En ny studie från University of Michigan som använde fossila ostronskal som paleotermometrar fann att det grunda havet som täckte stora delar av västra Nordamerika för 95 miljoner år sedan var lika varmt som dagens tropikerna.

Studien ger de första direkta temperaturdata från det vidsträckta havet på mitten av latitud under höjden av Krita Thermal Maximum, ett av planetens hetaste klimatintervall under de senaste flera hundra miljoner åren.

Fynden publicerades online den 9 maj i tidskriften Geology , tipsa också om vad som kan vara i beredskap för framtida generationer om inte utsläppen av värmefångande växthusgaser tyglas.

"Dessa data indikerar att det nordamerikanska inlandet under toppen av kritaväxthuset var lika varmt som de hetaste förhållandena i de moderna tropikerna - föreställ dig klimatet på Bali, Indonesien, på platser som Utah eller Wyoming", säger studiens huvudförfattare. Matt Jones, tidigare postdoktor vid University of Michigan, nu vid Smithsonian Institution's National Museum of Natural History.

Studien fann att den genomsnittliga vattentemperaturen i den västra inre sjön under mitten av krita varierade från 28 till 34 grader Celsius (82 F till 93 F), lika varma som moderna tropiska extremer som Indo-Pacific Warm Pool, som konsekvent uppvisar högsta vattentemperaturer över den största vidden på jordens yta.

Atmosfäriska koldioxidkoncentrationer i mitten av krita är fortfarande ett ämne för debatt bland forskare, men många studier har visat nivåer på över 1 000 ppm. Dagens nivåer är lite över 420 ppm men skulle kunna överstiga 1 000 i slutet av detta århundrade om inte utsläppen av fossila bränslen minskas, enligt klimatforskare.

"Dessa nya fynd hjälper till att lösa temperaturer i Nordamerika under ett toppintervall för växthusvärme i det geologiska förflutna, vilket i sin tur kan hjälpa oss att bättre förutsäga hur varm jorden kan bli i framtiden under projicerad högre atmosfärisk CO₂ förhållanden, säger U-M geokemist och studiemedförfattaren Sierra Petersen, biträdande professor vid institutionen för geo- och miljövetenskaper.

För att avgöra hur varmt Nordamerika var under toppen av kritaväxthusvärlden för 95 miljoner år sedan, analyserade forskarna 29 välbevarade ostronskal från en fossilsamling från U.S. Geological Survey.

Fossilerna kom från sandstens- och skifferhällar i Wyoming, Colorado, Utah, New Mexico och Arizona – platser som låg på en liknande breddgrad som idag men var under vattnet under kritatiden. Vid den tiden sträckte sig Western Interior Seaway från Mexikanska golfen till Arktis och från dagens Utah till Iowa.

Fossiler som samlats in i USA:s västra inre visar att sjövägen vimlade av marint liv inklusive massiva musslor, spiralskalade ammoniter och utdöda typer av ostron. Dinosaurier strövade omkring på de intilliggande kustslätterna.

För den aktuella studien använde forskare fossila ostronskal som samlats in under flera decennier av Bill Cobban, en av de framstående amerikanska paleontologerna på 1900-talet, och hans kollegor. När ostronen växte inkorporerade deras skal olika former, eller isotoper, av elementen syre och kol, i förhållanden som avslöjar temperaturen i det omgivande havsvattnet.

Med en liten Dremel-borr tog Jones prov på de fossila skalen och samlade in den pulveriserade kalciten. Med hjälp av en toppmodern masspektrometer i Petersens U-M-labb mätte forskarna isotopförhållandena mellan kol och syre. Specifikt tittade de på förekomsten av den tunga kolisotopen kol-13 och den tunga syreisotopen oxygen-18, och hur ofta de hittades bundna tillsammans i kalcitkristallstrukturen.

Denna frekvens av bindning av de två tunga isotoperna, kallad isotopklumpning, är mycket känslig för omgivningstemperaturen när ett mineral bildas, vilket gör det möjligt för forskare att rekonstruera tidigare temperaturer genom en nyligen utvecklad teknik som kallas klumpad isotoppaleotermometri.

"Många generationer av geologer har studerat paleontologin och stratigrafin i Western Interior Seaway, vilket ger olika idéer om tidigare klimat och en grund av kunskap som gjorde denna studie möjlig," sa Jones. "Men, inga direkta paleotermometermätningar existerade - förrän nu - från det inre av Nordamerika för toppen av denna kritaväxthusvärld.

"Denna brist på register har hindrat en solid förståelse av temperaturutvecklingen i Nordamerika genom kritatiden och temperaturens inverkan på kontinentens marina biotas i havet, såväl som på landlevande fauna som dinosaurierna som bor på de intilliggande kustslätterna."

Nordamerikanska data från den nya studien överensstämmer med tidigare studier som använde traditionella syreisotoppaleoterometritekniker vid öppna havsplatser globalt, enligt författarna. Dessa tidigare studier, som mätte förhållandet mellan stabila isotoper av syre, drog slutsatsen att havsytans temperaturer i de höga 20s C (låga 80s F) från subantarktis till mitten av 30s C (övre 90s F) från tropikerna och södra mellanbreddgrader.

Utöver de specifika fynden som kvantifierar tidigare global värme i Western Interior Seaway, visar den nya studien också hur denna speciella geokemiska teknik kan användas för att avslöja klimatförhållanden i det djupa förflutna, där tidigare tekniker har kämpat.

"Även efter att ha arbetat med den klumpade isotop-paleotermometern i 15 år är det fortfarande fantastiskt för mig att vi, med rätt prover, i princip kan doppa en termometer i ett 95 miljoner år gammalt hav och ta reda på hur varmt det var." sa Petersen. "Om vi ​​vill bättre kunna förutsäga hur olika liv på jorden kan reagera på framtida uppvärmning, kan konkreta temperaturuppskattningar under tidigare varma perioder hjälpa oss att sätta övre gränser för överlevnadsförmåga."