Naukowcy sprawdzili wiarygodność modeli klimatycznych na przestrzeni ostatnich 50 lat
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Nowa krzywa globalnych temperatur wskazuje, że w fanerozoiku średnie temperatury na Ziemi zmieniały się bardziej niż przypuszczano. Naukowcy z University of Arizona i Smithsonian Institution przeprowadzili badania, w ramach których zrekonstruowali temperatury w ciągu ostatnich 485 milionów lat. To okres, w którym życie na naszej planecie zróżnicowało się, podbiło lądy i przetrwało liczne okresy wymierania.
Fanerozoik rozpoczyna się eksplozją kambryjską sprzed około 540 milionów lat i trwa do dzisiaj. Naukowcy w swoich badaniach ograniczyli się do 485 milionów lat, ze względu na niedostateczną ilość starszych danych geologicznych. Trudno jest znaleźć tak stare skały, w których zachował się zapis o panujących temperaturach. Nie mamy ich zbyt wielu nawet dla 485 milionów lat temu. To ogranicza nasze cofanie się w czasie, mówi profesor Jessica Tierney z Arizony.
Uczeni wykorzystali asymilację danych, w trakcie której połączyli zapis geologiczny z modelami klimatycznymi. Badania pozwoliły im lepiej zrozumieć, czego możemy spodziewać się w przyszłości. Jeśli badasz ostatnich kilka milionów lat, to nie znajdziesz niczego, co może być analogią dla zjawisk, jakich spodziewamy się w roku 2100 czy 2500. Trzeba cofnąć się znacznie dalej, gdy Ziemia była naprawdę gorąca. Tylko tak możemy zrozumieć zmiany, jakie mogą zajść w przyszłości, wyjaśnia Scott Wing, kurator zbiorów paleobotaniki w Smithsonian National Museum of Natural History.
Nowa krzywa temperatury pokazuje, że w tym czasie średnie temperatury na Ziemi zmieniały się w zakresie od 11,1 do 36,1 stopnia Celsjusza, a okresy wzrostu temperatur były najczęściej skorelowane ze zwiększoną emisją dwutlenku węgla do atmosfery. To jasno pokazuje, że dwutlenek węgla jest głównym czynnikiem kontrolującym temperatury na Ziemi. Gdy jest go mało, temperatury są niskie, gdy jest go dużo, na Ziemi jest gorąco, dodaje Tierney.
Badania pokazały też, że obecnie średnia temperatura jest niższa niż średnia dla większości fanerozoiku. Jednocześnie jednak antropogeniczne emisje CO2 powodują znacznie szybszy wzrost temperatury niż w jakimkolwiek momencie z ostatnich 485 milionów lat. To stwarza duże zagrożenie dla wielu gatunków roślin i zwierząt. Niektóre okresy szybkich zmian klimatycznych wiązały się z masowym wymieraniem.
Badacze zauważają, że ocieplenie klimatu może być też niebezpieczne dla ludzi. Nasz gatunek doświadczył w swojej historii zmian średnich temperatur o około 5 stopni Celsjusza. To niewiele, jak na 25-stopniową zmianę w ciągu ostatnich 485 milionów lat. Wyewoluowaliśmy w chłodnym okresie, który nie jest typowy dla większości geologicznej historii. Zmieniamy klimat w sposób, który wykracza poza to, czego doświadczyliśmy. Planeta była i może być cieplejsza, ale ludzie i zwierzęta nie zaadaptują się do tak szybkich zmian, dodaje Tierney.
Projekt zbadania temperatur w fanerozoiku rozpoczął się w 2018 roku, gdy pracownicy Smithsonian National Museum postanowili zaprezentować zwiedzającym krzywą temperatur z całego eonu. Badacze wykorzystali pięć różnych chemicznych wskaźników temperatury zachowanych w skamieniałym materiale organicznym. Na ich podstawie oszacowali temperaturę w 150 000 krótkich okresach czasu. Jednocześnie współpracujący z nimi naukowcy z University of Bristol – na podstawie rozkładu kontynentów i składu atmosfery – stworzyli ponad 850 symulacji temperatur w badanym czasie. Następnie autorzy badań połączyli oba zestawy danych, tworząc najbardziej precyzyjną krzywą temperatur dla ostatnich 485 milionów lat.
Dodatkową korzyścią z badań jest stwierdzenie, że czułość klimatu – czyli przewidywana zmiana średniej temperatury na Ziemi przy dwukrotnej zmianie stężenia CO2 – jest stała. Dwutlenek węgla i temperatury są nie tylko blisko powiązane, ale są powiązane w ten sam sposób przez 485 milionów lat. Nie zauważyliśmy, by czułość klimatu zmieniała się w zależności od tego, czy jest zimno czy gorąco, dodaje Tierney.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Imperium tybetańskie istniało w latach 618–877 i w szczytowym okresie swojej potęgi konkurowało o wpływy w Azji Środkowej z Chinami dynastii Tang i kalifatem Abbasydów. Upadło w ciągu zaledwie kilku dekad. Naukowcy szukający przyczyn jego rozpadu zwracali dotychczas uwagę przede wszystkim na czynniki społeczno-polityczne, jak konflikty pomiędzy bon, rdzenną religią Tybetu, a buddyzmem. Autorzy najnowszej pracy uważają, że zmiany klimatyczne przyspieszyły upadek państwa.
Około 618 roku niewielka społeczność zamieszkująca środkowy bieg rzeki Yarlung Tsangpo zakończyła proces jednoczenia większości Tybetu. Powstało państwo, które z powodzeniem konkurowało i walczyło z Chinami dynastii Tang, sięgnęło północnych Indii, Pamiru i Hindukuszu, rzucając wyzwanie Abbasydom. Imperium kontrolowało międzynarodowe szlaki handlowe, a u szczytu potęgi, w 763 roku, jego wojska zdobyły Chang'an, stolicę Chin.
Imperium obejmuje wówczas 4,6 miliona kilometrów kwadratowych i mieszka w nim 10 milionów ludzi. Jednak już na początku IX wieku państwo przeżywa poważne kłopoty. Rozpada się w ciągu kilku dziesięcioleci. Z chińskich źródeł dowiadujemy się, że przyczyną była rywalizacja pomiędzy generałami dowodzącymi pogranicznymi armiami. Wiemy też, że doszło do napięć pomiędzy wyznawcami buddyzmu, a tradycyjnej religii bon. Były one na tyle poważne, że w 843 buddyzm został zakazany. Przyjmuje się, że rozpad imperium nastąpił w 877 roku, do roku 889 na terenie Tybetu istniało wiele mniej lub bardziej niezależnych organizmów politycznych.
Naukowcy z Chin i Kanady wykorzystali osady z jezior z zachodniej części Wyżyny Tybetańskiej i stwierdzili, że pomiędzy VII a IX wiekiem doszło do tak znacznych zmian klimatycznych, iż odegrały one kluczową rolę w upadku imperium tybetańskiego. Okres potęgi imperium, lata ok. 600 do 800, zbiega się bowiem z niezwykle ciepłym i wilgotnym okresem. Natomiast czas, gdy imperium upadało (800-877) był okresem poważnych susz. W osadach z jezior widać, że w tym czasie okrzemki typowe dla planktonu występującego w całej kolumnie wody zostały zastąpione przez okrzemki strefy dennej (bentalu). Świadczy to o wysychaniu jezior.
Poważne susze w połączeniu ze zmniejszeniem zdolności targanego konfliktami społeczeństwa do dostosowania się do nowej rzeczywistości, mogły prowadzić do szybkiego spadku plonów, co z kolei napędzało konflikty i przyspieszyło upadek imperium. Chociaż upadek tego silnego imperium tłumaczy się często przyczynami religijnymi i politycznymi, nasze analizy pokazują, że pogarszające się warunki klimatyczne mogły upadek ten przyspieszyć, stwierdzają autorzy badań.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Podczas Zimnej Wojny US Army założyła na Grenlandii tajną bazę Camp Century. Wykonany tam odwiert o głębokości 1390 metrów sięgnął pod pokrywę lodową, pozwalając na pobranie 3,6-metrowego rdzenia gleby i skał. Rdzeń trafił do zamrażarki i zapomniano o nim. Został przypadkowo odkryty w 2017 roku. Okazało się, że w pobranej próbce znajdują się liście i mchy pochodzące z czasów, gdy ten region Grenlandii był wolny od lodu. Kiedy jednak to było? Najnowsze badania dały zaskakującą odpowiedź na to pytanie.
Jeszcze do niedawna sądzono, że Grenlandia w znacznej mierze pokryta jest lodem od wielu milionów lat. Przed dwoma laty, używając rdzenia z Camp Century, naukowcy wykazali, że prawdopodobnie nie było tam lodu mniej niż milion lat temu. Inni naukowcy, pracujący na środkowej Grenlandii, wykazali, że lód ustąpił tam co najmniej raz w ciągu ostatniego 1,1 miliona lat. Jednak dotychczas nie było wiadomo, kiedy miało to miejsce.
Naukowcy z University of Vermont, zbadali rdzeń z Camp Century wykorzystując zaawansowane techniki luminescencji oraz analizy rzadkich izotopów. Ich badania wykazały, że badane osady zostały naniesione przez płynącą wodę do wolnego od lodu środowiska w okresie interglacjalnym znanym jako Marine Isotope Stage 11. Miał on miejsce pomiędzy 424 a 374 tysiące lat temu. Badania te dowodzą, że w tym czasie znaczne obszary Grenlandii były wolne od lodu, a w wyniku ich roztapiania się poziom oceanów podniósł się o co najmniej 1,5 metra.
To pierwszy niezaprzeczalny dowód, że większa część pokrywy lodowej Grenlandii zniknęła, gdy zrobiło się cieplej, mówi współautor badań Paul Bierman. Przeszłość Grenlandii, zachowana w 3,6-metrowym rdzeniu sugeruje, że Ziemię czeka gorąca, wilgotna i w dużej mierze wolna od lodu przyszłość, chyba że znacząco zmniejszymy stężenie dwutlenku węgla w atmosferze, dodaje uczony.
Wyniki badań pokazują, że Grenlandia jest bardziej wrażliwa na zmiany klimatu niż dotychczas sądzono. Jako że znajduje się na niej wystarczająco dużo lodu, by po jego roztopieniu poziom oceanów wzrósł o 7 metrów, zagrożone są wszystkie kraje mające dostęp do mórz i oceanów.
Zawsze uważaliśmy, że pokrywa lodowa Grenlandii uformowała się około 2,5 miliona lat temu i była stabilna. Może na obrzeżach dochodziło do topnienia lub też opady śniegu powodowały, że stawała się niego grubsza, ale nigdy nie dochodziło na niej do dramatycznych zmian. Nasze badania pokazują, że zmiany takie zachodziły, dodaje Tammy Rittenour z Utach State University. To właśnie w jej laboratorium, które specjalizuje się w datowaniu luminescencyjnym, sprawdzano, kiedy ostatni raz ziarna minerałów z rdzenia były wystawione na działanie promieniowania słonecznego. Uzyskane tam wyniki skonfrontowano z badaniami izotopów w laboratorium Biermana na University of Vermont. Analizy stosunków izotopów berylu i innych pierwiastków dały odpowiedź na pytanie, jak długo skały były wystawione na działanie promieniowania kosmicznego, a jak długo były przed nim chronione przez warstwę lodu. Dzięki temu naukowcy stwierdzili, że osady pobrane w Camp Century zostały wystawione na działanie promieniowania słonecznego na mniej niż 14 000 lat przed tym, zanim znalazły się pod lodem. To pozwoliło znacząco zawęzić okres, w którym ta część Grenlandii była wolna od lodu.
Założony w latach 60. XX wieku Camp Century był tajną bazą wojskową ukrytą w tunelach wydrążonych w lodzie. Na powierzchni oficjalnie znajdowała się zaś arktyczna stacja naukowa. Baza wojskowa powstała w ramach Project Iceworm, którego celem było umieszczenie setek rakiet z głowicami atomowymi pod lodem w pobliżu granic Związku Radzieckiego. Na powierzchni prowadzono zaś badania naukowe, niejednokrotnie jedyne w swoim rodzaju. W ich ramach wykonano wspomniany głęboki odwiert. Wojskowi naukowcy zainteresowani byli samym lodem, chcieli m.in. zrozumieć ziemskie epoki lodowe. Dlatego nie przywiązywali uwagi do osadów wydobytych spod lodu. W latach 70. osady te przeniesiono z wojskowego laboratorium na University at Buffalo, gdzie pomogły w lepszym datowaniu epok lodowych. Później nikt się nimi nie interesował. W 1993 roku przekazano je na Uniwersytet w Kopenhadze. Tam o nich zapomniano.
Camp Century znajduje się 222 kilometry w głąb Grenlandii, ok. 1300 kilometrów od Bieguna Północnego. Teraz wiemy, że zaledwie 400 000 lat temu ten region był wolny od lodu. A to oznacza, że Grenlandia jest bardziej wrażliwa na ocieplenie klimatu. niż przypuszczali naukowcy. Bierman przypomina, że wówczas na morskich wybrzeżach nie było miast. Teraz znajdują się tam duże aglomeracje jak Nowy Jork, Miami, Amsterdam, Mumbaj czy Szanghaj. Kilkumetrowy wzrost poziomu morza to dla nich olbrzymie zagrożenie.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Klimat Ziemi przechodził zmienne koleje losu, od bardzo gorącego po epoki lodowe. Mimo to życie na naszej planecie przetrwało 3,7 miliarda lat. Badacze z MIT potwierdzili właśnie, że Ziemia posiada działający na przestrzeni setek tysięcy lat mechanizm regulacji, dzięki któremu nie dochodzi do katastrofalnych zmian klimatu, które mogłyby zakończyć historię życia.
Naukowcy od dawna podejrzewali, że cykl węglanowo-krzemianowy odgrywa ważną rolę w ziemskim obiegu węgla. Polega on na wiązaniu atmosferycznego CO2 przez skały. Teraz udało się zdobyć bezpośrednie dowody, że działa on w skali geologicznej jak stabilizator klimatu.
Nowe dowody opierają się na badaniach danych paleoklimatycznych i zmianach średnich temperatur na Ziemi na przestrzeni ostatnich 66 milionów lat. Naukowcy z MIT przeprowadzili analizy matematyczne, by sprawdzić, czy pojawi się jakiś wzorzec, który wskazywałby na istnienie mechanizmu stabilizującego globalne temperatury w skali geologicznej. I taki wzorzec znaleźli. Pojawia się on na przestrzeni setek tysięcy lat, co jest zgodne ze skalą, w jakiej powinien działać mechanizm stabilizujący wywoływany przez wietrzenie krzemianów.
Z jednej strony to dobra wiadomość, bo dzięki temu wiemy, że obecne globalne ocieplenie zostanie zniwelowane za pomocą tego mechanizmu. Jednak z drugiej strony, potrwa to setki tysięcy lat, a to zbyt wolno, by rozwiązać nasze obecne problemy, mówi Constantin Arnscheidt z MIT. Jest on, wraz z profesorem Danielem Rothmanem, współautorem badań.
Naukowcy już wcześniej widzieli pewne oznaki działania mechanizmu stabilizującego. Analizy chemiczne starych skał wskazywały bowiem, że przepływ węgla ze skorupy ziemskiej i do niej jest dość zrównoważony, nawet gdy dochodzi do znacznych zmian temperatur na Ziemi. Modele obliczeniowe wskazywały, że proces wietrzenia krzemianów może w pewnym stopniu stabilizować klimat. Ponadto sam fakt, że życie na Ziemi przetrwało miliardy lat sugerował istnienie jakiegoś wbudowanego, geologicznego, mechanizmu zapobiegającego ekstremalnym zmianom temperatury.
Mamy planetę, której klimat poddany był wielu dramatycznym zmianom. Dlaczego życie je przetrwało? Jedno z wyjaśnień brzmi, że musi istnieć jakiś mechanizm stabilizujący temperatury w zakresie zdanym dla życia. Jednak dotychczas nikt nie przedstawił dowodów, że taki mechanizm bez przerwy kontroluje klimat naszej planety, wyjaśnia Arnscheidt.
Rothman i Arnscheidtprzjrzeli się danym dotyczącym zmian temperatury na Ziemi. Informacje na ten temat pochodziły zarówno z analiz składu chemicznego muszli sprzed milionów lat, jak i z badań rdzeni lodowych. Nasze badania były możliwe tylko dzięki temu, że nauka dokonała olbrzymiego postępu w dziedzinie zwiększenia rozdzielczości danych temperaturowych. Dysponujemy więc zapisem z ostatnich 66 milionów lat, w którym poszczególne punkty pomiaru temperatury są oddalone od siebie najwyżej o kilka tysięcy lat, wyjaśniają uczeni.
Naukowcy wykorzystali stochastyczne równania różniczkowe, które są do poszukiwania wzorców w zestawach wysoce zmiennych danych. Okazało się, że w ten sposób można przewidzieć co się będzie działo z klimatem, jeśli istnieje mechanizm go stabilizujący. To trochę podobne do pędzącego samochodu. Gdy naciśniemy hamulec, upłynie trochę czasu, zanim samochód się zatrzyma. To właśnie nasza skala, w której klimat – w wyniku działania tego mechanizmu – powraca do stanu stabilnego – wyjaśniają uczeni. Gdyby taki mechanizm nie istniał, zmiany temperatury powinny zwiększać się z czasem. Jednak tak się nie dzieje. W pewnym momencie mechanizm stabilizujący jest silniejszy i nie dochodzi do ekstremalnych zmian, zagrażających istnieniu życia na Ziemi. Skala tych zmian – wynosząca setki tysięcy lat – jest zgodna z przewidywaniami dotyczącymi skali działania cyklu węglowo-krzemianowego.
Co ciekawe, naukowcy nie znaleźli żadnego mechanizmu, który stabilizowałby klimat w skali dłuższej niż milion lat. Zdaniem autorów badań, mieliśmy szczęście, że zmiany w tej skali nie były dotychczas ekstremalnie duże. Są dwie szkoły. Jedni mówią, że to przypadek, zdaniem innych – istnieje mechanizm stabilizujący. Na podstawie danych wykazaliśmy, że prawda prawdopodobnie leży po środku. Innymi słowy, istnieje mechanizm stabilizujący, ale i zwykłe szczęście odegrało rolę pomogło życiu na Ziemi przetrwać miliardy lat, wyjaśnia Arnscheidt.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Imperial College London i Natural History Museum opublikowali dwie prace, w których opisali wyniki badań nad populacją czterech gatunków brytyjskich trzmieli. W pierwszym z badań pokazali, jak stres środowiskowy historycznie zmieniał kształt skrzydeł zwierząt, w drugim zaś opisali metodę pozyskiwania DNA z kolekcji muzealnych, co pozwoli na badanie historii genetycznej trzmieli.
Na całym świecie dochodzi do spadku liczby owadów, zagrożonych jest coraz więcej gatunków. Olbrzymią rolę w zanikaniu owadów odgrywają pestycydy i zmiany klimatu. Naszą szczególną uwagę przyciągają znane nam zapylacze, jak pszczoła miodna czy właśnie trzmiele.
Brytyjscy naukowcy przyjrzeli się owadom przechowywanym w muzealnych zbiorach od 1900 roku. Szczególną uwagę zwracali na symetrię skrzydeł. Ich wysoka asymetria pokazuje bowiem, że zwierzęta zostały poddane wysokiemu stresowi środowiskowemu. Uczeni zauważyli, że od roku 1925 stres wywierany na trzmiele jest coraz większy. Każdy z czterech badanych gatunków wykazywał coraz większą reakcję na stres w drugiej połowie XX wieku. Gdy uczeni przyjrzeli się średniej rocznej temperaturze i poziomowi opadów i porównali te dane z danymi o asymetrii skrzydeł zauważyli, że do większej asymetrii dochodziło w latach cieplejszych i bardziej wilgotnych. Takie warunki zdarzają się coraz częściej, a to oznacza, że warunki środowiskowe są coraz bardziej niekorzystne dla trzmieli.
Skąd jednak pomysł, by badać okazy z kolekcji? Dotychczas naukowcy badający np. pszczoły miodne, sprawdzali zmiany ich zachowania w różnych warunkach, na przykład odległość, na jaką wysuwają żądła, czy też badali ekspresję genów czy zmiany ilości różnych molekuł w komórkach w reakcji na niekorzystne czynniki. Jednak wiele z tego typu badań wymaga użycia żywych owadów. Możemy zatem dowiedzieć się czegoś o tym, jak obecne warunki środowiskowe wpływają na owady. Brytyjczycy chcieli zaś wiedzieć, jak wyglądało to w przeszłości.
Dobrym przybliżeniem warunków życia owadów okazał się kształt ich skrzydeł. Im większa między nimi asymetria, w tym bardziej stresowym – zatem niekorzystnym – środowisku żył owad. Dzięki badaniom, które przeprowadziliśmy na trzmielach, z tego, co mówi nam asymetria ich skrzydeł i jak wyglądało to w ubiegłym wieku, możemy teraz przewidywać, że coraz cieplejsze i coraz bardziej wilgotne lata będą wywierały niekorzystne skutki na te owady, mówi doktor Richard Gill z Imperial College London, który specjalizuje się w badaniu wpływu działalności człowieka na trzmiele. Naukowiec uważa, że zmiana symetrii skrzydeł związana jest ze zmianami epigenetycznymi (zmianami ekspresji genów), do których dochodzi pod wpływem czynników środowiskowych. Grupa Gilla nie badała DNA owadów. Zajęła się tym natomiast grupa doktor Seliny Brace, ekspertki od starego DNA z Museum of Natural History.
Większość z owadów w muzealnych kolekcjach nie była konserwowana z myślą o jak najlepszym zachowaniu DNA. Stąd też trudności w jego pozyskaniu ze zbiorów muzealnych. Przeprowadziliśmy jedno z pierwszych badań, w ramach których w wielu zbiorach muzealnych poszukiwane było DNA przechowywanych tam owadów. Bardzo ważne jest byśmy rozumieli, jak materiał genetyczny się zachował. Zauważyliśmy, że ulega on bardzo szybkiej degradacji, ale z czasem ta degradacja spowalnia i pojawia się stały wzorzec degradacji i fragmentacji materiału genetycznego, wyjaśnia Selina.
Naukowcy dowiedzieli się więc, jak przebiega proces degradacji DNA owadów przechowywanych w muzeach, a to z kolei pozwoliło im opracować metody rekonstrukcji tego DNA. Dzięki temu już w najbliższej przyszłości można będzie wykorzystać badania DNA muzealnych okazów owadów do lepszego zrozumienia, jak zmiany środowiskowe wpływają na te zwierzęta oraz łączyć wyniki takich badań z wynikami badań morfologicznych dotyczących np. asymetrii skrzydeł.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.