我们生活在一个迅速变暖的世界。人类产生的大量温室气体正在推动地球气候变得越来越暖，随着海平面上升，生物改变其生活方式，野火等现象变得更加普遍，我们的星球进一步改变。地质学家和古生物学家一直在寻找类似时期的化石记录，以了解随着人类驱动的气候变化的展开，地球的未来可能会是什么样子，但他们对地球温度如何随着时间的推移而上升和下降缺乏全面的认识。现在，通过将史前温度数据与气候模型相结合，研究人员已经得出了一个4.85亿年的地球气候不断变化的历史。
这项新研究于周四发表在《科学》杂志上，于2018年开始，作为史密森尼国家自然历史博物馆“深度时间”展览计划的一部分。史密森尼古生物学家斯科特·温和布莱恩·休伯希望在展览中加入一条温度曲线，以帮助参观者了解地球气候在过去5.39亿年间是如何变化的，专家们将这段时间称为显生宙。然而，尽管研究人员已经研究史前气候几十年了，但没有人对整个5亿多年的地球表面温度得出可靠、全面的看法。知识的差距是一个机会，让我们可以描绘出地球不断变化的温度。
2018年，Wing、Huber和同事召集了一个气候科学家研讨会，分享他们对地球气候历史的了解，以及如何实现这样一个大局观。亚利桑那大学的古气候学家艾米丽·贾德(Emily Judd)说:“创造一条稳健且可重复的曲线的想法获得了动力。”她于2020年加入了该项目，利用地质数据和气候模型生成地球的深层气候记录。
研究人员用各种不同的方法估计史前的温度。一些科学家观察的冰芯里有气泡，这些气泡的化学成分提供了当时古代气候的线索。史前岩层和化石中的氧同位素也可以相互比较，以估计地球在特定时间是更暖还是更冷。即使是树叶化石的解剖结构也可以作为温度的代用物。例如，叶子边缘光滑，有一个长长的“滴水尖”，可以让水从表面流下，这表明它是一个温暖潮湿的栖息地，而来自较冷气候的植物通常有更多的锯齿状边缘，没有滴水尖。
不同的时间和地点提供了不同种类的证据。第一步是收集所有现有的证据。贾德说:“我们与几十位古气候学界的成员一起，建立了一个超过15万份古代温度估计的数据库。”该项目于2022年发布。该团队所收集的基本上是专家们最接近于参观古代景观并拿出温度计的方法。贾德说:“但要在上下文中理解这些数据是很困难的，就像你一开始只有几块拼图，却想要弄清楚一个千块拼图的画面。”研究人员需要把这个比喻的谜题组合起来，才能更准确地记录显生宙的地球表面温度。
为了揭示整体情况，英国布里斯托尔大学的项目合作者制作了850多个显生宙气候模型模拟。通过将温度估计和气候模拟结合在一起，研究人员对古代地球何时相对较热或较冷有了更广泛的看法。
研究结果涵盖了过去4.85亿年的地球温度，即显生宙的大部分时间，涵盖了海洋中早期动物生命的丰富，陆地上植物的出现以及几次大灭绝的时间跨度。(显生宙早期的部分需要更多的数据才能纳入分析。)在显生宙，地球表面的平均温度在51.8华氏度到96.8华氏度之间，总体而言，地球处于较暖温度范围的频率高于较冷温度。
“我们从这条曲线中得到的主要教训是，地球表面的温度变化很大，”该研究的合著者Wing指出。地球的平均表面温度并没有固定在一个中心点附近，而是在过去的4.85亿年里，经历了非常热和非常冷的时期。
“这将是一个非常有用的记录，”英国利兹大学的古气候学家本杰明·米尔斯说，他没有参与这项新研究。他指出，这项研究不仅是对以前方法的改进，而且强调了了解地球气候对二氧化碳有多么难以置信的敏感，并深入研究这种敏感性的历史的必要性。
过去4.85亿年间的高温与二氧化碳密切相关。当大气中的二氧化碳增加时，温度就会上升。这种联系在一些大灭绝事件中尤为明显，当时地球的气候迅速变化，以应对大规模火山喷发等事件，火山喷发向大气中释放了大量二氧化碳。“在物种灭绝之前，稳定的全球温度和二氧化碳水平非常重要，因为这是当时生物最适应的环境，”米尔斯指出，二氧化碳和温度的快速变化创造了地球生物多样性难以跟上的艰苦条件。
同样的模式在今天也适用。贾德说，尽管我们处于一个相对罕见的温度状态——平均表面温度为59华氏度——与古代极端温度相比，我们的极地冰和相对较低的表面温度，但人类产生的温室气体正在导致较冷的背景下迅速变暖。我们正在使地球变暖，即使是在人类进化时较冷的初始条件下。
地球气候变暖的速度尤其惊人。“气候变化的速度在生态结果中起着关键作用，”贾德说。数百万年的逐渐变暖给生物施加了迁移、进化或灭绝的压力，但适应更温暖的温度是可能的。人类现在所做的更类似于二叠纪末的大灭绝，当时大量的火山喷发将大量的二氧化碳排放到大气中，引发了有史以来最严重的大灭绝。
贾德指出，关注地球的温度对我们的生存至关重要。“地球承受剧烈温度变化的能力并不能保证人类社会也能如此，”她说，因为我们在更冷的条件下进化和繁衍，通常是在接近海平面的地方，随着气候变暖导致海平面上升，这些地方正变得越来越被淹没。贾德补充说，即使其他形式的生命能够应对我们正在做出的变化，“地球的弹性并不能直接转化为我们自己在面对人类造成的气候变化时适应和繁荣的能力。”
贾德和他的同事创造的记录将我们带到了当下。联合国(United Nations)去年提醒我们，未来十年将是塑造地球气候的关键时期。联合国建议世界各国减少对化石燃料的依赖，并投资于可能从大气中吸收二氧化碳的新科学。不存在单一的最佳解决方案。地球正处于这样一个时刻，任何可能的行动都必须遏制人为造成的变暖。接下来会发生什么取决于我们。
