Hastigheten med vilken planeten värms som svar på den pågående uppbyggnaden av värmefångande koldioxidgas kan öka i framtiden, enligt nya simuleringar av en jämförbar varm period för mer än 50 miljoner år sedan.

Forskare vid University of Michigan och University of Arizona använde en toppmodern klimatmodell för att framgångsrikt simulera-för första gången-den extrema uppvärmningen av den tidiga eocenperioden, som anses vara en analog för jordens framtida klimat.

De fann att uppvärmningshastigheten ökade dramatiskt när koldioxidhalterna steg, ett fynd med långtgående konsekvenser för jordens framtida klimat, forskarna rapporterar i ett papper planerat för publicering 18 september i tidningen Vetenskapliga framsteg .

Ett annat sätt att ange detta resultat är att klimatet i den tidiga eocenen blev alltmer känsligt för ytterligare koldioxid när planeten värmdes.

"Vi blev förvånade över att klimatkänsligheten ökade lika mycket som med ökande koldioxidhalter, "sa författaren Jiang Zhu, en postdoktor vid U-M Institutionen för jord- och miljövetenskap.

"Det är ett skrämmande fynd eftersom det indikerar att temperatursvaret för en ökning av koldioxid i framtiden kan vara större än svaret på samma ökning av CO ₂ nu. Det här är inga goda nyheter för oss. "

Forskarna konstaterade att den stora ökningen av klimatkänsligheten de observerade - som inte hade setts i tidigare försök att simulera den tidiga eocenen med liknande mängder koldioxid - sannolikt beror på en förbättrad representation av molnprocesser i den klimatmodell de använde, Community Earth System Model version 1.2, eller CESM1.2.

Den globala uppvärmningen förväntas förändra fördelningen och molntyperna i jordens atmosfär, och moln kan ha både värmande och kylande effekter på klimatet. I deras simuleringar av Early Eocene, Zhu och hans kollegor fann en minskning av molntäckning och opacitet som förstärkte CO ₂ -inducerad uppvärmning.

Samma molnprocesser som är ansvariga för ökad klimatkänslighet i eocensimuleringarna är aktiva idag, enligt forskarna.

"Våra resultat belyser rollen för småskaliga molnprocesser för att bestämma storskaliga klimatförändringar och föreslår en potentiell ökning av klimatkänsligheten med framtida uppvärmning, "sade U-M paleoklimatforskare Christopher Poulsen, medförfattare till Vetenskapliga framsteg papper.

"Känsligheten vi utläser för eocen är verkligen mycket hög, även om det är osannolikt att klimatkänsligheten kommer att nå eocenivåer under våra liv, "säger Jessica Tierney från University of Arizona, tidningens tredje författare.

Tidigt eocen (ungefär 48 miljoner till 56 miljoner år sedan) var den varmaste perioden under de senaste 66 miljoner åren. Det började med Paleocene-Eocene Thermal Maximum, som kallas PETM, den allvarligaste av flera korta, intensivt varma händelser.

Tidig eocen var en tid med förhöjda atmosfäriska koldioxidhalter och yttemperaturer minst 14 grader Celsius (25 grader Fahrenheit) varmare, i genomsnitt, än idag. Också, skillnaden mellan temperaturer vid ekvatorn och polerna var mycket mindre.

Geologiska bevis tyder på att atmosfäriska koldioxidhalter nådde 1, 000 delar per miljon i den tidiga eocenen, mer än dubbelt den nuvarande nivån på 412 ppm. Om inget görs för att begränsa koldioxidutsläppen från förbränning av fossila bränslen, CO ₂ nivåer kan återigen nå 1, 000 ppm år 2100, enligt klimatforskare.

Tills nu, klimatmodeller har inte kunnat simulera den extrema ytvärmen i det tidiga eocenet - inklusive de plötsliga och dramatiska temperaturpikarna i PETM - genom att enbart förlita sig på atmosfärisk CO ₂ nivåer. Otillräckliga förändringar av modellerna krävdes för att få siffrorna att fungera, sade Poulsen, professor vid UM-institutionen för jord- och miljövetenskap och docent för naturvetenskap.

"I årtionden, modellerna har underskattat dessa temperaturer, och samhället har länge antagit att problemet var med de geologiska uppgifterna, eller att det fanns en uppvärmningsmekanism som inte hade identifierats, " han sa.

Men CESM1.2-modellen kunde simulera både de varma förhållandena och den låga ekvator-till-poliga temperaturgradienten som ses i de geologiska registren.

"För första gången, en klimatmodell matchar de geologiska bevisen ur lådan - det vill säga utan avsiktliga justeringar av modellen. Det är ett genombrott för vår förståelse av tidigare varma klimat, "Sa Tierney.

CESM1.2 var en av de klimatmodeller som användes i den auktoritativa femte utvärderingsrapporten från mellanstatliga panelen om klimatförändringar, färdigställd 2014. Modellens förmåga att på ett tillfredsställande sätt simulera Early Eocene warming ger starkt stöd för CESM1.2:s förutsägelse av framtida uppvärmning, som uttrycks genom en viktig klimatparameter som kallas jämviktsklimatkänslighet.

Termen jämviktsklimatkänslighet hänvisar till den långsiktiga förändringen av den globala temperaturen som skulle bero på en ihållande fördubbling-som varar hundratals till tusentals år-av koldioxidhalter över den preindustriella baslinjen på 285 ppm. Konsensus bland klimatforskare är att ECS sannolikt kommer att ligga mellan 1,5 C och 4,5 C (2,7 F-8,1 F).

Klimatkänsligheten i jämvikt i CESM1.2 ligger nära den övre änden av det konsensusintervallet vid 4,2 C (7,7 F). Den UM-ledda studiens tidiga eocensimuleringar uppvisade ökad jämviktsklimatkänslighet med uppvärmning, tyder på en eocenkänslighet på mer än 6,6 C (11,9 F), mycket större än dagens värde.