Michal Pech / Unsplash

Förhållandet mellan atmosfäriskt CO₂ nivåer och klimatförändringar uppfattas ofta som ett kontroversiellt ämne. Även om det inte finns någon verklig oenighet bland klimatforskare - runt omkring 90% håller helt med om att mänsklig aktivitet är helt klart ansvarig för klimatförändringarna - i USA 2016, knappt 50% av allmänheten kom till samma slutsats. Tillägg till den allmänna förvirringen hävdar mycket aktiva ”förnekare av klimatförändringar” att temperaturen har utvecklats oberoende av CO₂ atmosfäriska koncentrationer genom jordens historia, och att därför dagens stigande CO₂ nivåer är inte en fråga.

Så fick forskare historien fel? Nej. CO₂ har länge bidragit till att kontrollera jordens klimat, och dess stigande koncentration i atmosfären och oceanerna är ett stort hot mot mänskligheten.

Tillsammans med solaktivitet och albedo, växthusgaser är en viktig del av jordens strålningsbudget och utöva en stark kontroll på yttemperaturen. Även om vattenånga är den primära växthusgasen på jorden, CO₂ väcker mycket mer uppmärksamhet eftersom det aktivt kan leda till klimatförändringar.

Tyvärr levererar mänsklig aktivitet CO₂ till atmosfären i takt 70 gånger större än alla vulkaner på jorden tillsammans. Som ett resultat av atmosfärisk CO₂ koncentration (eller pCO₂) ökar och jordens yta värms upp i en takt som ingen naturlig faktor kan förklara.

Vi vet att CO₂ är en temperaturkontroll och vi kan demonstrera den på olika sätt. En av dem är genom utforskningen av jordens historia.

Nordamerika från lågomloppssatelliten Suomi. NASA / NOAA / GSFC / Suomi NPP / VIIRS / Norman Kuring

Klimat och temperatur genom geologiska tider

Med hjälp av stenar, fossiler och deras kemiska och fysiska egenskaper har geovetenskapsmän rekonstruerat varma och kalla perioder genom jordens historia. För att visa sambandet mellan klimat, temperatur och pCO₂ för miljoner år sedan måste vi rekonstruera var och en av dem oberoende. För att göra det använder vi klimatinspelare som kallas ”proxyer”.

Den isotopiska sammansättningen av syreatomer, skriven ?¹?O, mätt i uråldriga kalkskal, är en av dem. Det tillåter oss att rekonstruera tidigare havsvattentemperaturer med en välkänd grad av osäkerhet som beror på analytisk precision och hur parametrar som havsvatten ¹?O, salthalt och pH påverkar också ?¹?O av skal.

Eftersom geologisk historia påverkar stenar och deras signaler, ju längre vi går tillbaka i tiden, desto större är osäkerheterna. Vi kombinerar därmed olika ombud och formulerar hypoteser som ständigt förbättras med många års forskning. Att etablera sådana rekonstruktioner är en långsam, komplicerad (ibland smärtsam) process men de blir mer och mer tillförlitliga varje år när osäkerheten minskar. Om osäkerheten är för stor förlitar sig tolkningar njugghet: den enklaste modellen måste betraktas som den mest troliga. Det som är viktigt är att forskare vet hur man uppskattar osäkerheter och delar dem.

Sammantaget överensstämmer havsvattentemperaturrekonstruktioner med geologiska observationer av klimathistorien: stora istider sammanfaller med lägre global temperatur. Speciellt ?¹?O indikerar ett konstant kyla från 50 miljoner år och framåt, vilket leder till det förindustriella klimatet.

GEOCARB (version III) rekonstruktion av pCO? (gul, en punkt var 10:e miljon år) och den genomsnittliga tropiska havsytans temperatur från ?¹?O av karbonater korrigerad för havsvatten-pH-förändringar, förutsatt att inga ?¹?O-förändringar för havsvatten (rött) jämfört med geologiskt begränsade kalla perioder (ljusblå) och glaciationer (mörkblå). G. Paris efter Royer och Beerling (2004) och Berner och Khotavala (2011), författaren förutsatt

PCO: s historia₂

Proxier finns för pCO₂ också. Till exempel paleontologer räkna stomata - öppningar genom vilka växter andas, utbyter fukt och tar upp CO₂ för fotosyntes - på fossila blad. Ju mer CO₂ är rikligt, färre stomata krävs. En faktor som tillför en viss osäkerhet är att växter har färre stomata under torrare klimat och mer under fuktiga.

Fossilblad är sällsynta och atmosfäriska pCO₂ data är knappast för forntida perioder av jorden. I avsaknad av (tillräckligt) data hjälper numerisk modellering att förklara data med ett globalt sammanhängande tillvägagångssätt som respekterar de grundläggande fysiska lagarna. En av de mest kända är GEOCARB, en geologisk kolcykelmodell utvecklad för att rekonstruera pCO₂ historia av Robert Berner och hans kollegor.

På tidsskalor större än 100,000 XNUMX årpCO₂ tillsätts främst från vulkaner och förloras genom två kolpumpar: den biologiska pumpen och karbonatpumpen.

Under fotosyntes upptar växter och alger CO₂ att bygga deras organiska material. När de dör, här CO₂ kan fångas i sediment. Detta är den biologiska pumpen. Karbonatpumpen är kopplingen mellan förvitring av kontinenter och karbonatbergutfällning. CO₂ surgör ytvatten som löser upp berg. Upplösta element tvättas till havet där de används för att bygga kalkhaltigt material som skal eller koraller, som så småningom blir kalkstenar. År efter år lagrar dessa pumpar CO₂ bort från atmosfären.

Tidigare kunde vulkaner ha varit mer eller mindre aktiva; kontinenter var på olika platser, vilket påverkade kolpumparna. Berner och kollegor kvantifierade hur den annars kända utvecklingen av dessa parametrar påverkade kolcykeln och därför atmosfärisk pCO₂. De visste och visade sin modell osäkerhet. Deras resultat ska presenteras med ett uppskattnings kuvert, inte som ett givet värde.

Tider med högre pCO₂ är varma perioder. Omvänt minskar CO-atmosfären₂ innehåll utlöste glaciala perioder som i karbon och i modern istid, med eventuellt undantag från Hirnantian (445 miljoner år sedan). Nya modeller föreslår att för denna avlägsna period spelade den tektoniska konfigurationen en specifik roll.

Hur människor snabbt påverkar klimatet

Temperatur och pCO? rekonstruktioner för de senaste 66 My. Temperaturer beräknas med användning av ?¹?O för karbonater och representeras utan deras osäkerhet. PCO? rekonstruktionen bygger på sju olika fullmakter som är överens inom sina respektive osäkerheter. Beerling och Royer, 2011., författaren förutsatt

Under den tidsperiod som började vid den tidpunkt då dinosaurierna försvann (en relativt nyligen 66 My ago) kan geologer lita på många temperaturer och CO₂ fullmakter utöver ?¹?O eller fossila löv. Ju närmare vår era vi kommer, desto fler proxyservrar finns och desto färre är osäkerheterna, tills vi kan koppla geologiska data och iskärndata som stödjer varandra.

tektonik modifierade oceancirkulationen och ledde till byggandet av bergskedjor som Himalaya. Båda faktorerna påverkade kolpumparna och påtvingad pCO₂ till minskning, som visas av ombud och i överensstämmelse med GEOCARB-trenderna. Denna minskning av pCO₂ ledde till den observerade kylningen och körde jorden till den nuvarande glacial-interglaciala växlingen.

Vi kan bestämma från iskärnor och proxyer som pCO₂ har svängt mellan 200 och 350 ppm i 2.6 miljoner år och att det plötsligt ökade från 280 till 410 ppm mellan 1850 och 2018. pCO₂ är på väg mot nivåer som saknar motstycke i 5, eller till och med 30 miljoner år, när jorden var mycket varmare än idag och inga atlantiska iskappar var närvarande. Rekonstruktioner av temperatur och pCO₂ kan ge oss en inblick i vad som ligger framför oss om vi inte bromsar CO₂ utsläpp.

På lång tid skalor, när pCO₂ ökar, uppvärmningen stimulerar kolpumparna, vilket hjälper pCO₂ att minska. Denna negativa feedback kan fungera som en geologisk termostat. Tyvärr är det det för långsam att reagera tillräckligt snabbt för att kompensera för våra snabba utsläpp. På tidsskalan för ett decennium förvärrar uppvärmningen CO₂ släpp till atmosfären. När temperaturen ökar värmer hav och släpper upplöst CO₂ till atmosfären. Under 2.6 miljoner år har glaciala och interglaciala cykler tvingats av jordens kretslopp fluktuationer och CO₂ var bara en intern positiv feedback. I dag antropogent CO₂ leder och förstärker den pågående uppvärmningen.

Kolcykelgeologisk termostat. + betyder att parametrarna stimuleras av en ökning av faktorn som ligger före pilen. – betyder att parametern är dämpad. Till exempel minskar kolpumpar atmosfärisk CO? medan vulkaniska inflöden ökar den. Pierre-Henri Blard och Guillaume Paris

Som ett resultat av pCO₂ öka, har den genomsnittliga yttemperaturen redan ökat med nästan 1 ° C mellan 1901 och 2012. Jordens yta har varit mycket varmare än idag tidigare och den kommer så småningom att svalna. Konsekvenserna av de kortsiktiga förändringarna är dock katastrofal. Förutom högre yttemperaturer, extrema väderhändelser, försurning av havet, issmältning och havsnivå stiger på väg att avsevärt störa vårt dagliga liv och skada ekosystemen runt oss.

Jordvetenskap hjälper oss att förstå vår planets förflutna. Vi kan inte kontrollera jordens omloppsbana, tektonik eller oceancirkulation men vi kan kontrollera våra växthusgasutsläpp. Framtiden är för oss alla att bygga.

Om författaren

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

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

Klimatförändring: Vad alla behöver veta

av Joseph Romm
Den väsentliga grunden för vad som kommer att bli den avgörande frågan om vår tid, Klimatförändring: Vad alla behöver veta är en tydlig överblick över vetenskapens, konflikterna och konsekvenserna av vår uppvärmningsplan. Från Joseph Romm, chefvetenskapliga rådgivare för National Geographic's År av Living Dangerously serier och en av Rolling Stone's "100-personer som förändrar Amerika" Klimatförändring erbjuder användarvänliga, vetenskapligt stränga svar på de svåraste (och oftast politiserade) frågorna kring vilken klimatolog Lonnie Thompson har ansett "en klar och nuvarande fara för civilisationen". Finns på Amazon

Klimatförändring: Vetenskapen om global värme och vår energi Framtidens andra utgåvan Edition

av Jason Smerdon
Denna andra upplagan av Klimatförändring är en tillgänglig och omfattande guide till vetenskapen bakom global uppvärmning. Exklusivt illustrerad, texten riktas mot studenter på olika nivåer. Edmond A. Mathez och Jason E. Smerdon ger en bred, informativ introduktion till vetenskapen som ligger till grund för vår förståelse av klimatsystemet och effekterna av mänsklig aktivitet på uppvärmningen av vår planet.Mathez och Smerdon beskriver rollerna som atmosfären och havet spela i vårt klimat, introducera begreppet strålningsbalans och förklara klimatförändringar som inträffade tidigare. De beskriver också de mänskliga aktiviteter som påverkar klimatet, som växthusgas och aerosolutsläpp och avskogning samt effekterna av naturfenomen.  Finns på Amazon

Vetenskapen om klimatförändring: En hands-on-kurs

av Blair Lee, Alina Bachmann
Vetenskapen om klimatförändring: En hands-on-kurs använder text och arton hands-on-aktiviteter att förklara och undervisa vetenskapen om global uppvärmning och klimatförändringar, hur människor är ansvariga och vad som kan göras för att sakta eller stoppa graden av global uppvärmning och klimatförändringar. Denna bok är en komplett, omfattande guide till ett viktigt miljöämne. Ämnen som omfattas av denna bok är: hur molekyler överför energi från solen för att värma atmosfären, växthusgaser, växthuseffekten, den globala uppvärmningen, den industriella revolutionen, förbränningsreaktionen, återkopplingsslingorna, förhållandet mellan väder och klimat, klimatförändringar, kolsänkor, utrotning, kolavtryck, återvinning och alternativ energi. Finns på Amazon

Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.