当地球像2100年所承诺的那样炽热时，地球是什么样的？

当今天的孩子生活到所有气候预报结束的地步时，他们将拥有自己的孙子。 过去是否有关于我们未来的任何线索？

现代南极洲的地图，其中显示了“附着力线”的退缩速度（2010-2016年），冰川在该速度下与底部失去接触，并且海水温度也随之升高。 南极洲东部唯一的红色箭头是托特冰川，它含有大量的水，足以将世界的海洋抬高3米。

我们身上发生的一切只是序幕。
-威廉·莎士比亚，《暴风雨》

第2100年看起来像是一排限制性标志，站在气候变化的终点线上-好像我们所有的目标都在那之后就结束了。 但是，为了解释后视镜上的警告，它比看起来更接近我们。 当今天的孩子生活到所有气候预报结束的地步时，他们将拥有自己的孙子。

但是，在2100年，气候不会停止改变。 即使我们成功地将本世纪的升温限制在2ºC，空气中的CO ₂含量也将为 500 ppm。 自从1600万年前的 中新世中期以来，我们的星球还没有达到如此水平，那时我们的祖先仍然是猿。 根据政府间气候变化专门委员会（IPCC）的一份报告 ，当时的温度比2° C高5-8ºC，海平面高40米 ，甚至到本世纪末有望超过半米。 ）从2013年开始。

本世纪末的预测与地球过去发生的事情之间的鸿沟是从哪里来的？ 过去的气候告诉我们我们错过了什么吗？

时间

分手的一个重要原因很简单：时间。

地球需要时间来应对温室气体含量的变化。 有些变化可持续数年 ，而另一些变化则需要一代人才能达到新的平衡。 冰和永久冻土的融化，海洋深度的加热，泥炭层的形成，植被覆盖的重新组织-这些过程需要几个世纪甚至几千年的时间 。

在气候模型中未考虑这种类型的缓慢反应。 这部分是由于缺乏计算它们的计算机能力，部分是因为我们只关注未来几十年将发生的事情，部分是因为这些过程不是100％可预测的。 但是，尽管事实上气候模型可以成功预测观测到的变化，但即使对于相当迅速的反应（例如云团形成或两极变暖） ，也存在不确定性。

另一方面，地球的过去向我们展示了气候变化实际上是如何发生的，总结了地球快速和慢速响应的整个范围 。 在过去的气候变化中，地球一直处于冰盖状态（今天是这样），每增加一倍的CO ₂水平，它通常会升温至5ºC - 6ºC ，而整个过程大约需要一千年 。 这大约是在2100年以下气候预测模型中使用的“ 均衡气候敏感性 ”（ECS）值的两倍，该模型主要是根据历史观测结果计算得出的。


“发生在我们身上的一切只是序幕”-刻在华盛顿特区国家档案馆的建筑上

“我们真的希望地球的系统敏感性（改变CO ₂以及所有系统-冰盖，植物，甲烷含量，气溶胶等）将对ECS做出回应。 美国宇航局纽约戈达德太空研究所所长加文·施密特（Gavin Schmidt）告诉我。

或者，正如卫斯理大学的达娜·罗耶（Dana Royer）所说：“简单地说，气候模型通常会低估相对于地质证据的气候变化程度。”

较高水平的变化的部分原因是造成全球变暖的地球系统反应缓慢。 即使明天绝对停止所有温室气体排放，由于热膨胀和冰川融化 ，海平面仍将上升多个世纪。 由于几十年来温度的累积， 南极洲和格陵兰岛的冰盖也将继续融化。 而且，由于CO ₂ 在大气中保留了很长的时间 ，在没有去除地球工程的解决方案的情况下，世界将克服本世纪末设定的任何温度极限，并且还将持续数百年。

但是，这并不能完全解释差距，这意味着我们没有考虑任何加强的反馈。 根据《 2017年美国国家气候评估》 ：“模型与过去变暖数据之间的不匹配表明，气候模型至少遗漏了一个或可能对未来变暖至关重要的过程，尤其是在极地地区。”

中新世可以告诉我们未来吗？

中新世中最适气候（MMCO）是古老的气候变暖，其间CO ₂含量从不足400 ppm 跃升至500 。 古代的CO ₂含量可通过各种间接方法来测量，例如化石和古代土壤中或化石叶片上的孔隙中硼和碳同位素的含量。 跳跃的原因是一种罕见的火山现象 ，即“大热源省 ”，在此期间， 1660万年前的现代美国领土以西爆发了大量玄武岩。 康涅狄格大学的 Yvette Eley和Michael Hren研究了这如何影响气候。

他们使用了诸如脂肪分子之类的工具，这些工具残留在当时生活的植物和微生物之后的沉积物中。 Elea和Horradish从马里兰州那个时期的泥浆中提取了中新世微生物的化学残留物，然后根据对地球周围现代土壤中微生物脂肪的研究进行了十多年的校准，重新计算了土壤温度中各种脂肪分子的百分比。 “当然，这些玄武岩流的发生时间与气候变化的时间密切相关，”埃利说。 “我们的生物标记物肯定跟踪了CO ₂的行为_。 ” 不管是什么造成了地球生态系统的变化，它肯定遵循了pCO2 _。 ”

但是在各种气候变化的例子中，与二叠纪末期，三叠纪末期以及其他与大规模灭绝有关的事件相比，MMCO的温和程度很高。 与今天或过去的极端例子不同，中新世的CO ₂排放足够缓慢， 可以避免海洋酸化 。

他们同样使用海洋微生物的化学残留物来计算海洋温度：“在MMCO期间，我们的海面温度发生了4-5度的相对变化-然后海温比今天高了6度，” Eley说。

温暖，潮湿，干燥吗？

他们测量了中新世的大气湿度 ，分析了植物叶片蜡涂层的化学残留物，并根据地球上不同位置的现代值对其进行了校准。 Eley说：“如果我们使用树叶蜡作为生物标志物来指示大气湿度，那么我们得出的结论是，在中新世中期，大气变得湿润了。” -在其他重建的背景下考虑我们的工作非常有趣。 现代美国的西部变得更干燥，南美更湿润，欧洲的一部分更湿润，而其他部分则更干。”

美国的东海岸， 西北太平洋 ， 中国西部 ， 巴塔哥尼亚 ， 中亚和南美洲的阿塔卡马等偏远地区变得更加湿润，导致全球侵蚀加剧 。 结果，森林面积扩大了 ，其密度也增加了 。 有趣的是，北非或亚洲没有沙漠的迹象 ，现在我们有撒哈拉沙漠和戈壁沙漠。

大气的广泛加湿和表面的绿化与针对当前情况所作的对未来的预测并不吻合- 根据这些预测 ，现在潮湿的那些部分将变得更湿，更干燥甚至更干燥。 不同之处可能在于，与中新世相比慢得多的变化相比，我们的气候变化非常剧烈。

尽管中新世中期之前地球上有很多森林（不同于今天，这反映了森林砍伐的过程，这是在冰河时代之间生活了几千年的人们所促成的），但中新世的变暖导致在全世界范围内观察到的植被变化明显存在。化石形式，特别是花粉化石形式。

在欧洲大部分地区， 亚热带植物取代了适应寒冷的植物，茂密的森林中充满了沼泽，淹没了​​现代丹麦和德国领土上的河岸和三角洲（当时欧洲的海岸线比今天深了190公里）。 这些沼泽积累了褐煤 ，如今褐煤提供了德国四分之一的发电量。 就像今天一样，西班牙抵制了南部炎热干燥气候和北部温暖湿润气候的增湿趋势，并经历了漫长的干旱季节 。


艺术家介绍的中新世中期，生活在现代西班牙领土上

从欧洲的植物来看，季节之间的温差较小 。

在西伯利亚， 下雨的频率是今天的3-5倍， 俄罗斯东部的沼泽也积聚了煤炭。 在今天北极的加拿大北极地区 ，中新世中部有多年冻土而没有树木的苔原，桦木，榆树，冬青树和雨伞松的低温森林让位于高温森林，山毛榉，榛树，龙涎香，龙涎香，核桃和菩提树都在那里生长。

在赤道附近，早期的大象和羚羊沿着草木和潮湿的阿拉伯半岛行走，而北部非洲到处都是森林，沙丘在今天移动。 人类的猿猴遍布整个树木繁茂的星球 ，那时我们的祖先人类就与其他类人猿分开了。

但是南极洲变化最大。

海平面上升40米

南极冰融化 了三分之一到四分之三 。 在没有冰的土地上， 出现了由山毛榉和针叶树组成的苔原和森林 ，如果南极夏季的气温不超过10摄氏度（比今天的-5摄氏度要温暖得多），这是不可能发生的。 目前尚不清楚格陵兰岛正在做什么，但在其北部可能有一个小的冰盖 ，它融化得很厉害。

结果，海平面上升了多达40米 。 如今，这将极大地将海岸线推向各大洲，并淹没人口稠密的地区，全球四分之一的人口都居住在该地区。

40米仅略高于近期在不久的将来海平面上升的预测： 到2100年将达到1米 ，到2300年将达到1.6米 （当世界人口的5％生活在水下时），前提是我们能够通过水平约为2ºC。 区别仅在于时间尺度。 根据2017年美国国家气候估计 ，2摄氏度的变暖将导致3/5格陵兰冰和南极冰的损失，导致10,000年内海平面上升25 m-真。

然而，中新世的信息表明，现代海平面的上升可能会变得越来越强。

南极东部的沿海沉积表明，即使对中新世CO ₂水平的微小变化和轨道波动 ，其冰层也极为敏感 ，并且可能很快融化。 多快 英国谢菲尔德大学的爱德华·加森（Edward Gasson） 估计 ，南极洲最初每100年可以使海平面上升2.5米左右，然后这一过程变慢，并且在10,000多年的时间里，海平面上升了30-36米 。 这个速度与宾夕法尼亚大学的罗伯特·德肯托和阿默斯特学院的戴维·波拉德的估计相吻合，后者基于上新世，那里的气候比中新世中期要冷，海平面“仅”比今天高20 m 。 Dekonto和Pollard建议，到2100年，现代温度升高2.5ºC，到2500年，海平面将上升5.7 m ，大约每世纪1.2 m。 这种迅速的变化似乎是巨大的 ，但是我们知道，在过去的500 ,000年中，海平面每一百年上升了4-5.7 m 。

如果当前的海平面上升与上新世一百年的1.2 m或中新世一百年的2.4 m相似，而与IPCC不一样，则一百年后的半米上升，那么我们的未来将是完全不同。 海平面上升， 潮汐洪水和暴风雨放大，将使大量沿海基础设施和财产在几代人后变得毫无用处 。

到目前为止，计算机模型还没有支持如此高的融冰速度。

在海洋的影响下融化的冰使中新世变得至关重要 ，并且在今天看来也很关键。 这个过程会触发海冰床的自我维持不稳定，由于南极的杯形形状，冰川将开始向内陆退缩。 冰层越深，由于压力而融化的速度就越快，并且较薄的冰川会漂浮，因此它们的后退速度甚至更快，直到形成在自身重量作用下破裂的高峰，这将进一步恶化情况。 南极洲的这一过程可能已经开始 。

另一种解冻促进剂是水在表面上融化 ，这需要达到高于冰点的温度。 它渗入裂缝，冻结并像分裂器一样分裂冰块-当格陵兰的雅各布沙芬冰川消失时，观察到了这种现象。 如今，南极部分地区发生了表面融化 。 这样的融化过程直到最近才被添加到新的计算机模型中，现在它们表明， 我们的后代可以看到古代观察到的海平面上升速度。

撤冰增加了温暖，因为明亮，反光的表面被吸收热量的深色水和泥土代替。 结果，温度将进一步缓慢升高。


14至2300万年前的中新世南极冰盖会是什么样子

希望不确定吗？

中新世气候与我们预期的未来之间的差距是否可能仅由于缺乏有关古代气候的数据和不准确的数据而存在？

“中新世中CO ₂水平的变化可能会超过计算出的中值。 其他因素完全未知。 甲烷或N ₂ O的含量未确定。 加文告诉我，臭氧或烟尘（在火灾后或由于植物生命而出现）的数量也鲜为人知。 “因此，即使我们有理想的全球温度指标（但没有），也无法将通过简单地将温度除以CO ₂所得的灵敏度估算值与当今的ECS估算值进行比较。”

尽管如此，尽管水平值有所分散，但它们仍会在中新世中积累约500 ppm的值。 一些 研究甚至建议降低 CO ₂含量的可能性，但这会导致温度升高。 相对温暖的气候的图片得到了全球高海平面和矿物的地质证据的支持，包括在南极洲海岸附近的海床。

是否由于轨道的周期性变化而增加了最佳气候条件？ 尽管个别的中新世冰川周期取决于轨道的振荡，就像最后一个冰河时代的情况一样，温暖的天气和最大的冰川消退持续了几个轨道和冰川周期，以及更高水平的大气CO ₂ 。 因此，我们不能仅将最佳增长挂在太阳绕地球的轨道上。

更令人困惑的是中新世的开始与今天不同。 中新世早期的气候比我们工业化前的时期要温暖，然后草皮区域减少了，海洋以不同的方式相互交流。 从太平洋流到大西洋的水流到了巴拿马现在所在的地方， 白令海峡被封锁了。 但是，科学家们认为，这些潮流可能并未对气候产生太大影响 ，并且在许多方面，地球与当今的地球非常相似 。

因此，关于中新世的情况如何描述我们后代的未来存在很大的不确定性。 当然，至少在最近的6600万年中 ，还没有类似的过程产生如此高的空气排放率。 基于这些理由，人们可以合理地拒绝将这种情况与任何古代类似物进行比较。 , – : .

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