كشف الماضي: النظرة الأكثر تفصيلاً حتى الآن على تاريخ مناخ الأرض

كشف الماضي: النظرة الأكثر تفصيلاً حتى الآن على تاريخ مناخ الأرض

كشف علماء من جامعة كولورادو في بولدر وفريق دولي من الباحثين عن الرؤية الأكثر عمقًا حتى الآن لتاريخ المناخ الحديث للأرض من خلال فحص عينات اللب الجليدية في القطب الجنوبي. يشمل ذلك درجات الحرارة في الصيف والشتاء التي تعود إلى 11000 عام منذ بداية عصر الهولوسين.

تقدم الدراسة ، التي نُشرت مؤخرًا في مجلة Nature ، أول سجل درجات حرارة موسمي من نوعه من أي مكان على هذا الكوكب.

“كان هدف فريق البحث هو دفع حدود ما هو ممكن من خلال تفسيرات المناخ السابقة ، وبالنسبة لنا ، كان ذلك يعني محاولة فهم المناخ في أقصر النطاقات الزمنية ، في هذه الحالة بشكل موسمي ، من الصيف إلى الشتاء ، عامًا تلو الآخر قال تايلر جونز ، المؤلف الرئيسي للدراسة ، وأستاذ باحث مساعد وزميل في معهد أبحاث القطب الشمالي وجبال الألب (INSTAAR):

تثبت الدراسة أيضًا صحة جانب واحد من نظرية طويلة الأمد حول مناخ الأرض لم يتم إثباتها مسبقًا: كيف تستجيب درجات الحرارة الموسمية في المناطق القطبية لدورات ميلانكوفيتش. افترض العالم الصربي ميلوتين ميلانكوفيتش قبل قرن من الزمان أن التأثيرات الجماعية للتغيرات في موقع الأرض بالنسبة للشمس – بسبب التغيرات البطيئة في مدارها ومحورها – هي محرك قوي لمناخ الأرض على المدى الطويل ، بما في ذلك بداية ونهاية الجليد. الأعمار (قبل أي تأثير بشري كبير على المناخ).

قال كيرت كوفي: “إنني متحمس بشكل خاص لأن نتيجتنا تؤكد التنبؤ الأساسي للنظرية المستخدمة لشرح دورات مناخ العصر الجليدي للأرض: أن شدة ضوء الشمس تتحكم في درجات حرارة الصيف في المناطق القطبية ، وبالتالي تذوب الجليد أيضًا”. ، وهو مؤلف مشارك في الدراسة وأستاذ في جامعة كاليفورنيا بيركلي.

توفر هذه البيانات الأكثر تفصيلاً حول أنماط المناخ طويلة الأجل في الماضي أيضًا خط أساس مهم للعلماء الآخرين ، الذين يدرسون آثار انبعاثات غازات الاحتباس الحراري التي يسببها الإنسان على مناخنا الحالي والمستقبلي. من خلال معرفة دورات الكواكب التي تحدث بشكل طبيعي ولماذا ، يمكن للباحثين تحديد التأثير البشري على تغير المناخ وتأثيراته على درجات الحرارة العالمية بشكل أفضل.

قال جونز: “هذا البحث شيء يمكن للبشر أن يرتبط به حقًا لأننا نختبر العالم جزئيًا من خلال الفصول المتغيرة – ويترجم توثيق كيفية اختلاف درجات الحرارة في الصيف والشتاء بمرور الوقت إلى كيفية فهمنا للمناخ”.

تعريف أدق وسط الانتشار

درس العلماء في جميع أنحاء العالم منذ فترة طويلة المناخ الماضي للأرض باستخدام لب الجليد التي تم جمعها من القطبين. توفر هذه الأعمدة الأسطوانية النحيلة من الجليد ، التي تم حفرها من الصفائح الجليدية القديمة (معظمها في القارة القطبية الجنوبية وجرينلاند) ، بيانات قيمة طويلة الأجل محصورة في الوقت المناسب حول كل شيء بدءًا من تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي في الماضي إلى درجات الحرارة السابقة للهواء والمحيطات.

يبلغ طول اللوح الجليدي في غرب أنتاركتيكا (WAIS) ، وهو أطول نواة جليدية حفرها باحثون أمريكيون على الإطلاق ، 11171 قدمًا (أو أكثر من ميلين) وقطرها 4.8 بوصة – وتحتوي على بيانات تعود إلى 68 ألف عام مضت. يتم بعد ذلك تقطيع نوى الجليد مثل هذا بعناية إلى أقسام أصغر يمكن نقلها بأمان وتخزينها أو تحليلها في مختبرات الجليد الأساسية في جميع أنحاء البلاد – مثل مختبر النظائر المستقرة في CU Boulder.

في هذه الدراسة ، حلل الباحثون سجلاً مستمرًا لنسب نظائر الماء من قلب الجليد WAIS. تكشف النسب بين تركيز هذه النظائر (العناصر التي لها نفس عدد البروتونات ولكن بأعداد مختلفة من النيوترونات) عن بيانات حول درجات الحرارة السابقة ودوران الغلاف الجوي ، بما في ذلك التحولات بين العصور الجليدية والفترات الدافئة في ماضي الأرض.

من الصعب بشكل خاص قياس التغيرات الموسمية في تاريخ كوكبنا من عينات اللب الجليدية ، نظرًا للتفاصيل الدقيقة المطلوبة للمقاييس الزمنية الأقصر. يمكن لعملية داخل الصفائح الجليدية تعرف بالانتشار ، أو التنعيم الطبيعي ، طمس هذه التفاصيل المطلوبة.

تميل نظائر الماء هذه إلى عدم البقاء في مكان واحد في الطبقة الجليدية العلوية ولكن بدلاً من ذلك تتحرك في مسارات مترابطة (على غرار الجيوب الهوائية في الستايروفوم) لأنها تغير الحالات بين البخار والجليد ، على مدى عقود أو قرون ، قبل أن تتصلب بشكل كافٍ. يمكن أن تؤدي هذه العملية إلى “طمس” البيانات التي يحاول الباحثون فحصها. ولكن باستخدام نوى الجليد عالية الجودة من الصفيحة الجليدية في غرب أنتاركتيكا ، والقياسات عالية الدقة للغاية ، والتقدم في تحليل لب الجليد على مدار الخمسة عشر عامًا الماضية ، تمكن الفريق من تصحيح الانتشار الموجود في البيانات وإكمال يذاكر.

“حتى بعد ذلك ، كان علينا تطوير طرق جديدة تمامًا للتعامل مع هذه البيانات ، لأنه لم يسبق لأحد رؤيتها من قبل. قال جونز.

دراسة النظائر المستقرة

بينما تُفصِّل الدراسة تاريخ مناخ الأرض ، فإن العمل وراءه له تاريخ خاص به.

لأكثر من ثلاثة عقود ، كان الباحثون في مختبر النظائر المستقرة التابع لـ INSTAAR يدرسون مجموعة متنوعة من النظائر المستقرة – أشكال الذرات غير المشعة ذات التوقيعات الجزيئية الفريدة – الموجودة في كل مكان من قلب الجليد الداخلي والكربون في التربة الصقيعية إلى الهواء في الغلاف الجوي. انضم جونز إلى المختبر في عام 2007 كطالب ماجستير ولم يغادر أبدًا.

“لدي هذه الذكرى المميزة للدخول إلى مستشاري ، مكتب جيم وايت في حوالي عام 2013 ، وأظهر له أننا سنكون قادرين على سحب قيم الصيف والشتاء في هذا السجل على مدار 11000 عام الماضية – وهو أمر نادر للغاية. قال جونز ، في فهمنا ، لم يفعل أحد هذا من قبل. “نظرنا إلى بعضنا البعض وقلنا ،” واو ، ستكون هذه صفقة كبيرة حقًا. “

ثم استغرق الأمر ما يقرب من عقد من الزمان لمعرفة الطريقة الصحيحة لتفسير البيانات ، من عينات الجليد التي تم حفرها قبل ذلك الاجتماع بسنوات عديدة.

كان بروس فون ، المؤلف المشارك ومدير مختبر النظائر المستقرة ، وبرادلي ماركل ، المؤلف المشارك في الدراسة والأستاذ المساعد في INSTAAR وقسم الجيولوجيا ، هناك لجمع الجليد في غرب القارة القطبية الجنوبية الذي تم شحنه مرة أخرى و تحليلها.

تتمثل الخطوة التالية للفريق في محاولة تفسير عينات اللب الجليدية عالية الدقة في أماكن أخرى – مثل القطب الجنوبي وشمال شرق جرينلاند ، حيث تم حفر النوى بالفعل – لفهم تقلب مناخ كوكبنا بشكل أفضل.

قال جونز: “لدى البشر فضول أساسي حول كيفية عمل العالم وما حدث في الماضي ، لأن ذلك يمكن أيضًا أن يطلعنا على فهمنا لما يمكن أن يحدث في المستقبل”.