באביב השקט, רחל קרסון מתייחסת לשברוש המערבי. "שכן כאן הנוף הטבעי הוא רהוט מהמערך הגומלין שיצר אותו", היא כותבת. "הוא פרוש לפנינו כמו דפי ספר פתוח בו אנו יכולים לקרוא מדוע הארץ היא מה שהיא ומדוע עלינו לשמור על שלמותה. אבל הדפים לא טמונים. "היא מקוננת על היעלמותו של נוף מאוים, אך באותה מידה היא יכולה לדבר על סמנים של פליאוקלים.
כדי לדעת לאן אתה הולך, אתה צריך לדעת לאן היית. זה נכון במיוחד עבור מדעני אקלים, שצריכים להבין את כל טווחי המשמרות של כדור הארץ כדי לתאר את מהלך עתידנו. אבל בלי מכונת זמן, איך הם מקבלים נתונים מסוג זה?
כמו קרסון, הם צריכים לקרוא את דפי כדור הארץ. למרבה המזל, כדור הארץ ערך יומנים. כל דבר שמניח שכבות שנתיות - אלמוגי אוקיינוס, נטיפים במערות, עצים ארוכי שנים, יצורי ים קטנטנים - מתעד נאמנה את תנאי העבר. כדי ללכת רחוק יותר, מדענים מחפרים ליבות משקע וליבות קרח מקרקעית האוקיאנוס והקטבים הקפואים, הכותבים את זיכרונותיהם בעצמם בפרצי אפר ואבק ובועות של גז מלכוד ארוך.
במובן מסוים, יש לנו מכונות זמן: כל אחד מהסובלים הללו מספר סיפור שונה במקצת, שמדענים יכולים לארוג יחד כדי ליצור הבנה מלאה יותר של עברו של כדור הארץ.
במארס קיים המוזיאון הלאומי להיסטוריה טבעית של המוסד סמיתסוניאן יום עיון בן שלוש ימים לטמפרטורת כדור הארץ, שהפגיש מורים, עיתונאים, חוקרים והציבור בכדי לשפר את הבנתם בנושא הפליאוקלים. במהלך הרצאת ערב, גאווין שמידט, מעצב אקלים ומנהל מכון גודארד לחקר החלל של נאס"א, וריצ'רד אלי, גיאולוג מפורסם בעולם מאוניברסיטת פנסילבניה, הסבירו כיצד מדענים משתמשים באקלימי העבר של כדור הארץ כדי לשפר את מודלים האקלים בהם אנו משתמשים כדי לחזות העתיד שלנו.
להלן המדריך שלך לתאריכי האקלים של כדור הארץ - לא רק מה שאנחנו יודעים, אלא כיצד אנו יודעים זאת.
כיצד אנו מסתכלים על אקלים העבר של כדור הארץ?
דרוש מעט יצירתיות כדי לשחזר את גלגולי העבר של כדור הארץ. למרבה המזל, המדענים מכירים את הגורמים הטבעיים העיקריים המעצבים את האקלים. הם כוללים התפרצויות געשיות שהאפר שלהם חוסם את השמש, שינויים במסלול כדור הארץ שמעביר אור שמש לרוחבי רוח שונים, זרימת אוקיינוסים וקרח ים, מתווה היבשות, גודל חור האוזון, פיצוצים של קרניים קוסמיות, יערות יערות. מבין אלה, החשובים ביותר הם גזי חממה הלוכדים את חום השמש, במיוחד פחמן דו חמצני ומתאן.
כפי שציין קרסון, כדור הארץ מתעד את השינויים הללו בנופיו: בשכבות גיאולוגיות, עצים מאובנים, קונכיות מאובנות, אפילו פיפי חולדה מגובשים - בעיקרון כל דבר ישן באמת שנשמר. מדענים יכולים לפתוח את דפי היומן האלה ולשאול אותם מה קרה באותה תקופה. טבעות העצים הם שומרי רשומות חרוצים במיוחד, הרושמים גשמים בטבעות השנתיות שלהם; ליבות קרח יכולות לנהל דיווחים מפורטות להפליא על תנאי העונה החוזרים כמעט מיליון שנה.
ליבות קרח חושפות שכבות של שנתי שלג, אפר געש ואפילו שאריות של תרבויות ארוכות מתות. (גודארד של נאס"א / לודוביץ 'ברוקר) מה עוד גרעין קרח יכול לספר לנו?
"וואו, יש כל כך הרבה", אומר אלי, שבילה חמש עונות שדה בכריתת קרח מגלידת הקרח גרינלנד. קחו למשל מה בעצם גרעין קרח: חתך רוחב של שכבות של שלג המגיע לאלפי שנים אחורה.
כאשר שלג מכסה את האדמה, הוא מכיל חללי אוויר קטנים מלאים בגזים אטמוספריים. בקטבים שכבות ישנות יותר קבורות ודחוסות לקרח, והופכות את החללים הללו לבועות של אוויר עבר, כך כותבים החוקרים קייטלין קיטינג-ביטונטי ולוסי צ'אנג ב- Smithsonian.com. מדענים משתמשים בהרכב הכימי של הקרח עצמו (היחס בין האיזוטופים הכבדים והקלים של החמצן ב- H2O) בכדי להעריך את הטמפרטורה. בגרינלנד ובאנטארקטיקה מדענים כמו הסמטה מוציאים גרעין קרח ארוך בלתי נתפס - חלקם יותר משני מיילים!
ליבות קרח מספרות לנו כמה ירד שלג במהלך שנה מסוימת. אך הם גם חושפים אבק, מלח ים, אפר מפיצוצים געשיים רחוקים, אפילו את הזיהום שהשאיר האינסטלציה הרומית. "אם זה באוויר זה בקרח, " אומר אלי. במקרים הטובים ביותר, אנו יכולים לתארך את ליבות הקרח לעונתם ושנתם המדויקת, ולספור את שכבותיהם השנתיות כמו טבעות עצים. ליבות קרח משמרות את הפרטים המעודנים האלה שחזרו מאות אלפי שנים, מה שהופך אותם למה שמכונה סמטת "סטנדרט הזהב" של פרוקסי פליוקלים.
רגע, אך האם ההיסטוריה של כדור הארץ אינה ארוכה מזה?
כן זה נכון. מדענים מפליאוקלים צריכים לחזור מיליוני שנים אחורה - ולשם כך אנו זקוקים לדברים מבוגרים עוד יותר מליבות הקרח. למרבה המזל, לחיים יש שיא ארוך. התיעוד המאובני של החיים המורכבים מגיע למקום כלשהו בערך 600 מיליון שנה. המשמעות היא שיש לנו נקודת מבט נקייה לשינויים באקלים החוזרים בערך עד כה. אחת החשובות ביותר היא שיני הקונודונטים - יצורים שנכחדו, כמו צלופחים - שנמשכים 520 מיליון שנה אחורה.
אולם חלק מהקרבים האקלים הנפוצים ביותר בטווח הזמן הזה הם אפילו פחות זעירים. פורמיניפרה (המכונה "פורמים") ודיאטומים הם יצורים חד-תאיים הנוטים לחיות על קרקעית הים, ולעתים קרובות אינם גדולים מהתקופה בסוף משפט זה. מכיוון שהם מפוזרים על פני כדור הארץ ונמצאים מאז היורה, הם השאירו תיעוד מאובנים חזק עבור מדענים כדי לחקור טמפרטורות בעבר. בעזרת איזוטופי חמצן בקונכיות שלהם, אנו יכולים לשחזר את טמפרטורות האוקיאנוס שחזרו לפני יותר ממאה מיליון שנה.
"בכל שטח אדמה, בכל חוף מפותל, בכל גרגר חול יש סיפור של כדור הארץ", כתב קרסון פעם. הסיפורים הללו, מסתבר, מסתתרים גם הם במים שיצרו את אותם חופים, וביצורים קטנים יותר מגרגיר חול.
פורמיניפרה. (ארנסט האקל) כמה וודאות יש לנו בעבר עמוק?
עבור מדענים פליאוקלים, החיים הם מכריעים: אם יש לך אינדיקטורים לחיים על כדור הארץ, אתה יכול לפרש טמפרטורה על בסיס התפלגות האורגניזמים.
אבל כשחזרנו כל כך רחוק שאין עוד שיניים בקונודונט, איבדנו את האינדיקטור העיקרי שלנו. עברנו שעלינו להסתמך על התפלגות משקעים וסמנים של קרחונים בעבר, אותם אנו יכולים לחולץ לציון גס של דפוסי אקלים. אז ככל שאנו הולכים אחורה, יש לנו פחות פרוקסים, וההבנה שלנו פחות גרועה. "זה פשוט נהיה פוגי ופוגייר יותר", אומר בריאן הובר, פליוביולוג סמית'סוניאני שעזר לארגן את הסימפוזיון יחד עם עמיתו המדען והמחקר הפליאוביולוג סקוט ווינג.
כיצד מראה הפליאוקלים את חשיבותם של גזי חממה?
גזי החממה פועלים, כפי ששמם מרמז, על ידי לכידת החום. בעיקרו של דבר, בסופו של דבר הם מהווים שמיכה מבודדת לכדור הארץ. (אתה יכול להכנס יותר לכימיה הבסיסית כאן.) אם אתה מסתכל על גרף של ימי קרח בעבר, אתה יכול לראות שרמות CO2 ותקופות קרח (או טמפרטורה גלובלית) מתיישרות. יותר CO2 שווה לטמפרטורות חמות יותר ופחות קרח, ולהיפך. "ואנחנו כן יודעים מה הכיוון של הסיבתיות כאן", מציין אלי. "זה בעיקר מ- CO2 לקרח (פחות). לא בדרך האחרת."
אנו יכולים להביט אחורה בתמונות ספציפיות בזמן כדי לראות כיצד כדור הארץ מגיב לדוקרני CO2 בעבר. לדוגמה, בתקופה של התחממות קיצונית בתקופת קנוזואית כדור הארץ לפני כ- 55.9 מיליון שנה, שוחרר מספיק פחמן לכפול מכמות ה- CO2 באטמוספרה. התנאים החמים כתוצאה מכך עוררו הרס וגרמו לנדידות והכחדות מאסיביות; כמעט כל מה שחי התנועע או נכחד. צמחים נבולו. אוקיינוסים הוחמצו ומחוממים לטמפרטורת האמבטיות.
למרבה הצער, זה עשוי להיות מבשר למקום שאליו אנו הולכים. "זה מה שמפחיד עבור דוגמניות האקלים", אומר הובר. "בקצב שאנו הולכים אנו סוגים את הזמן האחורי לתקופות אלה של חום קיצוני." זו הסיבה שהבנת תפקידו של פחמן דו חמצני בשינויי אקלים בעבר עוזרת לנו לחזות שינויים אקלימיים בעתיד.
זה נשמע לא רע.
כן.
אני באמת מתרשם מכמות הנתונים הפליאוקלמיים שיש לנו. אבל איך עובד מודל אקלימי?
שאלה נהדרת! במדע, אינך יכול ליצור מודל אלא אם אתה מבין את העקרונות הבסיסיים העומדים בבסיס המערכת. כך שעצם העובדה שאנחנו מסוגלים ליצור מודלים טובים פירושו שאנו מבינים איך כל זה עובד. מודל הוא למעשה גרסה מפושטת של המציאות, המבוססת על מה שאנחנו יודעים על חוקי הפיזיקה והכימיה. מהנדסים משתמשים במודלים מתמטיים כדי לבנות מבנים שמיליוני אנשים מסתמכים עליהם, ממטוסים ועד גשרים.
המודלים שלנו מבוססים על מסגרת של נתונים, שרבים מהם מגיעים מהפרויקטים הפליאוקלים שאספו מדענים מכל פינה בעולם. לכן כל כך חשוב שנתונים ומודלים יהיו בשיחה זה עם זה. מדענים בוחנים את תחזיותיהם לגבי נתונים מהעבר הרחוק, ומנסים לתקן כל אי התאמות שעולה. "אנו יכולים לחזור אחורה בזמן ולהעריך ולאמת את תוצאות המודלים הללו כדי לחזות טוב יותר לגבי מה שעומד לקרות בעתיד", אומר שמידט.
הנה מודל:
זה יפה. אני שומע שהדגמים לא מדויקים במיוחד.
מעצם טבעם, הדגמים תמיד טועים. חשבו עליהם כקירוב, הטוב ביותר שלנו.
אבל שאלו את עצמכם: האם הניחושים הללו מספקים לנו מידע רב יותר ממה שהיה לנו בעבר? האם הם מספקים תחזיות מועילות שלא היינו צריכים אחרת? האם הם מאפשרים לנו לשאול שאלות חדשות, טובות יותר? "כשאנחנו מחברים את כל החלקים האלה אנחנו בסופו של דבר עם משהו שנראה מאוד כמו כדור הארץ, " אומר שמידט. "אנחנו יודעים שזה לא שלם. אנחנו יודעים שיש דברים שלא כללנו, אנחנו יודעים שהכנסנו דברים שהם קצת לא בסדר. אבל הדפוסים הבסיסיים שאנו רואים במודלים הללו ניתנים לזיהוי ... כתבניות שאנו רואים בלוויינים כל הזמן. "
אז עלינו לסמוך עליהם שיחזו את העתיד?
המודלים משחזרים נאמנה את הדפוסים שאנו רואים בעבר של כדור הארץ, בהווה - ובמקרים מסוימים גם בעתיד. אנו נמצאים כעת בנקודה בה אנו יכולים להשוות בין מודלים אקלימיים מוקדמים - אלו של סוף שנות השמונים והתשעים עליהם עבד צוות שמידט בנאס"א - למציאות. "כשהייתי סטודנט, הדוגמניות המוקדמות אמרו לנו איך זה יתחמם", אומרת אלי. "זה קורה. הדגמים ניבאים בהצלחה וגם מסבירים: הם עובדים. "תלוי איפה אתה עומד, זה עלול לגרום לך להגיד" הו אלוהים! צדקנו! "או" אה לא! צדקנו. "
כדי לבדוק את מידת הדיוק של המודלים, החוקרים חוזרים מיד לנתונים הפליוקלמיים שאותם אספו Alley ואחרים. הם מריצים דגמים אל העבר הרחוק ומשווים אותם לנתונים שיש להם בפועל.
"אם נוכל לשחזר אקלימי עבר קדומים שבהם אנו יודעים מה קרה, זה אומר לנו שהמודלים הללו הם כלי טוב באמת בשבילנו לדעת מה עתיד לקרות בעתיד, " אומרת לינדה איבני, מדענית פליאוקלימטית מאוניברסיטת סירקוזה. מקורבי המחקר של איווני הם צדפות עתיקות, שפגזיהן מתעדים לא רק את התנאים השנתיים, אלא גם חורפים וקיץ פרטניים שחזרו 300 מיליון שנה אחורה - מה שהופך אותם לדרך חשובה לבדוק דגמים. "ככל שהמודלים ישתפרו עם התאוששות העבר", היא אומרת, "כך הם טובים יותר לחזות את העתיד."
Paleoclimate מראה לנו שהאקלים של כדור הארץ השתנה באופן דרמטי. האם זה לא אומר שבמובן היחסי, השינויים של היום אינם עניין גדול?
כאשר ריצ'רד אלי מנסה להסביר את חומרת שינויי האקלים מעשה ידי אדם, הוא לעתים קרובות קורא לתופעה שנתית מסוימת: מדברי הבר הפורצים בהרי לוס אנג'לס מדי שנה. שריפות אלה צפויות, מחזוריות, טבעיות. אבל זה יהיה מטורף לומר שמכיוון ששריפות הן הנורמה, זה בסדר לתת גם להצתה להצית שריפות. באופן דומה, העובדה שהאקלים השתנה לאורך מיליוני שנים אין פירושה שגזי חממה מעשה ידי אדם אינם מהווים איום עולמי רציני.
"התרבות שלנו מבוססת על אקלים יציב וגובה פני הים", אומר וינג, "וכל מה שאנחנו מכירים מהעבר אומר שכשמכניסים הרבה פחמן לאווירה, האקלים וגובה פני הים משתנים באופן קיצוני."
מאז המהפכה התעשייתית, פעילויות אנושיות סייעו לחמם את כדור הארץ 2 מעלות F, רבע ממה שמידט רואה כ"יחידה לעידן הקרח "- שינוי הטמפרטורה שעובר כדור הארץ בין עידן הקרח לעידן הקרח. הדגמים של ימינו חוזים עוד 2 עד 6 מעלות צלזיוס להתחממות עד שנת 2100 - לפחות פי 20 מהר יותר מההתחממות בעבר במהלך 2 מיליון השנים האחרונות.
כמובן שיש אי וודאות: "יכול להיות לנו ויכוח אם אנחנו קצת אופטימיים מדי או לא, " אומר אלי. "אבל לא הרבה דיון בשאלה אם אנחנו מפחידים מדי או לא." בהתחשב כמה צדקנו בעבר, עלינו להתעלם מההיסטוריה בסכנה שלנו.
