Vår planet blir varmare idag, det är ett faktum. Men detta är inte den varmaste tiden i vår planets historia – långt därifrån, faktiskt. Vid olika tidpunkter, för miljoner eller miljarder år sedan, var jorden mycket varmare än vad den är nu.
En av de mest anmärkningsvärda värmevallarna inträffade för 56 miljoner år sedan, under Paleocen-Eocen Thermal Maximum, eller PETM. Det var en relativt kort period av snabb, onormal uppvärmning. Under den tiden steg temperaturen, som redan låg långt över det normala, med cirka 5 grader Celsius (9 grader Fahrenheit) under en period av bara några tusen år. Tropiska förhållanden rådde långt bortom ekvatorn och polerna var helt utan isar.
Effekterna på livet var dramatiska. Marina organismer dog i mängder, eftersom de inte klarade av det varmare vattnet. Samtidigt gynnades däggdjuren, som spreds och diversifierades snabbt under de årtusenden som följde och lade grunden för framtida arter, inklusive oss.
PETM är också ett riktmärke för vårt nuvarande klimat och ger en inblick i hur det ser ut när jorden värms upp snabbt samtidigt som kolet sprids ut i atmosfären.
Men PETM inleddes inte av kolet i atmosfären, även om kolet förvärrade temperaturhöjningarna. I stället säger en grupp forskare från University of Hawaii och Utrecht University nu att det var ett sammanflöde av astronomiska och jordiska förhållanden som tillsammans fick vår planet att tippa över kanten.
Fyndet, som publiceras i Science, bidrar till vår förståelse av hur förändringar i jordens omloppsbana påverkar klimatet. Det ger också insikter om ett sällsynt historiskt prejudikat för vår nuvarande era av global uppvärmning.
Orbital Oddities
Den springande punkten är det faktum att jordens omloppsbana inte är den perfekta, stabila cirkel som vi vanligtvis föreställer oss. Vår bana runt solen ser faktiskt ut som en mycket lätt komprimerad cirkel, eller ellips. Astronomer kallar detta för excentricitet, och den varierar på ett förutsägbart sätt över tiden, och blir mer eller mindre kramad i en regelbunden cykel. Men graden av excentricitet har märkbara, om än subtila, effekter på klimatet, säger Richard Zeebe, oceanograf vid University of Hawaii och medförfattare till studien.
”Om vi tittar på de senaste 100 miljoner åren ser vi tydliga samband mellan förändringar i excentricitet och klimat”, säger han.
Han och medförfattaren Lucas Lourens använde sig av en sedimentkärna från södra Atlanten för att spåra förändringar i jordens excentricitet kring tiden för PETM. När de tittade på vilka typer av sediment som lades ovanpå varandra såg de ett regelbundet mönster som stämde överens med cykler av excentricitet från astronomiska modeller. Eftersom sedimenten förändras på ett förutsägbart sätt i takt med att klimatet förändras, är de ett bra sätt att mäta variationerna i jordens omloppsbana, säger författarna.
Med hjälp av metoden kunde de fastställa PETM:s plötsliga temperaturspik för 56 miljoner år sedan, precis när jordens omloppsbana var som mest excentrisk eller elliptisk.
En mer excentrisk omloppsbana skulle innebära att mer solstrålning träffar jorden, säger Zeebe. Så det är logiskt att det skulle orsaka uppvärmning. Och jordens klimat var redan varmt vid den tidpunkten, vilket innebär att det kan ha varit förberett för den typ av återkopplingsmekanismer som ledde till PETM.
”Det finns indikationer på att detta helt enkelt utlöste ett tröskelbeteende”, säger han. ”Så du värms upp långsamt, långsamt, långsamt, och sedan har du en utlösande faktor som excentricitet som sedan kan orsaka återkopplingar som i huvudsak resulterar i PETM.”
De kvävande förhållandena höll i sig i ungefär 170 000 år, säger Zeebe, vilket är en längre period än vad vissa tidigare uppskattningar har antagit.
Modern Analog
Den nya förklaringen till PETM är fascinerande i sig själv, en påminnelse om att dynamiken i jordens omloppsbana kan ha verkliga effekter på våra liv. Men PETM är ovärderlig som en resurs för att förstå klimatförändringarna i dag också. Det är en av de få perioder i jordens historia där klimatet har blivit mycket varmt, mycket snabbt, och det kan ge vissa antydningar om vad vi kan förvänta oss i en nära framtid.
Utrotningshändelser och den snabba förflyttningen av arter till nya livsmiljöer var ett resultat av PETM, och effekterna av dessa biologiska störningar spelar fortfarande in i dag. Klimatförändringarna stressar på samma sätt arter över hela världen, samtidigt som andra får tillgång till nya livsmiljöer.
Och PETM är också en varning för oss, som om vi fortfarande behövde en sådan. Även om jorden ännu inte riskerar att drabbas av den extrema uppvärmning som skedde för 56 miljoner år sedan, kan bara några få grader få katastrofala konsekvenser. Den typ av återkopplingseffekter som bara en liten uppvärmning utlöste då skulle kunna inträffa igen i dag och förvandla en liten förändring till en massiv förändring.
”Om man knuffar systemet i en riktning så reagerar systemet med att gå ännu längre i den riktningen”, säger Zeebe.