Kuldioxidniveauer og klimaændringer:Er der virkelig en kontrovers?

Forholdet mellem atmosfærisk CO ₂ niveauer og klimaændringer opfattes ofte som et kontroversielt emne. Selvom der ikke er nogen reel uenighed blandt klimaforskere - omkring 90 % er helt enige i, at menneskelig aktivitet klart er ansvarlig for klimaændringerne - i USA i 2016, knap 50 % af den brede offentlighed kom til samme konklusion. For at øge den generelle forvirring, meget aktive "klimaforandringer" hævder, at temperaturen har udviklet sig uafhængigt af CO ₂ atmosfæriske koncentrationer gennem Jordens historie, og at derfor dagens stigende CO ₂ niveauer er ikke et problem.

Så tog forskerne historien forkert? nr. CO ₂ har længe bidraget til at kontrollere jordens klima, og dens stigende koncentration i atmosfæren og oceanerne er en stor trussel mod menneskeheden.

Sammen med solaktivitet og albedo, Drivhusgasser er en vigtig del af Jordens strålingsbudget og udøver en stærk kontrol med overfladetemperaturen. Selvom vanddamp er den primære drivhusgas på Jorden, CO ₂ tiltrækker meget mere opmærksomhed, fordi det aktivt kan føre klimaændringer.

Desværre, menneskelig aktivitet leverer CO ₂ til atmosfæren med en hastighed, der er 70 gange større end alle vulkaner på Jorden tilsammen. Som resultat, atmosfærisk CO ₂ koncentration (eller pCO ₂ ) stiger, og Jordens overflade varmes op i et tempo, som ingen naturlig faktor kan forklare.

Vi ved, at CO ₂ er en temperaturkontrol, og vi kan demonstrere den på forskellige måder. En af dem er gennem udforskningen af ​​Jordens historie.

Klima og temperatur gennem geologiske tider

Brug af sten, fossiler og deres kemiske og fysiske egenskaber, geovidenskabsmænd har rekonstrueret varme og kolde perioder gennem Jordens historie. For at demonstrere sammenhængen mellem klima, temperatur og pCO ₂ millioner af år siden, vi er nødt til at rekonstruere hver af dem uafhængigt. For at gøre det, vi bruger klimatiske optagere kaldet "proxies".

Den isotopiske sammensætning af oxygenatomer, skrevet δ¹⁸O, målt i gamle kalkskaller, er en af ​​dem. Det giver os mulighed for at rekonstruere tidligere havvandstemperaturer med en velkendt grad af usikkerhed, der afhænger af analytisk præcision og hvordan parametre som havvand δ¹⁸O, saltholdighed og pH påvirker også δ¹⁸O af skaller.

Fordi geologisk historie påvirker klipper og deres signaler, jo længere vi går tilbage i tiden, jo større er usikkerhederne. Vi kombinerer således forskellige fuldmagter og formulerer hypoteser, der løbende forbedres med mange års forskning. Etablering af sådanne rekonstruktioner er en langsom, kompliceret (nogle gange smertefuld) proces, men de bliver mere og mere pålidelige hvert år, efterhånden som usikkerheden aftager. Hvis usikkerheden er for stor, fortolkninger er afhængige af sparsommelighed:den enkleste model må betragtes som den mest sandsynlige. Det, der betyder noget, er, at forskerne ved, hvordan man vurderer usikkerheder, og del dem.

Samlet set, havvandstemperaturrekonstruktioner stemmer overens med geologiske observationer af klimahistorien:store istider falder sammen med lavere global temperatur. I særdeleshed, δ¹⁸O indikerer en konstant afkøling fra 50 millioner år og frem, fører til det præindustrielle klima.

Historien om pCO ₂

Der findes fuldmagter for pCO ₂ såvel. For eksempel, palæontologer tæller stomata - åbninger, hvorigennem planter ånder, udveksler fugt og optager CO ₂ til fotosyntese - på fossile blade. Jo mere CO ₂ er rigeligt, jo færre stomata er påkrævet. En faktor, der tilføjer en vis grad af usikkerhed, er, at planter har færre stomata under tørre klimaer og mere under fugtige klimaer.

Fossile blade er sjældne og atmosfæriske pCO ₂ data er knappe for gamle perioder på Jorden. I mangel af (tilstrækkelige) data, numerisk modellering hjælper med at forklare data med en globalt sammenhængende tilgang, der respekterer fysikkens grundlæggende love. En af de mest berømte er GEOCARB, en geologisk kulstofkredsløbsmodel udviklet til at rekonstruere pCO ₂ historie af Robert Berner og hans kolleger.

På tidsskalaer over 100, 000 år, pCO ₂ er primært tilsat fra vulkaner, og tabt gennem to carbonpumper:den biologiske pumpe og carbonatpumpen.

Under fotosyntesen, planter og alger optager CO ₂ at bygge deres organiske stof. Når de dør, denne CO ₂ kan blive fanget i sedimenter. Dette er den biologiske pumpe. Karbonatpumpen er koblingen mellem forvitring af kontinenter og udfældning af karbonatsten. CO ₂ forsurer overfladevand, der opløser sten. Opløste grundstoffer skylles til havet, hvor de bruges til at bygge kalkholdigt materiale såsom skaller eller koraller, som til sidst bliver til kalksten. År efter år, disse pumper lagrer CO ₂ væk fra atmosfæren.

I fortiden, vulkaner kunne have været mere eller mindre aktive; kontinenter var forskellige steder, hvilket påvirkede kulstofpumperne. Berner og kolleger kvantificerede, hvordan den ellers kendte udvikling af disse parametre påvirkede kulstofkredsløbet og, derfor, atmosfærisk pCO ₂ . De kendte og viste deres modelusikkerhed. Deres resultater skal præsenteres med en estimeringskonvolut, ikke som en given værdi.

Tider med højere pCO ₂ er varme perioder. Omvendt fald i atmosfærisk CO ₂ indholdet udløste glaciale perioder såsom karbon og moderne istider, med mulig undtagelse af Hirnantian (for 445 millioner år siden). Nyere modeller tyder på, at for denne fjerntliggende periode, den tektoniske konfiguration spillede en specifik rolle.

Hvordan mennesker hurtigt påvirker klimaet

I løbet af den tidsperiode, der begynder på det tidspunkt, hvor dinosaurerne uddøde (en forholdsvis ny for 66 min siden), geologer kan stole på mange temperaturer og CO ₂ fuldmagter ud over δ¹⁸O eller fossile blade. Jo tættere vi kommer på vores tidsalder, jo flere fuldmagter der er, og jo færre usikkerheder er, indtil vi kan forbinde geologiske og iskernedata, der understøtter hinanden.

Tektonikken modificerede oceanernes cirkulation og førte til bygningen af ​​bjergkæder som Himalaya. Begge faktorer påvirkede kulstofpumperne og tvunget pCO ₂ at formindske, som vist af fuldmagter og i overensstemmelse med GEOCARB-tendenserne. Dette fald i pCO ₂ førte til den observerede afkøling og drev Jorden til den nuværende glacial-mellemistid-veksling.

Vi kan ud fra iskerner og proxyer bestemme, at pCO ₂ har svinget mellem 200 og 350 ppm i 2,6 millioner år, og at det pludselig steg fra 280 til 410 ppm mellem 1850 og 2018. pCO ₂ er på vej mod niveauer uden fortilfælde for 5, eller endda 30 millioner år, da Jorden var meget varmere end i dag, og ingen atlantiske iskapper var til stede. Rekonstruktioner af temperatur og pCO ₂ kan give os et indblik i, hvad der ligger foran os, hvis vi ikke bremser CO ₂ emissioner.

På lange tidsskalaer, når pCO ₂ stiger, opvarmning stimulerer kulstofpumperne, derved hjælper pCO ₂ at formindske. Denne negative feedback kan fungere som en geologisk termostat. Desværre, det er for langsomt til at reagere hurtigt nok til at kompensere for vores hurtige emissioner. På en tidsskala af et årti, opvarmning forværrer CO ₂ frigives til atmosfæren. Når temperaturen stiger, havene varmes op og frigiver opløst CO ₂ til atmosfæren. I 2,6 millioner år, glaciale og interglaciale cyklusser er blevet tvunget af Jordens orbitale svingninger og CO ₂ var kun en intern positiv feedback. I dag, menneskeskabt CO ₂ leder og forstærker den igangværende opvarmning.

Som et resultat af pCO ₂ øge, den gennemsnitlige overfladetemperatur er allerede steget med næsten 1°C mellem 1901 og 2012. Jordens overflade har tidligere været meget varmere end i dag, og den vil med tiden køle af. Imidlertid, konsekvenserne af de kortsigtede ændringer er katastrofale. Ud over højere overfladetemperaturer, ekstreme vejrbegivenheder, havforsuring, isafsmeltning og havniveaustigning er ved at forstyrre vores dagligdag betydeligt og skade økosystemerne omkring os.

Jordvidenskab hjælper os med at forstå vores planets fortid. Vi kan ikke kontrollere Jordens bane, tektonik eller oceanisk cirkulation, men vi kan kontrollere vores drivhusgasemissioner. Fremtiden er for os alle at bygge.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.