Michał Pech / Unsplash

Związek między atmosferycznym CO₂ poziomy i zmiany klimatu są często postrzegane jako kontrowersyjny temat. Chociaż nie ma prawdziwej niezgody między naukowcami klimatu - wokół 90% w pełni zgadzam się, że działalność człowieka jest wyraźnie odpowiedzialna za zmiany klimatu - w Stanach Zjednoczonych w 2016 r. ledwo 50% ogółu społeczeństwa doszedł do tego samego wniosku. Dodając do ogólnego zamieszania, wysoce aktywni „zaprzeczający zmianom klimatu” twierdzą, że temperatura ewoluowała niezależnie od CO₂ stężenia atmosferyczne w historii Ziemi, a tym samym dzisiejszy rosnący CO₂ poziomy nie stanowią problemu.

Czy więc naukowcy pomylili tę historię? Nie. CO₂ od dawna przyczynia się do kontrolowania klimatu Ziemi, a jego rosnąca koncentracja w atmosferze i oceanach stanowi poważne zagrożenie dla ludzkości.

Razem z aktywność słoneczna i albedogazy cieplarniane są kluczową częścią Ziemi budżet radiacyjny i wywierają silną kontrolę nad temperaturą powierzchni. Chociaż para wodna jest głównym gazem cieplarnianym na Ziemi, CO₂ zwraca o wiele większą uwagę, ponieważ może aktywnie prowadzić zmiany klimatu.

Niestety działalność człowieka dostarcza CO₂ do atmosfery w tempie 70 razy większy niż wszystkie wulkany na Ziemi razem. W rezultacie atmosferyczny CO₂ stężenie (lub pCO₂) wzrasta, a powierzchnia Ziemi rozgrzewa się w tempie, którego żaden naturalny czynnik nie może wyjaśnić.

Wiemy, że CO₂ to kontrola temperatury i możemy to zademonstrować na różne sposoby. Jednym z nich jest eksploracja historii Ziemi.

Ameryka Północna z satelity Suomi na niskim orbicie. NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring

Klimat i temperatura w czasach geologicznych

Używając skał, skamielin oraz ich właściwości chemicznych i fizycznych, geologowie zrekonstruowali ciepłe i zimne okresy w całej historii Ziemi. Aby wykazać związek między klimatem, temperaturą i pCO₂ miliony lat temu musimy odtworzyć każdy z nich niezależnie. Aby to zrobić, używamy rejestratorów klimatu zwanych „serwerami proxy”.

Zapis izotopowy atomów tlenu ?¹?Omierzona w starożytnych muszlach wapiennych jest jedną z nich. Pozwala nam zrekonstruować przeszłe temperatury wody morskiej ze znanym stopniem niepewności, który zależy od precyzji analitycznej i parametrów, takich jak woda morska ─O, zasolenie i pH wpływa również na ?¹?O muszli.

Ponieważ historia geologiczna wpływa na skały i ich sygnały, im bardziej cofamy się w czasie, tym większe są niepewności. W ten sposób łączymy różne proxy i formułujemy hipotezy, które nieustannie się poprawiają wraz z wieloletnimi badaniami. Ustanawianie takich rekonstrukcji jest powolnym, skomplikowanym (czasem bolesnym) procesem, ale z każdym rokiem stają się one coraz bardziej niezawodne wraz ze spadkiem niepewności. Jeśli niepewności są zbyt duże, interpretacje opierają się na nich skąpstwo: najprostszy model należy uznać za najbardziej prawdopodobny. Liczy się to, że naukowcy wiedzą, jak szacować niepewności i dzielić się nimi.

Ogólnie rzecz biorąc, rekonstrukcje temperatury wody morskiej zgadzają się z obserwacjami geologicznymi historii klimatu: główne epoki lodowcowe zbiegają się z niższą temperaturą globalną. W szczególności, A1?O oznacza stan stały chłodzenie od 50 milionów lat, co prowadzi do klimatu przedindustrialnego.

GEOCARB (wersja III) rekonstrukcja pCO? (żółty, jeden punkt na 10 milionów lat) i średnia temperatura powierzchni morza tropikalnego na podstawie ──O węglanów, skorygowana o zmiany pH wody morskiej, przy założeniu braku zmian ──O dla wody morskiej (czerwony) w porównaniu z ograniczonymi geologicznie okresami zimnymi (jasnoniebieski) i zlodowacenia (ciemnoniebieski). G. Paris po Royer i Beerling (2004) oraz Berner i Khotavala (2011), Autor pod warunkiem

Historia pCO₂

Istnieją proxy dla pCO₂ także. Na przykład paleontolodzy policzyć szparki - otwory przez które rośliny oddychają, wymieniają wilgoć i pochłaniają CO₂ do fotosyntezy - na liściach kopalnych. Im więcej CO₂ jest obfity, mniej szparek są wymagane. Jednym z czynników, który zwiększa stopień niepewności, jest to, że rośliny mają mniej aparatów szparkowych w suchszych klimatach, a więcej w wilgotnych.

Liście kopalne są rzadkim i atmosferycznym pCO₂ dane są niedostępne dla starożytnych okresów Ziemi. W przypadku braku (wystarczających) danych modelowanie numeryczne pomaga wyjaśnić dane za pomocą globalnie spójnego podejścia, które szanuje podstawowe prawa fizyki. Jednym z najbardziej znanych jest GEOKARB, geologiczny model obiegu węgla opracowany w celu odtworzenia pCO₂ historia autorstwa Roberta Bernera i jego koledzy.

W terminach ponad 100,000 XNUMX lat, pCO₂ jest głównie dodawany z wulkanów i gubiony przez dwie pompy węglowe: pompę biologiczną i pompę węglanową.

Podczas fotosyntezy rośliny i glony pochłaniają CO₂ budować swoją materię organiczną. Kiedy umierają, to CO₂ może zostać uwięziony w osadach. To jest pompa biologiczna. Pompa węglanowa jest sprzężeniem między wietrzeniem kontynentów a opadami węglowymi. WSPÓŁ₂ zakwasza wody powierzchniowe, które rozpuszczają skały. Rozpuszczone pierwiastki są wypłukiwane do oceanu, gdzie są wykorzystywane do budowy wapiennego materiału, takiego jak muszle lub koralowce, które ostatecznie stają się wapieniami. Z roku na rok pompy te magazynują CO₂ z dala od atmosfery.

W przeszłości wulkany mogły być mniej lub bardziej aktywne; kontynenty znajdowały się w różnych lokalizacjach, co wpłynęło na pompy węglowe. Berner i współpracownicy ocenili ilościowo, w jaki sposób znana z tych zmian ewolucja tych parametrów wpłynęła na obieg węgla, a zatem na atmosferyczne pCO₂. Znali i wykazywali niepewność modelu. Ich wyniki należy przedstawiać z kopertą szacunkową, a nie jako podaną wartość.

Czasy wyższego pCO₂ są ciepłe okresy. I odwrotnie, spadek CO atmosferycznego₂ zawartość wywołała okresy lodowcowe, takie jak epoka karbonu i współczesne epoki lodowcowe, z możliwym wyjątkiem Hirnantian (445 milionów lat temu). Najnowsze modele sugerują, że w tym odległym okresie konfiguracja tektoniczna odgrywała określoną rolę.

Jak ludzie szybko wpływają na klimat

Temperatura i pCO? rekonstrukcje z ostatnich 66 My. Temperatury są obliczane przy użyciu ∆O węglanów i są przedstawiane bez niepewności. pCO? rekonstrukcja opiera się na siedmiu różnych zastępczych zgodnych ze sobą granicach ich odpowiednich niepewności. Beerling i Royer, 2011., Autor pod warunkiem

W okresie rozpoczynającym się od momentu wymarcia dinozaurów (stosunkowo niedawno 66 lat temu) geolodzy mogą polegać na wielu temperaturach i emisji CO₂ proxy oprócz ?1?O lub liści kopalnych. Im bliżej naszej ery, tym więcej zastępczych rozwiązań i mniej niepewności, dopóki nie będziemy w stanie połączyć danych geologicznych i rdzeni lodowych, które się wzajemnie wspierają.

Tektonika zmodyfikowany obieg oceaniczny i doprowadził do budowy pasm górskich takich jak Himalaje. Oba czynniki wpłynęły na pompy węglowe i wymuszone pCO₂ do spadek, jak pokazują pełnomocnicy i zgodnie z trendami GEOCARB. To zmniejszenie pCO₂ doprowadziło do obserwowanego ochłodzenia i doprowadziło Ziemię do obecnego naprzemiennego zlodowacenia.

Możemy ustalić na podstawie rdzeni lodowych i proxy, że pCO₂ oscyluje między 200 a 350 ppm przez 2.6 miliona lat i nagle wzrósł z 280 do 410 ppm między 1850 a 2018 rokiem. pCO₂ zmierza w kierunku poziomów niespotykanych od 5, a nawet 30 milionów lat, kiedy Ziemia była znacznie cieplejsza niż dzisiaj i nie było żadnych atlantyckich czap lodowych. Rekonstrukcje temperatury i pCO₂ może rzucić okiem na to, co nas czeka, jeśli nie spowolnimy emisji CO₂ emisji.

W długich skalach czasowych, gdy pCO₂ wzrasta, ocieplenie stymuluje pompy węglowe, pomagając w ten sposób pCO₂ zmniejszyć. To ujemne sprzężenie zwrotne może działać jak termostat geologiczny. Niestety tak jest za wolno reagować wystarczająco szybko, aby zrekompensować nasze szybkie emisje. W skali dziesięciolecia ocieplenie pogarsza CO₂ uwolnienie do atmosfery. Gdy temperatura wzrasta, oceany rozgrzewają się i uwalniają rozpuszczony CO₂ do atmosfery. Przez 2.6 miliona lat cykle lodowcowe i interglacjalne są wymuszane przez orbitę Ziemi Wahania i CO₂ było tylko wewnętrzną pozytywną opinią. Dzisiaj antropogeniczny CO₂ prowadzi i wzmacnia trwające ocieplenie.

Termostat geologiczny cyklu węglowego. Znak + oznacza, że ​​parametry są stymulowane poprzez wzrost współczynnika znajdującego się przed strzałką. Znak – oznacza, że ​​parametr jest tłumiony. Na przykład pompy węglowe zmniejszają poziom CO w atmosferze? podczas gdy wejścia wulkaniczne je zwiększają. Pierre-Henri Blard i Guillaume Paris

W wyniku pCO₂ wzrost, średnia temperatura powierzchni już wzrosła o prawie 1 ° C między 1901 a 2012 rokiem. Powierzchnia Ziemi była o wiele cieplejsza niż dziś i ostatecznie ostygnie. Konsekwencje zmian krótkoterminowych są jednak fatalny. Oprócz wyższych temperatur powierzchni ekstremalne zjawiska pogodowe, zakwaszenie oceanów, topnienie lodu i wzrost poziomu morza mogą zakłócać nasze codzienne życie i szkodzić otaczającym nas ekosystemom.

Nauka o Ziemi pomaga nam zrozumieć przeszłość naszej planety. Nie możemy kontrolować orbity Ziemi, tektoniki ani cyrkulacji oceanicznej, ale możemy kontrolować naszą emisję gazów cieplarnianych. Przyszłość jest dla nas wszystkich do zbudowania.

O autorze

Guillaume Paris, Géochimiste, charge de recherche CNRS au Centre de recherches pétrographiques et géochimiques de Nancy, Université de Lorraine oraz Pierre-Henri Blard, Géochronologue et paléoclimatologue, charge de recherches CNRS - Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (Nancy) i Laboratoire de glaciologie (Bruxelles), Université de Lorraine

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

Zmiany klimatu: co każdy musi wiedzieć

Joseph Romm
Podstawowy element tego, co będzie decydującym zagadnieniem naszych czasów, Zmiany klimatu: co każdy musi wiedzieć® to przejrzysty przegląd nauki, konfliktów i implikacji naszej ocieplającej się planety. Joseph Romm, główny doradca naukowy National Geographic Lata życia niebezpiecznie serial i jeden z „100 ludzi, którzy zmieniają Amerykę” Rolling Stone'a ” Zmiana klimatu oferuje przyjazne dla użytkownika, rygorystyczne naukowo odpowiedzi na najtrudniejsze (i powszechnie upolitycznione) pytania dotyczące tego, co klimatolog Lonnie Thompson uznał za „jasne i aktualne zagrożenie dla cywilizacji”. Dostępne na Amazon

Zmiany klimatu: Nauka o globalnym ociepleniu i nasza przyszłość energetyczna Drugie wydanie

autor: Jason Smerdon
To drugie wydanie Zmiana klimatu jest dostępnym i kompleksowym przewodnikiem po nauce stojącej za globalnym ociepleniem. Znakomicie zilustrowany tekst jest skierowany do studentów na różnych poziomach. Edmond A. Mathez i Jason E. Smerdon przedstawiają obszerne, pouczające wprowadzenie do nauki, które leży u podstaw naszego zrozumienia systemu klimatycznego i wpływu działalności człowieka na ocieplenie naszej planety. Mathez i Smerdon opisują role atmosfery i oceanu baw się w naszym klimacie, przedstaw koncepcję bilansu promieniowania i wyjaśnij zmiany klimatu, które miały miejsce w przeszłości. Opisują również działania człowieka mające wpływ na klimat, takie jak emisje i wylesianie gazów cieplarnianych i aerozoli, a także skutki zjawisk naturalnych.  Dostępne na Amazon

Nauka o zmianach klimatu: kurs praktyczny

autor: Blair Lee, Alina Bachmann
Nauka o zmianach klimatu: kurs praktyczny wykorzystuje tekst i osiemnaście praktycznych zajęć wyjaśnianie i nauczanie nauki o globalnym ociepleniu i zmianach klimatu, o tym, jak ludzie są odpowiedzialni oraz o tym, co można zrobić, aby spowolnić lub zatrzymać tempo globalnego ocieplenia i zmian klimatu. Ta książka jest kompletnym, kompleksowym przewodnikiem po niezbędnym temacie środowiskowym. Tematy omówione w tej książce obejmują: w jaki sposób cząsteczki przenoszą energię ze słońca do ogrzania atmosfery, gazy cieplarniane, efekt cieplarniany, globalne ocieplenie, rewolucję przemysłową, reakcję spalania, pętle sprzężenia zwrotnego, związek między pogodą a klimatem, zmianę klimatu, pochłaniacze dwutlenku węgla, wymieranie, ślad węglowy, recykling i energia alternatywna. Dostępne na Amazon

Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.