Ciencia: El clima pasado predice nuestro futuro
Ciencia: El clima pasado predice nuestro futuro
Desde la Revolución Industrial, los humanos han bombeado enormes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera, cambiando el clima de la Tierra y empujándolo a un calentamiento sin precedentes. Aunque no existe una analogía exacta para este estado de calentamiento en la historia de la Tierra, el clima pasado (el "paleoclima") proporciona una base científica importante para comprender el calentamiento global. "Estudiar el pasado para predecir el futuro", cada vez más científicos están tratando de encontrar tendencias de cambio global futuro a partir de los cambios en el clima antiguo.
Durante la larga historia geológica, la Tierra ha experimentado muchos cambios climáticos a gran escala, como el período de altas temperaturas en el Cretácico medio y el máximo subglacial a finales del Pleistoceno (Figura 1). para predecir la evolución climática futura. Los estados climáticos del pasado eran muy diferentes de los estados climáticos actuales, pero proporcionan una gran cantidad de evidencia. Los estados climáticos pasados pueden revelar cómo funciona el sistema climático de la Tierra cuando las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico varían dentro de un cierto rango (400-2000 ppm) (Figura 1).
Figura 1 Historia de la evolución climática desde hace 100 millones de años y proyecciones de diferentes escenarios en los próximos 200 años (Tierney et al., 2020)
Recientemente, Jessica de la Universidad de Arizona - Jessica Tierney y sus colaboradores publicaron un artículo de revisión en la revista Science, resumiendo y evaluando sistemáticamente el importante papel de la investigación paleoclimática en las respuestas científicas al cambio climático futuro, enfatizando su importancia para la investigación moderna de modelos climáticos y las predicciones del cambio climático futuro.
I. Limitaciones paleoclimáticas de la sensibilidad climática
La sensibilidad climática de equilibrio (ECS) se ha adoptado ampliamente como una medida simple de la respuesta del sistema climático de la Tierra al forzamiento radiativo. Se define como la magnitud de los cambios en las temperaturas del aire global cerca de la superficie resultantes de una duplicación del dióxido de carbono atmosférico después de que los procesos de retroalimentación del sistema terrestre (vapor de agua, nubes, nieve) hayan alcanzado el equilibrio durante un período de años a décadas. Debido a la importancia de los niveles de ECS para los impactos ambientales, económicos y sociales (Hope et al. 2015), la reducción de los errores de estimación de ECS ha sido uno de los temas prioritarios en la comunidad académica. Algunas opiniones emergentes creen que los cambios en la ECS están relacionados y cambian con el entorno climático, especialmente bajo el calentamiento climático, la ECS aumentará (Meraner et al. 2013). El estudio de climas más cálidos a lo largo de la historia geológica puede proporcionar una referencia para el rango de fluctuaciones en los valores de ECS.
II. Perspectiva paleoclimática sobre la estabilidad de la criósfera
Las proyecciones sobre el aumento futuro del nivel del mar están sujetas a una incertidumbre considerable, principalmente debido a las preocupaciones sobre la estabilidad y la criticidad de las capas de hielo. comprensión adecuada del estado (Bamber et al., 2019). Los registros paleoclimáticos pueden proporcionar pruebas para comprender la relación entre los cambios pasados en la capa de hielo y el aumento del nivel del mar y la sensibilidad de la criósfera al calentamiento climático, reduciendo así la incertidumbre en las predicciones. En los últimos años, la comunidad paleoclimática ha logrado avances importantes en evidencia geológica y modelización climática, así como en la generación e interpretación de indicadores del tamaño, la forma y la extensión de la capa de hielo (Wise et al., 2017; Rovere et al. ., 2016; Gulick et al., 2017), que ayudará a profundizar nuestra comprensión de la dinámica de la criosfera en un clima que se calienta.
III. Información sobre el cambio climático regional y estacional revelada por el paleoclima
El calentamiento climático futuro cambiará los patrones espaciales y estacionales de precipitaciones y temperaturas, lo que tendrá un enorme impacto en la sociedad humana ( Wilby, 2007). Los cambios regionales en la superficie terrestre (reducción de la capa de nieve, derretimiento del permafrost, reverdecimiento, desertificación) pueden desencadenar aún más efectos de retroalimentación en los ciclos biogeoquímicos, debilitando o amplificando así el efecto forzador de la radiación solar, afectando así al cambio climático (Arneth et al., 2010 Año) . Actualmente, existe un desacuerdo significativo entre los modelos climáticos con respecto a la tendencia y la magnitud de los cambios futuros en las precipitaciones regionales (Knutti y Sedláck 2013). Para mejorar la capacidad de predecir el cambio climático regional, es necesario separar efectivamente el papel de la variabilidad interna en el sistema climático (como las oscilaciones interanuales o centenarias) del papel del forzamiento externo (como los gases de efecto invernadero o los aerosoles).
En este sentido, la información sobre los cambios climáticos regionales y estacionales en los estudios paleoclimáticos es crucial porque registran una historia larga y continua de cambio climático, ampliando en gran medida el registro instrumental del clima moderno (Deser et al., 2012).
IV.Cambio climático repentino
El cambio climático repentino es uno de los descubrimientos más importantes de la paleoclimatología, es decir, cambios anormales en el clima terrestre en un período de tiempo relativamente corto, que desviarse seriamente del estado climático promedio. Se caracteriza por cambios importantes en la temperatura del aire, los patrones de precipitación y la circulación oceánica, y deja huellas claras del entorno climático en el registro geológico, como las omnipresentes lutitas negras del evento anóxico oceánico del Cretácico medio (Jenkyns, 2010). Los investigadores creen que las mutaciones climáticas registran información sobre cómo la Tierra entra en un estado anormal y regresa a un estado normal durante un período de tiempo, por lo que es muy digno de estudio. Además, el evento extremo térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM) que ocurrió hace aproximadamente 56 Ma fue desencadenado por la rápida liberación de gases de efecto invernadero. Es una de las mutaciones climáticas más importantes en el registro paleoclimático y puede proporcionar nuevos conocimientos sobre las emisiones humanas. El calentamiento global causado por los gases de efecto invernadero proporciona una referencia importante.
V. Cerrar la brecha entre datos y modelos paleoclimáticos
Los modelos climáticos simulan directamente la temperatura, la velocidad del viento y las precipitaciones del sistema terrestre. Sin embargo, la información paleoclimática es indirecta y se reconstruye principalmente a través de indicadores indirectos como parámetros físicos (como la magnetización y el tamaño de las partículas), parámetros químicos (como los elementos) y/u organismos fósiles que responden al cambio climático (como los foraminíferos, los palinomorfos). ) Cambio climático pasado. Sin embargo, los indicadores indirectos climáticos y ambientales no son registros climáticos perfectos y tienen incertidumbres inherentes. Aunque las reconstrucciones cuantitativas del paleoclima se pueden comparar directamente con simulaciones utilizando métodos como las funciones de transferencia, no tener en cuenta las incertidumbres de estos métodos puede dar lugar a interpretaciones erróneas. Esta "barrera del lenguaje" entre los resultados del modelo y los sustitutos limita el uso de sustitutos paleoclimáticos para ilustrar el cambio climático pasado y evaluar los modelos climáticos. Por lo tanto, es crucial combinar eficazmente los datos paleoclimáticos con los resultados del modelo climático (Fig. 2). Los autores proponen tres pasos clave para resolver este problema: (i) seleccionar métodos de trazadores químicos apropiados y relevantes para el registro de indicadores (ii) aclarar la importancia de los indicadores sustitutos en el contexto climático (iii) analizar los métodos de registro paleoclimático combinados con el modelo; datos.
Figura 2 Temperatura superficial del mar (DSST), temperatura del suelo (GST) y precipitaciones optimizadas según indicadores paleoclimáticos del Último Máximo Glacial (LGM). En la figura, DSST es la diferencia entre el último máximo glacial (LGM) y la temperatura de la superficie del mar del Holoceno tardío, DSAT es la diferencia en la temperatura de la superficie y DPrecip es la diferencia en la precipitación media anual (Tierney et al., 2020)
La investigación sobre los cambios globales antiguos muestra que el clima global ha estado cambiando continuamente mucho antes de las actividades industriales humanas. A lo largo de la historia de la Tierra, los principales impulsores del cambio climático han sido factores naturales. En comparación con la evolución climática de la Tierra a largo plazo, los cambios en el clima global desde la industrialización son muy pequeños y son sólo una pequeña parte de las múltiples fluctuaciones climáticas en la larga evolución de la Tierra. Con el aumento gradual de las emisiones humanas de gases de efecto invernadero en el futuro, todavía existen muchas incertidumbres en la predicción de cambios futuros en el clima de la Tierra. La investigación paleoclimática es una de las bases importantes para nuestra comprensión del cambio climático futuro y también se basa en datos limitados. datos climáticos instrumentales. La única forma de probar externamente las predicciones de los modelos climáticos. El futuro de la paleoclimatología es combinar evidencia geológica con estudios de modelos climáticos para evaluar y predecir con mayor precisión el impacto de las actividades humanas en el cambio climático.
Agradecimientos: Gracias al investigador Hao Qingzhen y al investigador Wu Haibin del Laboratorio de Investigación Cenozoica por sus comentarios y sugerencias sobre este artículo.
Referencias principales
Arneth A, Harrison S P, Zaehle S, et al. Retroalimentación biogeoquímica terrestre en el sistema climático.[J] Nature Geoscience", 2010, 3 (8) : 525-532.
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