地質学的温度記録

地質学的温度記録は、数百万年から数十億年（10 ^{9 ）のタイムスケールで地質}学的証拠から判定された地球環境の変化です。過去の温度の研究は、当時の 気候と海洋学の要素であるため、重要な古環境の洞察を提供します。

過去の気温の証拠は主に同位体（特にδ18O）から得られますが、有孔虫のMg/Ca比やアルケノンも有用です。多くの場合、^多くの証拠を組み合わせて気温の多重推定値を取得します。これは氷河期/間氷期の気温の研究において非常に重要であることが証明されています。^[1]

過去300 万年は、氷河期と間氷期のサイクルが繰り返され、氷河期が徐々に深まってきました。現在、地球はおよそ2 万年前(20 kya) から始まった間氷期にあります。

氷河期のサイクルには、北半球の大陸氷床の成長と後退が関係しており、21,000年、41,000年、100,000年スケールなど、いくつかの時間スケールでの変動が伴います。このようなサイクルは通常、ミランコビッチ サイクルとして知られる地球軌道の予測可能な変化によって引き起こされると解釈されています。中期更新世の初め(80万年前、ブリュンヌ・マツヤマ地磁気逆転に近い) には、氷河期の支配的な周期が41,000年サイクルから100,000年サイクルに切り替わったが、ほとんど説明 のつかない出来事がありました。

過去300万年にわたる氷河期の段階的な激化は、温室効果ガスである 二酸化炭素の濃度の低下と関連しているが、この変化が気温の変化を引き起こすほど大きいかどうかは不明である。ヘンリーの法則によれば、二酸化炭素は冷たい水に溶けやすいため、気温の低下は二酸化炭素の減少を引き起こす可能性があり、最終氷期極大期の二酸化炭素濃度の100ppmv減少のうち30ppmvはこれが原因である可能性がある。^[1]

同様に、この深化段階の開始は、プレートテクトニクスの作用によるパナマ地峡の閉鎖とほぼ一致しています。これにより、太平洋と大西洋の間の直接的な海流が阻止され、海洋循環と熱の分布に重大な影響が及んでいたはずです。しかし、モデル化研究では、これが現在の氷河期の激化の直接的な原因であるかどうかは不明です。

この最近の気候循環の期間は、約4,000 万年前に南極の氷河期とともに始まった、より長期にわたる氷河期の一部です。

始新世 の初期には、数十万年程度続く急激な温度上昇が連続して観測されている。最も顕著な暁新世-始新世極大期（PETM）は、右の図に見られる。これは通常、クラスレート（海底に蓄積する凍結したメタン氷）からのメタンの急激な放出によって引き起こされたと解釈されているが、一部の科学者は、メタンが観測された変化を引き起こすのに十分であるかどうかに異議を唱えている。^[要出典]これらのイベントの間、北極海の気温は、現代の温帯（つまり中緯度）の海に典型的に関連付けられるレベルに達した可能性がある。^[要出典] PETMの間、地球の平均気温は5～8℃（9～14℉）上昇し、平均気温は23℃（73℉）まで上昇したとみられる。これは今日の地球の平均気温が15℃（60℉）をわずかに下回るのとは対照的である。地質学者と古生物学者は、暁新世と始新世初期のほとんどの期間、両極には氷冠がなく、北極圏より上にはヤシの木とワニが生息していたが、米国本土の大部分は亜熱帯環境であったと考えている。^[5]

白亜紀後期、1億年前から6600万年前にかけて、地球の平均気温は過去約2億年間で最も高くなった。^[6]これは、この時期の大陸の好ましい配置により海洋の循環が改善され、大規模な氷床の形成が抑制された結果である可能性が高い。^[要出典]

顕生代は 、複雑な多細胞生物の誕生以来のほぼ全期間にあたる、過去 5 億 4,200 万年間に及ぶ時代で、一般的には、現在のような氷河期と、白亜紀に起こったのと同様の「気候最適期」との間で気温が変動する期間であった。この期間には、気候最適期の間に約 1 億 4,000 万年の間隔を置いて、およそ 4 回のそのようなサイクルが発生した。現在に加えて、氷河期はペルム紀-石炭紀の期間と、後期オルドビス紀- 前期シルル紀の期間にも発生した。ジュラ紀と前期白亜紀には「より寒冷な」期間もあり、海氷が増加した証拠があるが、この期間中は両極に大陸がなかったため大陸氷床の形成が妨げられ、その結果、通常は本格的な氷河期とは見なされない。これらの寒冷期の間には、より温暖な条件が存在し、気候最適期と呼ばれることが多い。しかし、これらの温暖な時期が白亜紀の最盛期よりも実際に暑かったのか寒かったのかを判断するのは困難でした。

新原生代（10億年前から5億3880万年前）には、少なくとも2回、おそらくはそれ以上の大氷河期があった証拠がある。マリノア氷河期とヴァリャーグ氷河期の最盛期（約5億6000万年前から6億5000万年前）を含む最近の氷河期は、海氷がほぼ赤道まで達し、スノーボールアース現象であったと提唱されている。これは顕生代の氷河期よりもかなり厳しい。この氷河期はカンブリア爆発による生命の急速な多様化のほんの少し前に終わったため、この氷河期（または少なくともその終焉）が進化に有利な条件を作り出したと提唱されている。より初期のスターティアン氷河期の最盛期（約7億3000万年前）もスノーボールアース現象であった可能性があるが、これは証明されていない。

スノーボールアース現象の始まりにつながる変化はよくわかっていないが、必然的に終焉を招いたと主張されてきた。広範囲に広がる海氷は、海洋堆積物への新鮮な炭酸塩の堆積を妨げる。このような炭酸塩は二酸化炭素をリサイクルする自然のプロセスの一部であるため、このプロセスを短絡させることで二酸化炭素が大気中に蓄積することになる。これにより温室効果が高まり、最終的には気温の上昇と海氷の後退につながる。^[8]

これらの解釈された地質学的温度記録を直接組み合わせることは必ずしも有効ではなく、異なる定義を使用している可能性のある他のより最近の温度記録と組み合わせることも有効ではありません。それでも、不正確であっても全体的な視点は有用です。このビューでは、時間は西暦2015年として現在から逆方向にプロットされています。5つの別々のセグメントで線形にスケーリングされ、垂直のブレークごとに約1桁拡大します。左側のパネルの温度は非常に概算であり、定性的な指標としてのみ見るのが最適です。^[9]詳細はグラフの説明ページに記載されています。

約8 億年前から 18 億年前にかけて、気候が停滞した時期がありました。これは「退屈な 10 億年」とも呼ばれています。この期間中、地殻変動はほとんど起こらず、氷河作用もなく、大気の組成は安定していました。この時期は、2 つの異なる酸素化と氷河作用によって区切られています。

岩石サンプルの酸素とケイ素の同位体に基づく温度再構築では、先カンブリア時代の海水温ははるかに高かったと予測されている。^{[10] [11]これらの予測では}、20億年前から35億年前の期間の海水温は55〜85℃で、その後10億年前までに10〜40℃のより穏やかな温度まで冷却されたことが示唆されている。先カンブリア時代の生物から再構築されたタンパク質も、古代の世界が今日よりもはるかに暖かかったことを示す証拠を提供している。^{[12] [13]}

しかし、他の証拠は、 20億年から30億年前の期間は、過去5億年間よりも一般的に寒く、氷河が多かったことを示唆しています。^{[要出典]これは、}太陽放射が現在よりも約20％低かった結果であると考えられています。地球が形成された45億年前、太陽の光度は30％暗く、 ^[14]将来的には10億年ごとに約10％の光度が増加すると予想されています。^[15]

非常に長い時間スケールでは、太陽の進化も地球の気候を決定する重要な要素です。標準的な太陽理論によると、太陽は現代の値の約 70% の強度で始まり、その後、進化の自然な一部として徐々に明るさを増していきます。初期の低かった太陽放射と現代の温室効果ガスの値を組み合わせれば、地球の表面に液体の海が存在するのに十分ではなかったでしょう。しかし、表面に液体の水があったという証拠は、44 億年前にまでさかのぼって実証されています。これは「若い太陽の暗いパラドックス」として知られ、通常は地球の初期の歴史では温室効果ガスの濃度がはるかに高かったという仮説で説明されますが、このような提案は既存の実験的証拠によって十分に制約されていません。