Di Silent Spring, Rachel Carson menganggap sagebrush Barat. "Di sini landskap semulajadi adalah fasih hubungan antara kuasa yang telah menciptanya, " tulisnya. "Ia tersebar di hadapan kita seperti halaman-halaman buku terbuka di mana kita dapat membaca mengapa tanah itu adalah apa, dan mengapa kita perlu mengekalkan integriti. Tetapi halaman itu tidak dibaca. "Dia meratapi hilangnya landskap yang terancam, tetapi dia mungkin juga bercakap tentang penanda paleoclimate.
Untuk mengetahui ke mana anda pergi, anda perlu tahu di mana anda berada. Itu benar-benar berlaku untuk para saintis iklim, yang perlu memahami pelbagai peralihan planet untuk merangka masa depan kita. Tetapi tanpa mesin masa, bagaimana mereka mendapatkan data semacam ini?
Seperti Carson, mereka perlu membaca halaman-halaman Bumi. Nasib baik, bumi telah menyimpan buku harian. Segala sesuatu yang meletakkan lapisan tahunan-batu karang laut, stalagmite gua, pokok-pokok yang tinggal lama, makhluk-makhluk laut yang sangat kecil-mencatatkan keadaan masa lalu. Untuk pergi lebih jauh, saintis mengoruk teras sedimen dan teras es dari dasar laut dan tiang berais, yang menulis memoir mereka sendiri dalam pecahan abu dan debu dan gelembung gas lama yang terperangkap.
Dalam ertikata, maka, kita mempunyai mesin masa: Setiap proksi ini menceritakan kisah yang sedikit berbeza, yang para saintis boleh menenun bersama untuk membentuk pemahaman yang lebih lengkap tentang masa lalu bumi.
Pada bulan Mac, Muzium Sejarah Alam Semulajadi Institut Smithsonian telah mengadakan Simposium Sejarah Suhu Bumi selama tiga hari yang membawa guru, wartawan, penyelidik dan orang awam untuk meningkatkan pemahaman mereka tentang paleoklimat. Semasa kuliah malam, Gavin Schmidt, pemodel iklim dan pengarah Institut Goddard untuk Pengajian Angkasa NASA, dan Richard Alley, ahli geologi terkenal di Pennsylvania State University, menjelaskan bagaimana para saintis menggunakan iklim masa lalu Bumi untuk memperbaiki model iklim yang kami gunakan untuk meramalkan masa depan kita.
Inilah panduan anda untuk masa lalu cuaca di bumi-bukan hanya apa yang kita tahu, tetapi bagaimana kita tahu.
Bagaimanakah kita melihat iklim masa lalu bumi?
Ia mengambil sedikit kreativiti untuk membina semula inkarnasi masa lalu Bumi. Nasib baik, saintis tahu faktor semula jadi yang membentuk iklim. Mereka termasuk letusan gunung berapi yang abu menghalangi matahari, perubahan dalam orbit Bumi yang mengalihkan cahaya matahari ke lintang yang berlainan, peredaran lautan dan lautan laut, tata letak benua, saiz lubang ozon, letupan sinar kosmik, dan penebangan hutan. Daripada jumlah ini, yang paling penting adalah gas rumah hijau yang menjerat panas matahari, terutamanya karbon dioksida dan metana.
Seperti yang dicatat oleh Carson, Bumi mencatatkan perubahan ini dalam landskapnya: dalam lapisan geologi, pokok-pokok fosil, kerang fosil, bahkan kumbang tikus crystallically - pada dasarnya apa-apa yang benar-benar tua yang dijaga. Para saintis boleh membuka laman buku harian ini dan bertanya kepada mereka apa yang berlaku pada masa itu. Cincin pokok adalah penjaga rekod yang sangat rajin, merekodkan hujan dalam cincin tahunan mereka; teras ais boleh menyimpan akaun terperinci yang terperinci mengenai keadaan bermusim yang akan kembali hampir sejuta tahun.
Aci teras mendedahkan lapisan tahunan salji, abu vulkanik dan sisa-sisa tamadun lama yang mati. (NASA's Goddard / Ludovic Brucker) Apa lagi yang boleh dikatakan oleh teras ais?
"Wow, ada begitu banyak, " kata Alley, yang menghabiskan lima musim padang yang merosakkan ais dari lembaran ais Greenland. Pertimbangkan apa yang sebenarnya adalah teras ais: satu lapisan lapisan salji akan berlaku ribuan tahun.
Apabila salji selimut tanah, ia mengandungi ruang udara kecil yang penuh dengan gas atmosfera. Di tiang, lapisan lama menjadi terkubur dan dimampatkan menjadi ais, menjadikan ruang ini menjadi buih udara masa lalu, seperti penyelidik Caitlin Keating-Bitonti dan Lucy Chang menulis di Smithsonian.com. Para saintis menggunakan komposisi kimia ais itu sendiri (nisbah isotop oksigen berat dan cahaya dalam H2O) untuk menganggarkan suhu. Di Greenland dan Antartika, saintis seperti ekstrak Alley tidak dapat dibayangkan dengan teras ais panjang-lebih daripada dua batu panjang!
Inti ais memberitahu kami berapa banyak salji yang jatuh pada tahun tertentu. Tetapi mereka juga mendedahkan debu, garam laut, abu dari letupan gunung berapi yang jauh, malah pencemaran yang ditinggalkan oleh paip Rom. "Jika ia berada di udara, ia berada di dalam ais, " kata Alley. Dalam kes-kes yang terbaik, kita boleh membuat tarikh teras ke musim dan tahun yang tepat, mengira lapisan tahunan mereka seperti cincin pokok. Dan teras es memelihara butiran-butiran indah ini beratus-ratus ribu tahun, menjadikan mereka apa yang disebut Alley sebagai "standard emas" proksi paleoklimat.
Tunggu, tetapi bukan sejarah bumi lebih lama daripada itu?
Ya, betul. Para saintis paleoklimat perlu kembali berjuta-juta tahun-dan untuk itu kita memerlukan sesuatu yang lebih tua daripada teras ais. Nasib baik, hidup mempunyai rekod yang panjang. Rekod fosil kehidupan kompleks mencapai kira-kira 600 juta tahun. Itu bererti kita mempunyai proksi yang pasti untuk perubahan dalam iklim yang berlaku kira-kira setakat ini. Salah satu yang paling penting adalah gigi conodonts-punah, makhluk seperti belut-yang kembali 520 juta tahun.
Tetapi beberapa proksi iklim yang paling umum pada skala masa ini lebih kecil lagi. Foraminifera (dikenali sebagai "foram") dan diatom adalah makhluk uniselular yang cenderung hidup di dasar lautan, dan seringkali tidak lebih besar daripada tempoh di akhir ayat ini. Kerana mereka bertaburan di seluruh Bumi dan telah wujud sejak Jurassic, mereka telah meninggalkan rekod fosil yang kuat untuk saintis untuk menyiasat suhu masa lalu. Menggunakan isotop oksigen di dalam cangkerang mereka, kita boleh membina semula suhu laut kembali lebih daripada 100 juta tahun yang lalu.
"Di setiap dataran luar, di setiap pantai curving, dalam setiap pasir pasir terdapat kisah bumi, " tulis Carson. Kisah-kisah itu, ternyata, juga bersembunyi di perairan yang mencipta pantai-pantai itu, dan di makhluk-makhluk yang lebih kecil daripada sebutir pasir.
Foraminifera. (Ernst Haeckel) Berapa banyak kepastian yang kita ada untuk masa lampau?
Untuk ahli sains paleoklimat, kehidupan adalah penting: jika anda mempunyai petunjuk hidup di Bumi, anda boleh menafsirkan suhu berdasarkan pengedaran organisma.
Tetapi apabila kita telah kembali sejauh ini bahawa tidak ada lagi gigi konodont, kita telah kehilangan penunjuk utama kita. Sebelum ini, kita harus bergantung kepada pengedaran sedimen, dan penanda glasier masa lalu, yang mana kita dapat menguraikan dengan jelas menunjukkan corak iklim. Oleh itu, semakin jauh kita pergi, kurang proksi yang kita miliki, dan pengertian yang kurang granular kita menjadi. "Ia hanya menjadi foggier dan foggier, " kata Brian Huber, ahli paleobiologi Smithsonian yang membantu menganjurkan simposium itu bersama ahli sains penyelidik paleobiologi dan kurator Scott Wing.
Bagaimanakah paleoclimate menunjukkan kepada kita kepentingan gas rumah hijau?
Gas rumah hijau, seperti yang dicadangkan oleh namanya, berfungsi dengan menangkap haba. Pada dasarnya, mereka akhirnya membentuk selimut penebat untuk Bumi. (Anda boleh mendapatkan lebih banyak bahan kimia di sini.) Jika anda melihat graf Zaman Ais lalu, anda dapat melihat tahap CO2 dan Ice Ice (atau suhu global) sejajar. Lebih banyak CO2 sama dengan suhu yang lebih panas dan kurang ais, dan sebaliknya. "Dan kita tahu arah penyebabnya di sini, " nota Alley. "Ini terutamanya dari CO2 hingga (kurang) ais. Bukan sebaliknya. "
Kita juga boleh melihat kembali pada gambar spesifik tepat pada masanya untuk melihat bagaimana Bumi bertindak balas terhadap pancang CO2 yang lalu. Sebagai contoh, dalam tempoh pemanasan melampau semasa era Cenozoic Bumi kira-kira 55.9 juta tahun yang lalu, karbon yang cukup dikeluarkan untuk menggandakan jumlah CO2 di atmosfera. Keadaan yang panasnya menyebabkan kerosakan, menyebabkan perpindahan dan kepupusan besar-besaran; hampir semua yang hidup sama ada bergerak atau pun pupus. Tumbuhan layu. Lautan diasamkan dan dipanaskan sehingga suhu tab mandi.
Malangnya, ini mungkin menjadi petanda untuk ke mana kita pergi. "Inilah yang menakutkan kepada pemodulasi iklim, " kata Huber. "Pada kadar yang kami jalankan, kami sememangnya menggulung masa untuk tempoh kehangatan yang melampau." Oleh sebab itu, memahami peranan karbon dioksida dalam perubahan iklim yang lalu membantu kami meramalkan perubahan iklim masa depan.
Itu terdengar sangat buruk.
Yep.
Saya sangat kagum dengan berapa banyak data paleoclimate yang kita ada. Tetapi bagaimana model iklim berfungsi?
Soalan hebat! Dalam sains, anda tidak boleh membuat model melainkan anda memahami prinsip-prinsip asas yang mendasari sistem. Jadi hakikat bahawa kita dapat membuat model yang baik bermakna kita memahami bagaimana semua ini berfungsi. Model sebenarnya adalah versi realiti yang mudah, berdasarkan apa yang kita tahu mengenai undang-undang fizik dan kimia. Jurutera menggunakan model matematik untuk membina struktur yang berjuta-juta orang bergantung, dari kapal terbang ke jambatan.
Model kami didasarkan pada kerangka data, yang sebahagian besarnya berasal dari para ahli sains paleoklimat yang telah dikumpulkan para saintis dari setiap penjuru dunia. Itulah sebabnya penting bagi data dan model untuk berbual antara satu sama lain. Para saintis menguji ramalan mereka mengenai data dari masa lalu yang jauh, dan cuba untuk memperbaiki sebarang percanggahan yang timbul. "Kami boleh kembali ke masa dan menilai dan mengesahkan keputusan model-model ini untuk membuat ramalan yang lebih baik untuk apa yang akan berlaku pada masa depan, " kata Schmidt.
Berikut adalah model:
Ia cantik. Saya mendengar model tidak begitu tepat, walaupun.
Oleh sifat mereka, model selalu salah. Fikirkan mereka sebagai penghampiran, tekaan terbaik kami.
Tetapi tanyakan kepada diri sendiri: adakah ini meneka memberi kami lebih banyak maklumat daripada yang kita pernah lakukan sebelumnya? Adakah mereka menyediakan ramalan yang berguna yang tidak akan kita sebutkan? Adakah mereka membenarkan kami bertanya soalan yang baru dan lebih baik? "Apabila kita meletakkan semua bit ini bersama-sama, kita akan mendapat sesuatu yang kelihatan seperti planet ini, " kata Schmidt. "Kami tahu ia tidak lengkap. Kami tahu ada perkara yang tidak kami sertakan, kami tahu bahawa kami telah memasukkan perkara-perkara yang sedikit salah. Tetapi pola asas yang kita lihat dalam model-model ini dapat dikenali ... sebagai pola yang kita lihat di satelit sepanjang masa. "
Jadi kita harus mempercayai mereka untuk meramalkan masa depan?
Model-model ini dengan setia menghasilkan semula corak-corak yang kita lihat di masa lampau, sekarang-dan dalam beberapa kes, masa depan. Kita sekarang berada di titik di mana kita dapat membandingkan model iklim awal-yang pada akhir 1980-an dan 1990-an bahawa pasukan Schmidt di NASA bekerja-untuk realiti. "Apabila saya seorang pelajar, model awal memberitahu kami bagaimana ia akan menjadi panas, " kata Alley. "Itu berlaku. Model-model tersebut berjaya memprediksi serta penjelasan: mereka bekerja. "Bergantung pada tempat anda berdiri, itu mungkin membuat anda berkata" Oh goody! Kami betul! "Atau" Oh tidak! Kami betul. "
Untuk memeriksa ketepatan model, penyelidik pergi kembali ke data paleoclimate yang Alley dan lain-lain telah dikumpulkan. Mereka menjalankan model ke dalam masa lalu, dan membandingkannya dengan data yang sebenarnya mereka ada.
"Sekiranya kita dapat membiak iklim masa lalu kuno di mana kita tahu apa yang berlaku, itu memberitahu kita bahawa model-model ini adalah alat yang sangat baik untuk kita mengetahui apa yang akan berlaku pada masa akan datang, " kata Linda Ivany, ahli sains paleoklimat di Universiti Syracuse. Proksi penyelidikan Ivany adalah kerang kuno, yang kerangnya tidak hanya mencatat keadaan tahunan tetapi musim dingin dan musim panas individu kembali 300 juta tahun-menjadikan mereka cara yang berharga untuk memeriksa model. "Semakin baik model mendapatkan pulih masa lalu, " katanya, "semakin baik mereka akan meramalkan masa depan."
Paleoklimat menunjukkan kepada kita bahawa iklim bumi telah berubah secara dramatik. Bukankah itu bermakna, dalam pengertian yang relatif, perubahan hari ini bukan masalah besar?
Apabila Richard Alley cuba menjelaskan graviti perubahan iklim buatan manusia, dia sering memanggil fenomena tahunan tertentu: kebakaran liar yang membakar di bukit-bukit Los Angeles setiap tahun. Kebakaran ini boleh diramal, kitaran, semula jadi. Tetapi ia akan menjadi gila untuk mengatakan bahawa, kerana api adalah norma, ia adalah baik untuk membiarkan orang yang membakar api menetapkan kebakaran juga. Begitu juga, fakta bahawa iklim telah berubah sejak berjuta-juta tahun tidak bermakna gas rumah hijau buatan manusia bukanlah ancaman global yang serius.
"Tamadun kami didasarkan pada iklim yang stabil dan paras laut, " kata Wing, "dan segala yang kita tahu dari masa lalu mengatakan bahawa apabila anda meletakkan banyak karbon di atmosfera, iklim dan paras laut berubah secara radikal."
Sejak Revolusi Perindustrian, aktiviti manusia telah membantu memanaskan dunia 2 darjah F, satu perempat daripada apa yang Schmidt menganggap sebagai "Unit Zaman Ais" - perubahan suhu yang berlaku di Bumi antara Zaman Ais dan Zaman Bukan Zaman. Model hari ini meramalkan lagi 2 hingga 6 darjah Celsius pemanasan pada 2100-sekurang-kurangnya 20 kali lebih pantas daripada serangan panas yang lalu sejak 2 juta tahun lalu.
Sudah tentu terdapat ketidakpastian: "Kita boleh mempunyai perdebatan mengenai sama ada kita terlalu optimis atau tidak, " kata Alley. "Tetapi tidak banyak perdebatan mengenai sama ada kita terlalu menakutkan atau tidak." Memandangkan betapa betul kita sebelum ini, kita harus mengabaikan sejarah dengan bahaya kita sendiri.
