W dzisiejszych czasach żeby dowiedzieć się, jaka jest temperatura, wystarczy spojrzeć na termometr. Ale jak dowiedzieć się, jaka temperatura panowała setki, a nawet tysiące lat temu?

Jednym ze sposobów umożliwiających poznanie tak odległej przeszłości jest analiza rdzeni osadów jeziornych. I właśnie w ten sposób postąpili naukowcy, którzy zbadali mające za sobą niemal 11 tys. lat historii Jezioro Żabińskie. Co ustalili?

Jezioro ciepłe jak nigdy

– W naszej rekonstrukcji doskonale widać współczesne ocieplenie klimatu. Osiągnęło ono wartości niespotykane wcześniej w holocenie. Co być może jeszcze ważniejsze, tempo wzrostu w ostatnich 90 latach jest bezprecedensowe. Zgodnie z naszą rekonstrukcją osiągnęło ono średnio 0,28°C na dekadę – mówi prof. Wojciech Tylmann, jeden z autorów badania opublikowanego na łamach Geophysical Research Letters (Zander i in., 2024).

Prof. Tylmann w rozmowie z „Nauką o klimacie” wyjaśnia, że to kolejny z dowodów na dominujący wpływ człowieka na kształtowanie współczesnego klimatu Ziemi. – Nie ma wątpliwości, że emisje gazów cieplarnianych przyczyniają się do wzrostów temperatury. Nauka nie dysponuje dziś innym wytłumaczeniem, które by to wyjaśniało – podkreśla ekspert z Wydziału Oceanografii i Geografii Uniwersytetu Gdańskiego.

Głównym powodem przeprowadzenia badania było jednak co innego.

Im cieplej, tym większa zmienność

Prognozy klimatyczne wskazują nie tylko to, że z powodu emisji gazów cieplarnianych Ziemia będzie stawać się coraz cieplejsza. Sugerują też, że im cieplejsza będzie planeta, tym większa będzie zmienność temperatury (w skali wieloletniej).

Badacze, którzy przyjrzeli się historii Jeziora Żabińskiego, chcieli więc sprawdzić, czy w przeszłości taka zależność faktycznie występowała. I okazało się, że tak.

– Z naszej rekonstrukcji wynika, że podczas holoceńskiego maksimum termicznego (ok. 9-5 tys. lat temu) zmienność temperatur była rzeczywiście większa niż w chłodniejszych okresach holocenu. Można więc zakładać, że w przyszłości podczas wywołanego przez człowieka i postępującego ocieplenia będzie podobnie – tłumaczy prof. Tylmann.

Historia jeziora, historia klimatu

W bazie danych dotyczących zmian temperatury w ciągu ostatnich 12 tys. lat jest ponad 1,3 tys. różnego rodzaju rekonstrukcji historycznych warunków klimatycznych. Wiele z nich dokonywanych jest na podstawie analiz osadów. Większość operuje jednak danymi z rozdzielczością czasową do 50 czy 100 lat. Ledwie kilkadziesiąt rekonstrukcji posiada rozdzielczość 20 lat lub mniej.

W przypadku Jeziora Żabińskiego dokonana analiza jest jeszcze dokładniejsza, bo każda analizowana próbka osadu reprezentowała okres trzech lat. Badaczom zależało bowiem, by ocenić, czy uda się wykazać różnice w dekadowej zmienności temperatury.

Wyniki pokazują nie tylko to, że dziś jezioro jest najcieplejsze i ogrzewa się najszybciej w swej historii. Widać w nich również tak znaczące wydarzenia klimatyczne, jak mała epoka lodowcowa czy średniowieczna anomalia klimatyczna.

– Nasza rekonstrukcja jest jedną z nielicznych na świecie, która operuje tak wysoką rozdzielczością czasową. Dzięki temu mogliśmy spojrzeć na to, czego nie widać w innych rekonstrukcjach – podkreśla prof. Tylmann.

Ale jak w ogóle przeprowadza się takie rekonstrukcje?

20 metrów osadów

W większości przypadków osady na dnie jeziora podlegają mniejszym lub większym zaburzeniom, przez co tworzące je przez kolejne lata warstwy zanikają. Czasami zachowują się one jednak w nienaruszonym stanie. Tak właśnie jest w przypadku znajdującego się na Mazurach jeziora, w którym dokładnie widać warstwy rocznych przyrostów osadu – i to podzielone na pory roku.

– Wiosną i latem odkłada się warstwa jasna, czyli bogata w węglan wapnia, a jesienią i zimą warstwa ciemna, w której dominują pozostałości organizmów żyjących w wodzie i inne szczątki organiczne. Takie dwie warstwy to tzw. warwa, czyli osad odłożony w ciągu jednego roku kalendarzowego. Zasada określania wieku osadu poprzez liczenie warw [warwochronologia] jest więc podobna, jak przy liczeniu wieku drzewa za pomocą słoi przyrostowych – wyjaśnia prof. Tylmann.

W przypadku Jeziora Żabińskiego naukowcy za pomocą specjalistycznego sprzętu wiertniczego wbili w dno jeziora odpowiednie próbniki. W ten sposób pobrali rdzenie z osadem sięgające niemal 20 m długości (w taki sam sposób bada się np. przeszłość lodowców). Analizy próbek dokonali za pomocą metody skanowania XRF, która nie niszczy osadów i pozwala na osiągnięcie bardzo dużej rozdzielczości pomiarów. Dzięki temu w każdym centymetrze rdzenia można było dokonać aż 50 pomiarów zawartości pierwiastków.

Wapń prawdę Ci powie

Wskaźnikiem, który naukowców interesował najbardziej, był węglan wapnia. – Wzrost temperatury wpływa na zwiększenie wydajności wytrącenia węglanu wapnia, przez co więcej opada go na dno. Zatem warstwy osadu i wyższej zawartości węglanu wapnia mogą reprezentować okresy cieplejsze, a te, w których jest go mniej – okresy chłodniejsze – tłumaczy prof. Tylmann.

Badacze wybrali ten wskaźnik na podstawie wniosków z wcześniejszych badań, które w przypadku Jeziora Żabińskiego przeprowadzone są od kilkunastu lat. Pokazały one, że istnieje statystyczna zależność pomiędzy zawartością węglanu wapnia w osadach a warunkami meteorologicznymi. Gdy to samo potwierdziła analiza danych za okres ostatnich 60 lat, naukowcy wiedzieli już, że zawartość węglanu wapnia jest kluczowa, by zrozumieć historię Jeziora Żabińskiego.

The post Zbadali 11 tys. lat historii polskiego jeziora. Wniosek: temperatury nigdy nie rosły tak szybko appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Koncentracja CO₂ w atmosferze od początku naszej ery, na podstawie pomiarów instrumentalnych (od 1958) i badania rdzeni lodowych dla dawniejszych okresów.

Oś pozioma – czas (tysiące lat temu). Oś pionowa – stężenie CO₂ w powietrzu (liczba cząsteczek CO₂ w milionie cząsteczek gazów składających się na powietrze).

Źródło: University of California San Diego, Scripps Institution of Oceanography, dane sprzed 1958 r: Lüthi i in., (2008) (dane).

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Koncentracja CO2 w atmosferze – ostatnie 800 tys. lat appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Koncentracja CO₂ w atmosferze w ciągu ostatnich 10 tysięcy lat. 

Oś pozioma – lata naszej ery (CE) i przed naszą erą (BCE). Oś pionowa – stężenie CO₂  w powietrzu – liczba cząsteczek CO₂  w milionie cząsteczek cząsteczek gazów składających się na powietrze.

Kolorowe kropki – stężenie CO₂ w powietrzu uzyskane z pomiarów bąbelków powietrza zamkniętych w rdzeniach lodowych z różnych lokalizacji. Niebieska linia – bezpośrednie pomiary w atmosferze.

Źródło: berkeleyearth.org na podstawie danych dostepnych w naukowych bazach danych

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Koncentracja CO2 w atmosferze – ostatnie 10 tys. lat appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Klimat Ziemi – ostatnie 60 mln. lat i projekcje na przyszłość.

Panel górny – odtworzona na podstawie danych paleoklimatycznych koncentracja CO₂ w atmosferze i jej prognozy przy różnych scenariuszach przyszłych emisji gazów cieplarnianych (SSP1-2.6 – szybkie redukcje emisji, SSP2-4.5 umiarkowane redukcje emisji, SSP5-8.5 – dalszy wzrost emisji gazów cieplarnianych).

Panel dolny – odtworzona na podstawie danych paleoklimatycznych i prognozowana według różnych scenariuszy temperatura powierzchni Ziemi.

Skala pozioma – lata. Pierwsze 3 panele liczone od początku epoki przemysłowej wstecz (dla zobrazowania przeszłej zmienności klimatu), czwarty panel lata naszej ery dla zobrazowania obserwowanych zmian od roku 1850 do dziś (2020) oraz prognoz od roku 2020 do roku 2300.

Mapki – rozkład przeszłych o prognozowanych zmian temperatury globu względem okresu referencyjnego 1850-1900 w skali kolorów jak w dolnym prawym rogu wykresu.

Źródło: IPCC (2021), Wkład I Grupy Roboczej do VI Raportu IPCC, Streszczenie Techniczne, wykres 1  

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post 60 milionów lat zmian średniej temperatury globu i koncentracji CO2 w atmosferze (IPCC) appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Zmiana globalnej rocznej średniej temperatury powierzchni Ziemi od połowy XIX wieku (w erze przemysłowej).

Oś pozioma – lata. Oś pionowa – odchylenie średniej temperatury globalnej od średniej z lat 1850-1900 (traktowanych jako przybliżenie ery przedprzemysłowej). Czerwone kropki połączone niebieska linią – średnioroczne odchylenia (anomalie) od wartości średniej z okresu bazowego 1850-1900 („zero” na wykresie odpowiada tej średniej). Szare kreski – zakres niepewności.

Źródło: berkeleyearth.org na podstawie danych dostępnych w naukowych bazach danych

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Zmiana średniorocznej temperatury Ziemi od połowy XIX wieku (Berkeley Earth) appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Zmiany temperatury powierzchni Ziemi od początku naszej ery do roku 2019, na podstawie danych paleoklimatycznych i pomiarów instrumentalnych.

Oś pozioma – lata naszej ery. Oś pionowa – zmiany temperatury względem okresu 1850-1900.

Czarna linia – najbardziej prawdopodobna wartość, szary obszar – zakres niepewności  na podstawie wielu uwzględnionych rekonstrukcji. Okres nazywany dziś “Średniowiecznym Okresem Ciepłym” zaznaczono cieniowaniem czerwonym, a “Małą Epoką Lodową” niebieskim.

Zaznaczono wybrane wielkie wybuchy wulkaniczne które powodowały spadki temperatur, okres najniższej aktywności słonecznej zwany “Minimum Maundera” oraz kilka kluczowych odkryć.

Źródło: Climate Lab Book, na podstawie danych z zmiędzynarodowego projektu paleoklimatycznego PAGES2k (w szczególności opisanych w artykule naukowym PAGES 2k Consortium (2019)) oraz serii bezpośrednich danych pomiarowych Met Office Hadley Centre 

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Zmiany średniej temperatury globu w naszej erze appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Koncentracja CO₂ w atmosferze od początku naszej ery, na podstawie pomiarów instrumentalnych (od 1958) i badania rdzeni lodowych dla dawniejszych okresów.

Oś pozioma – lata naszej ery. Oś pionowa – stężenie CO₂ w powietrzu (liczba cząsteczek CO₂ w milionie cząsteczek gazów składających się na powietrze).

Źródło: University of California San Diego, Scripps Institution of Oceanography, dane sprzed 1958 r: Rubino i in. (2019) – CSIRO

W ramach akcji „Wykres na dziś” publikujemy wykresy i inne wizualizacje dotyczące zagadnień związanych ze zmianą klimatu. Mamy nadzieję, że prezentowane przez nas dane stanowić będą punkt wyjścia do szerokiej i opartej na faktach dyskusji na temat globalnego ocieplenia oraz możliwości jego ograniczenia. Akcję prowadzimy we współpracy z Komitetem ds. Kryzysu Klimatycznego Polskiej Akademii Nauk.

Zobacz wszystkie wizualizacje.

The post Koncentracja CO2 w naszej erze (Scripps Institution of Oceanography, UCSD) appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Szymon Bujalski: Pracujesz w Met Office, gdzie zajmujesz się modelami klimatu. Jaki wyłania się z nich obraz przyszłości?

Piotr Florek, Met Office Hadley Centre: Modelowanie klimatu oraz wiedza na temat reakcji systemu klimatycznego na zmianę składu atmosfery to jedna kwestia, ale równie istotne są wybory, których dokonujemy jako ludzkość: zbiorowo i indywidualnie. To te wybory są największą niewiadomą i największym źródłem niepewności. Nawet dzisiaj nie wiemy, jak ludzkość zareaguje na doniesienia nauki, wyrażane chociażby w raportach IPCC, jakie decyzje będziemy podejmować, jakie polityki klimatyczne będą lub nie będą wdrażane. Dlatego w symulowanych przez modele klimatu wersjach przyszłości widać dość dużą rozbieżność (w mniejszym stopniu wpływa na nią także niepewność strukturalna związana z tym, że nasza wiedza na temat funkcjonowania klimatu jest niepełna). W symulacjach Met Office i innych instytucji mamy scenariusze pesymistyczne, które zakładają, że ludzkość kompletnie zignoruje ostrzeżenia naukowców, i optymistyczne, które zakładają, że ludzkość wdroży redukcje emisji gazów cieplarnianych w tempie bezprecedensowym. Scenariusze te w kolejnych dekadach rozjeżdżają się dramatycznie.

Te najbardziej optymistyczne zakładają niemal zawsze wdrożenie na dużą skalę tzw. technologii emisji ujemnych, czyli pochłaniania dwutlenku węgla z atmosfery i składowania go pod ziemią albo w głębinach oceanicznych. Są to technologie w dużej mierze hipotetyczne, które jeszcze nigdzie nie działają, od początku do końca, na skalę przemysłową. Jeśli nie chcemy polegać na czymś tak niepewnym, musimy redukować emisje w naprawdę szybkim tempie. Potrzebujemy błyskawicznej i ogromnej transformacji nie tylko energetyki, ale i wielu innych sektorów gospodarki. A to jest bardzo trudne.

W najbardziej pesymistycznych scenariuszach kończymy w świecie, w którym na dużych obszarach tropików zdarzają się śmiertelne w skutkach fale upałów, w trakcie których bez klimatyzacji nie da się przeżyć dłużej niż kilka godzin. Następuje rozpad lądolodu Antarktydy Zachodniej, topnieje Grenlandia, dochodzi do dalszego zakwaszania oceanów i tzw. morskich fali upałów (wzrost temperatury przy przypowierzchniowej warstwie oceanów), które powodują wymieranie wielu gatunków w całym łańcuchu troficznym od jednokomórkowców, przez rafę koralową, po złożone organizmy wielokomórkowe.

O jakiej perspektywie czasowej mówimy?

Druga połowa XXI w. i kolejne stulecia. Ze względu na bezwładność systemu klimatycznego, jeśli dopuścimy do takiego stanu rzeczy, w perspektywie czasowej naszej cywilizacji będzie on już nieodwracalny. Potrwa to stulecia, a nawet tysiąclecia. Ratunkiem mogłoby być wdrożenie na masową skalę wspomnianych technologii ujemnych emisji dwutlenku węgla, których jak dotąd nie wdrożono w całości (od pobierania CO₂ z atmosfery, po składowanie go w bezpiecznym geologicznie rezerwuarze) na skalę nawet jednej instalacji przemysłowej. A żeby rozwiązanie to faktycznie pomogło zniwelować zmianę klimatu, trzeba by stworzyć całą infrastrukturę, porównywalną z tą, którą posiadamy do ekstrakcji paliw kopalnych. Ujmując rzecz obrazowo, oznaczałoby to zbudowanie odpowiednika tych wszystkich kosztownych kopalni, gazociągów, szybów wiertniczych, tyle że od nowa, w drugą stronę. Trudno mi uwierzyć, że tak się stanie. Z drugiej strony, dwie dekady temu odnawialne źródła energii były bardzo drogie, ale dzięki wydaniu masy pieniędzy na subsydia, produkcję i wdrażanie kolejnych generacji, OZE staniało, a efektywność fotowoltaiki czy baterii mocno się zwiększyła.

Czyli da się, czy nie?

Gdy chodzi o zmianę klimatu, trzeba doprecyzować co rozumiemy przez „da się”. Jest „da się” fizyczne, „da się” techniczne, oraz „da się” ekonomiczno-społeczno-polityczne, oddzielające to, co możemy zrobić od tego, co chcemy zrobić i tego, co w końcu naprawdę robimy (czasami, bo tego chcemy, a czasami, bo nie mamy wyboru). Wydaje mi się jednak, że możemy być zdziwieni, jak wiele rzeczy da się zrobić. Rok temu świat stanął na moment z powodu pandemii, a część z nas była w stanie dokonać znaczących zmian w tym, jak żyje, pracuje, przemieszcza się. Można sobie wyobrazić, że gdybyśmy naprawdę chcieli, bylibyśmy w stanie dokonać podobnych zmian, tak by mogli z nich korzystać nie tylko mieszkańcy miast krajów zamożnej Północy, i utrzymać je przez kolejne lata.

Znamy historyczne precedensy, takie jak transformacja gospodarek państw uczestniczących w wojnach światowych, gdy przestawiano przysłowiowe wajchy w fabrykach i zamiast traktorów robiono czołgi. Taka transformacja wymagałaby jednak poważnego podejścia do problemu, a zmiana klimatu wciąż jest lekceważona, uważana za coś abstrakcyjnego, odległego w przestrzeni i czasie, problem przyszłych pokoleń albo mieszkańców innych krajów. Dopóki człowiek nie zderzy się ze skutkami globalnego ocieplenia osobiście, ciężko to sobie wyobrazić i połączyć kropki. Zresztą nawet wtedy jest to trudne, bo jesteśmy świetni w unikaniu odpowiedzialności, pokazywaniu palcem na innych czy racjonalizowaniu sobie, że tak widocznie miało być, że nie da się tego uniknąć.

Jaka jest historia modeli klimatu?

Pierwsze modele klimatu, wtedy nazywane modelami ogólnej cyrkulacji atmosfery, opracowano jeszcze przed powszechną akceptacją przez świat naukowy, że emisje CO₂ mogą być problemem. Modele te służyły badaniu cech cyrkulacji atmosfery i pochodzenia takich wielkoskalowych struktur jak tropikalne komórki Hadleya, monsuny albo prądy strumieniowe. Prawdziwe, trójwymiarowe modele klimatu we współczesnym rozumieniu zaczęły być stosowane w latach 70. W porównaniu z obecnymi były bardzo prymitywne, o niedużej rozdzielczości i pomijały wiele procesów istotnych dla działania klimatu. Tym niemniej nawet przy użyciu tak niedoskonałych narzędzi naukowcy doszli wtedy do wniosku, że konsekwencje emisji dwutlenku węgla będą mierzalne i niepokojące, a wywołane nią zmiany będą porównywalne albo nawet większe niż to, czego ludzkość doświadczyła w ciągu ostatnich tysięcy lat.

Wówczas, w latach 70., perspektywa klimatycznych konsekwencji emisji w roku 2030 czy 2070 była jednak wciąż bardzo odległa. Czytając ówczesne opracowania popularnonaukowe widzimy turystyczne loty na Księżyc i bazy na Marsie, powszechność energii jądrowej albo nawet termojądrowej, roboty i sztuczne inteligencje. Zakładano więc, że nawet jeśli zmiana klimatu okaże się problemem, to sobie z nią poradzimy, bo postęp technologiczny, który nastąpi w ciągu półwiecza, pozwoli na dekarbonizację energetyki. Tymczasem mamy 2021 rok, a większość naszej infrastruktury energetycznej i transportu wciąż jest oparta o paliwa kopalne, jak w latach 70.

Wracając do modeli klimatu, to te, których używamy dzisiaj, różnią się bardzo od swych prymitywnych przodków z lat 70. i uwzględniają miriady procesów fizycznych i wiele innych elementów: deszcz, śnieg, grad, chmury, różne biomy, jak lasy borealne, lasy tropikalne, stepy, krążenie i właściwości termodynamiczne wody w oceanach, zachowanie lodowców i lądolodów czy też wpływ oceanicznego planktonu, który uczestniczy m.in. w obiegu węgla.

Na ile można wierzyć modelom? Nie skończy się tak, że nagle rzeczywistość rozjedzie się z nimi o 30%, bo zawierały istotne błędy?

To pytanie bardziej o wiarygodność wiedzy naukowej i tego, jak jej używamy do różnych celów. Albo ogólniej – o przydatność jakiejkolwiek wiedzy. Ostatecznie podejmując decyzje w jakiejś kwestii, opieramy się o naszą najlepszą, na dany moment, wiedzę. I tak jest ze wszystkim, także z modelami klimatu. Myślę więc, że gdzieś z tyłu głowy powinniśmy pamiętać, że perfekcyjne poznanie rzeczywistości jest niemożliwe, a wiarygodność jest rzeczą względną.

Czyli modele sprawdzają się, czy nie?

Przez ostatnie dekady modele cały czas są udoskonalane. Obecnie mają znacznie większą rozdzielczość, uwzględniają wiele procesów fizycznych, chemicznych czy biologicznych, które wczesne modele w ogóle pomijały. Tym niemniej to, co z nich wynika, jest zbieżne z tym, co mówiły wcześniejsze wersje, oparte o fundamentalne prawa fizyki. A fizyka mówi nam, że jeśli zwiększysz zawartość dwutlenku węgla w atmosferze, to wzmocnisz efekt cieplarniany.

Jeśli ktoś chce jednak odrzucić wiedzę płynącą z modelowania, to warto zastanowić się, jaka jest alternatywa. Jeśli w odpowiedzi nie masz niczego lepszego, a wiedzę chcesz zastąpić ignorancją, to nie wydaje mi się, żeby była to racjonalna strategia poznawcza.

Kiedy ktoś chce skoczyć z 10. piętra, to nie opiszemy ze 100-procentową dokładnością tego, jak po zderzeniu z nawierzchnią zachowa się każda molekuła jego ciała. Mimo to wiemy w ogólnych zarysach, jakie będą konsekwencje tej decyzji. Podobnie jest z modelami klimatu, które nie są i nie mogą być perfekcyjnym odwzorowaniem rzeczywistości. To nieuniknione: potrzebowalibyśmy superkomputera wielkości Ziemi, żeby móc zasymulować planetę do poziomu pojedynczych cząsteczek powietrza czy nawet jeszcze niżej, do poziomu kwantowego. Używamy modeli prostszych niż rzeczywistość, żeby uzyskać odpowiedzi na interesujące nas pytania, wykorzystując do tego skończone zasoby czasowe, energetyczne i ludzkie.

Do tego możemy weryfikować modele, porównywać prognozy z obserwacjami, dzięki czemu wiemy, co działa, a co warto poprawić. A robimy to na wielu etapach, zaczynając od ich konstrukcji i od pojedynczych komponentów, z których każdy odwzorowuje mały wycinek rzeczywistości. Jak na przykład to, czy lasy różnych typów mają liście czy igły, przez co inaczej wyglądają z kosmosu i odbijają różną ilość promieniowania słonecznego, co można zmierzyć z satelity i porównać z wynikami generowanymi przez model. W Met Office weryfikacja działania fizyki modelu ma miejsce codziennie, dosłownie co kilka godzin, bo używamy tego samego numerycznego modelu do prognoz pogody i badań klimatu.

W jednym artykule czytam, że tempo ogrzewania planety jest najszybsze od przynajmniej kilku tysięcy lat (tak też podano w raporcie IPCC), w innym, że przynajmniej od kilkuset tysięcy, a w kolejnym – że przynajmniej od kilku milionów. Skąd takie rozbieżności? I która wersja jest w takim razie prawdziwa?

W naukach przyrodniczych nie dysponujemy wyrocznią, która decyduje, jakie zdania są prawdziwe, a jakie które nie. Zamiast tego lepiej przyjrzeć się jakości dowodów przemawiających za tą czy inną tezą, bo różnych ludzi mogą przekonywać różne rzeczy i różne mogą być standardy akceptacji dowodów naukowych. Mogę opowiedzieć, jaką ja mam opinię na ten temat, w oparciu o jakie dowody je sformułowałem, i pozostawić ocenie Twojej i czytelników, czy te dowody są również i dla was przekonujące. Zatem, osobiście jestem zdania, że tempo obecnego ocieplenia jest bezprecedensowym zjawiskiem w skali co najmniej kilkudziesięciu milionów lat.

Dlaczego tak uważasz?

Zawsze ktoś może spytać: „A skąd wiesz, jaka temperatura była 14 195 932 lata temu? Może było cieplej niż teraz i cieplej o 1,5°C niż 10 lat wcześniej?” I zapewne nigdy nie będziemy w stanie odpowiedzieć na to pytanie z taką dokładnością, bo nie możemy cofnąć się w czasie i rozstawić stacji meteorologicznych w odległej geologicznie przeszłości Ziemi. Musimy zatem opierać się o dane pośrednie, tzw. proxy, na przykład zapisane w osadach oceanicznych zmiany zawartości różnych izotopów tlenu, z których następnie można wyciągnąć wnioski o temperaturze. Metody pośrednie są jednak niedokładne i dlatego klimatu sprzed milionów lat nigdy nie poznamy tak dokładnie, jak klimatu obecnego.

Wracając do pytania o tempo zmiany klimatu, można sobie wyobrazić, że faktycznie 10 czy 20 milionów lat temu mogło dojść do globalnego ocieplenia, które było szybsze niż obecne. Ale chyba większość z nas uzna za racjonalne założenie, że prawa fizyki kiedyś były takie same, jak są dzisiaj. I nawet jeśli nie mamy dokładnego zapisu z roczną rozdzielczością zmian temperatury globalnej od dzisiaj do 100 milionów lat wstecz oraz dysponujemy tylko strzępkami informacji o klimacie z tak odleglej przeszłości, akceptujemy jako fakt, że fizyka była i jest taka sama.

Zmiany klimatu w przeszłości były zwykle wywoływane przez czynniki, które działają w długich skalach czasowych, jak tektonika płyt i powolny dryf kontynentów. Znanymi wyjątkami od tej reguły były zdarzenia nagłe, takie jak uderzenie w Ziemię odpowiednio dużej asteroidy (co miało miejsce właśnie kilkadziesiąt milionów lat temu) albo błyskawiczny transfer dwutlenku węgla ze skorupy ziemskiej do atmosfery. Tymczasem nie było w mniej i bardziej odległej historii sytuacji, gdy dochodziło do tego transferu w takim tempie, w jakim ma to miejsce dzisiaj. Wiemy o tym, bo paleoklimatologia, klimatologia i geologia nie znają mechanizmów, które spowodowałyby tak szybką zmianę klimatu i jednocześnie nie zostawiłyby jakichś długotrwałych śladów w zapisie geologicznym. Takich śladów po procesach prowadzących do bardzo szybkiej zmiany klimatu w ciągu ostatnich milionów lat nie ma. Dlatego też mogę wywnioskować, że obecna zmiana klimatu zachodzi w tempie niespotykanym od kilkudziesięciu milionów lat.

Warto pamiętać, że jako czynnik modyfikujący geologię planety ludzie są „lepsi” o co najmniej jeden rząd wielkości niż wszystkie czynniki naturalne. Te wszystkie nasze kopalnie odkrywkowe, gazociągi, produkcja cementu, wykopywanie zasobów naturalnych – to wszystko procesy, które zmieniają powierzchnię Ziemi szybciej niż naturalne procesy górskie, erozja, wulkanizm czy tektonika płyt. Jak się nad tym zastanowić, jest to wręcz zaskakujące, że tak łatwo udało nam się dobrać do zasobu paliw kopalnych i podpiąć ten rezerwuar węgla pierwiastkowego do atmosfery, wypuszczając go w ogromnych ilościach w bardzo krótkim, w skali geologicznej, czasie.

Wszystkie modele uwzględniają punkty krytyczne, jak stepowienie Amazonii, topnienie wiecznej zmarzliny czy Antarktydy?

Niektóre tak, niektóre nie.

Jest ryzyko, że gdy planeta ogrzeje się o 1,7°C, to uruchomią się naturalne procesy, które sprawią, że dobijemy szybko do 2,5 czy 3°C, a to, co zrobimy wtedy z energetyką czy gospodarką, niewiele już zmieni?

Odpowiadając krótko: nie, jest to bardzo mało prawdopodobne. Nie powinniśmy się zbytnio obawiać, że gdzieś w zasięgu 1,5–2°C kryją się punkty krytyczne, których przekroczenie popchnie nas na trajektorię, gdzie Ziemia zamienia się w eoceńską cieplarnię. Według naszej obecnej wiedzy naukowej punkty krytyczne związane z silnymi dodatnimi sprzężeniami zwrotnymi mogą pojawić się dopiero przy większym ociepleniu. I dlatego właśnie chcemy się trzymać od nich z daleka i zatrzymać na tych relatywnie bezpiecznie progach temperaturowych. Jak wspomniałem na początku rozmowy, to jest ten optymistyczny wniosek płynący z raportu IPCC: globalne ocieplenie zachodzi mniej więcej proporcjonalnie wobec emisji dwutlenku węgla i jeśli przestaniemy dwutlenek węgla emitować, globalne ocieplenie się zatrzyma.

Cele 1,5 czy 2°C, które są podstawą Porozumienia Paryskiego, nie zostały wyciągnięte z kapelusza. Dużo czasu, wysiłku i pieniędzy włożono w to, żeby się upewnić, że osiągnięcie ocieplenia na takim poziomie nie jest tym, co skaże ludzkość na nędzną egzystencję w postapokaliptycznej przyszłości.

Ale żeby nie było tak zupełnie różowo, nie jest na 100% pewne, że niektóre nieodwracalne z naszej perspektywy procesy się nie uruchomią. Nie wykluczam, że pod koniec XXI w. ktoś spisując historię ludzkości uzna, że zaakceptowanie w naszych czasach 2°C jako „w miarę” bezpiecznego poziomu było błędne. Bo na przykład rozpad lądolodu zachodniej Antarktydy zostanie zainicjowany i będzie postępował szybciej, niż obecnie zakładamy. Przy czym znowu podkreślę, że nawet jeśli tak się stanie, oczywiście wpłynie to na funkcjonowanie naszej cywilizacji, na los społeczności mieszkających na obszarach narażonych na zalanie, ale nie jest to coś, co popchnie system klimatyczny w znacznie cieplejszą przyszłość.

Czy może zdarzyć się tak, że pominiemy w modelach ważny punkt, który zmieni mocno przyszłość? Czy to w jedną, czy w drugą stronę?

Wiadomo, że prognozy oparte na modelowaniu obciążone są niepewnością, bo modele nie są doskonałe. Ale z drugiej strony na każdym kroku następuje ich weryfikacja, porównywanie z obserwacjami i kalibracja. Jak wspomniałem, choć pierwsze modele były relatywnie prymitywne, to prognozy całkiem skutecznie przewidziały ogólne zachowanie systemu klimatycznego w poprzednich kilku dekadach. Hipotetycznie można przyjąć, że przegapiliśmy jakiś ważny czynnik, który diametralnie zmieni zachowanie systemu klimatycznego w przyszłości, ale jeśli jest on na tyle silny, to powinien być zauważalny, mierzalny. A mamy przecież całkiem niezły system obserwacyjny – satelity, samoloty, radary, boje, pływaki, dryftery w oceanach… Nasze pojęcie o wszystkich procesach zachodzących w atmosferze jest więc całkiem dobre. Dlatego jest niewielka szansa, że przegapiliśmy coś tak istotnego. Mam też złą wiadomość: nie pojawi się raczej żaden czynnik, który zrobi to, czego my nie chcemy zrobić, i zredukuje za nas emisję gazów cieplarnianych.

Jak to się stało, że znalazłeś pracę w Met Office Hadley Centre?

Nie jest to zbyt pasjonująca historia. Ujmując to trochę górnolotnie: chciałem robić coś ciekawego i pożytecznego dla ludzkości, a Hadley Centre dało mi szansę uczestniczenia w pracy przy jednym z najlepszych projektów związanych z modelowaniem klimatu. Praca w tym zawodzie daje mi dużą satysfakcję i liczę, że to, co robimy jako Hadley Centre, pomoże społeczeństwu przestawić się na bardziej przyjazną dla klimatu i nas wszystkich ścieżkę.

Wierzysz, że może to się udać?

Na to pytanie będzie mi łatwiej odpowiedzieć. Przemiany społeczne, które obserwujemy w ostatnich latach, zaangażowanie się młodzieży w ruchy klimatyczne, coraz częstsze deklaracje zaangażowania w rozwiązanie problemu ze strony polityków od prawej do lewej strony – to wszystko pokazuje, że jakiś postęp nastąpił. Jest też więcej wsparcia dla działań lokalnych w różnych krajach – Polsce, Wielkiej Brytanii i wielu innych. Już nie słyszy się tak często, że „co my możemy, bo Chiny czy USA i tak będą robić, co chcą”. Oczywiście zmiany nie wszędzie zachodzą w tym samym tempie, ale zachodzą.

Zmieniły się też postawy naukowców zajmujących się klimatem. Coraz więcej jest osób angażujących się w aktywizm klimatyczny, popularyzację nauki i lokalne inicjatywy. Do lamusa odchodzi powszechne niegdyś przekonanie, że rolą naukowców jest tylko przedstawianie suchych faktów, a społeczeństwo niech robi z nimi, co chce. Jesteśmy przecież częścią tego społeczeństwa i mamy też odpowiedzialności na innych obszarach niż samo pogłębianie wiedzy ludzkości na temat tego jak działa klimat.

Rozmawiał Szymon Bujalski

The post Piotr Florek, Met Office: Tempo zmiany klimatu niespotykane od dziesiątek milionów lat appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Pomimo tego, wciąż nie wiadomo jak dokładnie wyglądał klimat ostatniej epoki lodowej, i to nawet w skali globalnej. Rozrzut wartości globalnego ochłodzenia w czasie LGM, w porównaniu do epoki przedprzemysłowej, sięga od 3 do 7 stopni Celsjusza. Może to być pewnym zaskoczeniem, biorąc pod uwagę jak dobrze przebadane – zwłaszcza w Europie – wydaje się ostatnie zlodowacenie, jednak podobnie jak w przypadku ciepłego okresu w holocenie 5-9 tys. lat temu, problemem jest lokalna, skrzywiona perspektywa (patrz Zagwozdka temperatur holocenu). Większość powierzchni Ziemi pokrywają bowiem oceany, a ustalenie jak zmieniała się ich temperatura tysiące lat temu nie jest łatwe.

Temperatura w epoce lodowej – pierwsze analizy

Pierwszym dużym projektem naukowym, który próbował odpowiedzieć na to pytanie, był CLIMAP (Climate: Long range Investigation, Mapping, and Prediction) rozpoczęty 50 lat temu, którego wyniki opublikowano w 1976 i (w zaktualizowanej wersji) 1981 roku (CLIMAP Project Members, 1976, 1981). W ramach CLIMAP zrekonstruowano temperaturę powierzchni oceanów w czasie maksimum ostatniego zlodowacenia (wówczas datowanego na 18 tysięcy lat temu*), opierając się o analizę względnej częstości występowania różnych gatunków planktonu, zachowanego w oceanicznych osadach, którą następnie metodami statystycznymi powiązano z warunkami środowiska, w którym ten plankton przebywał.

Najsłynniejszym, i najbardziej zaskakującym wynikiem projektu CLIMAP były ciepłe tropiki i subtropiki: zrekonstruowana temperatura powierzchniowych wód oceanów na niskich szerokościach geograficznych (zwłaszcza Pacyfiku) była podobna do tej z lat 70. XX w., albo nawet trochę od niej wyższa. Globalnie, oceany w pierwszej wersji rekonstrukcji CLIMAP były chłodniejsze tylko o 2,3°C w porównaniu do lat 70. XX wieku (CLIMAP Project Members, 1976), w wersji zaktualizowanej w 1981 roku ochłodzenie to było nawet jeszcze mniejsze (-1,2°C).

Jednocześnie inne dane paleoklimatyczne wskazywały znaczne ochłodzenie na lądach. Przykładowo, linia wiecznego śniegu w górach tropikalnych znajdowała się około kilometr niżej, co przy najprostszej interpretacji, spójnej również z danymi paleopalinologicznymi (określania dawnego klimatu na podstawie pyłków roślin z danego miejsca), oznaczało temperatury na lądach niższe o 5-6 stopni Celsjusza. Istnienie takiego kontrastu temperaturowego pomiędzy kontynentami a oceanami było trudne do wytłumaczenia.

Niektóre proxy morskie — takie jak stosunek zawartości strontu i wapnia w szkieletach tropikalnych koralowców — również wskazywały na niższe niż CLIMAP temperatury powierzchni oceanów (Guilderson i in., 1994), podobnie jak symulacje wykonywane ówczesnymi modelami klimatu (Rind i Peteet, 1985). Niektórzy paleoklimatolodzy podejrzewali więc, że metoda rekonstrukcji temperatur użyta w projekcie CLIMAP prowadziła do błędnych wyników.

Pojawiały się też inne hipotezy, na przykład postulujące znaczne zmiany wilgotności względnej w tropikach, a w konsekwencji również wilgotnoadiabatycznego gradientu temperatury (4-7°C/km), które mogłyby wyjaśniać dlaczego lądy były znacznie zimniejsze od oceanów (Sun i Lindzen, 1993). Klimatolodzy szybko zorientowali się też, że rozwiązanie tego problemu może pomóc w określeniu czułości klimatu w odpowiedzi na zmiany zawartości dwutlenku węgla w atmosferze (Hoffert i Covey, 1992).

Pomimo kolejnych analiz ustalenie tego, jak zimna była epoka lodowa, wciąż wymykało się naukowcom, a kolejne 40 lat badań, wykonywanych różnymi metodami, dało w rezultacie duży rozrzut sugerowanych wartości. Projekt MARGO (Multiproxy Approach for the Reconstruction of the Glacial Ocean Surface), który miał być „CLIMAP-em XXI wieku” (MARGO Project Members, 2009), zrekonstruował ochłodzenie oceanów tylko niewiele większe niż CLIMAP (-1,9°C), a analizy używające tego samego zestawu danych proxy dla oszacowania średniej globalnej dawały wartości od -3 do -4 stopni (Schmittner i in., 2011, Annan i Hargreaves, 2013). Nowsze analizy, zwłaszcza te oparte o proxy inne niż skład planktonu (np. Δ₄₇ Tripati i in., 2014) wskazywały na większą amplitudę zmian niż wcześniejsze badania. W rezultacie jeszcze piąty raport IPCC z 2013 roku podawał jako „bardzo prawdopodobny” zakres widełek globalnego ochłodzenia od -3 do -8°C (IPCC 2013 AR5 WG1 Ch5 5.3.3.1).

Nowe analizy czułości klimatu

W ostatnich latach szacunki paleoklimatologów znów zaczęły przesuwać się w kierunku zimniejszej epoki lodowej. Przykładem może być opublikowana w ubiegłym roku praca „Ochłodzenie lodowcowe i czułość klimatu ponownie przeanalizowane” („Glacial cooling and climate sensitivity revisited”) Jessiki Tierney ze współautorami (Tierney i in., 2020), w której użyto metody asymilacji danych paleoklimatycznych. Asymilacja danych, wykorzystywana od dekad w numerycznych prognozach pogody, jest metodą oszacowania stanu obiektu fizycznego (jak atmosfera albo oceany) poprzez połączenie (np. filtrowaniem Kalmana) wyników modelowania oraz danych empirycznych.

W przypadku prognoz pogody, asymilacji używa się aby zainicjować model pogody danymi pomiarowymi, pochodzącymi ze stacji meteorologicznych, radarów, samolotów i satelitów, odpowiadających zwykle nieodległej przeszłości. Asymilacji danych używa się też, w bardzo podobny sposób, choć z użyciem ograniczonego zestawu źródeł danych, przy konstrukcji tzw. reanaliz historycznych pogody i klimatu, takich jak ERA5 przygotowywana przez ECMWF. Niedawno zaczęto używać asymilacji danych również przy badaniach klimatu z bardziej odległych czasów, używając danych proxy.

Asymilacja danych pozwala na umieszczenie „wewnątrz” modelu klimatu procesów, dzięki którym możliwe jest rekonstruowanie takich parametrów jak temperatura czy opady. Przykładowo, zamiast porównywać temperaturę wody rekonstruowaną w oparciu o zawartość ciężkiego izotopu tlenu (δ¹⁸O) w pancerzykach otwornic z temperaturą symulowaną przez model, można porównywać bezpośrednio zmierzone δ¹⁸O zachowane w osadach dennych z δ¹⁸O symulowanym przez model. Na analogicznej zasadzie w modelach pogody asymiluje się, zamiast temperatury albo wilgotności, pomiary promieniowania wykonywane przez satelity meteorologiczne. W porównaniu z metodami statystycznymi asymilacja danych pozwala na wykorzystanie fizycznych zależności pomiędzy różnymi parametrami danych proxy, i stworzyć spójną z prawami fizyki reprezentację systemu klimatycznego.

W rekonstrukcji Tierney i in. ochłodzenie oceanów epoki lodowej oszacowano na -2,9°C, a ochłodzenie globalne na -6,1°C (z wąskim 95% przedziałem ufności od −6,5 do −5,7°C).

Podobny wynik otrzymano też w innej pracy z ubiegłego roku, wykorzystującej inne metody rekonstrukcji oraz inne dane proxy (Friedrich i Timmermann, 2020). Według tej analizy średnia temperatura powierzchni Ziemi w maksimum ostatniej epoki lodowej była o 5,7°C niższa niż we wczesnym holocenie (10-5 tys. lat temu), czyli (patrz Zagwozdka temperatur holocenu) o ok. 5,5°C mniej niż w epoce przedprzemysłowej.

Jednym z ograniczeń badań Tierney i in. była asymilacja tylko geochemicznych proxy morskich; temperatury lądowe były obliczane interaktywnie przez sam model klimatu. Jak wspomnieliśmy wyżej, dotychczasowe rekonstrukcje sugerują nie tylko znaczne ochłodzenie zwłaszcza na wyższych szerokościach geograficznych kontynentów półkuli północnej (gdzie wytworzyły się lądolody), ale także w tropikach. Najnowszą z nich jest praca opublikowana niedawno w czasopiśmie Nature (Seltzer i in., 2021), oparta o analizę izotopową gazów szlachetnych rozpuszczonych w wodach gruntowych, „pamiętających” czasy ostatniej epoki lodowej. Z badań tych wynika, że nawet na niższych szerokościach geograficznych (w pasie pomiędzy 45°S i 35°N) podczas zlodowacenia temperatury średnioroczne były o około 5 stopni chłodniejsze niż w epoce przedprzemysłowej.

I choć z pewnością nie jest to ostatnie słowo w tej trwającej od wielu lat debacie naukowej, można ostrożnie powiedzieć, że według dzisiejszego stanu wiedzy w najzimniejszym okresie ostatniej epoki lodowej średnia temperatura naszej planety była o około 5-6°C niższa niż w okresie 1850-1900, stanowiącym standardowy okres referencyjny „epoki przedprzemysłowej”. W nowym raporcie IPCC, przygotowywanym do publikacji w najbliższych miesiącach, prawdopodobnie zostanie podana średnia wartość 5,5°C.

Piotr Florek, Met Office, Hadley Centre

*W 1990 roku okazało się, że wiek LGM, ustalany metodą datowania radiowęglowego 14C, był zaniżony o około 3 tysiące lat, i o tyle trzeba było postarzeć ostatnią epokę lodową. Patrz Bard i in., 1990.

The post Jak zimna była ostatnia epoka lodowa? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Problem nazwany „zagwozdką temperatur holocenu” (Liu i in., 2014) został odkryty i nazwany niedługo po opublikowaniu pierwszej rekonstrukcji zmian globalnej temperatury w holocenie (okres ostatnich 11 tysięcy lat) przez grupę Shauna Marcotta w 2013 roku (Marcott i in., 2013). Charakterystyczną cechą tej rekonstrukcji było występowanie maksimum termicznego 9-5 tys. lat temu oraz następujące po nim globalne ochłodzenie trwające aż do Rewolucji przemysłowej (gdy zastąpiło je antropogeniczne globalne ocieplenie). Okres spadku temperatury zaskoczył naukowców i wydawał się sprzeczny z dotychczasową wiedzą o przebiegu zjawisk kształtujących klimat w tym czasie.

Sprzeczność wynikała z tego, że choć „maksimum termiczne holocenu” było od ponad stu lat znane jako najcieplejsza w Europie Północnej faza holocenu (tzw. „okres atlantycki”), klasyfikacja ta odzwierciedlała europocentryczny punkt widzenia (Wanner i in., 2012), niekoniecznie zaś sytuację globalną.

Na średnich i wysokich szerokościach geograficznych półkuli północnej teoria Milankowicia (patrz Klimat: przeszłość, teraźniejszość, przyszłość) przewiduje w czasie trwania holocenu powolny spadek nasłonecznienia latem (drugi panel na rysunku 2), wywołany precesją osi ziemskiej i „przesuwaniem się pór roku” na ziemskiej orbicie. Precesja sprawia, że zmienia się odległość pomiędzy Ziemią a Słońcem odpowiadająca danej dacie kalendarzowej, a w konsekwencji zmienia się też ilość promieniowania słonecznego docierającego do planety.

Obecnie przesilenie letnie przypada na czas, kiedy Ziemia znajduje się blisko najdalszego punktu na orbicie, ale na początku holocenu, 10 tysięcy lat temu, latem (na półkuli północnej) Ziemia była najbliżej Słońca. Oznacza to, że w późnym holocenie latem docierało do średnich i wysokich szerokości geograficznych na półkuli północnej (czyli również Europy i Ameryki Północnej, skąd wywodzili się geolodzy którzy ten okres badali i nazwali) więcej promieniowania słonecznego niż obecnie, zatem powinno być tam wtedy cieplej.

Na niższych szerokościach geograficznych oraz półkuli południowej zmiany te byłyby jednak mniej wyraźne i kompensowane przez wzrost nasłonecznienia zimą.

Globalnie, zmiana temperatury wynikająca ze zmian nasłonecznienia wychodziła w przybliżeniu na zero. Jednak na klimat działały też inne czynniki, w szczególności zmiany stężeń gazów cieplarnianych i albedo (czyli zdolność odbijania padającego promieniowania). Zarówno rosnąca powoli koncentracja gazów cieplarnianych (wynikająca – zgodnie z hipotezą wczesnego antropocenu – z rozwoju rolnictwa pierwszych społeczeństw neolitycznych) jak i ustępujące lądolody zmniejszające albedo wielkich obszarów kontynentalnych półkuli północnej (co skutkowało pochłanianiem większej części padającego promieniowania słonecznego), powodowały dodatnie globalne wymuszenie radiacyjne.

Rezultatem działania wszystkich tych czynników powinno być powolne i niewielkie, ale zauważalne ocieplanie się klimatu.

Dlatego też rekonstrukcja Marcotta z 2013 roku (rys. 1), pokazująca mające początek ok. 5000 lat temu wyraźne ochłodzenie nie tylko półkuli północnej, ale też globalne, była dla paleoklimatologów zaskoczeniem i niedługo po jej publikacji zaczęły ukazywać się prace starające się wyjaśnić ten konflikt teorii i obserwacji (danych paleoklimatycznych).

Zaproponowane wyjaśnienia należą do dwóch głównych kategorii: „problem z teorią” oraz „problem z obserwacjami” (albo ich kombinacji).

To było to globalne maksimum temperatury powierzchni Ziemi kilka tysięcy lat temu czy nie? Problemy z teorią, czyli może tak, a może nie…

Niepewności związane z przewidywaniami teoretycznymi wynikają głównie z tego, że zmian klimatu holocenu nie da się obliczyć analitycznie (to znaczy uzyskać dokładnych rozwiązań, przekształcając wzory), konieczne jest więc użycie modeli numerycznych klimatu. Modele te z są definicji niedoskonałą reprezentacją ziemskiego systemu klimatycznego, i możliwe jest, że w symulacjach holocenu nie uwzględniają jakiegoś istotnego czynnika lub mechanizmu odpowiedzialnego za długoterminowe ochłodzenie. Niedoskonała jest także nasza wiedza odnośnie warunków środowiskowych sprzed tysięcy lat, które są danymi wejściowymi (brzegowymi) modeli i mają wpływ na wyniki symulacji.

Jest?

Przykładem potencjalnego mechanizmu, który mógłby przynajmniej częściowo odpowiadać za to, że po ciepłym okresie na początku holocenu globalna temperatura zaczęła później spadać, był wzrost zawartości pyłu mineralnego w atmosferze, do którego doszło w wyniku przemian ekosystemów Sahelu i Sahary w Afryce Północnej i związany z tym spadek natężenia promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. W 2018 roku ukazała się praca chińskich klimatologów (wśród nich Zhengyu Liu, głównego autora pierwszego artykułu o „zagwozdce”) demonstrująca, że efekt ten może być częściowo odpowiedzialny za rozbieżność pomiędzy przewidywaniami modeli a danymi paleoklimatycznymi (Liu i in., 2018). Trochę innym tropem poszli klimatolodzy korzystający z projektu symulacji paleoklimatycznych PMIP3, którzy wskazali, że trend ochłodzenia w późnym holocenie mógł wynikać z silnego wzmocnienia arktycznego (Park i in., 2019).

Nie ma?

Najpopularniejszym wyjaśnieniem zagadki jest jednak zupełnie inna hipoteza, rozważana jeszcze przez Marcotta i jego współautorów: że dane używane w rekonstrukcji zmian klimatu holocenu nie reprezentują trendu średniorocznej temperatury, a jedynie jej sezonową – a precyzyjniej, letnią – składową. Takie wyjaśnienie zaproponowali też autorzy pierwszego artykułu o „zagwozdce” (Liu i in., 2014), oraz autorzy innej rekonstrukcji temperatury w Ameryce Północnej i Europie, opartej o pyłki zachowane w zapisie kopalnym (Marcisek i in., 2018).

W opublikowanej na początku tego (2021) roku nowej pracy na ten temat klimatolożka Samantha Bova z kolegami pokazali, że temperatura wody morskiej rekonstruowana w oparciu o proxy Mg/Ca (czyli zawartości magnezu w węglanowych pancerzykach otwornic) zachowuje się tak, jakby zależała od nasłonecznienia letniego (Bova i in., 2021). Jednocześnie zaproponowano metodę skorygowania tego proxy tak, by możliwe było zrekonstruowanie temperatury całorocznej. Spowodowało to zniknięcie maksimum temperaturowego holocenu z obszaru tropików i subtropików (pomiędzy równoleżnikami 40°).

Jest?

Nie jest to jednak koniec, bo argumenty przedstawione w omawianych pracach odnosiły się do oryginalnej rekonstrukcji Marcotta, gdzie większość danych stanowiły proxy morskie, a trend ochłodzenia był najsilniej widoczny w danych z Atlantyku Północnego. W międzyczasie opublikowano jednak nową rekonstrukcję (Kaufman i in., 2020, A), opartą o kompilację projektu Temperature12k (Kaufman i in., 2020, B), która opierała się o proxy z dziesięciokrotnie większej liczby lokalizacji, w tym również lądowych.

Autorzy rekonstrukcji przekonująco pokazali, że obecność maksimum termicznego holocenu jest potwierdzona w różnych typach proxy, w tym również tych reprezentujących temperatury średnioroczne.

Z rekonstrukcji wynika, że maksymalna temperatura globalna w najcieplejszym okresie holocenu kilka tysięcy lat temu była wyższa o ok. 0,5°C niż w okresie przedprzemysłowym.

Nie ma?

Najnowszym, choć najprawdopodobniej nie ostatnim głosem w dyskusji o „zagwozdce” temperatur holocenu jest nierecenzowany jeszcze artykuł Matta Osmana i współautorów z projektu Last Glacial Maximum Reanalysis. Praca ta jest kontynuacją badań z projektu (Tierney i in., 2020), w którym zrekonstruowano mapę temperatury z maksimum ostatniej epoki lodowej, ok. 20 tysięcy lat temu. W nowej publikacji użyto tych samych metod (połączenia danych proxy oraz wyników symulacji modelu klimatu, w procesie zwanym asymilacją danych, powszechnie używanym w generowaniu codziennych numerycznych prognoz pogody) do odtworzenia zmian temperatury w całym okresie ostatnich 24 tysięcy lat.

Rekonstrukcja ta pokazuje bardzo stabilny holocen, bez trendu globalnego ochłodzenia znanego z rekonstrukcji Marcotta i in., oraz współczesne globalne ocieplenie przewyższające amplitudą i tempem zmian wahania temperatur w całym holocenie (rys. 6). Ponieważ jednak model korzystał wyłącznie z danych pochodzących z proxy morskich, wciąż nierozstrzygnięta pozostaje kwestia niezgodności trendów temperatur na obszarach kontynentalnych północnej półkuli planety.

A więc..?

Podsumowując, nie ma wątpliwości że latem na średnich i wysokich szerokościach geograficznych półkuli północnej najcieplej było ponad 5000 lat temu, potem zaś temperatura na tym obszarze przez tysiące lat spadała. Cała „kontrowersja” dotyczy tego, czy ta letnia składowa, jeśli uśredni się ją w czasie całego roku oraz na powierzchni całej planety, zdominuje kształt krzywej odzwierciedlającej zmiany średniej globalnej temperatury; czy też zostanie skompensowana przez zmiany temperatury w innych porach roku i innych rejonach świata. Jak na razie odpowiedź brzmi: tak do końca nie wiadomo, choć stopień niepewności nie jest już duży: współczesne rekonstrukcje pokazują, że średnia globalna temperatura w okresie 9000-5000 lat temu była wyższa o co najwyżej 0,5°C niż w epoce przedprzemysłowej. Półżartem, jeśli nie chcesz wchodzić w szczegóły i mieć (najprawdopodobniej) rację, możesz powiedzieć, że mogło być wtedy cieplej tak o ćwierć stopnia, plus-minus ćwierć stopnia

„Zagwozdka temperatur holocenu” pokazuje też, że trudno jest bezpośrednio porównywać zmiany klimatu z odległej przeszłości Ziemi z tą która zachodzi obecnie. W przypadku maksimum termicznego holocenu „globalne ocieplenie” nie było bynajmniej globalne, lecz tak było efektem silnie zlokalizowanym i sezonowym. Obecne globalne ocieplenie, spowodowane antropogeniczną emisją gazów cieplarnianych jest dla odmiany niemal uniwersalne: dotyczy wszystkich pór roku i niemal całej powierzchni planety.

Piotr Florek, Met Office, Hadley Centre

The post Zagwozdka temperatur holocenu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.