În primăvara liniștită, Rachel Carson îl consideră pe salvia occidentală. „Căci aici peisajul natural este elocvent în legătură cu forțele care l-au creat”, scrie ea. „Este răspândit în fața noastră ca paginile unei cărți deschise în care putem citi de ce este pământul ceea ce este și de ce ar trebui să-i păstrăm integritatea. Dar paginile sunt necitite. Ea își plânge dispariția unui peisaj amenințat, dar poate la fel de bine vorbește despre markeri ai paleoclimului.
Pentru a ști unde te duci, trebuie să știi unde ai fost. Acest lucru este valabil în special pentru oamenii de știință din domeniul climatic, care trebuie să înțeleagă întreaga gamă de schimbări a planetei pentru a trage cursul viitorului nostru. Dar fără o mașină a timpului, cum obțin aceste tipuri de date?
Ca și Carson, trebuie să citească paginile Pământului. Din fericire, Pământul a păstrat jurnale. Orice lucru care pune straturi anuale - corali oceanici, stalagmite rupestre, copaci cu viață lungă, creaturi mici de coajă - înregistrează fidel condițiile din trecut. Pentru a merge mai departe, oamenii de știință dragă miezurile de sedimente și miezurile de gheață de pe fundul oceanului și din stâlpi înghețați, care își scriu propriile memorii în explozii de cenușă și praf și bule de gaze cu capcana lungă.
Într-un anumit sens, avem mașini de timp: Fiecare dintre aceste reprezentanțe spune o poveste ușor diferită, pe care oamenii de știință pot țese împreună pentru a forma o înțelegere mai completă a trecutului Pământului.
În martie, Muzeul Național de Istorie Naturală al Smithsonian Institution a organizat un simpozion de Istorie a Temperaturii Pământului de trei zile, care a adus profesori, jurnaliști, cercetători și public împreună pentru a îmbunătăți înțelegerea lor despre paleoclim. În cadrul unei prelegeri de seară, Gavin Schmidt, modelatorul climatic și director al Institutului Goddard pentru Studii Spațiale al NASA, și Richard Alley, un geolog de renume mondial la Universitatea de Stat din Pennsylvania, au explicat modul în care oamenii de știință folosesc climatul trecut al Pământului pentru a îmbunătăți modelele climatice pe care le folosim pentru a prezice viitorul nostru.
Iată ghidul dvs. asupra trecuturilor climatice ale Pământului - nu doar ceea ce știm, ci și cum îl știm.
Cum privim în climatul trecut al Pământului?
Este nevoie de puțină creativitate pentru a reconstrui încarnările din trecut ale Pământului. Din fericire, oamenii de știință cunosc principalii factori naturali care modelează climatul. Acestea includ erupții vulcanice ale căror cenușă blochează soarele, schimbările pe orbita Pământului care mută lumina soarelui în diferite latitudini, circulația oceanelor și gheața marină, dispunerea continentelor, dimensiunea găurii de ozon, exploziile razelor cosmice și defrișarea. Dintre acestea, cele mai importante sunt gazele cu efect de seră care captează căldura soarelui, în special dioxidul de carbon și metanul.
După cum a menționat Carson, Pământul înregistrează aceste schimbări în peisajele sale: în straturile geologice, copacii fosili, scoicile fosile, chiar și pipi de șobolan cristalizat - practic orice este într-adevăr vechi care se păstrează. Oamenii de știință pot deschide aceste pagini de jurnal și să-i întrebe ce se întâmplă la acel moment. Inelele copacilor sunt în mod deosebit sârguincioși, care înregistrează precipitații în inelele lor anuale; miezurile de gheață pot păstra relatări minuțioase despre condițiile sezoniere care se întind aproape un milion de ani.
Nucleele de gheață dezvăluie straturi anuale de ninsori, cenușă vulcanică și chiar resturi de civilizații moarte de mult. (Goddard-ul NASA / Ludovic Brucker) Ce altceva ne poate spune un miez de gheață?
„Uau, sunt atât de multe”, spune Alley, care a petrecut cinci sezoane de câmp înfipt gheața de pe gheata Groenlandei. Luați în considerare ce este de fapt un miez de gheață: o secțiune transversală a straturilor de ninsori care se întoarce de milenii.
Când zăpada acoperă pământul, conține mici spații de aer umplute cu gaze atmosferice. La stâlpi, straturile mai vechi devin îngropate și comprimate în gheață, transformând aceste spații în bule de aer trecut, după cum scriu cercetătorii Caitlin Keating-Bitonti și Lucy Chang în Smithsonian.com. Oamenii de știință folosesc compoziția chimică a gheții în sine (raportul dintre izotopii grei și ușori ai oxigenului din H2O) pentru a estima temperatura. În Groenlanda și Antarctica, oamenii de știință precum Alley extrag nuclee lungi de gheață, în mod inconștient - cu o lungime de peste două mile!
Miezul de gheață ne spune cât de multă zăpadă a căzut într-un an anume. Dar ei dezvăluie și praf, sare de mare, cenușă din explozii vulcanice îndepărtate, chiar și poluarea lăsată de instalațiile sanitare romane. „Dacă este în aer, este în gheață”, spune Alley. În cele mai bune cazuri, putem cita nucleele de gheață în funcție de anotimpul și anul lor exact, contorizând straturile lor anuale precum inelele copacilor. Iar miezurile de gheață păstrează aceste detalii rafinate care se întorc în urmă cu sute de mii de ani, ceea ce le face ceea ce Alley numește „standardul de aur” al proxieților paleoclimate.
Stai, dar istoria Pământului nu este mult mai lungă decât asta?
Da, așa e. Oamenii de știință paleoclimatici trebuie să se întoarcă cu milioane de ani - și pentru asta avem nevoie de lucruri chiar mai vechi decât miezurile de gheață. Din fericire, viața are un record lung. Recordul fosil al vieții complexe se întinde undeva în jurul valorii de 600 de milioane de ani. Asta înseamnă că avem soluții sigure pentru schimbările climatice care se vor întoarce aproximativ în acea perioadă. Unul dintre cei mai importanți este dinții conodontilor - creaturi dispărute, asemănătoare anghilei - care se întorc în urmă cu 520 de milioane de ani.
Dar unele dintre cele mai frecvente proxime climatice la acest interval de timp sunt și mai minuscule. Foraminifera (cunoscută sub numele de „foramuri”) și diatomele sunt ființe unicelulare care tind să trăiască pe malul mării oceanice și, adesea, nu sunt mai mari decât perioada de la sfârșitul acestei propoziții. Deoarece sunt împrăștiați pe tot pământul și sunt în jur de la Jurasic, au lăsat o evidență fosilă robustă pentru oamenii de știință să sondeze temperaturile trecute. Folosind izotopi de oxigen în scoicile lor, putem reconstrui temperaturile oceanului care se întorc cu mai bine de 100 de milioane de ani în urmă.
„În fiecare promontoriu, în fiecare plajă curbă, în fiecare grăunte de nisip există o poveste a pământului”, a scris Carson odată. Se pare că acele povești se ascund și în apele care au creat plajele respective și în creaturi mai mici decât un grăunte de nisip.
Foraminifera. (Ernst Haeckel) Câtă certitudine avem pentru trecutul profund?
Pentru oamenii de știință paleoclimatici, viața este crucială: dacă aveți indicatori de viață pe Pământ, puteți interpreta temperatura bazată pe distribuția organismelor.
Dar când ne-am întors până acum încât nu mai există niciun dinți conodont, am pierdut principalul indicator. Trecut pe care trebuie să ne bazăm pe distribuția sedimentelor și pe marcatorii ghețarilor trecuți, pe care îi putem extrapola pentru a indica aproximativ modele climatice. Așadar, cu cât mergem mai departe, cu atât avem mai puține reprezentanțe și cu atât mai puțin granulară devine înțelegerea noastră. „Este pur și simplu nebun și mai nebunesc”, spune Brian Huber, un paleobiolog Smithsonian, care a ajutat la organizarea simpozionului împreună cu colegul de știință de cercetare paleobiolog și curatorul Scott Wing.
Cum ne arată paleoclimul importanța gazelor cu efect de seră?
Gazele cu efect de seră, după cum sugerează și numele lor, funcționează prin captarea căldurii. În esență, sfârșesc formând o pătură izolatoare pentru Pământ. (Puteți intra mai mult în chimia de bază aici.) Dacă vă uitați la un grafic al vechilor vârste de gheață, puteți vedea că nivelurile de CO2 și Epoca glaciară (sau temperatura globală) se aliniază. Mai mult CO2 este egal cu temperaturi mai calde și mai puține gheață și invers. „Și știm direcția cauzalității aici”, notează Alley. „Este în primul rând de la CO2 până la (mai puțin) gheață. Nu invers."
De asemenea, putem privi înapoi la instantanee specifice în timp pentru a vedea cum reacționează Pământul la vârfurile de CO2 din trecut. De exemplu, într-o perioadă de încălzire extremă în perioada Cenozoică a Pământului, în urmă cu aproximativ 55, 9 milioane de ani, a fost eliberat suficient carbon pentru a dubla aproximativ cantitatea de CO2 din atmosferă. Condițiile, în consecință, calde au provocat ravagii, provocând migrații masive și stingeri; cam tot ceea ce trăia, fie mutat, fie dispărut. Plantele ofilite. Oceanele s-au acidulat și s-au încălzit până la temperatura căzilor.
Din păcate, acest lucru ar putea fi o problemă pentru unde mergem. „Acest lucru este înfricoșător pentru modelatorii climatici”, spune Huber. „La ritmul în care mergem, ne plimbăm cu timpul în aceste perioade de căldură extremă”. De aceea, înțelegerea rolului dioxidului de carbon în schimbările climatice anterioare ne ajută să prognozăm schimbările climatice viitoare.
Suna destul de prost.
Da.
Sunt foarte impresionat de cât de multe date paleoclimatice avem. Dar cum funcționează un model climatic?
Marea întrebare! În știință, nu puteți face un model decât dacă înțelegeți principiile de bază care stau la baza sistemului. Așadar, simplul fapt că suntem capabili să realizăm modele bune înseamnă că înțelegem cum funcționează toate acestea. Un model este în esență o versiune simplificată a realității, bazată pe ceea ce știm despre legile fizicii și chimiei. Inginerii folosesc modele matematice pentru a construi structuri pe care se bazează milioane de oameni, de la avioane la poduri.
Modelele noastre se bazează pe un cadru de date, o mare parte din acestea fiind proxy-uri paleoclimatice pe care oamenii de știință le-au colectat din fiecare colț al lumii. De aceea este atât de important ca datele și modelele să fie în conversație între ele. Oamenii de știință își testează previziunile cu privire la datele din trecutul îndepărtat și încearcă să remedieze discrepanțele care apar. „Putem să ne întoarcem în timp și să evaluăm și să validăm rezultatele acestor modele pentru a face predicții mai bune pentru ceea ce se va întâmpla în viitor”, spune Schmidt.
Iată un model:
E dragut. Am auzit că modelele nu sunt foarte precise.
Prin natura lor, modelele sunt întotdeauna greșite. Gândiți-vă la ele ca la o aproximație, cea mai bună presupunere a noastră.
Dar întrebați-vă: aceste ghici ne oferă mai multe informații decât am avut anterior? Oferă previziuni utile pe care altfel nu le-am avea? Ne permit să ne punem întrebări noi, mai bune? „Când punem toate aceste bucăți împreună, terminăm cu ceva care seamănă foarte mult cu planeta”, spune Schmidt. „Știm că este incompletă. Știm că există lucruri pe care nu le-am inclus, știm că am introdus lucruri puțin greșite. Dar modelele de bază pe care le vedem în aceste modele sunt recunoscute ... ca tiparele pe care le vedem în sateliți tot timpul. "
Deci ar trebui să avem încredere în ei pentru a prezice viitorul?
Modelele reproduc fidel modelele pe care le vedem în trecutul prezent, prezent - și în unele cazuri, viitor. Acum suntem în punctul în care putem compara modelele climatice timpurii - cele de la sfârșitul anilor '80 și '90 la care echipa Schmidt de la NASA a lucrat - cu realitatea. „Când eram student, primele modele ne-au spus cum se va încălzi”, spune Alley. „Asta se întâmplă. Modelele sunt predictive cu succes, precum și explicative: funcționează. ”În funcție de locul în care stai, asta ar putea să te facă să spui„ Oh bun! Aveam dreptate! ”Sau„ O, nu! Aveam dreptate. ”
Pentru a verifica acuratețea modelelor, cercetătorii revin imediat la datele paleoclimate pe care Alley și alții le-au colectat. Ei rulează modele în trecutul îndepărtat și le compară cu datele pe care le au de fapt.
„Dacă putem reproduce clime antice în trecut, unde știm ce s-a întâmplat, asta ne spune că acele modele sunt un instrument cu adevărat bun pentru noi să știm ce se va întâmpla în viitor”, spune Linda Ivany, un om de știință paleoclim la Universitatea Syracuse. Proxy-urile de cercetare ale lui Ivany sunt scoici vechi, ale căror scoici înregistrează nu numai condiții anuale, dar și ierni și veri individuale care se întorc în urmă cu 300 de milioane de ani - ceea ce le face o modalitate valoroasă de a verifica modelele. „Cu cât sunt mai bune modelele la recuperarea trecutului”, spune ea, „cu atât vor fi mai bune pentru a prezice viitorul”.
Paleoclimul ne arată că clima Pământului s-a schimbat dramatic. Nu înseamnă că, într-un sens relativ, schimbările de astăzi nu sunt o problemă mare?
Când Richard Alley încearcă să explice gravitatea schimbărilor climatice provocate de om, el invocă adesea un fenomen anual special: focurile sălbatice care ard în fiecare an pe dealurile din Los Angeles. Aceste incendii sunt previzibile, ciclice, naturale. Dar ar fi nebun să spun că, întrucât incendiile sunt norma, este bine să-i lase pe incendiari să stingă și ei focurile. În mod similar, faptul că climatul s-a schimbat de-a lungul a milioane de ani nu înseamnă că gazele cu efect de seră artificiale nu reprezintă o amenințare globală serioasă.
"Civilizația noastră este bazată pe un climat stabil și nivelul mării", spune Wing, "și tot ceea ce știm din trecut spune că atunci când pui mult carbon în atmosferă, climatul și nivelul mării se schimbă radical."
De la Revoluția Industrială, activitățile umane au ajutat la încălzirea globului cu 2 grade F, un sfert din ceea ce Schmidt consideră o „unitate a epocii de gheață” - schimbarea de temperatură pe care Pământul o parcurge între o epocă de gheață și o epocă non-gheață. Modelele de astăzi prezic încă 2 - 6 grade Celsius de încălzire până la 2100 - de cel puțin 20 de ori mai repede decât ultimele crize de încălzire din ultimii 2 milioane de ani.
Desigur, există incertitudini: „Am putea avea o dezbatere dacă suntem prea puțin optimisti sau nu”, spune Alley. „Dar nu prea se dezbate dacă suntem prea înfricoșători sau nu.” Având în vedere cât de bine aveam înainte, ar trebui să ignorăm istoria în pericol.
