У Тихо пролеће, Рацхел Царсон сматра западњачку мудрац. "Овде је природни пејзаж елоквентан за међусобно одигравање снага које су га створиле", пише она. „То се шири пред нама попут страница отворене књиге у којој можемо прочитати зашто је земља таква каква је и зашто треба да очувамо њен интегритет. Али странице леже непрочитано. "Она тугује о нестанку угроженог пејзажа, али можда једнако добро говори о маркерима палеоклиме.
Да бисте знали куда идете, морате знати гдје сте били. То се посебно односи на климатске научнике, који морају да разумеју целокупни распон померања планете да би могли да планирају ток наше будућности. Али без временске машине како да добију ову врсту података?
Као и Царсон, они морају читати странице Земље. Срећом, Земља је водила дневнике. Све што одложи годишње слојеве - океански кораљи, пећински сталагмити, дуговечно дрвеће, сићушна морска створења - верно бележи услове прошлости. Да би отишли даље, научници бацају језгре седимената и ледене језгре са дна океана и ледене ступове, који пишу сопствене мемоаре у налетима пепела и прашине и мехурића дуго заробљеног гаса.
У одређеном смислу, тада имамо и времеплове: Свака од ових пуномоћника прича мало другачију причу коју научници могу ткати заједно да би створили потпуније разумевање прошлости Земље.
У марту је Национални музеј природне историје Смитхсониан Институције одржао тродневни Симпозијум о повијести Земље о температури који је окупио наставнике, новинаре, истраживаче и јавност како би побољшао њихово разумевање палеоклиме. Током вечерашњег предавања, Гавин Сцхмидт, климатски моделар и директор НАСА-иног Института Годдард за свемирске студије, и Рицхард Аллеи, светски познати геолог са Државног универзитета у Пеннсилваниа, објаснили су како научници користе прошлост Земље да побољшају климатске моделе које користимо за предвиђање наша будућност.
Ево вашег водича за климатску прошлост Земље - не само оно што знамо, већ и како га знамо.
Како гледамо у прошлост Земље на Земљи?
Потребно је мало креативности за реконструкцију прошлих инкарнација Земље. Срећом, научници познају главне природне факторе који обликују климу. Они укључују вулканске ерупције чији пепео блокира сунце, промене у Земљиној орбити које премештају сунчеву светлост у различите земљописне ширине, циркулацију океана и морског леда, распоред континената, величину озонске рупе, експлозије космичких зрака и крчење шума. Од њих су најважнији стакленички гасови који хватају сунчеву топлоту, посебно угљен-диоксид и метан.
Као што је Царсон напоменуо, Земља бележи ове промене у својим пејзажима: у геолошким слојевима, фосилним стаблима, фосилним шкољкама, чак и кристализованим пацовима пацова - у основи свему ономе што се заиста сачува. Научници могу отворити ове странице дневника и питати их шта се тада дешавало. Дрвени прстенови су посебно марљиви рекордера, који бележе кишу у својим годишњим прстеновима; ледене језгре могу водити изузетно детаљне детаље о сезонским условима који сежу скоро милион година.
Ледене језгре откривају годишње слојеве снежних падавина, вулкански пепео и чак остатке давно мртвих цивилизација. (НАСА-ин Годдард / Лудовиц Бруцкер) Шта још може да нам каже ледена језгра?
"Вау, има толико", каже Аллеи, који је провео пет сезона у пољу леда са гренландске ледене плоче. Размислите шта је заправо ледена језгра: пресек слојева снежних падавина који сежу миленијима.
Када снег прекрива земљу, садржи мале ваздушне просторе напуњене атмосферским гасовима. На половима старији слојеви постају затрпани и компримовани у лед, претварајући ове просторе у мехуриће прошлога ваздуха, како пишу истраживачи Цаитлин Кеатинг-Битонти и Луци Цханг на Смитхсониан.цом. Научници користе хемијски састав самог леда (однос тешких и лаких изотопа кисеоника у води) да процене температуру. На Гренланду и Антарктику научници попут Алеја извлаче невероватно дуге ледене језгре - дугачке више од две миље!
Ледене језгре нам говоре колико је снега пало током одређене године. Али откривају и прашину, морску сол, пепео из далеких вулканских експлозија, чак и загађење које је оставило римско водоводно напајање. „Ако је у ваздуху, онда је у леду“, каже Али. У најбољим случајевима, ледене језгре можемо датирати према њиховој тачној сезони и години, рачунајући њихове годишње слојеве попут прстенова на дрвећу. И ледене језгре чувају ове изузетне детаље сежу стотине хиљада година, чинећи их оним што Аллеи назива „златним стандардом“ пролексоклематских пролекса.
Чекај, али није ли земаљска историја много дужа од тога?
Да то је тачно. Научници за палеоклиму морају да се врате милионима година - а за то су нам потребне ствари чак старије од ледених језгара. Срећом, живот има дуго искуство. Фосилни запис сложеног живота сеже негде око 600 милиона година. То значи да имамо одређене пуномоћнике за климатске промјене које се враћају отприлике толико далеко. Један од најважнијих су зуби коодоната - изумрла створења, попут јегуља - који сежу 520 милиона година.
Али, неке од најчешћих прокњижница за климу у овом временском размаку су још маленије. Фораминифера (позната као форами) и дијатомеји су једноћелијска бића која имају тенденцију да живе на морском дну океана и често нису већа од периода на крају ове реченице. Будући да су раштркане по целој Земљи и постоје још од јуре, оставили су снажан снимак фосила научницима да провјере прошле температуре. Користећи изотопе кисеоника у њиховим шкољкама, можемо да реконструишемо океанске температуре пре више од 100 милиона година.
"У сваком испуштеном крају, у свакој кривој плажи, у сваком зрну песка постоји прича о земљи", једном је написао Царсон. Испоставило се да се те приче крију и у водама које су створиле те плаже, и у створењима мањим од зрна песка.
Фораминифера. (Ернст Хаецкел) Колику сигурност имамо за дубоку прошлост?
За научнике из палеоклиме живот је пресудан: ако имате показатеље живота на Земљи, можете тумачити температуру на основу дистрибуције организама.
Али кад смо се вратили толико далеко да више нема ни зуба коодоната, изгубили смо главни показатељ. Прошле године морамо се ослонити на дистрибуцију седимената и маркера прошлих глечера, које можемо екстраполирати како бисмо грубо указали на климатске обрасце. Дакле, што даље идемо, мање заступника имамо и мање прецизно постаје наше разумевање. „Једноставно постаје магловитији и магловитији“, каже Бриан Хубер, Смитхсониан палеобиолог који је помогао у организацији симпозијума заједно са колегом научником и истраживачем палеобиолог Сцотт Вингом.
Како нам палеоклима показује важност гасова са ефектом стаклене баште?
Стакленички гасови, како им само име каже, делују хватајући топлину. У суштини, они на крају формирају изолацију за Земљу. (Овде можете да сазнате више о основној хемији.) Ако погледате графикон прошлог леденог доба, можете видети да се ниво ЦО2 и ледени век (или глобална температура) поравнавају. Више ЦО2 једнако је топлијим температурама и мање леда и обрнуто. "А ми овде знамо правац узрока", примећује Аллеи. „То је првенствено од ЦО2 до (мање) леда. Не обрнуто."
Можемо такође да се осврнемо на одређене снимке на време да видимо како Земља реагује на прошле шпице ЦО2. На пример, у периоду екстремног загревања током Земљине кенозојске ере пре око 55, 9 милиона година, испуштено је довољно угљеника да би се удвостручила количина ЦО2 у атмосфери. Посљедично, врући услови су пробудили пустош, узрокујући масовне миграције и изумирање; скоро све што је живело или се преселило или изумрло. Биљке вену. Океани су закисељени и загревани до температуре каде.
Нажалост, ово би могло бити предводник за оно куда идемо. "Ово је застрашујуће за климатске моделере", каже Хубер. „По стопи којом крећемо, помало враћамо време у ова раздобља екстремне топлине.“ Зато нам разумевање улоге угљен-диоксида у прошлим климатским променама помаже да предвидимо будуће климатске промене.
Звучи прилично лоше.
Да.
Заиста сам импресиониран колико палеоклиматских података имамо. Али како функционише климатски модел?
Одлично питање! У науци не можете направити модел ако не разумете основне принципе на којима стоји систем. Дакле, сама чињеница да смо у могућности направити добре моделе значи да разумемо како ово све функционише. Модел је у основи поједностављена верзија стварности, заснована на ономе што знамо о законима физике и хемије. Инжињери користе математичке моделе за изградњу структура на које се ослањају милиони људи, од авиона до мостова.
Наши модели се заснивају на оквиру података, од којих највећи део долази из пролесора из палеоклиме које су научници прикупили из свих делова света. Зато је толико важно да се подаци и модели међусобно разговарају. Научници тестирају своја предвиђања на подацима из далеке прошлости и покушавају да исправе евентуалне разлике. „Можемо се вратити у прошлост и проценити и потврдити резултате ових модела како бисмо боље прогнозирали шта ће се дешавати у будућности“, каже Сцхмидт.
Ево модела:
То је прилично. Чујем да модели нису баш тачни.
По својој природи модели увек греше. Сматрајте их апроксимацијом, наша најбоља претпоставка.
Али запитајте се: да ли нам та претпоставка дају више информација него што смо раније имали? Дају ли корисна предвиђања која иначе не бисмо имали? Да ли нам дозвољавају да постављамо нова, боља питања? "Док саставимо све ове делове заједно, завршавамо са нечим што личи на планету", каже Сцхмидт. „Знамо да је непотпуно. Знамо да постоје ствари које нисмо укључили, знамо да смо убацили ствари које су помало погрешне. Али основни обрасци које видимо на овим моделима су препознатљиви ... као обрасци које стално видимо у сателитима. "
Па би им требало поверовати да предвиђају будућност?
Модели верно репродукују обрасце које видимо у прошлости, садашњости Земљи, а у неким случајевима и будућности. Сада смо на месту где можемо упоредити моделе ране климе - оне с краја 1980-их и 1990-их, на којима је радио Сцхмидтов тим у НАСА-и - са стварношћу. „Кад сам био студент, рани модели су нам говорили како ће се загревати“, каже Аллеи. „То се дешава. Модели су успешно предиктивни и објашњени: делују. “У зависности од места где стојите, то би могло да каже да„ Ох гооди! Били смо у праву! “Или„ О, не! Били смо у праву. "
Да би проверили тачност модела, истраживачи се враћају на податке о палеоклими које су Аллеи и други прикупили. Возе моделе у далеку прошлост и упоређују их са подацима које они заиста имају.
„Ако можемо да репродукујемо старе климе тамо где знамо шта се догодило, то нам говори да су ти модели заиста добро средство да знамо шта ће се дешавати у будућности“, каже Линда Ивани, научница за палеоклиму на Универзитету Сиракуза. Иванијеви истраживачки посредници древне су шкољке, чије шкољке биљеже не само годишње стање, већ појединачне зиме и љета која сежу уназад 300 милиона година - што их чини вриједним начином провјере модела. "Што бољи модели добивају да поврате прошлост, " каже, "боље ће им бити да предвиђају будућност."
Палеоклима нам показује да се клима Земље драстично промијенила. Зар то не значи да, у релативном смислу, данашње промене нису велика ствар?
Када Рицхард Аллеи покушава објаснити тежину климатских промјена које су створиле људи, често се позива на посебан годишњи феномен: дивље ватре које сваке године пламте на брдима Лос Ангелеса. Ти су пожари предвидљиви, циклични, природни. Али било би сулудо рећи да је пожар, а пошто су пожари норма, уједно је и пуштање пожара. Слично томе, чињеница да се клима мењала током више милиона година не значи да човекови који стварају стаклене баште нису озбиљна глобална претња.
"Наша цивилизација је заснована на стабилној клими и нивоу мора, " каже Винг, "а све што знамо из прошлости каже да када у атмосферу унесете пуно угљеника, клима и ниво мора се радикално мењају."
Од индустријске револуције, људске активности помогле су загревању света за 2 степена Ф, једна четвртина онога што Сцхмидт сматра "јединицом леденог доба" - променама температуре кроз коју Земља пролази између леденог доба и не-леденог доба. Данашњи модели предвиђају још 2 до 6 степени Целзијуса да ће се загрејати до 2100. - бар 20 пута брже од прошлих загревања током последња 2 милиона година.
Наравно да постоје неизвесности: „Могли бисмо расправљати о томе да ли смо мало превише оптимистични или не“, каже Аллеи. „Али нема много расправа око тога јесмо ли превише страшни или не.“ С обзиром на то колико смо били у праву, требало би да игноришемо историју на властити ризик.
