Hvordan menneskeskabte skovbrande kan have påvirket Jordens klima for over 10 000 år siden

For nylig foreslog paleoklimatolog William Ruddiman, at mennesker kan have haft en betydelig indvirkning på Jordens klima allerede for tusinder af år siden - gennem kulstof- og metanemissioner, der stammer fra afbrænding af biomasse og skovrydning i forbindelse med tidligt landbrug. EARLYHUMANIMPACT -projektet satte sig for at verificere denne hypotese.

Mens den globale opvarmning betyder flere skovbrande, det modsatte er også sandt. Skove gemmer omkring 30 procent af det kulstof, der findes på planetens overflade, og hver skovbrand frigiver ikke kun dette kulstof til atmosfæren, men også andre klimapåvirkende stoffer, såsom aerosoler. Disse aerosols indvirkning på klimaændringer, imidlertid, er endnu ikke godt forstået.

EARLYHUMANIMPACT -projektet bygger på ideen om, at svaret kan ligge i Jordens historiebøger. For over 10.000 år siden, menneskeligt landbrug begyndte at trives på bekostning af skove, og projektteamet mener, at menneskeskabte aerosoler som følge af denne proces kan have ændret det globale klimasystem i tusinder af år.

For at kontrollere dette, Prof Carlo Barbante og andre forskere fra University of Venice undersøgte data fra is- og søkerneklimaer fra syv kontinenter og sammenlignede dem med parallelle historier om brandregimer. De brugte en ny teknik til at bestemme en specifik molekylær markør for afbrænding af biomasse - kendt som levoglucosan - som kan registrere tidligere ild i iskerner og søsedimenter. Da projektet snart er ved at være slut, Prof Barbante diskuterer processen og de vigtigste resultater af sit arbejde.

Hvorfor valgte du at fokusere din forskning på brandgenopbygning?

Aerosols rolle i klimasystemet er stadig dårligt forstået, og endnu mindre er kendt om den relative rolle biomasseforbrænding er.

Brand påvirker klimasystemet ved at frigive kulstof, som ellers ville blive lagret i træbevoksning. Det bidrager til niveauerne af flere aerosoler og atmosfæriske gasser i luften og er en vigtig årsag til deres variation over årene. Det påvirker også det regionale og globale klima gennem udledning af drivhusgasser, hovedsageligt kuldioxid og metan.

Faldet i det geografiske omfang af skove, der startede omkring 7000 til 5000 år BP, kan skyldes tidlig landbrugsaktivitet, herunder skovrydning gennem afbrænding, som bør efterlade et kvantificerbart signal i klimaproxyer. Under denne ERC Advanced Grant, vi sigter mod at give væsentlig indsigt i samspillet mellem klima og menneskelig aktivitet, især med landbrugets fremkomst, samt aerosols rolle gennem tiden.

Hvordan forklarer du, at vi ved så lidt om aerosols tidligere indflydelse på klimaændringer?

Antropogene og naturlige aerosoler kan have ændret det globale klimasystem i tusinder af år som foreslået ved at sammenligne sen-holocæn drivhusgas (GHG) -koncentrationer med dem fra tidligere mellemglaciale perioder. Nu, menneskelige aktiviteter, herunder afbrænding af fossilt brændstof, ændrer i øjeblikket atmosfærens sammensætning og det globale klimasystem med hurtigere hastigheder end nogensinde registreret i geologisk tid.

Problemet er, at for de fleste klima- og miljøarkiver, som paleoklimatologer studerer (f.eks. tre ringe, marine og landjournaler), det er svært at finde de rigtige overførselsfunktioner, der forbinder koncentrationen af ​​en specifik markør i posten med dens atmosfæriske forekomst i fortiden. Det er derfor af største vigtighed at se på tidligere atmosfærisk sammensætning ved hjælp af paleoklimatiske optegnelser og passende proxyer, som årsag/virkningsforholdet er kendt for.

Hvordan gik du frem til at verificere Ruddimans hypotese?

Hans hypotese er centreret om iagttagelsen af, at atmosfæriske kuldioxid- og metan -niveauer var ved deres minimum omkring 7000 til 5000 år før i dag, henholdsvis, og steg derefter langsomt indtil den hurtige stigning i drivhusgasser forårsaget af den industrielle revolution. Stigningen i metan tilskrives biomasseforbrænding og dyrkning af ris i troperne. Kuldioxidstigningen er vanskeligere at tilskrive menneskelig aktivitet, men Ruddiman hævder, at skovrydning og afbrænding af biomasse kan være en primær faktor.

Is- og søkerneproxy -registreringer giver kvantificerbare data om tidligere brandregimer på tværs af alle mulige rumlige og tidsmæssige skalaer. Vi sigter mod at kvantificere de tidsmæssige og rumlige ændringer i Holocene -biomasseforbrænding i is- og søkerneregistre fra syv kontinenter, der svarer til centre for landbrugets oprindelse. Vi har udviklet en ny teknik til måling af en globalt nuværende molekylær markør for afbrænding af biomasse (levoglucosan, 1, 6-anhydro-β-D-glucopyranose) i iskerner og søsedimenter. Vi supplerede disse pyrokemiske analyser med palynologiske beviser på virkningen af ​​tidligere brandregimer.

Hvad er de vigtigste takeaways fra projektet hidtil?

For eksempel, nylige undersøgelser af den grønlandske indlandsis har vist, at klimaændringer, herunder sommerens nordlige halvkugle, isolering og temperatur påvirker boreal ildaktivitet over årtusinder.

Vores resultater om genopbygning af brande i Holocæn viser et vigtigt højdepunkt i brandaktivitet for 3–2 ka år siden. Imidlertid forbliver temperaturerne på den nordlige halvkugle og især sommersæsonens temperaturer stabile eller faldende mellem 3 og 2ka. Derfor, store klimaparametre og miljøforandringer alene kan ikke forklare levoglucosanstrømmen, der nåede Grønland i løbet af midten til slutningen af ​​Holocæn.

I betragtning af manglen på en plausibel klimakontrol for dette mønster, kombineret med fraværet af paleoklimatiske beviser for synkrone globale klimaændringer på nuværende tidspunkt, vi argumenterer for, at menneskelig aktivitet forbundet med landbrug og jordrensning giver den bedste forklaring på observerede tendenser i brandaktivitet i slutningen af ​​Holocæn. Omfattende skovrydning i Europa mellem 2,5 og 2 ka er synkron med grønlandsk levoglucosan brandtop, demonstrere en kvantificerbar tidlig menneskelig indvirkning på miljøet, der begyndte for omkring 4000 år siden.

Er det lykkedes dig at skelne mellem naturlige og menneskeskabte brande?

Dette er bestemt en af ​​de mest udfordrende opgaver i hele forskningsprojektet, og vi arbejder på dette. Forbindelserne mellem afbrænding af biomasse og øget landbrug (og derfor øgede drivhusgasser inklusive kuldioxid og metan) og forlængelse af interglacialt klima er kun gyldige, hvis målte stigninger i afbrænding viser et kvantificerbart forhold til forhøjet temperatur, som kan måles i iskerner. Ud over, søkerner indeholder nødvendige palynologiske beviser for brand forårsaget af mennesker, såsom det antropologiske pollenindeks, pollenindikatorer for slash-and-burn-dyrkning, tilstedeværelsen af ​​brandtolerante arter, der tyder på hyppig brandaktivitet, og ændringer i den tilstødende pollenindstrømning.

Isens og søkernenes multi-proxy-karakter gør dem til det perfekte materiale til at undersøge sammenhængen mellem tidlig landbrugsaktivitet og klimaændringer, som temperatur, palynologisk bevis, og levoglucosan måles fra samme dybde og tid inden for den omgivende matrix.

Hvad planlægger du at gøre indtil og efter projektets afslutning?

Vi koncentrerer os faktisk om en del af projektet, der oprindeligt ikke var forudset i gennemførelsen af ​​forslaget. Nye organiske molekylære proxyer foreslås til rekonstruktion af brandbegivenheder i forbindelse med antropiske aktiviteter. Nemlig, fækale steroler og en række polycykliske aromatiske carbonhydrider blev individueret og testet som egnede molekylære markører for menneskelig tilstedeværelse og brandaktivitet, ud over den levoglucosan, som vi allerede bruger. Disse er meget lovende fuldmagter i paleoklimatiske rekonstruktioner, og vi sigter mod at forfølge denne forskningsretning i den nærmeste fremtid. Dette ERC -tilskud har været en god mulighed for at studere en dårligt forstået og ofte forsømt del af klimasystemet.