Στην Σιωπηλή Άνοιξη, η Ρέιτσελ Κάρσον θεωρεί τη δυτική αλεπού. "Γιατί εδώ το φυσικό τοπίο είναι εύγλωττο της αλληλεπίδρασης των δυνάμεων που το έχουν δημιουργήσει", γράφει. "Είναι εξαπλωμένο μπροστά μας σαν τις σελίδες ενός ανοικτού βιβλίου στο οποίο μπορούμε να διαβάσουμε γιατί η γη είναι αυτό που είναι και γιατί πρέπει να διατηρήσουμε την ακεραιότητά της. Αλλά οι σελίδες δεν είναι αναγνωσμένες. "Λυπάται για την εξαφάνιση ενός απειλούμενου τοπίου, αλλά μπορεί επίσης να μιλάει για δείκτες του παλαιοκλίματος.
Για να μάθετε πού πηγαίνετε, πρέπει να ξέρετε πού βρεθήκατε. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τους επιστήμονες του κλίματος, οι οποίοι πρέπει να κατανοήσουν το πλήρες φάσμα των μετατοπίσεων του πλανήτη, προκειμένου να καταγράψουν την πορεία του μέλλοντός μας. Αλλά χωρίς μια μηχανή χρόνου, πώς θα πάρουν αυτά τα δεδομένα;
Όπως και ο Κάρσον, πρέπει να διαβάσουν τις σελίδες της Γης. Ευτυχώς, η Γη έχει κρατήσει ημερολόγια. Οτιδήποτε θέτει ετήσια στρώματα - κοράλλια των ωκεανών, σταλαγμίτες σπηλαίων, δέντρα μεγάλης διάρκειας ζωής, μικροσκοπικά θαλάσσια πλάσματα - καταγράφουν πιστά τις συνθήκες του παρελθόντος. Για να προχωρήσουμε πιο πέρα, οι επιστήμονες εκτοξεύουν πυρήνες ιζημάτων και πυρήνες πάγου από τον πυθμένα του ωκεανού και τους παγωμένους πόλους, οι οποίοι γράφουν τα δικά τους απομνημονεύματα σε εκρήξεις τέφρας και σκόνης και φυσαλίδες αερίου με παγιδευμένο νερό.
Κατά μία έννοια, λοιπόν, έχουμε μηχανές χρόνου: Κάθε ένας από αυτούς τους πληρεξούσιους λέει μια ελαφρώς διαφορετική ιστορία, την οποία οι επιστήμονες μπορούν να πλέξουν μαζί για να σχηματίσουν μια πληρέστερη κατανόηση του παρελθόντος της Γης.
Τον Μάρτιο, το Εθνικό Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Ιδρύματος Smithsonian πραγματοποίησε ένα τριήμερο Συμπόσιο για τη Θερμοκρασία της Γης, το οποίο έφερε καθηγητές, δημοσιογράφους, ερευνητές και το κοινό μαζί για να ενισχύσουν την κατανόηση του παλαιοκλίματος. Κατά τη διάρκεια μιας βραδινής διάλεξης, ο Gavin Schmidt, διαμορφωτής του κλίματος και διευθυντής του Goddard Institute for Space Studies της NASA, και Richard Alley, ένας παγκοσμίου φήμης γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, εξήγησαν πώς οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τα προηγούμενα κλίματα της Γης για να βελτιώσουν τα κλιματικά μοντέλα που χρησιμοποιούμε για να προβλέψουμε το μελλον μας.
Εδώ είναι ο οδηγός σας για τα παρελθόντα του κλίματος της Γης - όχι μόνο αυτό που γνωρίζουμε, αλλά πώς το γνωρίζουμε.
Πώς βλέπουμε το παρελθόν κλίμα της Γης;
Χρειάζεται λίγη δημιουργικότητα για την ανακατασκευή των προηγούμενων ενσαρκώσεων της Γης. Ευτυχώς, οι επιστήμονες γνωρίζουν τους βασικούς φυσικούς παράγοντες που διαμορφώνουν το κλίμα. Περιλαμβάνουν ηφαιστειακές εκρήξεις των οποίων η τέφρα εμποδίζει τον ήλιο, αλλαγές στην τροχιά της Γης που μετατοπίζουν το φως του ήλιου σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη, κυκλοφορία ωκεανών και θαλάσσιου πάγου, τη διάταξη των ηπείρων, το μέγεθος της οπής του όζοντος, τις εκρήξεις κοσμικών ακτίνων και την αποδάσωση. Από αυτά, τα πιο σημαντικά είναι τα αέρια θερμοκηπίου που παγιδεύουν τη θερμότητα του ήλιου, ιδιαίτερα το διοξείδιο του άνθρακα και το μεθάνιο.
Όπως σημείωσε ο Κάρσον, η Γη καταγράφει αυτές τις αλλαγές στα τοπία της: σε γεωλογικά στρώματα, απολιθωμένα δένδρα, ορυκτά κελύφη, ακόμη και κρυσταλλωμένο καλιούρι αρουραίων - βασικά οτιδήποτε πολύ παλιό που διατηρείται. Οι επιστήμονες μπορούν να ανοίξουν αυτές τις σελίδες των ημερολογίων και να τους ρωτήσουν τι συνέβαινε τότε. Οι δακτύλιοι των δέντρων είναι ιδιαίτερα επιμελείς καταστηματάρχες, καταγράφοντας τις βροχοπτώσεις στους ετήσιους δακτυλίους τους. οι πάγοι πυρήνων μπορούν να κρατήσουν εξαιρετικά λεπτομερείς λογαριασμούς των εποχιακών συνθηκών που έχουν περάσει σχεδόν ένα εκατομμύριο χρόνια.
Οι πυρήνες του πάγου αποκαλύπτουν ετήσια στρώματα χιονοπτώσεων, ηφαιστειακής τέφρας και ακόμη και υπολείμματα μακραίωνων πολιτισμών. (Goddard / Ludovic Brucker της NASA) Τι άλλο μπορεί να μας πει ένας πυρήνας πάγου;
"Πω πω, υπάρχουν τόσα πολλά", λέει ο Alley, ο οποίος πέρασε πέντε εποχές μαζικής κατακλίσεως από τον πάγο της Γροιλανδίας. Εξετάστε τι είναι ο πυρήνας του πάγου: μια διατομή στρώσεων χιονοπτώσεων που ανάγονται χιλιάδες χρόνια.
Όταν το χιόνι καλύπτει το έδαφος, περιέχει μικρούς χώρους αέρα γεμάτους ατμοσφαιρικά αέρια. Στους πόλους, τα παλαιότερα στρώματα θάβονται και συμπιέζονται σε πάγο, μετατρέποντας αυτούς τους χώρους σε φυσαλίδες του αέρα του παρελθόντος, όπως γράφουν οι ερευνητές Caitlin Keating-Bitonti και Lucy Chang στο Smithsonian.com. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τη χημική σύνθεση του ίδιου του πάγου (τον λόγο των βαρέων και ελαφρών ισοτόπων του οξυγόνου σε H2O) για να εκτιμήσουν τη θερμοκρασία. Στη Γροιλανδία και την Ανταρκτική, οι επιστήμονες, όπως το εκχύλισμα Alley, είναι απίστευτα μεγάλοι πυρήνες πάγου - με μήκος πάνω από δύο μίλια!
Οι πυρήνες πάγου μας λένε πόσο χιόνι έπεσε κατά τη διάρκεια ενός συγκεκριμένου έτους. Αλλά αποκαλύπτουν επίσης τη σκόνη, το αλάτι στη θάλασσα, την τέφρα από μακρινές ηφαιστειακές εκρήξεις, ακόμα και τη ρύπανση που άφησαν τα ρωμαϊκά υδραυλικά. "Αν είναι στον αέρα είναι στον πάγο", λέει ο Alley. Στις καλύτερες περιπτώσεις, μπορούμε να χτίσουμε τους πυρήνες πάγου στην ακριβή εποχή και το χρόνο τους, μετρώντας τα ετήσια στρώματα τους όπως τα δέντρα δαχτυλιδιών. Και οι πυρήνες πάγου διατηρούν αυτές τις εξαιρετικές λεπτομέρειες που πηγαίνουν πίσω εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια, κάνοντάς τους ό, τι ο Alley ονομάζει "το χρυσό πρότυπο" των παλαιοκλίμακων πληρεξουσίων.
Περιμένετε, αλλά δεν είναι η ιστορία της Γης πολύ περισσότερο από αυτό;
Ναι, σωστά. Οι επιστήμονες της Παλαιοκλίμακας πρέπει να επιστρέψουν εκατομμύρια χρόνια - και γι 'αυτό χρειαζόμαστε πράγματα ακόμη μεγαλύτερα από τους πυρήνες πάγου. Ευτυχώς, η ζωή έχει ένα μακροχρόνιο ρεκόρ. Τα απολιθώματα της πολύπλοκης ζωής φτάνουν πίσω σε περίπου 600 εκατομμύρια χρόνια. Αυτό σημαίνει ότι έχουμε σαφείς πληρεξούσιους για τις αλλαγές στο κλίμα, οι οποίες θα επανέλθουν περίπου στο σημείο αυτό. Ένα από τα πιο σημαντικά είναι τα δόντια των κονδυόνων-εξαφανισμένα, χρυσά πλάσματα-τα οποία πηγαίνουν πίσω 520 εκατομμύρια χρόνια.
Αλλά μερικά από τα πιο κοινά κλιματικά μέσα σε αυτό το χρονικό διάστημα είναι ακόμα πιο μικροσκοπικά. Οι foraminifera (γνωστές ως "φράουλες") και τα διατόμια είναι μονοκύτταρα όντα που τείνουν να ζουν στο ωκεάνιο θαλασσινό νερό και συχνά δεν είναι μεγαλύτερα από την περίοδο στο τέλος αυτής της φράσης. Επειδή είναι διάσπαρτα σε ολόκληρη τη Γη και έχουν περάσει από το Jurassic, έχουν αφήσει ένα ισχυρό απολιθωμένο αρχείο για τους επιστήμονες να ανιχνεύουν τις προηγούμενες θερμοκρασίες. Χρησιμοποιώντας ισότοπα οξυγόνου στα κοχύλια τους, μπορούμε να αναδημιουργήσουμε τις θερμοκρασίες των ωκεανών που ξεκίνησαν πριν από περισσότερα από 100 εκατομμύρια χρόνια.
"Σε κάθε απότομο ακρωτήριο, σε κάθε κυρτή παραλία, σε κάθε κόκκο άμμου υπάρχει μια ιστορία της γης", γράφει ο Carson. Αυτές οι ιστορίες, όπως φαίνεται, κρύβονται επίσης στα νερά που δημιούργησαν αυτές τις παραλίες, και σε πλάσματα μικρότερα από έναν κόκκο άμμου.
Foraminifera. (Ernst Haeckel) Πόση βεβαιότητα έχουμε για το βαθύ παρελθόν;
Για τους επιστήμονες του παλαιοκλίματος, η ζωή είναι κρίσιμη: αν έχετε δείκτες της ζωής στη Γη, μπορείτε να ερμηνεύσετε τη θερμοκρασία με βάση την κατανομή των οργανισμών.
Αλλά όταν έχουμε επιστρέψει μέχρι στιγμής ώστε να μην υπάρχουν πλέον ούτε καν δόντια conodont, έχουμε χάσει τον κύριο δείκτη μας. Στο παρελθόν πρέπει να στηριχθούμε στην κατανομή των ιζημάτων και στους δείκτες παρελθόντων παγετώνων, τους οποίους μπορούμε να εξαγάγουμε για να δείξουμε γενικά τα κλιματικά πρότυπα. Έτσι λοιπόν, όσο πιο πίσω πηγαίνουμε, τόσο λιγότεροι πληρεξούσιοι έχουμε και το λιγότερο κοκκινωπό γίνεται η κατανόηση μας. «Είναι απλά πιο ζοφερή και πιο ζωντανή», λέει ο Brian Huber, παλτοβιολόγος Smithsonian, ο οποίος βοήθησε στην οργάνωση του συμποσίου μαζί με τον συνάδελφο παλτοβιολόγο ερευνητή και επιμελητή Scott Wing.
Πώς δείχνει το παλαιοκλίμα τη σημασία των αερίων θερμοκηπίου;
Τα αέρια θερμοκηπίου, όπως υποδηλώνει το όνομά τους, δουλεύουν παγιδεύοντας θερμότητα. Ουσιαστικά καταλήγουν να σχηματίζουν μια μονωτική κουβέρτα για τη Γη. (Μπορείτε να πάρετε περισσότερα στη βασική χημεία εδώ.) Αν κοιτάξετε ένα γράφημα παλαιών παγετώνων, μπορείτε να δείτε ότι τα επίπεδα του CO2 και ο παγετός (ή η παγκόσμια θερμοκρασία) ευθυγραμμίζονται. Περισσότερο CO2 ισοδυναμεί με θερμότερες θερμοκρασίες και λιγότερους πάγους και αντίστροφα. "Και γνωρίζουμε εδώ την κατεύθυνση της αιτιότητας", σημειώνει ο Alley. "Είναι κατά κύριο λόγο από CO2 σε (λιγότερο) πάγο. Οχι αντίστροφα."
Μπορούμε επίσης να κοιτάξουμε πίσω σε συγκεκριμένα στιγμιότυπα εγκαίρως για να δούμε πώς η Γη αποκρίνεται σε προηγούμενες αιχμές του CO2. Για παράδειγμα, σε μια περίοδο έντονης θέρμανσης κατά τη διάρκεια της εποχής των Κηνοζωών της Γης περίπου 55, 9 εκατομμύρια χρόνια πριν, απελευθερώθηκε αρκετός άνθρακας σε περίπου διπλάσια ποσότητα CO2 στην ατμόσφαιρα. Οι επακόλουθες θερμές συνθήκες προκάλεσαν χάος, προκαλώντας μαζικές μετακινήσεις και εξαφάνιση. σχεδόν όλα όσα έζησαν είτε μετακινήθηκαν είτε εξαφανίστηκαν. Τα φυτά μαρασμένα. Οι ωκεανοί οξινίζονται και θερμαίνονται μέχρι τη θερμοκρασία των λουτρών.
Δυστυχώς, αυτό μπορεί να είναι προφητεία για το πού πηγαίνουμε. "Αυτό είναι τρομακτικό για τους διαμορφωτές του κλίματος", λέει ο Huber. "Με το ρυθμό που πηγαίνουμε, είμαστε κάπως πίσω στο χρόνο σε αυτές τις περιόδους ακραίας ζέστης." Γι 'αυτό το λόγο η κατανόηση του ρόλου του διοξειδίου του άνθρακα στις προηγούμενες κλιματικές αλλαγές μας βοηθά να προβλέψουμε τις μελλοντικές κλιματικές αλλαγές.
Αυτό ακούγεται πολύ κακό.
Ναι.
Είμαι πραγματικά εντυπωσιασμένος από το πόσα παλαιοκλιματικά δεδομένα έχουμε. Αλλά πώς λειτουργεί το μοντέλο του κλίματος;
Μεγάλη ερώτηση! Στην επιστήμη, δεν μπορείτε να δημιουργήσετε ένα μοντέλο αν δεν κατανοήσετε τις βασικές αρχές που διέπουν το σύστημα. Έτσι, το γεγονός ότι είμαστε σε θέση να φτιάξουμε καλά μοντέλα σημαίνει ότι καταλαβαίνουμε πώς όλα αυτά λειτουργούν. Ένα μοντέλο είναι ουσιαστικά μια απλοποιημένη εκδοχή της πραγματικότητας, με βάση αυτό που γνωρίζουμε για τους νόμους της φυσικής και της χημείας. Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν μαθηματικά μοντέλα για να χτίσουν δομές στις οποίες βασίζονται εκατομμύρια άνθρωποι, από τα αεροπλάνα μέχρι τις γέφυρες.
Τα μοντέλα μας βασίζονται σε ένα πλαίσιο δεδομένων, πολλά από τα οποία προέρχονται από τους παλαιοχριστιανικούς πληρεξούσιους που έχουν συγκεντρώσει οι επιστήμονες από κάθε γωνιά του κόσμου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο σημαντικό για τα δεδομένα και τα μοντέλα να βρίσκονται σε συνομιλία μεταξύ τους. Οι επιστήμονες δοκιμάζουν τις προβλέψεις τους σε δεδομένα από το μακρινό παρελθόν και προσπαθούν να διορθώσουν τυχόν αποκλίσεις που προκύπτουν. "Μπορούμε να επιστρέψουμε εγκαίρως και να αξιολογήσουμε και να επικυρώσουμε τα αποτελέσματα αυτών των μοντέλων για να κάνουμε καλύτερες προβλέψεις για το τι θα συμβεί στο μέλλον", λέει ο Schmidt.
Εδώ είναι ένα μοντέλο:
Είναι όμορφο. Ακούω ότι τα μοντέλα δεν είναι πολύ ακριβή, όμως.
Από τη φύση τους, τα μοντέλα είναι πάντα λάθος. Σκεφτείτε τους ως προσέγγιση, την καλύτερη εικασία μας.
Αλλά ρωτήστε τον εαυτό σας: Μήπως αυτές οι εικασίες μας δίνουν περισσότερες πληροφορίες από ό, τι είχαμε προηγουμένως; Παρέχουν χρήσιμες προβλέψεις που διαφορετικά δεν θα είχαμε; Μας επιτρέπουν να θέτουμε νέες, καλύτερες ερωτήσεις; "Όπως βάζουμε όλα αυτά τα κομμάτια μαζί, καταλήγουμε σε κάτι που μοιάζει πολύ με τον πλανήτη", λέει ο Schmidt. "Γνωρίζουμε ότι είναι ατελής. Ξέρουμε ότι υπάρχουν πράγματα που δεν έχουμε συμπεριλάβει, γνωρίζουμε ότι έχουμε θέσει πράγματα που είναι λίγο λάθος. Αλλά τα βασικά μοτίβα που βλέπουμε σε αυτά τα μοντέλα είναι αναγνωρίσιμα ... όπως τα μοτίβα που βλέπουμε σε δορυφόρους όλη την ώρα. "
Πρέπει λοιπόν να τους εμπιστευόμαστε για να προβλέψουμε το μέλλον;
Τα μοντέλα αναπαράγουν πιστά τα μοτίβα που βλέπουμε στο παρελθόν, στο παρόν -και σε μερικές περιπτώσεις στο μέλλον- της Γης. Βρισκόμαστε τώρα στο σημείο όπου μπορούμε να συγκρίνουμε πρόωρα κλιματικά μοντέλα - εκείνα των τέλη της δεκαετίας του '80 και του '90 που η ομάδα του Schmidt στη NASA εργάστηκε - στην πραγματικότητα. «Όταν ήμουν φοιτητής, τα πρώτα μοντέλα μας έλεγαν πώς θα ζεστάνε», λέει ο Alley. "Αυτό συμβαίνει. Τα μοντέλα είναι με επιτυχία προβλέψιμα καθώς και επεξηγηματικά: λειτουργούν. "Ανάλογα με το πού βρίσκεστε, αυτό μπορεί να σας κάνει να πείτε" Ω καλό! Είχαμε δίκιο! "Ή" Ω όχι! Είχαμε δίκιο. "
Για να ελέγξουν την ακρίβεια των μοντέλων, οι ερευνητές πηγαίνουν πίσω στα δεδομένα του παλαιοκλίματος που έχουν συλλέξει η Alley και άλλοι. Εκτελούν μοντέλα στο μακρινό παρελθόν και τα συγκρίνουν με τα δεδομένα που έχουν στην πραγματικότητα.
"Εάν μπορούμε να αναπαράγουμε τα αρχαία παρελθόντα κλίματα, όπου ξέρουμε τι συνέβη, αυτό μας λέει ότι αυτά τα μοντέλα είναι ένα πολύ καλό εργαλείο για να μάθουμε τι θα συμβεί στο μέλλον", λέει η Linda Ivany, πανεπιστημιακός επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο Syracuse. Οι ερευνητές της Ivany είναι αρχαίοι μύγες, τα κοχύλια των οποίων καταγράφουν όχι μόνο τις ετήσιες συνθήκες, αλλά και τους ξεχωριστούς χειμώνες και τα καλοκαίρια που ξεπερνούν τα 300 εκατομμύρια χρόνια, καθιστώντας τους έναν πολύτιμο τρόπο για να ελέγξουν τα μοντέλα. «Όσο καλύτερα τα μοντέλα έχουν να ανακτήσουν το παρελθόν», λέει, «τόσο καλύτερα θα είναι να προβλέψουν το μέλλον».
Το Paleoclimate μας δείχνει ότι το κλίμα της Γης έχει αλλάξει δραματικά. Αυτό δεν σημαίνει ότι, με μια σχετική έννοια, οι σημερινές αλλαγές δεν είναι μεγάλη υπόθεση;
Όταν ο Richard Alley προσπαθεί να εξηγήσει τη βαρύτητα της ανθρωπογενούς αλλαγής του κλίματος, συχνά επικαλείται ένα συγκεκριμένο ετήσιο φαινόμενο: τις πυρκαγιές που φλεγμονώνονται στους λόφους του Λος Άντζελες κάθε χρόνο. Αυτές οι πυρκαγιές είναι προβλέψιμες, κυκλικές, φυσικές. Αλλά θα ήταν τρελό να πούμε ότι, δεδομένου ότι οι πυρκαγιές είναι ο κανόνας, είναι καλό να αφήσουμε τους εμπρηστές να βάλουν φωτιές επίσης. Ομοίως, το γεγονός ότι το κλίμα έχει αλλάξει εδώ και εκατομμύρια χρόνια δεν σημαίνει ότι τα ανθρωπογενή αέρια θερμοκηπίου δεν αποτελούν σοβαρή παγκόσμια απειλή.
«Ο πολιτισμός μας βασίζεται σε σταθερό κλίμα και θάλασσα», λέει ο Wing, «και ό, τι γνωρίζουμε από το παρελθόν λέει ότι όταν βάζετε πολύ άνθρακα στην ατμόσφαιρα, το κλίμα και η στάθμη της θάλασσας αλλάζουν ριζικά».
Από τη Βιομηχανική Επανάσταση, οι ανθρώπινες δραστηριότητες βοήθησαν να ζεσταθεί η γη σε 2 μοίρες F, το ένα τέταρτο του τι θεωρεί η Schmidt ως "Μονάδα Παγετώνων" - η αλλαγή της θερμοκρασίας που περνάει η Γη μεταξύ της Εποχής των Παγετώνων και της εποχής των Παγετώνων. Τα μοντέλα της σημερινής περιόδου προβλέπουν άλλους 2 έως 6 βαθμούς Κελσίου για την αύξηση της θερμοκρασίας κατά 2100 - τουλάχιστον 20 φορές ταχύτερα από τις προηγούμενες περιόδους θέρμανσης τα τελευταία 2 εκατομμύρια χρόνια.
Φυσικά υπάρχουν αβεβαιότητες: «Θα μπορούσαμε να συζητήσουμε αν είμαστε λίγο υπερβολικά αισιόδοξοι ή όχι», λέει ο Alley. "Αλλά δεν συζητάμε πολύ για το αν είμαστε πολύ τρομακτικοί ή όχι." Λαμβάνοντας υπόψη πόσο σωστά ήμασταν πριν, θα πρέπει να αγνοήσουμε την ιστορία με τον δικό μας κίνδυνο.
