Csendes tavasszal Rachel Carson a nyugati zsákkefét veszi figyelembe. "Mert itt a természeti táj ékesszólóan jelenik meg az azt létrehozó erők kölcsönhatásában" - írja. „Elterjedt előttünk, mint egy nyitott könyv oldalain, amelyekben elolvashatjuk, hogy miért olyan a föld és miért kell megőrizni annak integritását. De az oldalak olvasatlanul fekszenek. ”Sajnálja, hogy eltűnt egy fenyegetett táj, de ugyanúgy beszélhet paleoklimátumok jelölőiről.
Ahhoz, hogy megtudja, hová megy, meg kell tudnia, hogy hol volt. Különösen igaz ez az éghajlati tudósokra, akiknek meg kell érteniük a bolygó eltolódásának teljes spektrumát, hogy felvázoljuk jövőnk menetét. De időgép nélkül hogyan lehet ilyen adatokat szerezni?
Mint Carson, el kell olvasniuk a Föld oldalait. Szerencsére a Föld naplókat tartott. Bármi, ami lerakja az éves rétegeket - óceáni korallok, barlangsztalagmitok, hosszú életű fák, apró héjú tengeri lények - hűen rögzíti a múlt körülményeit. Hogy tovább megyünk, a tudósok az óceán fenekéből és a jeges pólusokból kotrási és jégmagokat kotrnak meg, amelyek a memóriájukat hamu- és porszakadékban, valamint hosszú csapdába eső gázbuborékokban írják.
Bizonyos értelemben tehát van időgépünk: Mindegyik proxy egy kicsit más történetet mond, amelyet a tudósok összefonhatnak, hogy teljesebb megértést kapjanak a Föld múltjáról.
Márciusban a Smithsonian Intézet Természettudományi Múzeuma háromnapos Földhőmérsékleti Történeti Szimpóziumot szervezett, amely összehozta a tanárokat, újságírókat, kutatókat és a nyilvánosságot, hogy javítsák a paleoklimátus megértését. Egy esti előadás során Gavin Schmidt, a NASA Goddard Űrkutatási Intézetének klímamodellezője és igazgatója, valamint Richard Alley, a Pennsylvania Állami Egyetem világhírű geológusa elmagyarázta, hogy a tudósok hogyan használják a Föld múltbeli éghajlatát az éghajlati modellek javítására, amelyeket az előrejelzéshez használunk. a mi jövőnk.
Itt található az útmutatás a Föld éghajlati pasztáihoz - nem csak az, amit tudunk, hanem hogy ismerjük.
Hogyan vizsgáljuk meg a Föld korábbi éghajlatát?
Kicsit kreativitást igényel a Föld korábbi inkarnációinak rekonstruálása. Szerencsére a tudósok ismerik azokat a főbb természetes tényezőket, amelyek befolyásolják az éghajlatot. Ide tartoznak a vulkáni kitörések, amelyek hamuja blokkolja a napot, a Föld pályájának olyan változásai, amelyek a napfényt különböző szélességi fokokra helyezik át, az óceánok és a tengeri jég körforgása, a kontinensek elrendezése, az ózon lyuk mérete, a kozmikus sugarak robbantása és az erdőirtás. Ezek közül a legfontosabb az üvegházhatású gázok, amelyek csapdába ejtik a nap hőjét, különösen a szén-dioxid és a metán.
Mint Carson megjegyezte, a Föld ezeket a változásokat rögzíti tájaiban: geológiai rétegekben, fosszilis fákban, fosszilis kagylókban, akár kristályosított patkánypisiban is - alapvetően bármi olyan régi, ami megőrződik. A tudósok kinyithatják ezeket a naplóoldalakat, és megkérdezhetik tőlük, hogy mi történt abban az időben. A fagyűrűk különösen szorgalmas nyilvántartók, akik az éves gyűrűkben rögzítik a csapadék mennyiségét; A jégmagok kifogástalanul részletes nyilvántartást vezethetnek a szezonális körülményekről, amelyek visszamenőleg csaknem millió évre nyúlnak vissza.
A jégmagok a havazás, a vulkáni hamu és még a rég halott civilizációk maradványainak éves rétegeit fedik fel. (A NASA Goddard / Ludovic Brucker) Mit mondhat nekünk egy jégmag?
„Hű, nagyon sok van” - mondja Alley, aki öt mezőszakot töltött a grönlandi jéglapról a jég begyűjtésével. Fontolja meg, mi a jégmag valójában: az évezredek óta visszatérő havazásrétegek keresztmetszete.
Ha a hó takarja a talajt, akkor az légköri gázokkal töltött kicsi levegőt tartalmaz. A pólusoknál az idősebb rétegek eltemetik és jéggé összenyomódnak, és ezeket a tereket korábbi levegőbuborékokká alakítják, ahogy Caitlin Keating-Bitonti és Lucy Chang a Smithsonian.com -ban írták . A tudósok maga a jég kémiai összetételét (a nehéz és könnyű oxigén izotópjainak arányát H2O-ban) használják a hőmérséklet becslésére. Grönlandon és az Antarktiszon az olyan tudósok, mint az Alley, elképzelhetetlenül hosszú jégmagokat vonnak ki - némelyikük több, mint két mérföld hosszú!
A jégmagok megmutatják, mennyi hó esett egy adott évben. De feltárják a távoli vulkáni robbanásokból származó port, tengeri sót, hamukat, még a római vízvezeték által okozott szennyeződéseket is. "Ha a levegőben van, akkor a jégben van" - mondja Alley. A legjobb esetekben a jégmagokat a pontos évjáratukhoz és évükhöz igazíthatjuk, megszámolva éves rétegeiket, mint a fagyűrűk. A jégmagok megőrzik ezeket a finom részleteket, amelyek évszázadokig nyúlnak vissza, és így azok az Alley a paleoklimátus proxyk „arany standardjának” hívják őket.
Várj, de nem sokkal hosszabb a Föld története?
Igen ez így van. A paleoklím tudósoknak millió évvel ezelőtt kell visszamenniük - és ehhez még a jégmagoknál régebbi dolgokra van szükségünk. Szerencsére az életnek hosszú ideje van. A komplex élet fosszilis rekordja körülbelül 600 millió évre nyúlik vissza. Ez azt jelenti, hogy határozott meghatalmazással rendelkezünk az éghajlatváltozás körülbelül ilyen messzire menő változásaival kapcsolatban. Az egyik legfontosabb az 520 millió évvel ezelőtti óvadékok - kihalt, angolnaszerű lények - fogai.
De az ebben az idõtartamban a legelterjedtebb éghajlati proxikumok még enyhébbek. A foraminifera (forams néven ismert) és a diatómák egysejtű lények, amelyek hajlamosak az óceán tengerfenékén élni, és gyakran nem haladják meg a mondat végén szereplő időszakot. Mivel szétszórtan vannak az egész Földön, és a Jurassic óta körül vannak, ezért robusztus fosszilis rekordokat hagytak a tudósok számára a múltbeli hőmérsékletek tesztelésére. Az oxigén izotópok felhasználásával a héjában rekonstruálhatjuk az óceán hőmérsékleteit, amelyek több mint 100 millió évvel ezelőtt visszamentek.
„Minden kitágult hegyoldalon, minden görbe strandon és minden homokszemben van egy föld története” - írta egyszer Carson. Ezek a történetek, kiderül, rejtőznek a tengerpartot létrehozó vizekben és a homokszemnél kisebb lényekben is.
Foraminifera. (Ernst Haeckel) Mennyi bizonyosságot tudunk biztosítani a múltban?
A paleoklimátus tudósok számára az élet döntő fontosságú: ha vannak életképességének mutatói a Földön, akkor a hőmérsékletet az organizmusok eloszlása alapján lehet értelmezni.
De amikor visszamentünk olyan messzire, hogy már nem is vannak fogak fogai, elvesztettük a fő mutatóunkat. A múltban az üledékek eloszlására és a múltbeli gleccserek markereire kell támaszkodni, amelyeket extrapolálhatunk, hogy durván jelezzük az éghajlati mintákat. Tehát minél távolabb megyünk, annál kevesebb proxy van, és annál kevésbé részletezett lesz a megértésünk. "Csak ködösebbé és ködesebbé válik" - mondja Brian Huber, a Smithsonian paleobiológus, aki a szimpózium megszervezésében segített együtt paleobiológus kutató tudósokkal és Scott Wing kurátorokkal.
Hogyan mutatja be a paleoklimátum az üvegházhatású gázok fontosságát?
Az üvegházhatású gázok, amint a neve is sugallja, a hő csapdájával működnek. Lényegében szigetelő takarót képeznek a Föld számára. (Itt jobban megismerkedhet az alapvető kémiával.) Ha áttekinti a korábbi jégkorszak grafikonját, láthatja, hogy a CO2-szint és a jégkorszak (vagy a globális hőmérséklet) megegyeznek. Több szén-dioxid megegyezik a melegebb hőmérséklettel és kevesebb jéggel, és fordítva. "És itt tudjuk az okozati összefüggések irányát" - jegyzi meg Alley. „Elsősorban a CO2-tól a (kevesebb) jégig terjed. Nem fordítva.
Időben visszatérhetünk konkrét pillanatképekre is, hogy megnézhessük, hogyan reagál a Föld a múltbeli CO2-csúcsokra. Például egy olyan szélsőséges felmelegedés időszakában, amely a Föld cenozoikus korszakában körülbelül 55, 9 millió évvel ezelőtt történt, elegendő mennyiségű szén szabadult fel a légkörben a szén-dioxid mennyiségének körülbelül kétszeresére. Az ebből adódóan forró körülmények pusztítást okoztak, súlyos vándorlást és kihalást okozva; nagyjából minden, ami élt, megmozdult vagy kihalt. Növények kiszáradtak. Az óceánok megsavanyodtak és a fürdőkád hőmérsékletére melegültek.
Sajnos ez valószínűsítheti azt, hogy hová megyünk. "Ez ijesztő az éghajlat-modellezők számára" - mondja Huber. „A megy ütemben visszatérünk a szélsőséges meleg időszakaiba.” Ezért segít megérteni a szén-dioxid szerepét a múltbeli éghajlatváltozásban a jövőbeli klímaváltozás előrejelzésében.
Ez nagyon rosszul hangzik.
Igen.
Nagyon lenyűgözött, hogy mennyi paleoklimita adat van. De hogyan működik az éghajlati modell?
Nagyszerű kérdés! A tudományban csak akkor lehet modellt készíteni, ha megérti a rendszer mögöttes alapelveket. Tehát pusztán az a tény, hogy képesek vagyunk jó modelleket készíteni, azt jelenti, hogy megértjük, hogy mindez működik. A modell lényegében a valóság egyszerűsített változata, a fizikai és kémiai törvényekről ismeretek alapján. A mérnökök matematikai modelleket használnak olyan szerkezetek felépítéséhez, amelyekre emberek milliói támaszkodnak, a repülőgépekről a hidakig.
Modelleink adatkereteken alapulnak, amelyek nagy része a paleoklimátus proxykből származik, amelyeket a tudósok a világ minden sarkából összegyűjtöttek. Ezért annyira fontos, hogy az adatok és a modellek beszélgessenek egymással. A tudósok a távoli múltbeli adatokkal tesztelik előrejelzéseiket, és megpróbálják kijavítani a felmerülő eltéréseket. "Visszamehetünk az időbe, kiértékelhetjük és validálhatjuk ezen modellek eredményeit, hogy jobb előrejelzéseket készítsünk a jövőbeni eseményekről" - mondja Schmidt.
Íme egy modell:
Csinos. Azt hallom, hogy a modellek nem túl pontosak.
A modellek természetüknél fogva mindig tévedek. Gondolj rájuk, mint közelítésre, a legjobb hiszem.
De kérdezd meg magadtól: adnak-e ezek a kitalálások több információt, mint korábban voltunk? Biztosítanak-e hasznos előrejelzéseket, amikkel egyébként nem rendelkeznénk? Engedélyezik-e új, jobb kérdések feltevését? "Amikor ezeket a biteket összerakjuk, olyan dolgokkal végződünk, amelyek nagyon hasonlítanak a bolygóra" - mondja Schmidt. „Tudjuk, hogy hiányos. Tudjuk, hogy vannak olyan dolgok, amelyeket még nem tettünk bele, tudjuk, hogy olyan dolgokat tettünk be, amelyek kissé tévedtek. De az alapvető minták, amelyeket ezekben a modellekben látunk, felismerhetők ... mint azok a minták, amelyeket állandóan látunk a műholdakban. "
Tehát bíznunk kellene benne a jövő előrejelzésében?
A modellek hűen reprodukálják azokat a mintákat, amelyeket a Föld múltjában, jelenében és egyes esetekben a jövőben is látunk. Most itt vagyunk, ahol összehasonlíthatjuk a korai éghajlati modelleket - az 1980-as évek végén és az 1990-es években azokat a modelleket, amelyeken Schmidt NASA-csapata dolgozott - a valósággal. „Amikor diák voltam, a korai modellek elmondták nekünk, hogy melegszik” - mondja Alley. - Ez történik. A modellek sikeresen prediktívak és magyarázók: működnek. ”Attól függően, hogy mikor állsz, ez azt okozhatja, hogy azt mondja:„ Ó, jó! Igaza volt! ”Vagy„ Ó, nem! Igaza volt.
A modellek pontosságának ellenőrzése érdekében a kutatók visszatérnek a paleoklimatikus adatokhoz, amelyeket az Alley és mások összegyűjtöttek. Futtatják a modelleket a távoli múltba, és összehasonlítják azokat a tényleges adatokkal.
"Ha tudjuk reprodukálni az ősi múltbeli éghajlatokat, ahol tudjuk, mi történt, akkor azt mondjuk nekünk, hogy ezek a modellek egy igazán jó eszköz, hogy megtudjuk, mi fog történni a jövőben" - mondja Ivany Linda, a Syracuse Egyetem paleoklimit tudósa. Ivany kutatási proxikjai ősi kagylók, amelyeknek kagylója nemcsak az éves körülményeket rögzíti, hanem az egyedi telek és nyarak is 300 millió évvel ezelőtt tevékenykedik - ezáltal értékes módot kínál a modellek ellenőrzésére. "Minél jobban lesznek a modellek a múlt visszaszerzéséhez - mondja -, annál jobb lesz a jövő előrejelzése."
A paleoklimátum azt mutatja, hogy a Föld éghajlata drámaian megváltozott. Ez nem azt jelenti, hogy relatív értelemben a mai változások nem nagy ügy?
Amikor Richard Alley megpróbálja megmagyarázni az ember okozta éghajlatváltozás súlyosságát, gyakran egy konkrét éves jelenségre hívja fel a figyelmet: a Los Angeles-i hegyekben évente lángoló tűzvész. Ezek a tüzek kiszámíthatók, ciklikusak, természetiek. De őrült lenne azt mondani, hogy mivel a tüzek általában szabályok, az jó, ha hagyja, hogy a gyújtogatók tüzet is készítsenek. Hasonlóképpen, az a tény, hogy az éghajlat több millió év alatt megváltozott, nem jelenti azt, hogy az ember okozta üvegházhatású gázok nem jelentenek komoly globális veszélyt.
"Civilizációnk stabil éghajlati és tengeri szintre épül" - mondja Wing -, és mindaz, amit a múltból tudunk, azt mondja, hogy amikor sok szén kerül a légkörbe, az éghajlat és a tenger szintje radikálisan megváltozik. "
Az ipari forradalom óta az emberi tevékenységek elősegítették a földgömb 2 fok F-os melegítését, ami Schmidt „jégkorszak egységének” tekinthető - annak a hőmérsékleti változásnak a hőmérséklete, amelyen a Föld jégkorszak és nem jégkorszak között megy keresztül. A mai modellek további 2–6 Celsius fokos előrejelzést várnak 2100-ra 2100-ra - legalább 20-szor gyorsabban, mint az elmúlt 2 millió év melegítése.
Természetesen vannak bizonytalanságok: "Vitát folytathatunk arról, hogy kissé túl optimizmusok vagyunk-e vagy sem" - mondja Alley. „De nem sok vita arról, hogy túlságosan félelmesek vagyunk-e vagy sem.” Figyelembe véve, hogy mennyire voltunk korábban, figyelmen kívül kell hagynunk a történelemünket.
