Um novo estudo coliderado pelo Smithsonian e pela Universidade do Arizona oferece a visão mais detalhada até agora de como a temperatura da superfície da Terra mudou nos últimos 485 milhões de anos.

Em um artigo publicado nesta quinta-feira (19) na revista Science, uma equipe de pesquisadores, incluindo os paleobiólogos Scott Wing e Brian Huber, do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, produziu uma curva da temperatura média global da superfície (GMST) ao longo do tempo profundo — o passado antigo da Terra se estendendo por muitos milhões de anos.

A nova curva revela que a temperatura da Terra variou mais do que se pensava anteriormente ao longo de grande parte do Eon Fanerozóico, os últimos 540 milhões de anos de tempo geológico quando a vida se diversificou, povoou a terra e sofreu múltiplas extinções em massa. A curva também confirma que a temperatura da Terra está fortemente correlacionada à quantidade de dióxido de carbono na atmosfera.

A equipe criou a curva de temperatura utilizando uma abordagem chamada assimilação de dados . Isso permitiu que os pesquisadores combinassem dados do registro geológico e modelos climáticos para criar uma compreensão mais coesa dos climas antigos.

"Este método foi originalmente desenvolvido para previsão do tempo", disse Emily Judd, autora principal do novo artigo e ex-pesquisadora de pós-doutorado no Museu Nacional de História Natural e na Universidade do Arizona. "Em vez de usá-lo para prever o tempo futuro, aqui o estamos usando para prever climas antigos."

Refinar como a temperatura da Terra flutuou ao longo do tempo fornece um contexto crucial para entender as mudanças climáticas modernas.

"Se você estiver estudando os últimos milhões de anos, não encontrará nada que se pareça com o que esperamos em 2100 ou 2500", disse Wing, curador de paleobotânica do museu, cuja pesquisa se concentra no Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, um período de rápido aquecimento global ocorrido há 55 milhões de anos.

"Você precisa voltar ainda mais no tempo, para períodos em que a Terra era realmente quente, porque essa é a única maneira de entendermos melhor como o clima pode mudar no futuro."

A nova curva revela que a temperatura variou mais amplamente durante o Fanerozóico do que se pensava anteriormente. Ao longo do éon, a GMST abrangeu entre 52 e 97 graus Fahrenheit (11–36 graus Celsius). Períodos de calor extremo foram mais frequentemente associados a níveis elevados do gás de efeito estufa dióxido de carbono na atmosfera.

"Esta pesquisa ilustra claramente que o dióxido de carbono é o controle dominante nas temperaturas globais ao longo do tempo geológico", disse Jessica Tierney, paleoclimatologista da Universidade do Arizona e coautora do novo artigo. "Quando o CO2 está baixo, a temperatura é fria; quando o CO 2 está alto, a temperatura é quente."

As descobertas também revelam que a GMST atual da Terra de 59 graus Fahrenheit (15 graus Celsius) é mais fria do que a Terra tem sido durante boa parte do Fanerozóico. Mas as emissões de gases de efeito estufa causadas por mudanças climáticas antropogênicas estão atualmente aquecendo o planeta a uma taxa muito mais rápida do que até mesmo os eventos de aquecimento mais rápidos do Fanerozóico.

A velocidade do aquecimento coloca espécies e ecossistemas ao redor do mundo em risco e está causando um rápido aumento no nível do mar. Alguns outros episódios de rápida mudança climática durante o Fanerozóico provocaram extinções em massa.

"Os humanos, e as espécies com as quais compartilhamos o planeta, estão adaptados a um clima frio", disse Tierney. "Colocar todos nós rapidamente em um clima mais quente é algo perigoso de se fazer."

O novo artigo é parte de um esforço de pesquisa em andamento que começou em 2018, quando Wing, Huber e outros pesquisadores do Smithsonian estavam ajudando a desenvolver o "David H. Koch Hall of Fossils— Deep Time" do museu. O novo salão teve como objetivo colocar os fósseis do museu em contexto, destacando como o clima da Terra mudou nos últimos meio bilhão de anos. Por exemplo, vários espécimes — incluindo folhas de palmeira fossilizadas encontradas no Alasca — atestam um período no passado da Terra em que as temperaturas globais eram muito mais quentes do que hoje.

A equipe queria fornecer aos visitantes do museu uma curva que mapeasse a GMST da Terra ao longo do Fanerozóico, que começou há cerca de 540 milhões de anos e continua até os dias atuais. Mas Wing e Huber ficaram surpresos ao descobrir que uma curva de temperatura confiável para esse período ainda não existia. Isso se deve em grande parte à natureza fragmentária do registro fóssil.

Espécimes fósseis oferecem algumas pistas sobre temperaturas antigas — por exemplo, a química de conchas fossilizadas oferece insights sobre temperaturas oceânicas no passado distante — mas são apenas instantâneos isolados de uma região em um único momento. Isso torna difícil decifrar como eram as temperaturas antigas em uma escala global.

"É como tentar visualizar a imagem de um quebra-cabeça de 1.000 peças, quando você só tem um punhado delas", disse Judd.

Para produzir uma curva de temperatura ao longo do tempo profundo, Wing, Huber e seus colegas iniciaram o Projeto PhanTASTIC (Curva Integrada de Temperatura de Superfície Média da Técnica Fanerozóica).

Em 2018, o museu sediou um workshop para paleoclimatologistas de todo o país. Em 2020, Judd chegou ao museu como PhanTASTIC Postdoctoral Fellow para liderar o projeto.

Para criar uma curva precisa, a equipe PhanTASTIC usou assimilação de dados. Meteorologistas usam assimilação de dados para combinar observações de vários fatores como temperatura, umidade e velocidade do vento com modelos climáticos para criar previsões mais precisas.

Na mesma linha, a equipe reconstruiu instantâneos climáticos do mundo em vários pontos do Fanerozoico, integrando dados relacionados às temperaturas oceânicas antigas de diferentes partes do planeta com simulações de computador de climas passados.

A equipe compilou mais de 150.000 pontos de dados publicados de cinco arquivos geoquímicos diferentes (ou "proxies") para temperaturas oceânicas antigas que são preservadas em conchas fossilizadas e outros tipos de matéria orgânica antiga.

Seus colegas da Universidade de Bristol geraram mais de 850 simulações de modelos de como o clima da Terra poderia ter sido em diferentes períodos do passado distante com base na posição continental e na composição atmosférica. Os pesquisadores então usaram assimilação de dados para combinar essas duas linhas de evidência e criar uma curva mais precisa de como a temperatura da Terra variou ao longo dos últimos 485 milhões de anos.

Embora o novo artigo seja o estudo mais robusto sobre mudanças de temperatura até o momento, ele está longe de ser um projeto concluído, de acordo com Huber, curador de foraminíferos (organismos unicelulares semelhantes a amebas) do museu, que estuda conchas fósseis microscópicas para entender as condições ambientais durante o período Cretáceo, o período mais quente do Fanerozóico.

"Todos concordamos que esta não é a curva final", disse Huber. "Os pesquisadores continuarão a descobrir pistas adicionais sobre o passado profundo, o que ajudará a revisar esta curva no futuro."

Além de Judd, Tierney, Huber e Wing, Daniel Lunt e Paul Valdes, da Universidade de Bristol, e Isabel Montañez, da Universidade da Califórnia, Davis foram coautores do estudo.