Nyligen föreslog paleoklimatologen William Ruddiman att människor kan ha haft en betydande inverkan på jordens klimat redan för tusentals år sedan - genom kol- och metanutsläpp som härrör från förbränning av biomassa och avskogning i samband med tidigt jordbruk. EARLYHUMANIMPACT -projektet satte upp för att verifiera denna hypotes.
Medan den globala uppvärmningen innebär fler skogsbränder, det motsatta är också sant. Skogar lagrar cirka 30 procent av kolet som finns på planetens yta, och varje skogsbrand släpper inte bara ut detta kol i atmosfären utan även andra klimatpåverkande ämnen som aerosoler. Dessa aerosols inverkan på klimatförändringar, dock, är ännu inte väl förstådd.
EARLYHUMANIMPACT -projektet bygger på tanken att svaret kan ligga i jordens historikböcker. För över 10 000 år sedan, mänskligt jordbruk började trivas på skogens bekostnad, och projektteamet tror att antropogena aerosoler som härrör från denna process kan ha förändrat det globala klimatsystemet i tusentals år.
För att verifiera detta, Prof Carlo Barbante och andra forskare från Venedigs universitet undersökte data från is- och sjökärnklimatrekord från sju kontinenter och jämförde det med parallella historier om brandregimer. De använde en ny teknik för att bestämma en specifik molekylär markör för förbränning av biomassa - känd som levoglukosan - som kan registrera tidigare eld i iskärnor och sjösediment. När projektet snart tar slut, Prof Barbante diskuterar processen och de viktigaste resultaten av hans arbete.
Varför valde du att fokusera din forskning på brandåteruppbyggnad?
Aerosolernas roll i klimatsystemet är fortfarande dåligt förstått och ännu mindre är känt om biomassaförbränningens relativa roll.
Eld påverkar klimatsystemet genom att släppa ut kol, som annars skulle lagras i träig växtlighet. Det bidrar till nivåerna av flera aerosoler och atmosfäriska gaser i luften och är en viktig orsak till deras variation under åren. Det påverkar också regionalt och globalt klimat genom utsläpp av växthusgaser, främst koldioxid och metan.
Minskningen av den rumsliga omfattningen av skogar som började omkring 7 000 till 5 000 år BP kan ha samband med tidig jordbruksverksamhet, inklusive skogsröjning genom bränning som bör lämna en kvantifierbar signal i klimatmiljöer. Under detta ERC Advanced Grant, vi strävar efter att ge väsentlig inblick i samspelet mellan klimat och mänsklig aktivitet, särskilt med jordbrukets tillkomst, liksom aerosolernas roll genom tiden.
Hur förklarar du att vi vet så lite om aerosols tidigare inflytande på klimatförändringar?
Antropogena och naturliga aerosoler kan ha förändrat det globala klimatsystemet i tusentals år, vilket föreslogs genom att jämföra koncentrationer av sena Holocen-växthusgaser (GHG) med de från tidigare interglaciala perioder. Nu, mänskliga aktiviteter, inklusive förbränning av fossila bränslen, förändrar för närvarande atmosfärens sammansättning och det globala klimatsystemet i snabbare takt än någonsin registrerat under geologisk tid.
Problemet är att, för de flesta klimat- och miljöarkiv som paleoklimatologer studerar (t.ex. tre ringar, marina och markbundna register), det är svårt att hitta rätt överföringsfunktioner som kopplar koncentrationen av en specifik markör i posten till dess atmosfäriska förekomst tidigare. Det är därför av yttersta vikt att titta på tidigare atmosfärisk sammansättning genom användning av paleoklimatiska register och lämpliga fullmakter för vilka orsak/effekt -förhållandet är känt.
Hur gick det till för att verifiera Ruddimans hypotes?
Hans hypotes är centrerad om observationen att koldioxid- och metanhalter i atmosfären låg vid sina minima cirka 7 000 till 5 000 år före idag, respektive, och ökade sedan långsamt tills den snabba ökningen av växthusgaser som orsakades av den industriella revolutionen. Ökningen av metan beror på bränning av biomassa och risodling i tropikerna. Koldioxidökningen är svårare att tillskriva mänsklig aktivitet, men Ruddiman hävdar att avskogning och bränning av biomassa kan vara en primär faktor.
Is- och sjökärnproxy -poster ger kvantifierbar data om tidigare brandregimer över alla möjliga rumsliga och tidsmässiga skalor. Vi strävar efter att kvantifiera de tidsmässiga och rumsliga förändringarna i Holocen -biomassans bränning i is- och sjökärnrekord från sju kontinenter som överensstämmer med centra för jordbrukets ursprung. Vi har utvecklat en ny teknik för att mäta en globalt närvarande molekylär markör för förbränning av biomassa (levoglucosan, 1, 6-anhydro-β-D-glukopyranos) i iskärnor och sjönsediment. Vi kompletterade dessa pyrokemiska analyser med palynologiska bevis på effekterna av tidigare brandregimer.
Vilka är de viktigaste hämtningarna från projektet hittills?
Till exempel, nyligen genomförda studier av Grönlands inlandsis har visat att klimatförändringar inklusive sommarens norra halvklotets insolation och temperatur påverkar boreal eldaktivitet över tusenårsperioder.
Våra resultat om brandåteruppbyggnad i Holocen visar en viktig topp i brandaktivitet för 3–2 ka år sedan. Temperaturerna på norra halvklotet och särskilt sommarsäsongens temperaturer förblir dock stabila eller minskar mellan 3 och 2ka. Därför, stora klimatparametrar och miljöförändringar ensamma kan inte förklara hur levoglukosanflödet når Grönland under mitten till slutet av Holocen.
Med tanke på avsaknaden av en rimlig klimatkontroll för detta mönster, i kombination med frånvaron av paleoklimatbevis för synkrona globala klimatförändringar just nu, vi hävdar att mänsklig aktivitet i samband med jordbruk och markrensning ger den bästa förklaringen till observerade trender inom brandaktivitet under slutet av Holocen. Omfattande avskogning i Europa mellan 2,5 och 2 ka är synkron med Grönlands levoglukosanbrandstopp, visar en kvantifierbar tidig mänsklig påverkan på miljön som började för cirka 4 000 år sedan.
Lyckades du skilja mellan naturliga och antropogena bränder?
Detta är verkligen en av de mest utmanande uppgifterna i hela forskningsprojektet och vi arbetar med detta. Kopplingarna mellan biomassabränning och ökat jordbruk (och därför ökade växthusgaser inklusive koldioxid och metan) och förlängning av interglacialt klimat är endast giltiga om uppmätta ökning av förbränning visar ett kvantifierbart samband med ökad temperatur, som kan mätas i iskärnor. Dessutom, sjökärnor innehåller nödvändiga palynologiska bevis för bränder som orsakas av människor, såsom det antropologiska pollenindexet, pollenindikatorer för odling av snitt och bränning, förekomsten av brandtoleranta arter som tyder på frekvent brandaktivitet, och förändringar i den tillträdande polleninflödet.
Is- och sjökärnornas multiproxy-karaktär gör dem till det perfekta materialet för att undersöka kopplingarna mellan tidig jordbruksaktivitet och klimatförändringar, som temperatur, palynologiska bevis, och levoglukosan mäts från samma djup och tid inom den omgivande matrisen.
Vad planerar du att göra fram till och efter projektets slut?
Vi koncentrerar oss faktiskt på en del av projektet som ursprungligen inte förutsågs vid genomförandet av förslaget. Nya organiska molekylära proxies föreslås för rekonstruktion av brandhändelser i samband med antropiska aktiviteter. Nämligen, fekalsteroler och en serie polycykliska aromatiska kolväten individuerades och testades som lämpliga molekylära markörer för mänsklig närvaro och brandaktivitet, förutom levoglucosan som vi redan använder. Dessa är mycket lovande fullmakter i paleoklimatiska rekonstruktioner och vi strävar efter att följa denna forskningsriktning inom en snar framtid. Detta ERC -bidrag har varit ett utmärkt tillfälle att studera en dåligt förstådd och ofta försummad del av klimatsystemet.
