El gratacels de carboni

En les últimes setmanes, hem vist esdeveniments meteorològics extrems que van batre rècords repetidament als titulars, amb conseqüències devastadores. El canvi climàtic està canviant la freqüència i la intensitat dels esdeveniments extrems com les onades de calor, els incendis forestals i les inundacions, amb efectes enormes per a les societats i les economies allà on afectin. En aquest context, revisem una publicació del director general i científic principal de Climate Central, Benjamin Strauss, sobre un rècord més a llarg termini i menys evident: l'acceleració de la taxa de canvi en els nivells de CO2 atmosfèric.

El gratacels de carboni

Aquest article forma part de la nova sèrie de l'ISC, Transformar21, que explorarà l'estat del coneixement i l'acció, cinc anys després de l'Acord de París i en un any cabdal per a l'acció en matèria de desenvolupament sostenible. Aquesta peça va ser publicada per primera vegada per The Washington Post/Capital Weather Gang i clima central.

La velocitat mata.

És per això que disparar bales amb una pistola és més perillós que llançar-les amb la mà. Per què els paracaigudistes utilitzen paracaigudes. Per què les carreteres tenen límits de velocitat. I per què és fonamental entendre amb quina rapidesa l'activitat humana farà que el clima canviï, en comparació amb les taxes anteriors. Provocarem canvis graduals als quals la civilització i la vida a la Terra puguin adaptar-se, o estem encenent un incendi forestal que no es pot superar?

I així és que els científics viatgen a la gelida Antàrtida, per perforar profundament les seves plaques de gel i treure milers de peus de neu comprimida en gel. Daten acuradament cada capa, extreuen petites bombolles de l'atmosfera antiga i mesuren la concentració de diòxid de carboni, sintonitzador del termòstat del planeta.

D'aquest treball dur, hem après el patró de dents de serra dels nivells de carboni durant els darrers milió d'anys. S'ha disparat ràpidament durant les pujades a intervals càlids passats, una mica com el clima actual, i s'ha avançat lentament cap a les llargues edats de gel entre elles. També podem veure el fort augment recent del diòxid de carboni que han provocat els humans, principalment per la crema de combustibles fòssils per obtenir energia. El gràfic utilitzat per mostrar aquest salt és sens dubte la figura més emblemàtica de la ciència del clima.

Per a mi, fa temps que ha estat la il·lustració més poderosa del perill del canvi climàtic. D'un cop d'ull, mostra l'enorme desviació que hem fet de la normalitat. No obstant això, hi ha una il·lusió òptica integrada que subestima molt la influència humana.

En poques paraules, hi ha molt de temps esquinçat entre els extrems esquerre i dret de la trama, gairebé un milió d'anys. L'ull difícilment pot distingir entre les petites amplades ocupades per cent i mil anys. Tot i que el salt més recent de carboni és clarament el més alt i costerut, no sembla gaire més pronunciat que molts augments que hi van haver abans.

Però l'augment recent és, de fet, molt més pronunciat que qualsevol salt anterior en aquest registre o encara descobert. La inclinació és el que mostra l'augment de la velocitat del carboni, i la velocitat prediu perill. Com més ràpid canvia el clima, menys capacitat té la societat, juntament amb els ecosistemes dels quals depenem, per adaptar-se al nou anormal.

Podeu començar a veure la diferència fent zoom per mirar només una petita fracció recent de la línia de temps de la figura. Les noves dades de l'Antàrtida ens acaben de donar la nostra imatge de diòxid de carboni amb més alta resolució fins ara durant els darrers 67,000 anys:

Dins d'aquest període, es pot veure la lenta disminució del carboni fins que la Terra va arribar al punt més fred de l'última edat glacial, fa uns 20,000 anys. Aleshores, durant set a vuit mil anys (el període entre les fletxes), el carboni es va disparar de manera natural, escalfant el planeta a prop del seu clima actual, hospitalari per a l'agricultura i la civilització.

L'espiga de l'extrema dreta, vinculada a l'activitat humana des de la Revolució Industrial, és òbviament molt més pronunciada. El problema és que havíem d'apropar-nos per veure aquest contrast, però hem d'allunyar-nos, com la primera figura, per al context més ampli.

Afortunadament, hi ha una manera senzilla de mostrar la diferència de velocitat de canvi juntament amb un registre molt llarg. D'aquesta manera es centra en el canvi de diòxid de carboni per període de temps, en comptes de nivell. El resultat revela l'al·lucinant gratacels de carboni a la part superior d'aquesta peça.

Que jo sàpiga, aquesta és la primera vegada que el registre històric de carboni es representa d'aquesta manera. La meva esperança en desenvolupar aquesta visualització és mostrar clarament com de dramàtica ha estat la influència humana i com de greu pot ser la nostra situació.

És important destacar que aquesta moneda també té una cara optimista. La velocitat i l'escala de la indústria humana també es poden aplicar a solucions, i avui tenim el potencial d'avançar ràpidament per reduir les emissions. Mitjançant les energies renovables i altres tecnologies netes, i amb una política intel·ligent i la voluntat d'actuar, les nacions del món poden tancar les comportes de carboni molt més ràpidament del que les vam obrir, d'aquí a unes dècades, no segles.

Potser la trama del gratacel no s'ha provat abans perquè no tenim lectures directes de diòxid de carboni per als anys exactes necessaris. Hi ha llacunes en el registre: durant tot el període mostrat, els científics tenen mesures directes una vegada cada 400 anys de mitjana, i aproximadament una vegada cada 800 anys a les parts més antigues de la línia de temps. Alguns buits superen els 2,000 anys. La raó per la qual el gràfic tradicional sembla complet és que es dibuixa una línia entre les observacions, essencialment connectant els punts. Però des d'una perspectiva científica, aquesta no és la millor manera d'omplir els buits.

Per millorar aquest enfocament, el meu col·lega Scott Kulp va utilitzar xarxes neuronals, una forma d'intel·ligència artificial, per construir una corba contínua a partir de les dades irregulars, que es mostren just a continuació, i permetre estimacions per a qualsevol any. El gratacels de carboni es construeix prenent lectures de la corba cada 1,000 anys des del present.

La corba reconstruïda s'ajusta bé a les dades. Però el gratacel de 1,000 anys encara subestima la nostra situació.

Per què? Els trossos de temps de 1,000 anys de durada no poden captar la velocitat del salt de carboni modern, gairebé tots els quals han tingut lloc durant el segle passat. Si poguéssim fer una trama de gratacels de 100 anys, la seva aparença seria encara més cruda. S'assemblaria molt al gratacel de 1,000 anys, però amb el canvi mitjà per període, excepte l'últim pic, dividit per deu, creant un contrast encara més gran. Malauradament, els buits de dades en la major part del registre són encara massa llargs per confiar en una reconstrucció amb una resolució de 100 anys. O potser això és una sort: la versió de 1,000 anys sembla prou descoratjadora.

Una cosa està clara en qualsevol resolució: la humanitat està en un curs accidentat amb canvis climàtics ràpids i desestabilitzadors, tret que puguem frenar dràsticament i aturar la nostra contaminació de l'atmosfera. Després d'això, potser fins i tot podem trobar una manera de posar-ho al revés.

Mètode detallat per estimar els nivells de CO2 dels últims anys sense dades
Desenvolupat i implementat per Scott Kulp, Ph.D., científic informàtic sènior, Climate Central

Per obtenir dades brutes sobre concentracions de CO2 anteriors, hem utilitzat les dades de CO800 revisades de 2KYr de nuclis de gel antàrtics (Bereiter et al. 2015) del World Data Center for Paleoclimatology, Boulder i el programa de paleoclimatologia de la NOAA, a les quals es va accedir el maig de 2020. Per al període de 8,877 - 67,257 anys abans de l'actualitat (2020), vam intercanviar dades més recents del registre de CO3 de l'etapa 2 de l'isòtop marí de WAIS Divide Ice Core (Brook 2020) al Centre de dades del Programa Antàrtic dels EUA.

Per predir la concentració de CO2 en funció de l'any, per omplir els anys que falten al registre directe, vam construir una xarxa neuronal artificial de perceptrons multicapa, entrenada a partir d'observacions basades en mostres de nucli de la capa de gel antàrtica des de l'actualitat fins a 800,000 anys BP. Hi ha 1952 observacions d'aquest tipus, tot i que no estan distribuïdes uniformement, amb més de la meitat que representen punts abans de 100,000 BP.

Les xarxes neuronals s'utilitzen habitualment per a anàlisis de regressió altament no lineals, com aquesta. La nostra xarxa neuronal conté 4 capes: una capa d'entrada d'1 node (prenent l'any com una entrada única), dues capes ocultes amb 100 i 10 nodes, respectivament, i una capa de sortida d'1 node (la concentració de CO2 prevista). El model es va entrenar mitjançant la caixa d'eines d'aprenentatge profund de Matlab, utilitzant la funció de retropropagació de Levenberg-Marquardt. 1854 de les mostres es van escollir aleatòriament per utilitzar-les com a conjunt d'entrenament, 49 es van utilitzar per al conjunt de validació i les 49 restants es van utilitzar com a conjunt de proves. L'entrenament es va executar fins que les prediccions fetes amb el conjunt de validació van empitjorar durant 6 èpoques consecutives, amb el biaix final a 0.0025 i l'error quadrat mitjà de 4.0 parts per milió (ppm) per al conjunt d'entrenament i 0.46/4.19 ppm per al conjunt de proves independent. . Aquests rendiments forts i similars entre els conjunts d'entrenament i de prova indiquen que el model no s'ajustava gaire.

A continuació, vam consultar el model per obtenir estimacions del nivell de CO2 entre 1,000 i 800,000 anys abans de l'actualitat (pres com a 2019) a intervals de 1,000 anys i vam utilitzar 409 ppm com a nivell actual. La mitjana mundial va ser de 411 ppm el 2019, però els nivells de CO2 a l'Antàrtida són aproximadament 2 ppm inferiors a la mitjana mundial, de manera que vam fer un ajust per tenir en compte el fet que els nivells de CO2 del nucli de gel provenen de l'Antàrtida. Finalment, vam prendre diferències per calcular el canvi de CO2 per cada 1,000 anys.

Benjamin Strauss

Benjamin Strauss
CEO i científic en cap de Climate Central

El doctor Benjamin Strauss va ser escollit president i conseller delegat de Climate Central l'abril de 2018 i també exerceix com a científic en cap. És autor de nombrosos articles científics i informes sobre l'augment del nivell del mar i és l'arquitecte de la suite Surging Seas de mapes, eines i visualitzacions.

Consulteu el lloc web de Climate Central per obtenir una biografia completa i publicacions seleccionades.

VEURE TOTS ELS ARTICLES RELACIONATS

  • Exempció de responsabilitat: Les traduccions les genera automàticament Google Translate i poden contenir errors. L'ISC no es fa responsable dels danys o problemes que puguin sorgir d'aquestes traduccions. Pots enviar els teus comentaris enviant-nos un correu electrònic a webmaster@council.science
    Nota: Tingueu en compte que la "Cimera de la Ciència a l'Assemblea General de les Nacions Unides" del setembre de 2023 no és un esdeveniment del Consell Internacional de la Ciència. L'International Science Council no té cap associació amb aquest esdeveniment ni amb l'organitzador de l'esdeveniment.
    • Anar al contingut