Jorden nærmer sig muligvis en kuldioxidtærskel for smeltning af is i Arktis

Det er måske ikke blandt de største dramaer nogensinde, men ishistorien på Grønland har været en kilde til videnskabelige kontroverser i mere end et årti.

En undersøgelse ledet af UCLA klimaforsker Aradhna Tripati ser ud til at sætte debatten til ro, med store implikationer for fremtidig forskning på tværs af en række discipliner, fra klimavidenskab til geologi. Papiret, som offentliggøres i dag i tidsskriftet Naturkommunikation , kaster også lys over, hvordan det globale klima kan ændre sig, når mennesker fortsætter med at udlede drivhusgasser, afslører et potentielt vendepunkt:Atmosfæriske kuldioxidkoncentrationer på 500 ppm eller mere. Ud over den tærskel, store iskapper ved begge poler kunne smelte betydeligt. De nuværende niveauer er tæt på 400 dele per million.

Årevis, den fremherskende tro var, at gletsjere først dukkede op på Grønland for mellem 5 millioner og 11 millioner år siden. Derefter, i 2005, Tripati forfattede en undersøgelse, der tyder på, at isen havde været til stede der meget tidligere:omkring 35 til 40 millioner år siden.

Selvom Tripatis papir blev offentliggjort i Natur -et af de mest respekterede videnskabelige tidsskrifter - det blev betragtet som kontroversielt. Kernen i konflikten var et simpelt spørgsmål:Hvorfor blev lignende observationer ikke lavet af andre undersøgelser? Fordi resultaterne ikke var i overensstemmelse med tidligere viden, papiret blev betragtet som en afviger.

Tripati, som dengang var postdoc, indrømmer, at hendes forskning, som var baseret på kemien af ​​prøver fra Stillehavet og hvad de antydede om gammelt havvand, var "en ret indirekte indikator." Stadig, hun havde tillid til resultaterne. Hun, hendes studerende og andre forskere gennemførte en række undersøgelser ved hjælp af forskellige klimaindikatorer, og de blev ved med at nå frem til samme konklusion.

"Det er så vigtigt at forstå ishistorien ved begge poler, og hvordan de reagerer på skiftende kuldioxidniveauer, at da vi udgav disse papirer, opbygget kontrovers, sagde Tripati, som er medlem af UCLA Institute of the Environment and Sustainability. "Vi gravede i og fortsatte med at prøve at forstå historien, faktisk, var."

I 2014 Tripati sendte Dennis Darby, en arktisk palæoklimaspecialist ved Old Dominion University, som blev hendes medforfatter på det nye papir, lovende prøver taget fra et sted i Grønlandshavet, hvor isbjerge, der brækkede af - en proces kendt som "kælvning" - fra gletsjere på øen ville være drevet forbi.

"Når gletsjere bevæger sig hen over land, de indeholder stykker sediment, " sagde Tripati. "Når gletsjere producerer isbjerge, og disse isbjerge driver gennem havet, disse små fragmenter af sten bliver frigivet, når isen smelter. Hvert stenfragment har en unik kemi. Den kemi er et fingeraftryk - hvert korn fortæller dig noget om, hvor isen kom fra."

Disse prøver er dateret baseret på hvilke fossiler der er til stede og deres magnetiske egenskaber, giver forskere mulighed for at rekonstruere, hvor og hvornår der var is på Grønland og andre landmasser i Arktis, samt da der var havis i havet.

Tripati valgte at sende disse nye prøver til Darby, fordi han havde offentliggjort en undersøgelse, der bekræftede hendes resultater fra 2005. Ved at bruge en metode, han var pioner, Darby analyserede dem uden at vide, hvad han så på, hvor det kom fra, eller hvor gammelt det var - lidt som en blind smagstest.

Han fandt, at prøverne indeholdt "meget høje tændstikker" til østgrønlandske kildesteder, bekræfter igen Tripatis tidligere forskning. Faktisk, hans analyse viste, at store gletsjere var til stede på Grønland endnu tidligere:for op til 47,1 millioner år siden. Det var lige i begyndelsen af ​​den mellemste eocæne epoke, omkring 20 millioner år efter dinosaurernes udryddelse.

Darby var også i stand til at matche is fra prøverne til andre steder i den arktiske region.

"Det er vigtigt, "Darby sagde." Det viser, at dette ikke kun var en lokal eller regional effekt i Grønland. Det var noget klimatisk induceret i meget større skala, en polar begivenhed."

Med deres nye undersøgelse, Tripati og Darby tror, ​​at mysteriet er løst. Darbys teknik blev grundigt testet i en undersøgelse fra 2012 og viste sig at være nøjagtig 98,5 procent af tiden. De undersøgte 100 sedimentprøver og fingeraftryk kemien på mere end 2, 000 klippestykker.

Dagens papir indeholder også afsløringer om, hvordan atmosfæriske forhold relaterer sig til tilstedeværelsen eller fraværet af is. I årene siden den første frysning, is dannet og trak sig tilbage fra Grønland flere gange. Forskerne fandt ud af, at is normalt var til stede, når kuldioxidniveauerne var lavere end 500 ppm.

"Hvad sker der, hvis kuldioxidniveauerne opretholdes med 800 dele pr. Million, hvor nogle kulstofemissionsscenarier fører os hen?" spurgte Tripati. "Grønland har meget is. Hvis det hele smeltede, det kunne hæve havniveauet globalt med omkring 20 fod."

Is kommer og går på begge poler under de forhold, undersøgelsen fandt. Tripatis forskning fra 2016, der antydede, at massive ishylder på Antarktis også risikerer at smelte, understøtter dette.

Det er vigtigt at forstå vippepunkter, fordi jordens klima kan ændre sig hurtigt, sagde Darby. Han pegede på 10, 000 år siden i Grønland, da temperaturerne steg 10 grader celsius på 10 år.

"Disse tærskler skal undersøges, " sagde Darby. "De ignoreres stort set af klimaforskere, fordi disse ting skete på en måde tidligere. Mange af dem har siddet fast i de sidste 50 år. Og i den tid, vi ser ingen store ændringer undtagen i de sidste to årtier, når vi ser meget hurtige ændringer, der er bekymrende."

Tripati sagde, at kontroverser er godt for videnskaben generelt, sagde hun - det viser, at den videnskabelige proces er sund. Hun huskede kattepasning for den berømte videnskabsmand Sir Nicholas Shackleton omkring det tidspunkt, hvor hun udførte den tidlige undersøgelse.

"Han sagde til mig 'Når du opdager noget overraskende, husk at det er ok at tage fejl men ideelt set bør du være den person, der finder ud af det. Prøv altid at bevise, at du tager fejl i stedet for at prøve at bevise, at du har ret, " huskede Tripati.

"Jeg synes, det er et glimrende råd. Med denne undersøgelse, Jeg vidste ikke, hvad vi skulle finde. Hvis det ikke lykkedes, fint – vi kunne have skrevet et papir, der endegyldigt sagde 'ingen bevis for dette'. Og så er vi på den rigtige side af videnskaben."

Processen understregede også vigtigheden af ​​at inkludere forskellige perspektiver i videnskaben, sagde Tripati. Sidste sommer lancerede hun UCLA Center for Diverse Leadership in Science – det første initiativ af sin art, der er viet til at inkludere mennesker med alle baggrunde inden for miljøvidenskab. Dogmer, der har bestået i årtier, kan ændre sig dramatisk, hvis det videnskabelige samfund er inkluderende og hilser nye perspektiver velkommen, hun sagde. Inklusion og socialt tilhørsforhold vil fremme mangfoldighed, og forskning viser, at det fører til mere kreative tilgange og ideer, fremme innovation og videnskabelige gennembrud.

Tripati og Darby håber begge, at dagens resultater inspirerer fremtidig forskning til bedre at forstå, hvad der vil ske med Jordens klima, arter og menneskelige samfund, hvis vi fortsætter på vores nuværende kulstofemissionsbane.

De håber også, at det vil informere politikker, der tager sigte på at forhindre en klimakatastrofe - især bestræbelser på at reducere kulstofemissioner, sagde Darby.

"Vi er nødt til at begynde at se på, hvad vi laver, " sagde Darby. "Nogle mennesker stikker hovedet i sandet, fordi de tror, ​​vi kommer med teknologi til at redde os i sidste øjeblik. Men det er forudsat, at vi ikke rammer en af ​​disse tærskler først."