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Registro de alta fidelidade da história do clima da Terra coloca as mudanças atuais no contexto
O registro revela quatro estados climáticos distintos, que os pesquisadores apelidaram de Hothouse, Warmhouse, Coolhouse e Icehouse.
Por Universidade da Califórnia - Santa Cruz - 11/09/2020


Tendências passadas e futuras na temperatura média global nos últimos 67 milhões de anos. Os valores de isótopos de oxigênio em foraminíferos bentônicos do fundo do mar a partir de núcleos de sedimentos são uma medida da temperatura global e do volume de gelo. A temperatura é relativa à média global de 1961-1990. Os dados de registros de gelo dos últimos 25.000 anos ilustram a transição do último período glacial para o atual período mais quente, o Holoceno. Os dados históricos de 1850 até hoje mostram o aumento distinto após 1950, marcando o início do Antropoceno. As projeções futuras para a temperatura global para três cenários de Vias de Concentração Representativa (RCP) em relação ao registro bentônico do fundo do mar sugerem que em 2100 o estado do clima será comparável ao Clima Ideal do Mioceno (~ 16 milhões de anos atrás), bem além do limite para nucleação de mantos de gelo continentais. Se as emissões forem constantes após 2100 e não estabilizadas antes de 2250, o clima global em 2300 pode entrar no mundo da estufa do início do Eoceno (~ 50 milhões de anos atrás) com seus múltiplos eventos de aquecimento global e nenhuma grande camada de gelo nos pólos. Crédito: Westerhold et al., CENOGRID

Pela primeira vez, os cientistas do clima compilaram um registro contínuo de alta fidelidade das variações do clima da Terra, estendendo-se por 66 milhões de anos no passado. O registro revela quatro estados climáticos distintos, que os pesquisadores apelidaram de Hothouse, Warmhouse, Coolhouse e Icehouse.

Esses principais estados climáticos persistiram por milhões e, às vezes, dezenas de milhões de anos, e dentro de cada um o clima mostra variações rítmicas correspondentes às mudanças na órbita da Terra ao redor do sol. Mas cada estado climático tem uma resposta distinta às variações orbitais, que geram mudanças relativamente pequenas nas temperaturas globais em comparação com as mudanças dramáticas entre os diferentes estados climáticos.

As novas descobertas, publicadas em 10 de setembro na Science , são o resultado de décadas de trabalho e uma grande colaboração internacional. O desafio era determinar as variações climáticas anteriores em uma escala de tempo fina o suficiente para ver a variabilidade atribuível às variações orbitais (na excentricidade da órbita da Terra em torno do sol e na precessão e inclinação de seu eixo de rotação).

"Sabemos há muito tempo que os ciclos glacial-interglaciais são ritmados por mudanças na órbita da Terra, que alteram a quantidade de energia solar que atinge a superfície da Terra, e os astrônomos têm computado essas variações orbitais no passado", explicou o co-autor James Zachos, distinto professor de Ciências da Terra e planetárias e Ida Benson Lynn Professora de Saúde do Oceano na UC Santa Cruz.

"Conforme reconstruímos climas anteriores, podíamos ver mudanças grosseiras de longo prazo muito bem. Também sabíamos que deveria haver uma variabilidade rítmica em escala mais fina devido às variações orbitais, mas por muito tempo foi considerado impossível recuperar esse sinal", Zachos disse. "Agora que conseguimos capturar a variabilidade natural do clima, podemos ver que o aquecimento antropogênico projetado será muito maior do que isso."

Nos últimos 3 milhões de anos, o clima da Terra esteve em um estado de Icehouse, caracterizado por períodos glaciais e interglaciais alternados. Os humanos modernos evoluíram durante esse período, mas as emissões de gases de efeito estufa e outras atividades humanas estão agora levando o planeta em direção aos estados climáticos de Warmhouse e Hothouse não vistos desde a época do Eoceno, que terminou há cerca de 34 milhões de anos. Durante o início do Eoceno, não havia calotas polares e as temperaturas globais médias eram de 9 a 14 graus Celsius mais altas do que hoje.
 
"As projeções do IPCC para 2300 no cenário de 'negócios como de costume' irão potencialmente trazer a temperatura global a um nível que o planeta não viu em 50 milhões de anos", disse Zachos.

O novo registro climático global CENOGRID (painel inferior) é o primeiro a rastrear
contínua e precisamente como o clima da Terra mudou desde a grande extinção dos
dinossauros, há 66 milhões de anos. O registro foi gerado usando o oxigênio (mostrado)
e isótopos de carbono de minúsculos microfósseis encontrados em sedimentos do fundo
do mar coletados pelo navio IODP R / V JOIDES Resolução (mostrado na foto) e mostra
a gama natural de mudanças climáticas e variabilidade ao longo do últimos
66 milhões de anos. Crédito: Thomas Westerhold / Adam Kutz

Crítico para compilar o novo recorde climático foi obter núcleos de sedimentos de alta qualidade de bacias oceânicas profundas por meio do Programa Internacional de Perfuração Oceânica (ODP, posteriormente Programa Integrado de Perfuração Oceânica, IODP, sucedido em 2013 pelo Programa Internacional de Descoberta do Oceano). As assinaturas de climas anteriores são registradas nas conchas do plâncton microscópico (chamado foraminíferos) preservado nos sedimentos do fundo do mar. Depois de analisar os núcleos de sedimentos, os pesquisadores tiveram que desenvolver uma "astrocronologia" combinando as variações climáticas registradas nas camadas de sedimentos com as variações na órbita da Terra (conhecidas como ciclos de Milankovitch).

"A comunidade descobriu como estender essa estratégia a intervalos de tempo mais antigos em meados da década de 1990", disse Zachos, que liderou um estudo publicado em 2001 na revista Science que mostrou a resposta do clima às variações orbitais por um período de 5 milhões de anos cobrindo a transição da época do Oligoceno para o Mioceno, cerca de 25 milhões de anos atrás.

"Isso mudou tudo, porque se pudéssemos fazer isso, sabíamos que poderíamos voltar a talvez 66 milhões de anos atrás e colocar esses eventos transitórios e grandes transições no clima da Terra no contexto de variações em escala orbital", disse ele .

Zachos colabora há anos com o autor principal Thomas Westerhold no Centro de Ciências Ambientais Marinhas da Universidade de Bremen (MARUM) na Alemanha, que abriga um vasto repositório de núcleos de sedimentos. O laboratório de Bremen, junto com o grupo de Zachos na UCSC, gerou muitos dos novos dados para a parte mais antiga do registro.

Westerhold supervisionou uma etapa crítica, juntando segmentos sobrepostos do registro climático obtido de núcleos de sedimentos de diferentes partes do mundo. “É um processo tedioso reunir este longo megasplice de registros climáticos, e também queríamos replicar os registros com núcleos de sedimentos separados para verificar os sinais, então este foi um grande esforço da comunidade internacional trabalhando em conjunto”, disse Zachos.

Agora que eles compilaram um registro climático contínuo e astronomicamente datado dos últimos 66 milhões de anos, os pesquisadores podem ver que a resposta do clima às variações orbitais depende de fatores como os níveis de gases do efeito estufa e a extensão das camadas de gelo polares.

“Em um mundo com efeito de estufa extremo e sem gelo, não haverá feedback envolvendo os mantos de gelo e isso muda a dinâmica do clima”, explicou Zachos.

A maioria das principais transições climáticas nos últimos 66 milhões de anos foi associada a mudanças nos níveis de gases de efeito estufa. Zachos fez extensas pesquisas sobre o Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno (PETM), por exemplo, mostrando que esse episódio de rápido aquecimento global, que levou o clima a um estado de estufa, estava associado a uma liberação maciça de carbono na atmosfera. Da mesma forma, no final do Eoceno, à medida que os níveis de dióxido de carbono atmosférico estavam caindo, mantos de gelo começaram a se formar na Antártica e o clima passou para o estado Coolhouse.

"O clima pode se tornar instável quando se aproxima de uma dessas transições, e vemos respostas menos previsíveis ao forçamento orbital, então isso é algo que gostaríamos de entender melhor", disse Zachos.

O novo registro do clima fornece uma estrutura valiosa para muitas áreas de pesquisa, acrescentou. Não é útil apenas para testar modelos climáticos, mas também para geofísicos que estudam diferentes aspectos da dinâmica da Terra e paleontólogos que estudam como os ambientes em mudança conduzem a evolução das espécies.

"É um avanço significativo nas ciências da Terra e um grande legado do Programa Internacional de Perfuração Oceânica", disse Zachos.

 

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