史密森尼学会和亚利桑那大学的研究人员绘制出了过去 4.85 亿年地球最详细的温度曲线，揭示了二氧化碳水平和全球气温之间的显著波动和强烈的相关性。
这一新认识强调了现代人类活动导致的气候变暖的独特速度，对全球生态系统和海平面构成了威胁。
史密森尼学会和亚利桑那大学联合领导的一项新研究提供了迄今为止最详细的地球表面温度在过去 4.85 亿年中的变化情况。在 9 月 19 日发表在《科学》杂志上的一篇论文中，史密森尼国家自然历史博物馆的古生物学家 Scott Wing 和 Brian Huber 等研究人员绘制了一条跨越深远时间（地球的古老历史延续了数百万年）的全球平均地表温度 (GMST) 曲线。
新的曲线表明，地球温度的变化比之前认为的要大，显生宙是过去 5.4 亿年的地质时期，生命在此多样化、繁衍生息，并经历了多次大规模灭绝。该曲线还证实，地球温度与大气中的二氧化碳含量密切相关。
气候研究的创新方法
研究团队利用一种称为数据同化的方 WhatsApp 数据 法绘制了温度曲线。这使得研究人员能够结合地质记录和气候模型的数据，从而对古代气候有更全面的了解。
“这种方法最初是为了天气预报而开发的，”新论文的主要作者、前美国国家自然历史博物馆和亚利桑那大学博士后研究员艾米丽·贾德 (Emily Judd) 说道。“我们不是用它来预测未来的天气，而是用它来预测古代的气候。”对理解现代气候变化的影响
细化地球温度在长期内如何波动为理解现代气候变化提供了关键背景。
“如果你研究过去几百万年，你不会发现任何像我们预期的 2100 年或 2500 年那样的东西，”博物馆古植物学馆长 Wing 说道，他的研究重点是古新世-始新世极热时期，即 5500 万年前全球变暖迅速的时期。“你需要回溯到地球真正变暖的时期，因为这是我们更好地了解未来气候如何变化的唯一方法。”
历史气候趋势和现代关注点
新的曲线表明，显生宙的温度变化比 如果没有固定的时间来讨论这些学习成果 以前认为的要大。在漫长的岁月中，GMST 介于 52 至 97 华氏度（11 至 36 摄氏度）之间。极端高温时期通常与大气中温室气体二氧化碳的升高有关。
“这项研究清楚地表明，二氧化碳是地质史上全球气温的主要控制因素，”亚利桑那大学古气候学家、新论文合著者杰西卡·蒂尔尼说。“当二氧化碳含量低时，气温就低；当二氧化碳含量高时，气温就高。”
研究结果还显示，地球目前的 GMST 为 59 华氏度（15 摄氏度），比显生宙大部分时间的气温要低。但人类活动引起的气候变化导致的温室气体排放正在使地球变暖，其速度甚至比显生宙最快的变暖事件还要快得多。变暖速度使世界各地的物种和生态系统面临危险，并导致海平面迅速上升。显生宙期间的其他一些快速气候变化事件引发了大规模灭绝。
“人类和与我们共享地球的物种都适应了寒冷的气候，”蒂尔尼说。“迅速让我们所有人陷入变暖的气候是一件危险的事情。
这篇新论文是 2018 年开始的一项持续研究工作的一部分，当时 Wing、Huber 和其他史密森尼研究人员正在帮助开发博物馆的“大卫·H·科赫化石馆——深空时代”。新馆旨在通过强调地球气候在过去 5 亿年中的变化，将博物馆的化石置于背景中。例如，几个标本（包括在阿拉斯加发现的棕榈叶化石）证明了地球过去全球气温比现在高得多的时期。
该团队希望为博物馆参观者提供一条曲线，该曲线描绘了地球在显生宙的 GMST，该显生宙始于约 5.4 亿年前，一直延续到今天。但 Wing 和 Huber 惊讶地发现，这一时期的可靠温度曲线尚不存在。这主要是由于化石记录的零散性。化石标本提供了一些有关古代温度的线索——例如，化石贝壳的化学性质为了解遥远过去的海洋温度提供了见解——但这些只是某个地区在某一时间的孤立快照。这使得很难破译全球范围内的古代温度。
贾德说：“这就像当你只有少数几片拼图时，却试图想象出 1,000 片拼图的图案。”
重建古代气温的挑战
为了绘制远古时期的温度曲线，Wing、Huber 和他们 欧洲电子邮件 的同事启动了 PhanTASTIC（显生宙技术平均表面温度综合曲线）项目。2018 年，博物馆为来自全国各地的古气候学家举办了一场研讨会。2020 年，贾德以 PhanTASTIC 博士后研究员的身份来到博物馆领导该项目。
为了绘制准确的曲线，PhanTASTIC 团队使用了数据同化技术。气象学家使用数据同化技术将温度、湿度和风速等各种因素的观测结果与天气模型相结合，以创建更准确的预报。同样，该团队通过将来自地球不同地区的古代海洋温度相关数据与过去气候的计算机模拟相结合，重建了显生宙各个时期的世界气候快照。
该团队从五个不同的地球化学档案（或“代理”）中收集了超过 15 万个已发布的数据点，这些数据点保存在化石贝壳和其他类型的古代有机物中，用于记录古代海洋温度。他们在事根据大陆位置和大气成分，对遥远过去不同时期的地球气候进行了 850 多个模型模拟。然后，研究人员利用数据同化将这两条证据结合起来，绘制出一条更准确的曲线，显示过去 4.85 亿年地球温度的变化情况。持续探索气候知识
虽然这篇新论文是迄今为止对温度变化最为详尽的研究，但据该博物馆有孔虫（类似变形虫的单细胞生物）馆长 Huber 称，这个项目还远未完成。Huber 主要研究微观化石壳，以了解白垩纪（显生宙最温暖的时期）的环境条件。
“我们都同意这不是最终的曲线，”Huber 说。“研究人员将继续发现有关遥远过去的更多线索，这将有助于今后修正这条曲线。”
