画期的な研究で、科学者は地球の気温が5億年近くにわたってどれだけ変化したかを発見した

私たちは急速に温暖化する世界に住んでいます。人間が作り出す膨大な量の温室効果ガスが地球の気候をますます温暖化させ、海面上昇、生物の生息環境の変化、山火事などの現象の頻発など、地球にさらなる変化をもたらしています。地質学者や古生物学者は、人間が引き起こす気候変動が進む中で地球の未来がどうなるかを知るために、類似した時代の化石記録を探してきましたが、地球の気温が時間とともにどのように上昇し、下降してきたかについての包括的な見解がありませんでした。現在、研究者らは先史時代の気温に関するデータと気候モデルを組み合わせることで、4億8500万年にわたる地球の絶え間なく変化する気候の歴史を作り上げました。

木曜日に発表された新しい研究は、 科学は、スミソニアン国立自然史博物館の「Deep Time」展の企画の一環として2018年に始まりました。スミソニアン博物館の古生物学者スコット・ウィングとブライアン・フーバーは、地球の気候が過去5億3900万年、専門家には顕生代として知られる期間にどう変化したかを来場者が理解できるよう、ショーの展示に温度曲線を取り入れたいと考えていました。研究者が何十年も先史時代の気候を研究してきたにもかかわらず、5億年以上の全期間にわたる地球の表面温度について、信頼性が高く包括的な見解を示した人は誰もいませんでした。この知識のギャップは、地球の絶えず変化する温度のまさにそのような図を作成する機会でした。

2018年、ウィング、フーバー、および同僚らは気候科学者のワークショップを開催し、地球の気候史に関する知識と、そのような全体像の把握方法を共有した。「堅牢で再現可能な曲線を作成するというアイデアが勢いを増しました」と、地質データと気候モデルの両方を使用して地球の長期的な気候記録を生成するプロジェクトに2020年に加わったアリゾナ大学の古気候学者エミリー・ジャッドは言う。

研究者たちは、さまざまな方法で先史時代の気温を推定しています。科学者の中には、内部に閉じ込められた気泡のある氷床コアを調べる人もいます。その気泡の化学組成には、当時の古代の気候がどのようなものであったかを知る手がかりがあります。先史時代の岩層と化石の酸素同位体も比較して、特定の時期に地球が温暖だったか寒冷だったかを推定できます。化石化した葉の構造も、気温の指標になります。たとえば、葉の縁が滑らかで、表面から水が流れ落ちるための長い「滴りの先端」がある場合は、温暖で湿度の高い生息地であることを示していますが、寒冷な気候の植物は、縁がギザギザで滴りの先端がないことがよくあります。

時代や場所が異なれば、得られる証拠の種類も異なる。最初のステップは、既存の証拠をすべて集めることだった。「古気候学コミュニティの数十人のメンバーと協力して、古代の気温の推定値15万件を超えるデータベースを構築しました」とジャッド氏は語る。このプロジェクトは2022年に発表された。

チームが集めたものは、専門家が古代の地表を訪れて温度計を持ち出すのと本質的にはほぼ同等だった。「しかし、これらのデータを文脈の中で理解するのは難しい場合があります」とジャッド氏は言う。「最初はほんの数ピースしかなかったのに、1000ピースのジグソーパズルの絵を解こうとするようなものです」。研究者たちは、顕生代を通じて地球の表面温度のより正確な記録を得るために、この比喩的なパズルを組み立てる必要があった。

全体像を明らかにするために、英国ブリストル大学のプロジェクト協力者は顕生代中の状況について850以上の気候モデルシミュレーションを作成した。気温推定値と気候シミュレーションを組み合わせることで、研究者らは古代の地球が相対的に温暖だった時期や寒冷だった時期について、より広い視点を作成した。

結果は、顕生代の大部分にあたる過去 4 億 8500 万年間の地球の気温をカバーしており、海での初期の動物の豊富さ、陸上への植物の出現、および数回の大量絶滅が見られた期間をカバーしています。(顕生代の初期の部分については、分析に含める前にさらに多くのデータが必要です。) 顕生代を通じて地球の平均表面温度は華氏 51.8 度から華氏 96.8 度の範囲にあり、地球は全体的に、低温よりも高温の範囲にあることが多かったです。

「この曲線から得られる主な教訓は、地球の表面温度がかなり変動しているということだ」と研究の共著者であるウィング氏は指摘する。地球の平均表面温度は中心点に留まらず、過去4億8500万年の間に非常に暑い時期と非常に寒い時期を行き来してきた。

「これは非常に有用な記録となるだろう」と、今回の研究には関わっていないイギリスのリーズ大学の古気候学者ベンジャミン・ミルズ氏は言う。同氏は、今回の研究は従来の方法の改良というだけでなく、地球の気候が二酸化炭素に対していかに敏感であるかを理解し、その敏感さの歴史を掘り下げる必要性を強調するものでもあると指摘する。

過去 4 億 8500 万年にわたる温暖な気温は二酸化炭素と密接に関係している。大気中の二酸化炭素が増えると、気温も上昇した。この関係は、大規模な火山噴出などの出来事によって地球の気候が急激に変化し、大気中に膨大な量の二酸化炭素が放出された大量絶滅の前後で特に顕著である。「絶滅前の安定した地球温度と CO2 レベルは非常に重要です。これは、当時の生物が最も適応していた環境だからです」とミルズ氏は指摘する。二酸化炭素と気温の急激な変化は、地球の生物多様性が対応するのに苦労する厳しい状況を生み出した。

同じパターンが現在も当てはまる。極地の氷と古代の極地に比べて比較的低温の地表温度を伴う、平均地表温度 59 度という比較的珍しい気温状態にあるにもかかわらず、人間が作り出した温室効果ガスが、より低温の背景に対して急速な温暖化を引き起こしているとジャッド氏は言う。人類が進化したより低温の初期条件に対してさえ、私たちは地球を温暖化させているのだ。

地球の気候が温暖化している速度は特に憂慮すべきものだ。「気候変動の速度は生態系の成り行きに極めて重要な役割を果たします」とジャッド氏は言う。何百万年もかけて徐々に温暖化が進むと、生物は移動、進化、絶滅を余儀なくされるが、温暖化への適応は可能だ。人類が今やっていることは、ペルム紀末の大量絶滅のような瞬間に似ている。当時は、大規模な火山噴出によって膨大な量の二酸化炭素が大気中に放出され、史上最悪の大量絶滅を引き起こした。

ジャッド氏は、地球の気温に注意を払うことは、私たち自身の生存に不可欠だと指摘する。「地球が劇的な気温変化に耐えられるからといって、人間社会が同じように耐えられるとは限りません」と彼女は言う。なぜなら、私たちはより寒い環境で進化し、繁栄してきたからだ。温暖化による海面上昇で、海面近くの場所はますます浸水しつつある。たとえ他の生命体が私たちが起こしている変化に対処できたとしても、「地球の回復力は、人間が引き起こす気候変動に適応し、繁栄する能力に直接つながるわけではない」とジャッド氏は付け加える。

ジャッド氏とその同僚が作成した記録は、現在までを振り返るものだ。国連は昨年、今後10年間が地球の気候形成にとって極めて重要になると、世界中の国々が化石燃料への依存を減らし、大気から二酸化炭素を吸収できる新しい科学に投資するよう勧告し、私たち全員に思い出させた。唯一かつ最善の解決策など存在しない。地球は、人為的な温暖化を抑制するためにあらゆる可能な行動が不可欠である段階にある。次に何が起こるかは私たち次第だ。