近年來經歷的長期乾旱狀況、破紀錄的高溫、持續的野火和頻繁的、更極端的風暴，是人類向大氣中添加二氧化碳所帶來的全球溫度上升的直接結果。而麻省理工學院一項關於地球古代歷史上極端氣候事件的新研究表明，隨着地球持續變暖，今天的地球可能變得更加不穩定。
這項研究於2021年8月11日發表在《科學進展》上，研究了過去6600萬年的古氣候記錄，即新生代，在恐龍滅絕後不久開始。科學家們發現，在這一時期，地球氣候的波動經歷了一個令人驚訝的”變暖偏向”。換句話說，變暖事件，也就是持續數千年至數萬年的長期全球變暖期遠多於變冷事件。更重要的是，變暖事件往往比冷卻事件更加極端，溫度變化更大。
研究人員說，對這種變暖偏差的一個可能的解釋可能在於”乘數效應”，即適度的變暖–例如從火山向大氣中釋放二氧化碳–自然地加速某些生物和化學過程，加強這些波動，平均來說會導致更多的變暖。
有趣的是，研究小組觀察到，這種變暖的偏差在500萬年前消失了，大約在北半球開始形成冰原的時候。目前還不清楚冰層對地球對氣候轉變的反應有什麼影響。但是，隨着今天北極冰層的消退，新的研究表明，乘數效應可能重新啟動，其結果可能是人類引起的全球變暖的進一步放大。
該研究的主要作者、麻省理工學院地球、大氣和行星科學系的研究生康斯坦丁·安謝德說：”北半球的冰層正在縮小，並有可能作為人類行為的一個長期後果而消失。我們的研究表明，這可能使地球的氣候從根本上更容易受到極端的、長期的全球變暖事件的影響，如在地質歷史上看到的那些事件。”
為了進行分析，該團隊查閱了含有深海底棲有孔蟲的大型數據庫，這些單細胞生物已經存在了數億年，其硬殼保存在沉積物中。這些殼的成分在生物體生長時受到海洋溫度的影響；因此，這些殼被認為是地球古代溫度的可靠代表。幾十年來，科學家們分析了從世界各地收集到的這些貝殼的成分，並確定了不同時期的日期，以追蹤地球溫度在數百萬年裡的波動情況。
研究小組首先對數據進行了統計分析，並觀察到在過去的6600萬年中，全球溫度波動的分佈並不像一個標準的鐘形曲線，其對稱的尾部代表了極端溫暖和極端寒冷波動的同等概率。相反，該曲線明顯是一邊倒的，偏向於更多的溫暖事件而不是寒冷事件。曲線還表現出一個明顯較長的尾巴，代表了比最極端的寒冷事件更極端或溫度更高的溫暖事件。一切都指向一些基本的東西，這些東西導致了這種推動，或對變暖事件的偏見。
可以說，在變暖的意義上，地球系統變得更加不穩定，該小組想知道這種變暖的偏向是否可能是氣候-碳循環中”乘法噪音”的結果。科學家們早就知道，更高的溫度，在一定程度上，往往會加速生物和化學過程。因為碳循環是長期氣候波動的一個關鍵驅動因素，它本身就是由這些過程組成的，溫度升高可能導致更大的波動，使系統偏向於極端的變暖事件。
在數學中存在一套描述這種一般放大或乘法效應的方程式。研究人員將這種乘法理論應用到他們的分析中，看看這些方程是否能夠預測不對稱分佈，包括其傾斜程度和尾巴的長度。
最後，他們發現，數據以及觀察到的對變暖的偏向，可以用乘法理論解釋。換句話說，很可能在過去的6600萬年裡，平均來說，適度變暖的時期因乘數效應而進一步增強，例如生物和化學過程的反應使地球進一步變暖。
作為研究的一部分，研究人員還考察了過去的變暖事件與地球軌道變化之間的相關性。在幾十萬年的時間裡，地球圍繞太陽的軌道定期變得更多或更少的橢圓。但是，科學家們想知道為什麼過去的許多變暖事件似乎與這些變化相吻合，以及為什麼這些事件與地球軌道的變化本身可能造成的變暖相比具有巨大的特點。
研究人員將地球軌道的變化納入乘法模型和他們對地球溫度變化的分析中，並發現乘法效應可以預見地平均放大由於地球軌道的變化而導致的溫和的溫度上升。
氣候變暖和變冷是與軌道變化同步的，但是軌道周期本身只能預測氣候的適度變化。但是，如果我們考慮一個乘法模型，那麼適度的變暖，配上這種乘法效應，會導致極端事件，而這些事件往往與這些軌道變化同時發生。
“人類正在以一種新的方式強迫這個系統，”安謝德補充說。”而這項研究表明，當我們提高溫度時，我們很可能會與這些自然的、放大的效應相互作用。”