En nøglekomponent, når man forudsiger, hvordan jordens klima kan se ud i fremtiden, er evnen til at trække på nøjagtige temperaturregistreringer fra fortiden. Ved at rekonstruere tidligere temperaturgradienter (forskellen i gennemsnitstemperatur mellem ækvator og polerne) kan forskerne forudsige, hvor f.eks. jetstrømmen, som styrer storme og temperaturer på de mellemste breddegrader (tempererede zoner mellem troperne og polarerne) cirkler), vil blive placeret. Problemet er, at mange af de eksisterende data er forudindtaget mod bestemte regioner eller typer af miljøer, og de tegner ikke et fuldstændigt billede af Jordens gamle temperaturer.
Forskere fra Department of Earth and Environmental Sciences, herunder Emily Judd '20 Ph. D., Thonis Family Assistant Professor Tripti Bhattacharya og professor Linda Ivany, har udgivet en undersøgelse med titlen "A dynamical framework for interpreting old sea overfladetemperaturer, "i tidsskriftet "Geophysical Research Letters", for at hjælpe med at redegøre for forskydningen mellem lokalitetsbaserede palæoklimadata og den 'sande' gennemsnitstemperatur på en given breddegrad gennem Jordens historie. Deres arbejde blev finansieret af National Science Foundation.
Ifølge Judd er nøjagtige temperaturestimater af gamle oceaner afgørende, fordi de er det bedste værktøj til at rekonstruere globale klimaforhold i fortiden, herunder målinger som den gennemsnitlige globale temperatur og den breddegradiente temperaturgradient. Mens klimamodeller giver scenarier for, hvordan verden kunne se ud i fremtiden, giver palæoklimastudier (undersøgelse af tidligere klimaer) indsigt i, hvordan verden så ud i fortiden. At se, hvor godt de modeller, vi bruger til at forudsige fremtiden, kan simulere fortiden, fortæller os, hvor sikre vi kan være i deres resultater. Det er derfor af yderste vigtighed at have grundige, velsamplede data fra den gamle fortid.
"Ved at forstå, hvordan temperaturgradienter i bredden har ændret sig i løbet af Jordens historie og under en række forskellige klimaregimer, kan vi begynde bedre at forudse, hvad der vil ske i fremtiden," siger Judd.
For at bestemme ældgamle temperaturer studerer geologer proxyer, som er kemiske eller biologiske spor, der registrerer temperaturer fra sedimentære aflejringer, der er bevaret på havbunden eller kontinenterne. På grund af genanvendelse af gammel havbund til jordens kappe er der en 'udløbsdato' på tilgængeligheden af havbundsdata. De fleste ældgamle temperaturproxyer kommer derfor fra sedimenter, der akkumulerede på kontinentale marginer eller i lavvandede indre hav, hvor registreringer kan vare ved meget længere.
Judd, Bhattacharya og Ivany bruger temperaturdata fra moderne oceaner til at afsløre konsistente, forudsigelige mønstre, hvor havoverfladen er varmere eller køligere eller mere eller mindre sæsonbestemt end ellers forventet på den breddegrad.
"De største forskydninger er tilfældigvis i de to indstillinger, der er mest repræsenteret i den geologiske fortid," siger Ivany. "Ved at vide, hvordan disse regioner er forudindtaget i forhold til det globale gennemsnit, gør det muligt for forskere bedre at fortolke proxy-dataene, der kommer fra den gamle Jord."
Data fra lavvandede, semi-begrænsede have (f.eks. Middelhavet og Østersøen) viser, at havoverfladetemperaturerne er varmere end i det åbne hav. Som et resultat heraf teoretiserer et nøglefund i deres papir, at estimater af den globale middeltemperatur fra den palæozoiske æra (~540-250 millioner år siden), en tid hvor størstedelen af data kommer fra lavvandede have, er urealistisk varme.
Selv i den nyere geologiske fortid kommer det overvældende flertal af havoverfladetemperaturestimaterne fra kystnære omgivelser, som de viser også er systematiske forudindtaget i forhold til åbne havtemperaturer.
For at få en mere nøjagtig registrering af den gennemsnitlige havtemperatur på en given breddegrad, siger Bhattacharya, at forskere skal redegøre for den ufuldstændige natur af paleotemperaturdata. "Vores arbejde fremhæver behovet for, at det videnskabelige samfund fokuserer prøveudtagningsindsatsen på undersamplede miljøer," siger Bhattacharya. "Ny prøveudtagningsindsats er afgørende for at sikre, at vi udtager lige meget unikke miljøindstillinger for forskellige intervaller af Jordens historie."
Ifølge Judd har palæoklimasamfundet gjort store fremskridt hen imod at forstå oldtidens klimaer i de sidste par årtier. Nye, hurtigere og billigere analytiske teknikker, såvel som en stigning i ekspeditioner, der genvinder havsedimentkerner, har ført til massive samlinger af gamle havoverfladetemperaturestimater. På trods af disse fremskridt er der stadig betydelige uoverensstemmelser mellem temperaturestimater fra forskellige lokationer inden for samme tidsinterval og/eller mellem temperaturestimater og klimamodelresultater.
"Vores undersøgelse giver en ramme til at forene disse uoverensstemmelser," siger Judd. "Vi fremhæver, hvor, hvornår og hvorfor temperaturestimater fra de samme breddegrader kan afvige fra hinanden og sammenligner forskellige klimamodellers evner til at rekonstruere disse mønstre. Vores arbejde lægger derfor grunden til mere holistisk og robust rekonstruere det globale klima gennem Jordens historie."
