这片棕榈叶化石（Sabalites sp.）发现于阿拉斯加州彼得斯堡市，现陈列于史密森尼国家自然历史博物馆的“大卫·H·科赫化石馆——深时间”。阿拉斯加大学博物馆地球科学收藏35034。
（神秘的地球）据史密森尼学会：史密森尼学会和亚利桑那大学共同领导的一项新研究提供了迄今为止最详细的了解地球表面温度在过去4.85亿年中是如何变化的。
在9月19日发表在《科学》杂志上的一篇论文中，包括史密森尼国家自然历史博物馆的古生物学家Scott Wing和Brian Huber在内的一组研究人员绘制了一条横跨深部时间的全球平均地表温度（GMST）曲线——地球的古代历史绵延数百万年。
新的曲线显示，在显生宙的大部分时间里，地球温度的变化比以前想象的要大，在过去的5.4亿年的地质时间里，生命已经多样化，在陆地上繁衍生息，并经历了多次大规模灭绝。该曲线还证实，地球温度与大气中的二氧化碳含量密切相关。
该团队利用一种称为数据同化的方法创建了温度曲线。这使得研究人员能够将地质记录和气候模型的数据结合起来，对古代气候有更深入的理解。
“这种方法最初是为天气预报而开发的，”这篇新论文的主要作者、美国国家自然历史博物馆和亚利桑那大学的前博士后研究员艾米丽·贾德说。“我们不是用它来预测未来的天气，而是用它来预报古代气候。”
提炼地球温度在很长一段时间内的波动方式，为理解现代气候变化提供了至关重要的背景。
“如果你研究过去的几百万年，你不会发现任何东西看起来像我们在2100年或2500年所期望的那样，”博物馆古植物学馆长Wing说，他的研究重点是古新世-始新世极热期，这是5500万年前全球迅速变暖的时期。
“你需要追溯到地球非常温暖的时期，因为这是我们更好地了解未来气候可能如何变化的唯一途径。”
新的曲线显示，显生宙的温度变化比以前想象的要大。在过去的一段时间里，GMST的温度范围在52至97华氏度（11至36摄氏度）之间。极端高温时期通常与大气中温室气体二氧化碳水平升高有关。
亚利桑那大学古气候学家、这篇新论文的合著者杰西卡·蒂尔尼说：“这项研究清楚地表明，二氧化碳是整个地质时期全球气温的主要控制因素。”。“当二氧化碳含量低时，温度低；当二氧化碳含量高时，温度高。”
研究结果还表明，地球目前的GMST为59华氏度（15摄氏度），比显生宙大部分地区的地球温度要低。但是，人为气候变化造成的温室气体排放目前使地球变暖的速度甚至比显生宙最快的变暖事件要快得多。
气候变暖的速度使世界各地的物种和生态系统面临风险，并导致海平面迅速上升。显生宙期间的一些其他快速气候变化事件引发了大规模灭绝。
蒂尔尼说：“人类以及与我们共享地球的物种都适应了寒冷的气候。”。“迅速将我们所有人带入更温暖的气候是一件危险的事情。”
这篇新论文是2018年开始的一项正在进行的研究工作的一部分，当时Wing、Huber和其他史密森尼学会的研究人员正在帮助开发博物馆的“大卫·H·科赫化石馆——深时间”。新馆旨在通过突出地球气候在过去5亿年中的变化，将博物馆的化石置于背景中。例如，一些标本——包括在阿拉斯加发现的棕榈叶化石——证明了地球过去的一个时期，全球气温比今天高得多。
该团队希望为博物馆参观者提供一条曲线，绘制出地球在显生宙的GMST曲线，该曲线始于5.4亿年前，一直延续到今天。但Wing和Huber惊讶地发现，这一时期的可靠温度曲线尚不存在。这主要是由于化石记录的零碎性。
化石标本提供了一些关于古代温度的线索——例如，化石贝壳的化学成分提供了对遥远过去海洋温度的见解——但这些只是单一时间一个地区的孤立快照。这使得很难在全球范围内破译古代温度的样子。
贾德说：“这就像试图想象一个1000块拼图的画面，而你只有几块拼图。”。
为了绘制深部时间的温度曲线，Wing、Huber和他们的同事启动了PhanTASTIC（显生宙技术平均表面温度综合曲线）项目。
2018年，该博物馆为来自全国各地的古气候学家举办了一次研讨会。2020年，贾德以PhanTASTIC博士后研究员的身份来到博物馆，领导该项目。
为了创建精确的曲线，PhanTASTIC团队使用了数据同化。气象学家使用数据同化将温度、湿度和风速等各种因素的观测与天气模型相结合，以创建更准确的预报。
同样，该团队通过将来自地球不同地区的古代海洋温度数据与过去气候的计算机模拟相结合，重建了显生宙不同地点的世界气候快照。
该团队从五个不同的地球化学档案（或“代理”）中汇编了超过15万个已发表的数据点，这些数据点保存在化石贝壳和其他类型的古代有机物中。
他们在布里斯托尔大学的同事根据大陆位置和大气成分，对遥远过去不同时期的地球气候进行了850多次模型模拟。然后，研究人员使用数据同化将这两条证据结合起来，并创建了一条更准确的曲线，说明地球温度在过去4.85亿年中是如何变化的。
虽然这篇新论文是迄今为止对温度变化最有力的研究，但据博物馆有孔虫（变形虫样单细胞生物）馆长Huber称，这还远未完成。Huber研究微观化石壳，以了解显生宙最温暖的白垩纪时期的环境条件。
Huber说：“我们都同意这不是最终的曲线。”。“研究人员将继续发现有关深刻过去的更多线索，这将有助于在未来修改这条曲线。”
除了Judd、Tierney、Huber和Wing、布里斯托尔大学的Daniel Lunt和Paul Valdes以及加州大学的Isabel Monta&ñez之外，Davis也是这项研究的合著者。
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