Upphovsman:Michal Pech/Unsplash
Förhållandet mellan atmosfärisk CO 2 nivåer och klimatförändringar uppfattas ofta som ett kontroversiellt ämne. Även om det inte finns någon verklig oenighet bland klimatforskare - cirka 90% håller helt med om att mänsklig aktivitet är klart ansvarig för klimatförändringarna - i USA 2016, knappt 50% av allmänheten kom fram till samma slutsats. Ökar den allmänna förvirringen, mycket aktiva "klimatförändringsförnekare" hävdar att temperaturen har utvecklats oberoende av CO 2 atmosfäriska koncentrationer genom jordens historia, och att därför dagens stigande CO 2 nivåer är inte ett problem.
Så gjorde forskare fel historien? Nej CO 2 har länge bidragit till att kontrollera jordens klimat, och dess ökande koncentration i atmosfären och haven är ett stort hot mot mänskligheten.
Tillsammans med solaktivitet och albedo, växthusgaser är en viktig del av jordens strålningsbudget och utövar en stark kontroll av yttemperaturen. Även om vattenånga är den främsta växthusgasen på jorden, CO 2 väcker mycket mer uppmärksamhet eftersom det aktivt kan leda klimatförändringar.
Tyvärr, mänsklig aktivitet levererar CO 2 till atmosfären med en hastighet som är 70 gånger större än alla vulkaner på jorden tillsammans. Som ett resultat, atmosfärisk CO 2 koncentration (eller pCO 2 ) ökar och jordens yta värms upp i en takt som ingen naturlig faktor kan förklara.
Vi vet att CO 2 är en temperaturkontroll och vi kan visa det på olika sätt. En av dem är genom att utforska jordens historia.
Klimat och temperatur genom geologiska tider
Med hjälp av stenar, fossiler och deras kemiska och fysikaliska egenskaper, geovetare har rekonstruerat varma och kalla perioder under jordens historia. För att visa sambandet mellan klimat, temperatur och pCO 2 för miljoner år sedan, vi måste rekonstruera var och en av dem oberoende av varandra. Att göra så, vi använder klimatinspelare som kallas "proxies".
Den isotopiska sammansättningen av syreatomer, skrivet δ¹⁸O, mätt i gamla kalkskal, är en av dem. Det gör att vi kan rekonstruera tidigare havsvattentemperaturer med en välkänd grad av osäkerhet som beror på analytisk precision och hur parametrar som havsvatten δ¹⁸O, salthalt och pH påverkar också ¹⁸ O i skal.
Eftersom geologisk historia påverkar bergarter och deras signaler, ju längre vi går tillbaka i tiden, desto större är osäkerheterna. Vi kombinerar alltså olika fullmakter och formulerar hypoteser som ständigt förbättras med år av forskning. Att upprätta sådana rekonstruktioner går långsamt, komplicerad (ibland smärtsam) process men de blir mer och mer tillförlitliga för varje år som osäkerheter minskar. Om osäkerheten är för stor, tolkningar är beroende av parsimon:den enklaste modellen måste anses vara den mest sannolika. Det viktiga är att forskare vet hur man uppskattar osäkerheter, och dela dem.
Övergripande, rekonstruktioner av havsvattentemperatur överensstämmer med geologiska observationer av klimathistorien:stora istider sammanfaller med lägre global temperatur. Särskilt, δ¹⁸O indikerar en stadig nedkylning från 50 miljoner år och framåt, som leder till förindustriellt klimat.
Historien om pCO 2
Fullmakter finns för pCO 2 också. Till exempel, paleontologer räknar stomata - öppningar genom vilka växter andas, byta fukt och ta upp CO 2 för fotosyntes - på fossila blad. Ju mer CO 2 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.
Fossila blad är sällsynta och atmosfäriska pCO 2 data är knappa för gamla perioder av jorden. I avsaknad av (tillräckliga) uppgifter, numerisk modellering hjälper till att förklara data med ett globalt sammanhängande tillvägagångssätt som respekterar fysikens grundläggande lagar. En av de mest kända är GEOCARB, en geologisk kolcykelmodell utvecklad för att rekonstruera pCO 2 historia av Robert Berner och hans kollegor.
På tidsskalor över 100, 000 år, pCO 2 tillkommer främst från vulkaner, och förlorade genom två kolpumpar:den biologiska pumpen och karbonatpumpen.
Under fotosyntesen, växter och alger tar upp CO 2 att bygga sitt organiska material. När de dör, detta CO 2 kan fastna i sediment. Detta är den biologiska pumpen. Karbonatpumpen är kopplingen mellan vittring av kontinenter och nederbörd av karbonat. CO 2 försurar ytvatten som löser upp stenar. 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, dessa pumpar lagrar CO 2 bort från atmosfären.
Förr, vulkaner kunde ha varit mer eller mindre aktiva; kontinenter var på olika platser, som påverkade kolpumparna. Berner och kollegor kvantifierade hur den annars kända utvecklingen av dessa parametrar påverkade kolcykeln och, därför, atmosfäriskt pCO 2 . De visste och visade sin modellosäkerhet. Deras resultat bör presenteras med ett uppskattningshölje, inte som ett givet värde.
Tider med högre pCO 2 är varma perioder. Omvänt, minskning av atmosfärisk CO 2 innehåll utlöste glaciala perioder som karbon och modern istid, med det möjliga undantaget för Hirnantian (445 miljoner år sedan). Nya modeller tyder på att för denna avlägsna period, den tektoniska konfigurationen spelade en specifik roll.
Hur människor snabbt påverkar klimatet
Under den tidsperiod som började vid den tidpunkt då dinosaurierna utrotades (en relativt nyligen 66 My ago), geologer kan lita på många temperaturer och CO 2 fullmakter utöver δ¹⁸O eller fossila blad. Ju närmare vi kommer vår tid, ju fler ombud det finns och desto färre är osäkerheterna, tills vi kan koppla ihop geologiska och iskärndata som stöder varandra.
Tektonik modifierade oceanisk cirkulation och ledde till byggandet av bergskedjor som Himalaya. Båda faktorerna påverkade kolpumparna och forcerad pCO 2 att minska, som visas av ombud och i överensstämmelse med GEOCARB -trenderna. Denna minskning av pCO 2 ledde till den observerade kylningen och drev jorden till den nuvarande glacial-interglaciala växlingen.
Vi kan av iskärnor och ombud fastställa att pCO 2 har pendlat mellan 200 och 350 ppm i 2,6 miljoner år och att det plötsligt ökade från 280 till 410 ppm mellan 1850 och 2018. pCO 2 går mot nivåer utan motstycke för 5, eller till och med 30 miljoner år, när jorden var mycket varmare än idag och inga atlantiska iskappar fanns. Rekonstruktioner av temperatur och pCO 2 kan ge oss en inblick i vad som väntar om vi inte bromsar koldioxid 2 utsläpp.
På lång tid, när pCO 2 ökar, uppvärmning stimulerar kolpumparna, därigenom hjälpa pCO 2 att minska. Denna negativa feedback kan fungera som en geologisk termostat. Tyvärr, det är för långsamt att reagera tillräckligt snabbt för att kompensera för våra snabba utsläpp. På ett decennium, uppvärmning förvärrar CO 2 släppa ut i atmosfären. När temperaturen ökar, haven värms upp och släpper ut upplöst CO 2 till atmosfären. I 2,6 miljoner år har glaciala och interglaciala cykler har tvingats av jordens orbitalfluktuationer och CO 2 var bara en intern positiv feedback. I dag, antropogen CO 2 leder och förstärker den pågående uppvärmningen.
Som ett resultat av pCO 2 öka, den genomsnittliga yttemperaturen har redan ökat med nästan 1 ° C mellan 1901 och 2012. Jordens yta har varit mycket varmare än idag tidigare och det kommer så småningom att svalna. Dock, konsekvenserna av de kortsiktiga förändringarna är katastrofala. Förutom högre yttemperaturer, extreme weather events, ocean acidification, ice melting and sea-level rise are about to significantly disrupt our daily lives and harms the ecosystems around us.
Earth science helps us understand the past of our planet. We cannot control Earth's orbit, tectonics or oceanic circulation but we can control our greenhouse-gas emissions. The future is for all of us to build.
Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln. 
