Nowe, rewolucyjne badanie? Zalecamy ostrożność...

Rzadko się zdarza, żeby nowe, rewolucyjne by wyniki obserwacji czy jakiegoś eksperymentu były na tyle jednoznaczne, by wystarczały do obalenia dotychczasowej teorii, zwłaszcza jeśli potwierdzają ją dziesiątki innych obserwacji i eksperymentów. Bardziej prawdopodobne jest, że błąd popełnił naukowiec odpowiedzialny za wynik kompletnie sprzeczny z dotychczasowym stanem wiedzy, czy to podczas konstrukcji samego eksperymentu, czy interpretacji wyników pomiarów.

Pół roku temu omawialiśmy (NoK: Antarktyda. Epizod IV - Nowa nadzieja, DS: Czy na Antarktydzie przybywa lodu?) analizę bilansu masy lądolodu Antarktydy w oparciu o lidarowe pomiary satelitarne, opublikowaną przez Zwally’ego i współautorów (Zwally i in., 2015). Zgodnie z tą analizą, w okresie 2003-2008 na Antarktydzie miało przybywać lodu w tempie średnio 82±25 gigaton rocznie; i jak wtedy pisaliśmy, wniosek ten stał w sprzeczności z wieloma innymi badaniami, wykorzystującymi altimetrię radarową, pomiary grawimetryczne oraz modelowanie akumulacji, przepływu, ablacji i cielenia się lodowców.

Lodowa pustynia

Rysunek 1: Antarktyda, Gentoomultimedia, Dreamstime.com.

Jak bardzo wyniki te odstawały od innych można było zobaczyć miesiąc później, podczas jesiennego kongresu Amerykańskiej Unii Geofizycznej, gdzie na specjalnej sesji poświęconej pomiarom lądolodów Andrew Shepherd z University of Leeds, Erik Ilvins z NASA/JPL i Thorsten Markus z NASA/GSFC omawiali badania lądolodu Antarktydy:

Na slajdzie pokazywanym w 13 minucie wynik Zwally’ego i in. (określany przez niektórych jako ”prawdziwy cios dla wyznawców religii globalnego ocieplenia”) to czerwony prostokąt, jedyny który wystaje w całości ponad zerem w pierwszej dekadzie XXI wieku. Trzydzieści kilka innych analiz pokazuje w tym samym albo podobnym okresie ujemny bilans masy.

Nie powinno więc być specjalnym zaskoczeniem, że najnowsza praca naukowa poświęcona temu zagadnieniu, „Przestrzenne i czasowe trendy zmian masy lądolodu Antarktydy, korekty glacjo-izostatyczne i procesy powierzchniowe na podstawie danych altimetrii satelitarnej, grawimetrii i GPS.” (Martín‐Español i in., 2016), stanowiąca przekrojowe podsumowanie naszej aktualnej wiedzy o temacie, wskazuje że lądolodu Antarktydy ubywa. W odróżnieniu od nagłośnionego w mediach artykułu Zwally’ego, który opierał swoje wnioski wyłącznie na satelitarnych lidarowych pomiarach wysokości lądolodu, międzynarodowa grupa naukowców z Albą Martin-Español jako główną autorką, wykorzystała kilka różnych zestawów obserwacji (altimetrii satelitarnej, grawimetrii i pomiarów GPS prędkości lądolodu). Wyliczyła z nich zmiany przepływu i akumulacji lodu w przestrzeni i czasie. Zgodnie z tymi szacunkami, w okresie 2003-2013 ubytek masy Antarktydy wynosił 84±22 miliardów ton rocznie; w okresie wcześniejszym, odpowiadającym analizie grupy Zwally’ego, ubytek był co prawda mniejszy (31±22 miliardów ton na rok), ale wciąż oznaczał że Antarktyda traci lód, a nie przyrasta.

Jak zauważają autorzy, różnica ta wynika z różnic w oszacowaniach przepływu lodu w Antarktydzie Wschodniej

Procesem odpowiedzialnym za dodatni bilans masy w analizie Zwally’ego i innych jest dynamiczne pogrubianie lądolodu Antarktydy Wschodniej (136±50 Gt/rok). Nasze oszacowania tego elementu dynamiki lodu dla badanego regionu dają wartości o rząd wielkości mniejsze od ich oszacowań (12±10 Gt/rok).

Autorzy nie skomentowali jednak określenia przyczyn tej różnicy.

Takim taktem nie wykazali się natomiast Ted Scambos z NSIDC i Christopher Shuman z NASA GSFC, którzy do Journal of Glaciology wysłali komentarz (Scambos T. i Shuman Ch., 2016) do artykułu Zwally’ego i in. Jak wiecie (albo i nie), w środowisku naukowym ukazanie się komentarza do artykułu oznacza zwykle, że oryginalna publikacja zawierała wnioski w najlepszym razie kontrowersyjne, oparte o przesłanki jeśli nie błędne, to przynajmniej poddające się innej interpretacji. Nie przesądzając, kto ma rację w naukowym sporze, istnienie komentarzy do jakiegoś artykułu pokazuje, że nie wszyscy specjaliści z tej samej dziedziny „kupują” tezy jego autorów (choć oczywiście może się okazać, że i tak mieli oni rację).

Rysunek 2: Satelita ICESat, z którego dane wykorzystywali w swojej pracy Zwally i in. Ilustrację zamieszczamy dzięki uprzejmości NASA.

Artykuł Zwally’ego doczekał się dwóch komentarzy, z których ten autorstwa Scambosa i Shumana jest ciekawszy, bo napisany przez naukowców którzy pracowali z danymi używanymi przez Zwally’ego i in. (Christopher Shuman uczestniczył przez kilka lat w projekcie ICESat). Lista zarzutów, które formułują w swoim komentarzu jest długa, więc streścimy tylko najważniejsze argumenty:

1. Pomiary satelity ICESat, które wykorzystali Zwally i in., są obarczone dużymi, nieskorygowanymi błędami systematycznymi. Główny przyrząd satelity, wysokościomierz GLAS, miał trzy redundantne (czyli wykonujące te same zadania) lasery, z których każdy miał pracować przynajmniej przez 18 miesięcy, zapewniając minimum 3 lata ciągłej pracy instrumentu. Pierwszy laser zawiódł jednak już po 37 dniach i satelitę trzeba było przeprogramować tak, by obserwacje prowadził w trzech (a potem dwóch) 33-dniowych okresach rocznie. Ze względu na degradację laserów, konieczna stała się wzajemna kalibracja pomiarów prowadzonych w kolejnych fazach obserwacji. Scambos i Shuman dowodzą, że kalibracja zastosowana przez Zwally’ego i in. znacznie różni się od tych stosowanych przez wszystkie inne grupy pracujące na tych samych danych, i powoduje dodanie niewielkiego trendu przyrostu mierzonej przez GLAS wysokości. Ironią losu jest to, że za ten niewielki trend może odpowiadać… globalne ocieplenie, bo kalibracja użyta przez Zwally’ego opierała się na pomiarach różnic wysokości pływającego paku lodowego Arktyki, który w ostatnich dwóch dekadach stawał się coraz cieńszy.

2. Niezależnie od kalibracji, degradacja laserów GLAS miała jeszcze jeden skutek. Przy pomiarach wysokości powierzchni o wysokim albedo (czyli dobrze odbijającej promieniowanie), w przejrzystej i stosunkowo cienkiej atmosferze — czyli dokładnie w takich warunkach, jakie panowały podczas kampanii obserwacyjnych prowadzonych w polarne dni nad lądolodem Antarktydy Wschodniej, wystającym dwa-trzy kilometry nad poziom morza — występował efekt wysycenia czujnika, który powodował zwiększenie wartości zmierzonej do powierzchni odległości. Wskutek spadku mocy lasera efekt wysycenia przestał występować, powodując zaniżenie zmierzonej odległości, a zatem pozorne zwiększenie wysokości lądolodu. Oba wspomniane efekty w zupełności wystarczają by wytłumaczyć uzyskany w badaniu Zwally’ego i in. „przyrost” lądolodu Antarktydy Wschodniej.

3. Ponieważ trudno jest wytłumaczyć tak duży przyrost lądolodu Antarktydy Wschodniej zwiększonymi opadami śniegu, Zwally i in. utrzymywali że jego przyczyną było spowolnienie przepływu lodowca względem stanu równowagowego. Jak pokazują Scambos i Shuman, hipoteza ta jest sprzeczna z pomiarami prędkości lądolodu, oraz świeżych pomiarów wysokości lądolodu satelity CryoSat-2.

4. Scambos i Shuman wskazują też na sprzeczność wyników Zwally’ego i in. z pomiarami wykonanymi na miejscu przez grupę Andreasa Richtera w rejonie jeziora Wostok. Tam gdzie według Zwally’ego lądolód miał przyrosnąć o 20 centymetrów, Richter zmierzył w tym samym okresie zmiany o rząd wielkości mniejsze. Sprzeczności tej Zwally nie potrafił w przekonujący sposób wytłumaczyć inaczej niż dyskredytując pomiary Richtera jako wykonane niestarannie, i postulując, że gęstość śniegu i firnu była w tym miejscu inna niż zmierzono. Punkt ten doczekał się zresztą osobnego komentarza ze strony grupy Richtera (Richter i in., 2016), w którym zarzuty Zwally’ego w odniesieniu do ich własnych badań zostały obalone.

Kończąc swoją polemikę Scambos i Shuman pokazują, jak bardzo nieprawdopodobne jest, by lądolód Antarktydy przyrastał w ostatnich latach:

Gdyby zaakceptować poprawki danych między kampaniami pomiarowymi wprowadzone przez Zwally’ego i ich wpływ na zmiany wysokości [lądolodu], to musielibyśmy też przyjąć, że:

1. dwie analizy zmian wysokości lądolodu Antarktydy Wschodniej wykorzystujące dane CryoSat2mają 3-10 razy większe błędy pomiarowe niż określono wcześniej;

2. wszystkie pozostałe badania ostatnich zmian masy lądolodu Antarktydy (rysunek 1 poniżej) są błędne;

3. bilanse prędkości lądolodu Antarktydy Wschodniej bazujące na modelach akumulacji, które dobrze oddają obserwowane prędkości, są obarczone poważnym błędem;

4. badania polowe dedykowane określeniu zmian wysokości powierzchni lądolodu nad podlodowym jeziorem Wostok nie wykryły ~20 cm (lub większego) wzrostu pomiędzy 2001 i 2013 rokiem (co stanowi 4-krotność oszacowanej niepewności pomiarowej);

5. oszacowania równowagi hydrostatycznej podlodowego jeziora są błędne

6. wszystkie inne badania dotyczące uzgadniania różnorodnych danych pomiarowych są obarczone poważnymi błędami.


Rysunek 3. Zgadnij, które wyniki znacząco różnią się od pozostałych? Porównanie różnych oszacowań zmian masy lądolodu Antarktydy. Pionowe boki prostokątów obrazują podane w danej pracy niepewności pomiarowe, poziome boki pokazują zaś analizowany okres czasu. Wykres Luke Trusel, Woods Hole Oceanographic Institution via RealClimate.

Zacytowaliśmy ten fragment w całości, bo ładnie ilustruje pojęcie tzw. bilansu dowodów. W naukach przyrodniczych rzadko zdarza się, żeby wyniki obserwacji czy jakiegoś eksperymentu były na tyle jednoznaczne, by wystarczały do obalenia dotychczasowej teorii, zwłaszcza jeśli potwierdzają ją dziesiątki innych obserwacji i eksperymentów. Bardziej prawdopodobne jest, że błąd popełnił naukowiec odpowiedzialny za wynik kompletnie sprzeczny z dotychczasowym stanem wiedzy: czy to podczas konstrukcji samego eksperymentu, czy to interpretacji danych pomiarowych. Nie znaczy to oczywiście, że rewolucje naukowe w ogóle się nie zdarzają, a nowatorskie teorie nie okazują się czasami poprawne; jednak w tym konkretnym przypadku, artykuł Zwally’ego i in., oparty o pomiary wykonane wadliwym instrumentem ICESat i nowatorską (a jak przekonują Scambos i Shuman, nieprawidłową) ich kalibrację, nie sprawił że wszystkie inne badania, wskazujące na ubytek lodu na Antarktydzie, zostały magicznie wymazane z annałów nauki.

Co więcej, jak pisaliśmy pół roku temu, nawet gdyby wyniki Zwally’ego i in. wzbudziły jakieś nierozstrzygalne kontrowersje co do tego czy lodu na Antarktydzie ubywało w poprzedniej dekadzie, co do ubytku tego lodu, w chwili obecnej takich wątpliwości już nie ma.

Na podstawie artykułu Doskonale Szare Na Antarktydzie jednak ubywa lodu, adaptacja Marcin Popkiewicz

Opublikowano: 2016-08-31 21:55
Tagi

Antarktyka

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.