa näkyy suoraan 635 miljoonan vuoden takaisen, jähmettyneen sedimenttikivilajin päällä yleisesti esiintyvä kivilaji (diamiktiitti). Kuva opetuskuvista saatavilla osoitteessa SnowballEarth.org

se, että nämä paksut, kalsiumpitoiset kivikerrostumat istuivat suoraan vetäytyvien jäätiköiden jälkeensä jättämien kivikerrostumien päälle, osoittaa lämpötilojen nousseen huomattavasti Neoproterotsooisen maailmankauden loppupuolella, ehkä saavuttaen globaalin keskiarvon yli 90° Fahrenheit. (Nykyinen globaali keskiarvo on alle 60°F.)

tropical Arctic

Smithsonian Institution-projekti on yrittänyt rekonstruoida Faanerotsooisen Eonin eli suunnilleen viimeisen puolen miljardin vuoden lämpötiloja. Vuonna 2019 julkaistut alustavat tulokset osoittivat lämpimän lämpötilan hallitsevan suurimman osan tuosta ajasta, maapallon lämpötilan noustessa toistuvasti yli 80°F: n ja jopa 90°F: n—aivan liian lämmin jäätiköille tai monivuotiselle merijäälle. Noin 250 miljoonaa vuotta sitten supermanner Pangean päiväntasaajan tienoilla oli jopa liian kuuma turvesoille!

alustavia tuloksia Smithsonian-Instituutin hankkeesta Scott Wingin ja Brian Huberin johdolla, joka esitteli maapallon pintalämpötilan viimeisen 500 miljoonan vuoden ajalta. Suurimman osan ajasta maapallon lämpötila näyttää olleen liian lämmin (linjan punaiset osat) pysyville napajäätiköille. Viimeiset 50 miljoonaa vuotta ovat poikkeus. Kuva on sovitettu Smithsonian National Museum of Natural History-museosta.

geologit ja paleontologit ovat havainneet, että viimeisen 100 miljoonan vuoden aikana maapallon lämpötila on noussut kahdesti. Yksi piikki oli liitukauden kuuma kasvihuone noin 92 miljoonaa vuotta sitten, noin 25 miljoonaa vuotta ennen kuin maapallon viimeiset dinosaurukset kuolivat sukupuuttoon. Laajalle levinnyt vulkaaninen toiminta on saattanut lisätä ilmakehän hiilidioksidia. Lämpötila oli niin korkea, että champsosaurit (krokotiilimaiset matelijat) elivät niinkin pohjoisessa kuin Kanadan arktisella alueella, ja lämpimän lämpötilan metsät kukoistivat lähellä Etelänapaa.

toinen kuumakautinen kausi oli paleoseenin ja Eoseenin terminen maksimi (PETM) noin 55-56 miljoonaa vuotta sitten. Vaikka PETM ei ollut aivan yhtä kuuma kuin liitukauden hothouse, se toi nopeasti nousevat lämpötilat. Suuren osan Paleoseenista ja varhaisesta Eoseenista navoilla ei ollut jäätikköjä, ja napapiirin yläpuolella eli palmuja ja krokotiileja.

paleoseenin ja Eoseenin välisen termisen maksimin aikoihin suuressa osassa manner-Yhdysvaltoja oli subtrooppinen ympäristö. Tämä fossiilipalmu on peräisin Fossil Butte National monumentista Wyomingista. Kuva US National Park Service.

petm: n aikana maapallon keskilämpötila näyttää nousseen jopa 5-8°C (9-14°F) jopa 73°F: n keskilämpötilaan (jälleen nykyinen globaali keskiarvo ujostelee 60°F: tä.) Suurin piirtein samaan aikaan paleoklimaat, kuten fossiloituneet kasviplanktonit ja merisedimentit, kertovat massiivisesta hiilidioksidin vapautumisesta ilmakehään, joka ainakin kaksinkertaistaa tai mahdollisesti jopa nelinkertaistaa taustapitoisuudet.

syvien valtamerien lämpötilat olivat yleisesti korkeita koko paleoseenin ja Eoseenin ajan, ja erityisen lämmin piikki oli kahden geologisen aikakauden rajalla noin 56 miljoonaa vuotta sitten. Lämpötila kaukaisessa menneisyydessä on päätelty proxies (happi isotooppisuhteet fossiilisten foraminifera). Lämpötilojen laskeminen ennen 35 miljoonaa vuotta sitten (punainen) olettaa jäättömän meren eikä päde uudempiin olosuhteisiin (harmaa). ”Q” tarkoittaa Kvartääriä. Hunter Allenin ja Michon Scottin kuvaaja, joka käyttää NOAA: n Ilmastotietokeskuksen tietoja Carrie Morrillin luvalla.

on vielä epävarmaa, mistä kaikki hiilidioksidi on peräisin ja mikä tapahtumien tarkka kulku oli. Tutkijat ovat tarkastelleet suurten sisämerien kuivumista, vulkaanista toimintaa, ikiroudan sulamista, metaanin vapautumista lämpenevistä merisedimenteistä, valtavia maastopaloja ja jopa—lyhyesti—komeettaa.

Like nothing we ’ ve ever seen

maapallon kuumimmat kaudet—Hadean, myöhäinen Neoproterotsooinen Kausi, liitukauden kuuma kasvihuone, PETM—tapahtuivat ennen ihmisen olemassaoloa. Muinaiset ilmastot olisivat olleet ennennäkemättömiä.

nykyihmisen sivilisaatio pysyvine maanviljelyksineen ja asutuksineen on kehittynyt vain noin 10 000 viime vuoden aikana. Kausi on yleensä ollut matalien lämpötilojen ja suhteellisen globaalin (ellei alueellisen) ilmaston vakauden aikaa. Verrattuna suurimpaan osaan maapallon historiaa, tämä päivä on epätavallisen kylmä; elämme nyt niin sanottua geologien interglasiaalia—jääkauden jääkausien välistä aikaa. Mutta koska kasvihuonekaasupäästöt lämmittävät maapallon ilmastoa, on mahdollista, että planeettamme on kokenut viimeisen jäätiköitymisensä pitkään aikaan.

British Geological Survey. Kasvihuone Earth-tarina muinaisesta ilmastonmuutoksesta. Kesäkuuta 2020.

Engber, D. (2012, 5. Mikä on kuuminta, mitä maapallo on koskaan saanut?

Hearling, T. W., Harvey, T. H. P., Williams, M., Leng, M. J., Lamb, A. L., Wilby, P. R, Gabbott, S. E., Pohl, A., Donnadieu, Y. (2018). Varhainen kambrikauden kasvihuoneilmasto. Science Advances, 4(5), easar5690.

Hoffman, P. F. (2009). Lumipallomaa. Accessed 4. Helmikuuta 2014.

Hoffman, P. F., Schrag, D. P. (2002). The snowball Earth hypothesis: testing the limits of global change. Terra Nova. 14(3), 129-155.

Huber, B. T., MacLeod, K. G., Watkins, D. K., Coffin, M. F. (2018). Liitukauden kuuman Kasvihuoneilmaston nousu ja lasku. Global and Planetary Change, 167, 1-23.

hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli (IPCC). (2013). IPCC: n viides arviointiraportti-Climate Change 2013: the Physical Science Basis. Yhteenveto päättäjille.

Klages, J. P., Salzmann, U., Bickert, T., Hillenbrand, C.-D., Gohl, K., Kuhn, G., Bohaty, S. M., Titschack, J., Müller, J., Frederichs, T., Bauersachs, T., Ehrmann, W., van de Flierdt, T., Pereira, P. S., Larter, R. D., Lohmann, G. niezgodzki, I., Uenzelmann-neben, G., … Dziadek, R. (2020). Lauhkeat sademetsät lähellä Etelänapaa aikana huippu liitukauden lämpöä. Luonto, 580 (7801), 81-86.

Lindsey, R. (2006, 1. Maaliskuuta). Muinaiset kristallit viittaavat aikaisempaan valtamereen. NASA Earth Observatory. Accessed 4. Helmikuuta 2014.

McInerney, F. A., & Wing, S. L. (2011). The Paleocene-Eocene Thermal Maximum: a Perturbation of Carbon Cycle, Climate, and Biosphere with Implications for the Future. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 39(1), 489-516.

Paleoklimatologia: miten voimme päätellä menneitä ilmastoja? Microbial Life Educational Resources, Montana State University. Kesäkuuta 2020.

Retallack, G. J. (2013). Permikauden ja triaskauden kasvihuonekriisit. Gondwana Research, 24(1), 90-103.

Royer, D. L., Berner, R. A., Montañez, I. P., Tabor, N. J., Beerling, D. L. (2004). Hiilidioksidi Fenerotsooisen ilmaston ensisijaisena ajurina. GSA tänään 14( 3), 4-10.

Scientific American Frontiers. (2000, 19. joulukuuta). Syväjäädytys. Accessed 4. Helmikuuta 2014.

Sleep, N. H. (2010). Hadealais-Arkhaialainen Ympäristö. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2(6). doi: 10.1101 / cshperspect.a002527

Sun, Y., Joachimski, M. M., Wignall, P. B., Yan, C., Chen, Y., Jiang, H., Wang, L., Lai, X. (2012). Tappavan kuuma lämpötila varhaisen triaskauden kasvihuoneessa. Science, 338(6105), 366-370.

maanpäälliset Paleoklimaatit. Eoseenin latitudinaaligradientit. Stanford University School of Earth Sciences. Accessed 4. Helmikuuta 2014.

University of California Museum of Paleontology. Arkean Eon ja Hadean ja eoseenikauden. Accessed 4. Helmikuuta 2014.

Voosen, P. (2019). Projekti jäljittää 500 miljoonaa vuotta vuoristoratamaista ilmastoa. Science, 364(6442), 716-717.