Eisscholle, die in Spitzbergen, Norwegen treibt. Sven-Erik Arndt / Arterra / Universal Images Group über Getty Images

Jedes Jahr schrumpft die Meereisbedeckung im Arktischen Ozean Mitte September auf einen Tiefpunkt. In diesem Jahr misst es nur 1.44 Millionen Quadratmeilen (3.74 Millionen Quadratkilometer) - die zweitniedrigster Wert in den 42 Jahren seit Beginn der Messungen durch Satelliten. Das Eis bedeckt heute nur 50% der Fläche, die es vor 40 Jahren bedeckte im Spätsommer.

Die diesjährige minimale Eisausdehnung ist mit Ausnahme von 42 die niedrigste im 2012 Jahre alten Satellitenrekord, was einen langfristigen Abwärtstrend der arktischen Eisdecke verstärkt. Jedes der letzten vier Jahrzehnte weist im Durchschnitt sukzessive weniger sommerliches Meereis auf. NSIDC

Wie das Zwischenstaatliche Gremium für Klimawandel gezeigt hat, liegt der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre höher als jemals zuvor in der Geschichte der Menschheit. Das letzte Mal, dass die atmosphärischen CO2-Konzentrationen das heutige Niveau erreichten - ungefähr 412 Teile pro Million - war vor 3 Millionen Jahren, während des Pliozäns.

Als Geowissenschaftler, die studieren die Entwicklung des Erdklimas und wie es Lebensbedingungen schafftWir sehen die sich entwickelnden Bedingungen in der Arktis als Indikator dafür, wie der Klimawandel den Planeten verändern könnte. Wenn die globalen Treibhausgasemissionen weiter steigen, könnten sie die Erde wieder in das Pliozän versetzen, mit höherem Meeresspiegel, veränderten Wettermustern und veränderten Bedingungen in beiden Ländern natürliche Welt und menschliche Gesellschaften.

Die Pliozän-Arktis

Wir sind Teil eines Wissenschaftlerteams, das Sedimentkerne aus analysiert See El'gygytgyn in Nordostrussland im Jahr 2013, um das Klima der Arktis unter höheren atmosphärischen Kohlendioxidwerten zu verstehen. In diesen Kernen konservierte fossile Pollen zeigen, dass sich die Pliozän-Arktis stark von ihrem gegenwärtigen Zustand unterschied.

Heute ist die Arktis eine baumlose Ebene mit nur geringer Dichte Tundra Vegetationwie Gräser, Seggen und einige Blütenpflanzen. Im Gegensatz dazu enthielten die russischen Sedimentkerne Pollen von Bäumen wie Lärche, Fichte, Tanne und Hemlocktanne. Dies zeigt, dass boreale Wälder, die heute Hunderte von Meilen weiter südlich und westlich in Russland und am Polarkreis in Alaska enden, reichten einst bis zum Arktischen Ozean in weiten Teilen des arktischen Russlands und Nordamerikas.

Da die Arktis im Pliozän viel wärmer war, existierte die grönländische Eisdecke nicht. Kleine Gletscher entlang der bergigen Ostküste Grönlands gehörten zu den wenigen Orten mit ganzjährigem Eis in der Arktis. Das Pliozän hatte nur an einem Ende Eis - in der Antarktis - und dieses Eis war es weniger umfangreich und anfälliger für Schmelzen.

Da die Ozeane wärmer waren und es auf der Nordhalbkugel keine großen Eisschilde gab, war der Meeresspiegel rund um den Globus 30 bis 50 Meter höher als heute. Die Küsten waren weit im Landesinneren von ihren derzeitigen Standorten entfernt. Die Gebiete, die jetzt das kalifornische Central Valley, die Florida Peninsula und die Golfküste sind, befanden sich alle unter Wasser. So war das Land, in dem große Küstenstädte wie New York, Miami, Los Angeles, Houston und Seattle stehen.

In wärmeren Wintern im heutigen Westen der USA wurde die Schneedecke reduziert, was heutzutage der Fall ist liefert einen Großteil des Wassers der Region. Der heutige Mittlere Westen und die Great Plains waren so viel wärmer und trockener, dass es unmöglich gewesen wäre, dort Mais oder Weizen anzubauen.

Warum gab es im Pliozän so viel CO2?

Wie haben die CO2-Konzentrationen während des Pliozäns ähnliche Werte wie heute erreicht? Der Mensch würde mindestens eine weitere Million Jahre lang nicht auf der Erde erscheinen, und unser Einsatz fossiler Brennstoffe ist noch jünger. Die Antwort ist, dass einige natürliche Prozesse, die im Laufe ihrer Geschichte auf der Erde stattgefunden haben, CO2 an die Atmosphäre abgeben, während andere es verbrauchen. Das Hauptsystem, das diese Dynamik im Gleichgewicht hält und das Erdklima steuert, ist ein natürlicher globaler Thermostat, der durch Gesteine ​​reguliert wird chemisch mit CO2 reagieren und ziehen Sie es aus der Atmosphäre.

Der Treibhauseffekt führt zu einem Anstieg der Oberflächentemperaturen und an einigen Stellen zu Niederschlägen. Zusammen beschleunigen diese die Verwitterung von Silikatgesteinen. Eine schnellere Verwitterung entfernt wiederum mehr CO2 aus der Atmosphäre (gelber Pfeil). Die Stärke des Treibhauseffekts hängt vom atmosphärischen CO2-Gehalt ab. Gretashum / Wikipedia

In Böden zerfallen bestimmte Gesteine ​​bei Reaktionen, die CO2 verbrauchen, ständig in neue Materialien. Diese Reaktionen beschleunigen sich tendenziell, wenn Temperaturen und Niederschläge höher sind - genau die Klimabedingungen, die auftreten, wenn die atmosphärischen Treibhausgaskonzentrationen steigen.

Dieser Thermostat verfügt jedoch über eine eingebaute Steuerung. Wenn CO2 und Temperaturen ansteigen und die Verwitterung des Gesteins zunimmt, wird mehr CO2 aus der Atmosphäre entnommen. Wenn CO2 zu sinken beginnt, kühlen die Temperaturen ab und die Verwitterung der Felsen verlangsamt sich weltweit, wodurch weniger CO2 abgezogen wird.

Steinverwitterungsreaktionen können auch schneller wirken, wenn der Boden viele neu freiliegende Mineraloberflächen enthält. Beispiele hierfür sind Gebiete mit hoher Erosion oder Perioden, in denen die tektonischen Prozesse der Erde das Land nach oben drückten und große Bergketten mit steilen Hängen bildeten.

Der Steinverwitterungsthermostat arbeitet geologisch langsam. Zum Beispiel schätzten Wissenschaftler am Ende des Zeitalters der Dinosaurier vor etwa 65 Millionen Jahren, dass der atmosphärische CO2-Gehalt zwischen 2,000 und 4,000 ppm lag. Es dauerte über 50 Millionen Jahre, um sie im Pliozän auf natürliche Weise auf rund 400 ppm zu reduzieren.

Da natürliche Änderungen der CO2-Werte sehr langsam vor sich gingen, waren auch die zyklischen Veränderungen im Klimasystem der Erde sehr langsam. Ökosysteme hatten Millionen von Jahren Zeit, sich anzupassen, anzupassen und langsam auf sich ändernde Klimazonen zu reagieren.

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Sommerliche Hitzewellen verändern Nordsibirien, tauen Permafrost auf und schaffen Bedingungen für großflächige Waldbrände.

Eine pliozänähnliche Zukunft?

Heutzutage überwältigen menschliche Aktivitäten die natürlichen Prozesse, die CO2 aus der Atmosphäre ziehen. Zu Beginn der Industriezeit im Jahr 1750 lag das atmosphärische CO2 bei etwa 280 Teile pro Million. Der Mensch hat nur 200 Jahre gebraucht, um die vor 50 Millionen Jahren begonnene Flugbahn vollständig umzukehren und den Planeten wieder auf CO2-Werte zu bringen, die seit Millionen von Jahren nicht mehr erreicht wurden.

Der größte Teil dieser Verschiebung hat seit dem Zweiten Weltkrieg stattgefunden. Jährliche Erhöhungen von 2-3 Teilen pro Million sind jetzt üblich. Und als Reaktion darauf erwärmt sich die Erde schnell. Seit ungefähr 1880 hat sich der Planet erwärmt 1 Grad Celsius (2 Grad Fahrenheit) - um ein Vielfaches schneller als jede Erwärmung in den letzten 65 Millionen Jahren der Erdgeschichte.

In der Arktis haben Verluste an reflektierender Schnee- und Eisbedeckung diese Erwärmung auf +5 ° C verstärkt. Infolgedessen ist die arktische Meereisbedeckung im Sommer immer geringer. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Arktis sein wird Im Sommer völlig eisfrei innerhalb der nächsten zwei Jahrzehnte.

Dies ist nicht der einzige Beweis für eine drastische Erwärmung der Arktis. Wissenschaftler haben aufgezeichnet extreme Sommerschmelzraten über die grönländische Eisdecke. Anfang August, Kanadas letztes verbleibendes Schelfeis auf dem Gebiet von Nunavut, ins Meer zusammengebrochen. Teile von Arktisches Sibirien und Svalbard, eine Gruppe norwegischer Inseln im Arktischen Ozean, erreichte in diesem Sommer rekordverdächtige Höchsttemperaturen.

Küstenstädte, landwirtschaftliche Brotkorbregionen und die Wasserversorgung vieler Gemeinden werden sich grundlegend unterscheiden, wenn dieser Planet in eine pliozäne CO2-Welt zurückkehrt. Diese Zukunft ist nicht unvermeidlich - aber um sie zu vermeiden, sind jetzt große Schritte erforderlich, um den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu verringern und den Thermostat der Erde herunterzufahren.

Über die Autoren

Julie Brigham-Grette, Professorin für Geowissenschaften, University of Massachusetts Amherst und Steve Petsch, außerordentlicher Professor für Geowissenschaften, University of Massachusetts Amherst

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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