Michal Pech / Unsplash

Forholdet mellom atmosfærisk CO₂ nivåer og klimaendringer blir ofte oppfattet som et kontroversielt tema. Selv om det ikke er noen reell uenighet mellom klimaforskere - rundt 90% er helt enig i at menneskelig aktivitet er tydelig ansvarlig for klimaendringer - i USA i 2016, knapt 50% av allmennheten kom til samme konklusjon. I tillegg til den generelle forvirringen, hevder svært aktive “klimaendringsnektere” at temperaturen har utviklet seg uavhengig av CO₂ atmosfæriske konsentrasjoner gjennom jordas historie, og at derfor dagens stigende CO₂ nivåer er ikke et problem.

Så fikk forskere historien feil? Nei. CO₂ har lenge bidratt til å kontrollere jordas klima, og den økende konsentrasjonen i atmosfæren og havene er en stor trussel for menneskeheten.

Sammen med solaktivitet og albedo, klimagasser er en viktig del av jordas strålebudsjett og utøver en sterk kontroll på overflatetemperaturen. Selv om vanndamp er den viktigste klimagassen på jorden, CO₂ trekker mye mer oppmerksomhet fordi det aktivt kan føre til klimaendringer.

Dessverre leverer menneskelig aktivitet CO₂ til atmosfæren med en hastighet 70 ganger større enn alle vulkaner på jorden kombinert. Som et resultat av atmosfærisk CO₂ konsentrasjon (eller pCO₂) øker og jordoverflaten varmes opp i et tempo som ingen naturlig faktor kan forklare.

Vi vet at CO₂ er en temperaturkontroll, og vi kan demonstrere det på forskjellige måter. En av dem er gjennom utforskningen av jordas historie.

Nord-Amerika fra lavkretsende satellitt Suomi. NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring

Klima og temperatur gjennom geologiske tider

Ved hjelp av bergarter, fossiler og deres kjemiske og fysiske egenskaper har geovitenskapsmenn rekonstruert varme og kalde perioder gjennom jordas historie. For å demonstrere koblingen mellom klima, temperatur og pCO₂ for millioner av år siden, må vi rekonstruere hver av dem uavhengig. For å gjøre dette, bruker vi klimatiske opptakere som kalles “proxy”.

Den isotopiske sammensetningen av oksygenatomer, skrevet ?¹?O, målt i eldgamle kalkholdige skjell, er en av dem. Den lar oss rekonstruere tidligere sjøvannstemperaturer med en velkjent grad av usikkerhet som avhenger av analytisk presisjon og hvordan parametere som sjøvann ¹?O, saltholdighet og pH påvirker også ?¹?O av skjell.

Fordi geologisk historie påvirker bergarter og deres signaler, jo lenger vi går tilbake i tid, jo større er usikkerhetene. Vi kombinerer dermed forskjellige fullmakter og formulerer hypoteser som kontinuerlig forbedres med mange års forskning. Å etablere slike rekonstruksjoner er en langsom, komplisert (noen ganger smertefull) prosess, men de blir mer og mer pålitelige for hvert år som usikkerheten avtar. Hvis usikkerhetene er for store, er tolkninger avhengige av parsimoni: den enkleste modellen må anses som den mest sannsynlige. Det som betyr noe er at forskere vet å estimere usikkerheter og dele dem.

Totalt sett stemmer sjøvannstemperaturrekonstruksjoner med geologiske observasjoner av klimahistorien: store istider faller sammen med lavere global temperatur. Spesielt indikerer ?¹?O en stabil kjøling fra 50 millioner år og fremover, noe som fører til det preindustrielle klimaet.

GEOCARB (versjon III) rekonstruksjon av pCO? (gul, ett poeng hvert 10. million år) og gjennomsnittlig tropisk havoverflatetemperatur fra ?¹?O av karbonater korrigert for pH-endringer i sjøvann, forutsatt at ingen ?¹?O endringer for sjøvann (rødt) sammenlignet med geologisk begrensede kalde perioder (lyseblå) og istider (mørkeblå). G. Paris etter Royer og Beerling (2004) og Berner og Khotavala (2011), Forfatter gitt

Historien til pCO₂

Fullmakter finnes for pCO₂ også. For eksempel paleontologer telle stomata - åpninger gjennom hvilke planter puster, bytter fuktighet og tar opp CO₂ for fotosyntese - på fossile blader. Jo mer CO₂ er rikelig, den færre stomata Er pålagt. En faktor som tilfører en grad av usikkerhet, er at planter har færre stomata under tørrere klima og mer under fuktige.

Fossile blader er sjeldne og atmosfæriske pCO₂ data er knappe for eldgamle tidsperioder. I mangel av (tilstrekkelig) data hjelper numerisk modellering med å forklare data med en globalt sammenhengende tilnærming som respekterer fysiske grunnleggende lover. En av de mest kjente er GEOCARB, en geologisk karbonsyklusmodell utviklet for å rekonstruere pCO₂ historie av Robert Berner og kollegene hans.

På tidsskalaer større enn 100,000 XNUMX år, pCO₂ tilføres først og fremst fra vulkaner, og går tapt gjennom to karbonpumper: den biologiske pumpen og karbonatpumpen.

Under fotosyntesen tar planter og alger opp CO₂ å bygge deres organiske materiale. Når de dør, er dette CO₂ kan bli fanget i sedimenter. Dette er den biologiske pumpen. Karbonatpumpen er koblingen mellom forvitring av kontinenter og karbonatbergfelling. CO₂ surgjør overflatevannet som løser opp bergarter. Oppløste elementer vaskes til havet der de brukes til å bygge kalkholdig materiale som skjell eller koraller, som til slutt blir kalkstein. År etter år lagrer disse pumpene CO₂ vekk fra atmosfæren.

I det siste kunne vulkaner ha vært mer eller mindre aktive; kontinentene var forskjellige steder, som påvirket karbonpumpene. Berner og kolleger kvantifiserte hvordan den ellers kjente utviklingen av disse parametrene påvirket karbonsyklusen og derfor atmosfærisk pCO₂. De visste og viste sin modellusikkerhet. Resultatene deres skal presenteres med en estimeringskonvolutt, ikke som en gitt verdi.

Tider med høyere pCO₂ er varme perioder. Motsatt, reduksjon i atmosfærisk CO₂ innhold utløste isperioder som i karbon og i istiden, med mulig unntak av Hirnantian (for 445 millioner år siden). Nyere modeller antyder at for denne fjerntliggende perioden spilte den tektoniske konfigurasjonen en spesifikk rolle.

Hvordan mennesker raskt påvirker klima

Temperatur og pCO? rekonstruksjoner for de siste 66 My. Temperaturer beregnes ved å bruke ?¹?O av karbonater og er representert uten deres usikkerhet. pCO? rekonstruksjon er basert på syv ulike fullmakter som er enige innenfor deres respektive usikkerhetsmomenter. Beerling og Royer, 2011., Forfatter gitt

I løpet av den perioden som begynte med at dinosaurene ble utryddet (en relativt nylig for 66 år siden), kan geologer stole på mange temperaturer og CO.₂ fullmakter i tillegg til ?¹?O eller fossile blader. Jo nærmere vi kommer vår tidsalder, jo flere proxyer er det og jo mindre usikkerheter er det, til vi kan koble geologiske og iskjernedata som støtter hverandre.

tektonikk endret oseanisk sirkulasjon og førte til bygging av fjellkjeder som Himalaya. Begge faktorene påvirket karbonpumpene og tvungen pCO₂ til redusere, som vist av fullmektiger og i avtale med GEOCARB-trender. Denne reduksjonen i pCO₂ førte til den observerte avkjøling og kjørte Jorden til den nåværende is-interglacial vekslingen.

Vi kan bestemme fra iskjerner og proxy som pCO₂ har svingt mellom 200 og 350 ppm i 2.6 millioner år og at det plutselig økte fra 280 til 410 ppm mellom 1850 og 2018. pCO₂ er på vei mot nivåer uten enestående i 5, eller til og med 30 millioner år, da jorden var mye varmere enn i dag og ingen atlantiske iskapper var til stede. Rekonstruksjoner av temperatur og pCO₂ kan tilby oss et innblikk i hva som ligger foran oss hvis vi ikke bremser CO₂ utslipp.

På lang tid skalaer, når pCO₂ øker, oppvarmingen stimulerer karbonpumpene, og hjelper dermed pCO₂ å redusere. Denne negative tilbakemeldingen kan fungere som en geologisk termostat. Dessverre er det det for sakte å reagere raskt nok til å kompensere for våre raske utslipp. Etter en tiårs tidsramme forverrer oppvarmingen CO₂ slipp til atmosfæren. Når temperaturen øker, varmes havene opp og frigjør oppløst CO₂ til atmosfæren. I 2.6 millioner år har is- og interglacial-sykluser blitt tvunget av jordens bane svingninger og CO₂ var bare en intern positiv tilbakemelding. I dag har antropogen CO₂ leder og forsterker den pågående oppvarmingen.

Karbon syklus geologisk termostat. + betyr at parameterne stimuleres av en økning av faktoren som ligger foran pilen. – betyr at parameteren er dempet. For eksempel reduserer karbonpumper atmosfærisk CO? mens vulkanske tilførsler øker det. Pierre-Henri Blard og Guillaume Paris

Som et resultat av pCO₂ økning, har den gjennomsnittlige overflatetemperaturen allerede økt med nesten 1 ° C mellom 1901 og 2012. Jordens overflate har vært mye varmere enn i dag tidligere, og den vil til slutt avkjøle seg. Konsekvensene av de kortsiktige endringene er imidlertid katastrofal. I tillegg til høyere overflatetemperaturer, ekstreme værhendelser, forsuring av havet, issmelting og økning i havnivået er i ferd med å forstyrre hverdagen vår betydelig og skade økosystemene rundt oss.

Jordvitenskap hjelper oss med å forstå planeten vår. Vi kan ikke kontrollere jordens bane, tektonikk eller oseanisk sirkulasjon, men vi kan kontrollere utslippene av klimagasser. Fremtiden er for oss alle å bygge.

Om forfatteren

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

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

Klimaendring: Hva alle trenger å vite

av Joseph Romm
Den grunnleggende grunnen til hva som vil være det definerende spørsmålet om vår tid, Klimaendring: Hva alle trenger å vite® er en tydelig oversikt over vitenskapen, konfliktene og konsekvensene av vår oppvarmingsplanet. Fra Joseph Romm, Chief Science Advisor for National Geographic's Livsår Farlig serier og en av Rolling Stones "100-folk som forandrer Amerika" Klima forandringer tilbyr brukervennlige, vitenskapelig strenge svar på de vanskeligste (og ofte politiserte) spørsmålene om hvilken klimatolog Lonnie Thompson har ansett "en klar og nåværende fare for sivilisasjonen.". Tilgjengelig på Amazon

Klimaendring: Vitenskapen om global oppvarming og vår energi Fremtidens andre utgave Utgave

av Jason Smerdon
Denne andre utgaven av Klima forandringer er en tilgjengelig og omfattende guide til vitenskapen bak global oppvarming. Utmerket illustrert, er teksten rettet mot studenter på en rekke nivåer. Edmond A. Mathez og Jason E. Smerdon gir en bred og informativ introduksjon til vitenskapen som ligger til grund for vår forståelse av klimasystemet og virkningen av menneskelig aktivitet på oppvarmingen av vår planet.Mathez og Smerdon beskriver rollene som atmosfæren og havet spille i vårt klima, introdusere begrepet strålingsbalanse, og forklare klimaendringer som skjedde tidligere. De beskriver også menneskelige aktiviteter som påvirker klimaet, som drivhusgass og aerosolutslipp og avskoging, samt effektene av naturfenomener.  Tilgjengelig på Amazon

Vitenskapen om klimaendring: En hands-on kurs

av Blair Lee, Alina Bachmann
Vitenskapen om klimaendring: En hands-on-kurs bruker tekst og atten hands-on aktiviteter å forklare og lære vitenskapen om global oppvarming og klimaendringer, hvordan mennesker er ansvarlige, og hva som kan gjøres for å bremse eller stoppe graden av global oppvarming og klimaendringer. Denne boken er en komplett, omfattende guide til et viktig miljøemne. Emner som er omtalt i denne boken inkluderer: hvordan molekyler overfører energi fra solen til å varme atmosfæren, drivhusgassene, drivhuseffekten, global oppvarming, den industrielle revolusjonen, forbrenningsreaksjonen, tilbakemeldingsløpene, forholdet mellom vær og klima, klimaendringer, karbon vasker, utryddelse, karbonavtrykk, resirkulering og alternativ energi. Tilgjengelig på Amazon

Fra Utgiver:
Innkjøp på Amazon går for å dekke kostnadene ved å bringe deg InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uten kostnad og uten annonsører som sporer surfevaner. Selv om du klikker på en kobling, men ikke kjøper disse utvalgte produktene, betaler alt annet du kjøper i samme besøk på Amazon oss en liten provisjon. Det er ingen ekstra kostnader for deg, så vær så snill å bidra til innsatsen. Du kan også bruk denne lenken å bruke til Amazon når som helst slik at du kan bidra til å støtte vår innsats.