Vår Planet Animals

Alt du noen gang har ønsket å vite om jordens tidligere klima | Vitenskap

I Silent Spring , Rachel Carson vurderer den vestlige sagebrush. For her er naturlandskapet veltalende om samspillet mellom krefter som har skapt det, skriver hun. Den er spredt foran oss som sidene i en åpen bok der vi kan lese hvorfor landet er hva det er, og hvorfor vi skal bevare dets integritet. Men sidene ligger uleste. Hun beklager forsvinningen av et truet landskap, men hun kan like gjerne snakke om markører for paleoklimat.

For å vite hvor du skal, må du vite hvor du har vært. Det gjelder spesielt klimaforskere som trenger å forstå hele spekteret av planetens skift for å kunne kartlegge fremtiden vår. Men uten tidsmaskin, hvordan får de denne typen data?



kan en blekksprut vokse tentaklene sine igjen

I likhet med Carson må de lese jordens sider. Heldigvis har jorden ført dagbøker. Alt som legger ned årlige lag - havkoraller, hule stalagmitter, langlivede trær , liten skallet sjøskapninger —Registrerer fortidens forhold. For å gå lenger, forsker forskere på sedimentkjerner og iskjerner fra bunnen av havet og de iskalde stolpene, som skriver sine egne memoarer i utbrudd av aske og støv og bobler av langfanget gass.



På en måte har vi altså tidsmaskiner: Hver av disse fullmaktene forteller en litt annen historie, som forskere kan flette sammen for å danne en mer fullstendig forståelse av jordens fortid.

I mars holdt Smithsonian Institution's National Museum of Natural History et tredagers Jordens temperaturhistoriske symposium som førte lærere, journalister, forskere og publikum sammen for å forbedre deres forståelse av paleoklimat. Under en kveldsforedrag, Gavin Schmidt , klimamodeller og direktør for NASAs Goddard Institute for Space Studies, og Richard Alley , en verdenskjent geolog ved Pennsylvania State University, forklarte hvordan forskere bruker jordens tidligere klima for å forbedre klimamodellene vi bruker for å forutsi vår fremtid.



Her er guiden din til jordens klimafortid - ikke bare det vi vet, men hvordan vi vet det.

Hvordan ser vi på jordens tidligere klima?

Det kreves litt kreativitet for å rekonstruere Jordens tidligere inkarnasjoner. Heldigvis vet forskere de viktigste naturlige faktorene som former klimaet. De inkluderer vulkanutbrudd hvis aske blokkerer solen, endringer i jordens bane som skifter sollys til forskjellige breddegrader, sirkulasjon av hav og havis, utformingen av kontinentene, størrelsen på ozonhullet, eksplosjoner av kosmiske stråler og avskoging. Av disse er de viktigste klimagasser som fanger opp solvarmen, spesielt karbondioksid og metan.



Som Carson bemerket, registrerer Jorden disse endringene i landskapene sine: i geologiske lag, fossile trær , fossile skall, til og med krystallisert rotte tisse - i utgangspunktet alt som er veldig gammelt som blir bevart. Forskere kan åpne disse dagboksidene og spørre dem om hva som skjedde på den tiden. Træringer er spesielt flittige rekordholdere og registrerer nedbør i deres årringer; iskjerner kan føre utsøkt detaljert regnskap over sesongmessige forhold som går nesten en million år tilbake i tid.

2616_p1000526-1280px-90.jpg

Iskjerne avslører årlige lag med snøfall, vulkansk aske og til og med rester etter lenge døde sivilisasjoner.(NASAs Goddard / Ludovic Brucker)

Hva mer kan en iskjerne fortelle oss?

Wow, det er så mye, sier Alley, som tilbrakte fem feltsesonger kjernende is fra innlandsisen på Grønland. Tenk på hva en iskjerne egentlig er: et tverrsnitt av lag med snøfall som går tilbake til årtusener.

Når snø tepper bakken, inneholder den små luftrom fylt med atmosfæriske gasser. På stolpene blir eldre lag begravet og komprimert til is, og gjør disse mellomromene til luftbobler, som forskerne Caitlin Keating-Bitonti og Lucy Chang skriver inn Smithsonian.com. Forskere bruker den kjemiske sammensetningen av selve isen (forholdet mellom tunge og lette isotoper av oksygen i H2O) til estimere temperaturen .På Grønland og Antarktis trekker forskere som Alley ut ufattelig lange iskjerner - noen mer enn to miles lang!

Iskjerner forteller oss hvor mye snø det falt i løpet av et bestemt år. Men de avslører også støv, havsalt, aske fra fjerne vulkanske eksplosjoner, til og med forurensningen etter romersk rørleggerarbeid. Hvis det er i luften, er det i isen, sier Alley. I de beste tilfellene kan vi datere iskjerner til eksakt årstid og årstall, og telle opp deres årlige lag som treringer. Og iskjerner bevarer disse utsøkte detaljene hundretusener av år tilbake, noe som gjør dem til det som Alley kaller gullstandarden for paleoklimatiske fullmakter.

Vent, men er ikke Jordas historie mye lenger enn det?

Ja, det er riktig. Paleoklimatforskere må gå millioner av år tilbake - og til det trenger vi ting som er eldre enn iskjerner. Heldigvis har livet lang rekord. Den fossile historien om det komplekse livet når tilbake til et sted rundt 600 millioner år . Det betyr at vi har bestemte fullmakter for endringer i klimaet som går omtrent så langt tilbake. En av de viktigste er tennene til konodonter - utdøde, ållignende skapninger - som går tilbake 520 millioner år.

Men noen av de vanligste klimafullmaktene i denne tidsskalaen er enda mer små. Foraminifera (kjent som forams) og diatomer er encellede vesener som har en tendens til å leve på havbunnen, og er ofte ikke større enn perioden på slutten av denne setningen. Fordi de er spredt over hele jorden og har eksistert siden jura, har de etterlatt seg en robust fossil rekord for forskere å undersøke tidligere temperaturer. Ved hjelp av oksygenisotoper i skallene kan vi rekonstruere havtemperaturen som går tilbake for mer enn 100 millioner år siden.

I hvert utkast, på hver buet strand, i hvert sandkorn er det en historie om jorden, skrev Carson en gang. Disse historiene gjemmer seg også i vannet som skapte strendene, og i skapninger mindre enn et sandkorn.

45ef835bd1e604c1c6f1c3d3e690f5ca.jpg

Foraminifera.(Ernst Haeckel)

Hvor mye sikkerhet har vi for dyp fortid?

For paleoklima-forskere er liv avgjørende: hvis du har indikatorer på livet på jorden, kan du tolke temperaturen basert på fordelingen av organismer.

Men når vi har gått så langt tilbake at det ikke lenger er noen conodont-tenner, har vi mistet hovedindikatoren. Tidligere må vi stole på distribusjon av sedimenter og markører for tidligere isbreer, som vi kan ekstrapolere ut for omtrent å indikere klimamønstre.Så jo lenger tilbake vi går, jo færre fullmakter har vi, og jo mindre detaljert blir vår forståelse.Det blir bare tåkete og tåkete, sier Brian Huber , en Smithsonian paleobiolog som hjalp til med å organisere symposiet sammen med andre paleobiolog forsker og kurator Scott Wing.

Hvordan viser paleoklimat oss viktigheten av klimagasser?

Klimagasser, som navnet antyder, fungerer ved å fange opp varmen. I det vesentlige ender de med å danne et isolerende teppe for jorden. (Du kan få mer informasjon om grunnleggende kjemi her .) Hvis du ser på en graf over tidligere istider, kan du se at CO2-nivåer og istider (eller global temperatur) stemmer overens. Mer CO2 tilsvarer varmere temperaturer og mindre is, og omvendt. Og vi vet hvilken retning årsakssammenheng her, bemerker Alley. Det er først og fremst fra CO2 til (mindre) is. Ikke omvendt.

Vi kan også se tilbake på bestemte øyeblikksbilder i tide for å se hvordan Jorden reagerer på tidligere CO2-pigger. For eksempel i en periode med ekstrem oppvarming under jorden Cenozoic æra for rundt 55,9 millioner år siden ble nok karbon frigjort til omtrent det dobbelte av mengden CO2 i atmosfæren. De følgelig varme forholdene ødela og forårsaket massive migrasjoner og utryddelse; stort sett alt som levde, flyttet eller utryddet. Planter visnet. Hav forsures og varmes opp til temperaturen på badekaret.

Dessverre kan dette være en forkynner for hvor vi skal. Dette er det som er skummelt for klimamodeller, sier Huber. Med den hastigheten vi går, slår vi slags tid tilbake til disse periodene med ekstrem varme. Det er derfor å forstå karbondioksyds rolle i tidligere klimaendringer hjelper oss med å forutsi fremtidige klimaendringer.

Det høres ganske ille ut.

Jepp.

Jeg er veldig imponert over hvor mye data vi har om paleoklimat. Men hvordan fungerer en klimamodell?

Flott spørsmål! I vitenskapen kan du ikke lage en modell med mindre du forstår de grunnleggende prinsippene som ligger til grunn for systemet. Så det faktum at vi klarer å lage gode modeller, betyr at vi forstår hvordan alt dette fungerer. En modell er egentlig en forenklet versjon av virkeligheten, basert på hva vi vet om lovene i fysikk og kjemi. Ingeniører bruker matematiske modeller for å bygge strukturer som millioner av mennesker stoler på, fra fly til broer.

Våre modeller er basert på et rammeverk av data, hvor mye kommer fra de paleoklimatiske fullmaktene forskere har samlet fra hvert hjørne av verden. Derfor er det så viktig at data og modeller er i samtale med hverandre. Forskere tester sine spådommer på data fra en fjern fortid, og prøver å fikse eventuelle avvik som oppstår. Vi kan gå tilbake i tid og evaluere og validere resultatene av disse modellene for å gi bedre spådommer for hva som skal skje i fremtiden, sier Schmidt.

Her er en modell:

Aerosols 2.gif

Det er pent. Jeg hører imidlertid at modellene ikke er veldig nøyaktige.

I sin natur er modeller alltid feil. Tenk på dem som en tilnærming, vårt beste gjetning.

Men spør deg selv: gir disse gjetningene oss mer informasjon enn vi hadde tidligere? Gir de nyttige spådommer vi ellers ikke ville hatt? Tillater de oss å stille nye, bedre spørsmål? Når vi setter alle disse bitene sammen, ender vi opp med noe som ser veldig ut som planeten, sier Schmidt. Vi vet at den er ufullstendig. Vi vet at det er ting vi ikke har tatt med, vi vet at vi har lagt inn ting som er litt galt. Men de grunnleggende mønstrene vi ser i disse modellene er gjenkjennelige ... som mønstrene vi ser i satellitter hele tiden.

Så vi bør stole på at de forutsier fremtiden?

Modellene gjengir trofast mønstrene vi ser i jordens fortid, nåtid - og i noen tilfeller fremtiden. Vi er nå på det punktet hvor vi kan sammenligne tidlige klimamodeller - de på slutten av 1980- og 1990-tallet som Schmidts team på NASA jobbet med - med virkeligheten. Da jeg var student, fortalte de tidlige modellene oss hvordan det ville varme, sier Alley. Det skjer. Modellene er vellykkede prediktive så vel som forklarende: de fungerer. Avhengig av hvor du står, kan det få deg til å si Oh goody! Vi hadde rett! eller Å nei! Vi hadde rett.

For å sjekke modellens nøyaktighet, går forskere tilbake til paleoklimatdataene som Alley og andre har samlet inn. De kjører modeller inn i en fjern fortid, og sammenligner dem med dataene de faktisk har.

Hvis vi kan reprodusere eldgamle klimaer der vi vet hva som skjedde, forteller det oss at disse modellene er et veldig bra verktøy for oss å vite hva som kommer til å skje i fremtiden, sier Linda Ivany , en paleoklimatforsker ved Syracuse University. Ivanys forskningsfullmakter er eldgamle muslinger, der skjell ikke bare registrerer årlige forhold, men individuelle vintre og somre som går 300 millioner år tilbake i tid - noe som gjør dem til en verdifull måte å sjekke modeller på. Jo bedre modellene blir til å gjenopprette fortiden, sier hun, jo bedre kommer de til å forutsi fremtiden.

Paleoklimat viser oss at jordens klima har endret seg dramatisk. Betyr det ikke at dagens endringer ikke er en stor sak i relativ forstand?

Når Richard Alley prøver å forklare alvoret av menneskeskapte klimaendringer, påkaller han ofte et bestemt årlig fenomen: skogbrannene som brenner i åsene i Los Angeles hvert år. Disse brannene er forutsigbare, sykliske, naturlige. Men det ville være sprøtt å si at siden branner er normen, er det greit å la brannstiftere også sette fyr. Det samme at klimaet har endret seg over millioner av år, betyr ikke at menneskeskapte klimagasser ikke er en alvorlig global trussel.

'Vår sivilisasjon er basert på stabilt klima og havnivå,' sier Wing, 'og alt vi vet fra fortiden sier at når du legger mye karbon i atmosfæren, endres klima og havnivå radikalt.'

Siden den industrielle revolusjonen har menneskelige aktiviteter bidratt til å varme kloden 2 grader F, en fjerdedel av det Schmidt anser som en Istidens enhet — Temperaturendringen som jorden går gjennom mellom en istid og en ikke-istiden. Dagens modeller forutsi ytterligere 2 til 6 grader Celsius med oppvarming innen 2100 - minst 20 ganger raskere enn tidligere oppvarmingsperioder de siste 2 millioner årene.

Det er selvfølgelig usikkerhet: Vi kan ha en debatt om vi er litt for optimistiske eller ikke, sier Alley. Men ikke mye debatt om vi er for skumle eller ikke.Med tanke på hvor rett vi hadde før, bør vi ignorere historien på egen risiko.



^