上次二氧化碳浓度如此之高时地球是什么样子

气候101 是一个 Mashable 系列，回答了有关地球气候变暖的发人深省的突出问题。

上次二氧化碳浓度与今天一样高时，海水淹没了土地现在存在休斯顿、迈阿密和纽约等大都市。

这是一个被称为上新世或上新世中期的时期大约300万年前，当海平面为高约 30 英尺（但可能更多） 和巨型骆驼居住在森林覆盖的北极高地。 上新世是一个明显变暖的世界，可能比 1800 年代末工业化前的温度高出约 5 华氏度（约 3 摄氏度）。 今天大部分被冰覆盖的北极大部分地区已经融化。 吸热二氧化碳的水平（一个主要的温度杠杆）徘徊在百万分之 400 左右（ppm）。 如今，这些水平相似，但不断上升， 在超过 420 ppm。

人性是目前正在使地球变暖到本世纪末，气温将达到上新世的水平——除非各国雄心勃勃地削减碳排放在未来的几十年里。 当然，海平面不会立即上升数十英尺：数英里厚的冰盖需要数百年至数千年才能融化。 但至关重要的是，人类已经为相对较快地恢复到上新世气候，或者至少比现在明显变暖的气候做好了准备。 这一切发生得很快。 当二氧化碳自然大气层中古老空气的增加保存在冰中表明二氧化碳的增加是在数千年的时间里逐渐发生的。 但今天，二氧化碳水平正在飙升当人类燃烧埋藏已久的化石燃料时。

“在我一生中，大气中的二氧化碳含量增加了 100 ppm，”西弗吉尼亚大学研究过去气候的地质学家凯瑟琳·贝尼森 (Kathleen Benison) 说。 “从地质角度来说，这速度快得令人难以置信。”

布里斯托大学气候科学家丹·伦特 (Dan Lunt) 指出：“你不必成为一名科学家，就能意识到正在发生一些完全奇怪的事情，而那个奇怪的事情就是人类。”研究了上新世。

2023 年 4 月 18 日更新：自 2021 年本文首次发表以来，大气中的二氧化碳水平一直在上升。科学家记录了二氧化碳浓度首次突破 423 ppm4 月 16 日。总体而言，2022 年二氧化碳浓度平均为 417.2 ppm，“比工业化前水平高出 50% 以上”根据美国国家海洋和大气管理局 (NOAA)。

有问题的上新世

当然，海平面需要很长时间才能赶上地球变暖的速度。 但自 1800 年代末以来，地球已经通过多种其他方式对气温升高约 2 华氏度（1.1 摄氏度）做出了反应：美国山火肆虐,南极主要冰盖已经不稳定，热浪是打破纪录,风暴正在加剧， 超越。

进一步变暖将进一步加剧热量增加的后果。 情况会变得更糟。 但上新世会变得更糟吗？ 这取决于气候方程中最变化无常、不可预测的因素： 人类。

“二氧化碳含量将会增加，”伦特说。 “我们可能会在温度方面达到上新世。但这取决于我们排放[温室气体]的速度。”

今天地球上发生的一些人类驱动的变化在几个世纪或几千年内都不会逆转。 很大程度上是因为文明继续沉积大量碳每年都会进入大气中，即使我们立即停止向大气中添加碳，所有这些吸热气体也不会神奇地从空气中消失。 相反，它们会对地球产生影响——比如海平面逐渐上升和酸化海洋——至少几个世纪以来。 海平面已经上升了约八到九英寸自 1800 年代末以来，根据联合国政府间气候变化专门委员会的保守估计，海平面将会上升再多一到两英尺到本世纪末。 但是，这很可能更像是两英尺或三英尺，甚至更多，具体取决于南极洲的大小，思韦茨冰川融化（相当于英国的大小）本世纪排入大海。

马萨诸塞大学阿默斯特分校的地质学家朱莉·布里格姆·格雷特（Julie Brigham-Grette）研究上新世以来北极的变化，她说：“海平面上升和海洋酸化在人类时间尺度上是永久性的。”

上新世当然不能给我们关于我们前进方向的所有答案。 例如，我们不知道在这个遥远的时期海平面上升的速度有多快。 但上新世确实向我们展示了地球部分地区对于几度的变暖是多么敏感。 例如，巨大的格陵兰冰盖（其面积是德克萨斯州的两倍半）的大部分在较温暖的上新世期间融化。 还有古老的很久以前海滩的证据，可追溯到上新世，显示过去海岸线的位置：比今天高 30 英尺左右的球场高度是不祥的。

马萨诸塞州阿默斯特大学气候学教授罗布·德康托（Rob DeConto）研究冰盖对气候变暖的反应，他说：“这意味着冰盖对适度的变暖确实很敏感。”

这对人类文明来说不是好兆头，因为人类人口众多，居住在海岸线上。“人类文明的大部分基础设施都建在那里，”德康托说。“我们是一个倾向于居住在海岸线上的物种。”

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上新世的温暖

地球的二氧化碳水平总是自然地动摇。 在上新世期间，人类并不存在（并且不会存在数百万年）——尽管我们多毛的灵长类祖先是已经走遍非洲当时。

那么，在没有高耗油汽车和燃煤发电厂的情况下，如何解释上新世的高二氧化碳浓度（400 ppm）呢？ 答案就在时间的深处。

早在上新世之前，恐龙时代（结束于 6500 万年前）二氧化碳浓度就已经极度升高，也许在某个时期2,000 至 4,000 ppm。 持续不断的极端火山活动、地球升温和二氧化碳排放量巨大让恐龙在闷热的南极漫游。 但数百万年来，地球的自然过程（特别是缓慢、磨砺但有力的过程）岩石从大气中吸收二氧化碳的过程，被称为“岩石恒温器”）在上新世期间逐渐将二氧化碳浓度降低至 400 ppm 左右。 （我们知道这一点是因为有虽说是间接的可靠的，测量数百万年前地球二氧化碳水平的方法，包括早已死亡的浮游生物的化学组成以及储存在古代植物的呼吸细胞或气孔中的证据。）

上新世之后，地球继续从空气中吸收二氧化碳，最终将二氧化碳水平稳定在约 200 至 280 ppm在最近的冰河时期，猛犸象、乳齿象和巨型树懒主宰了寒冷的地球，人类最终出现了。 但人类通过快速开采和燃烧化石燃料，现已迅速将二氧化碳排放量恢复到上新世的水平。

“150 年来，我们完全逆转了‘岩石恒温器’在过去 300 万年里所做的一切，”布里格姆-格雷特解释道。 “从温暖的北极到有冰盖的寒冷北极的转变花了一百万年的时间。我们将在不到 150 年的时间内摆脱这个过渡。”

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事实上，在过去的 40 年里，北极发生了巨大的变化。北极海冰正在迅速减少。 格陵兰岛的融化是破纪录的。

幸运的是，人类仍然有能力在本世纪将地球温度稳定在避免灾难性影响比如更极端的风暴、珊瑚破坏、酷暑等等。 但是，到目前为止，我们正在走向 300 万年前的气候。 （在某些方面——尤其是大气中的二氧化碳——我们已经做到了。）

“我们正在前往上新世，”布里格姆-格雷特说。

本文最初发表于 2021 年 4 月，现已更新，提供了有关地球大气中二氧化碳急剧增加的更多信息。