La karbona ĉielskrapanto - Internacia Scienca Konsilio

Ĉi tiu artikolo estas parto de la nova serio de la ISC, Transformi21, kiu esploros la staton de scio kaj agado, kvin jarojn post la Pariza Interkonsento kaj en pivota jaro por agado pri daŭripovo. Ĉi tiu peco unue estis publikigita de La Washington Post/Capital Weather Gang kaj Klimata Centra.

Rapido mortigas.

Tial pafi kuglojn el pafilo estas pli danĝere ol ĵeti ilin permane. Kial ĉielplonĝistoj uzas paraŝutojn. Kial vojoj havas rapidlimojn. Kaj kial estas grave kompreni kiom rapide homa aktiveco igos la klimaton ŝanĝiĝi, kompare kun pasintaj tarifoj. Ĉu ni kaŭzos laŭgradajn ŝanĝojn, al kiuj civilizo kaj vivo sur la Tero povas adaptiĝi—aŭ ĉu ni ekbruligas fajron, kiu ne povas esti forkurata?

Kaj tiel estas, ke sciencistoj marŝas al frida Antarkto, por profunde bori en ĝiajn glacitavolojn kaj eltiri milojn da futoj da neĝo kunpremita en glacion. Ili zorge datas ĉiun tavolon, ĉerpas etajn vezikojn de antikva atmosfero, kaj mezuras la koncentriĝon de karbondioksido, agordilo de la termostato de la planedo.

De ĉi tiu malfacila laboro, ni lernis la segildentan ŝablonon de karbonniveloj dum la pasintaj milionoj da jaroj. Ĝi rapide supreniris dum grimpadoj al pasintaj varmaj intervaloj iom kiel la hodiaŭa klimato, kaj malrapide malrapidiĝis en la longajn glaciepokojn inter ili. Ni ankaŭ povas vidi la akran lastatempan kreskon de karbondioksido, kiun homoj kaŭzis, ĉefe per brulado de fosiliaj brulaĵoj por energio. La grafikaĵo uzita por montri ĉi tiun salton estas verŝajne la plej ikoneca figuro en klimatscienco.

Por mi, ĝi longe estas la plej potenca ilustraĵo de la danĝero de klimata ŝanĝo. Unuvide, ĝi montras kiom grandega foriro ni faris de normalo. Tamen ekzistas enkonstruita optika iluzio, kiu tre subtaksas homan influon.

Simple dirite, estas multe da tempo dispremita inter la maldekstraj kaj dekstraj finoj de la intrigo—preskaŭ miliono da jaroj. La okulo apenaŭ povas konstati la diferencon inter la etaj larĝoj okupataj de cent kontraŭ mil jaroj. Dum la plej lastatempa salto en karbono estas klare la plej alta kaj kruta, ĝi ne aspektas tiom pli kruta ol multaj pliiĝoj kiuj venis antaŭ ĝi.

Sed la lastatempa kresko estas fakte multe pli kruta ol iu pasinta salto en ĉi tiu rekordo aŭ ankoraŭ malkovrita. Kruteco estas kio montras la rapidecon de karbona pliiĝo—kaj rapideco antaŭdiras danĝeron. Ju pli rapide la klimataj ŝanĝoj, des malpli da kapablo havas la socio, kune kun la ekosistemoj de kiuj ni dependas, por adaptiĝi al la nova nenormala.

Vi povas komenci vidi la diferencon zomante por rigardi nur malgrandan lastatempan frakcion de la templinio de la figuro. Novaj datumoj de Antarkto ĵus donis al ni nian plej alt-rezolucian aspekton de karbondioksido dum la lastaj 67,000 jaroj:

Ene de tiu periodo, vi povas vidi la malrapidan malkreskon de karbono ĝis la Tero atingis la plej malvarman punkton de la lasta glaciepoko, antaŭ proksimume 20,000 jaroj. Tiam, dum sep ĝis ok mil jaroj (la periodo inter la sagoj), karbono nature ŝprucis, varmigante la planedon ĝis proksime al ĝia nuna klimato - gastama por agrikulturo kaj civilizo.

La pura pikilo ĉe la ekstrema dekstro, ligita al homa aktiveco ekde la Industria Revolucio, estas evidente multe pli kruta. La problemo estas, ke ni bezonis zomi vojon por vidi ĉi tiun kontraston—sed devas zomi vojon eksteren, kiel la unua figuro, por la pli larĝa kunteksto.

Feliĉe, ekzistas simpla maniero montri la diferencon en rapido de ŝanĝo kune kun tre longa rekordo. Tiel estas koncentriĝi pri la ŝanĝo en karbondioksido laŭ tempodaŭro, anstataŭ sur la nivelo. La rezulto rivelas la makzelon de karbona ĉielskrapanto ĉe la supro de ĉi tiu peco.

Laŭ mia scio, ĉi tiu estas la unua fojo, ke la historia karbon-rekordo estas tiel prezentita. Mia espero en evoluigado de ĉi tiu bildigo estas klare montri kiom drama estis la homa influo—kaj kiom grava nia situacio povas esti.

Grave, ankaŭ estas optimisma flanko de ĉi tiu monero. La rapideco kaj skalo de homa industrio ankaŭ povas esti aplikataj al solvoj, kaj hodiaŭ ni havas la eblecon rapide moviĝi por redukti emisiojn. Per renovigebla energio kaj aliaj puraj teknologioj, kaj kun inteligenta politiko kaj la volo agi, la nacioj de la mondo povas fermi la karbonajn pordojn multe pli rapide ol ni malfermis ilin—en kelkaj jardekoj, ne jarcentoj.

Eble la ĉielskrapanta intrigo ne estis provita antaŭe ĉar ni ne havas rektajn karbondioksidajn legaĵojn por la precizaj jaroj bezonataj. Estas mankoj en la rekordo: dum la tuta periodo montrita, sciencistoj havas rektajn mezuradojn unufoje je 400 jaroj aŭ tiel averaĝe—kaj proksimume unufoje je 800 jaroj en la pli malnovaj partoj de la templinio. Kelkaj interspacoj superas 2,000 jarojn. La kialo, ke la tradicia grafeo aspektas kompleta estas, ke linio estas desegnita inter observaĵoj, esence ligante la punktojn. Sed el scienca perspektivo, tio ne estas la plej bona maniero plenigi la mankojn.

Por plibonigi tiun aliron, mia kolego Scott Kulp uzis neŭralajn retojn, formon de artefarita inteligenteco, por konstrui kontinuan kurbon el la neregulaj datumoj, montritaj ĝuste malsupre, kaj permesi taksojn por iu jaro. La karbona ĉielskrapanto estas konstruita prenante valorojn de la kurbo ĉiujn 1,000 jarojn revenante de la nuntempo.

La rekonstruita kurbo havas bonan kongruon al la datenoj. Sed la 1,000-jara ĉielskrapanto ankoraŭ subtaksas nian malfacilaĵon.

Kial? Tempopecoj 1,000 jarojn longaj ne povas kapti la rapidecon de la moderna karbonsalto, preskaŭ ĉio el kiu okazis en la lasta jarcento. Se ni povus fari 100-jaran ĉielskrapantan intrigon, ĝia aspekto estus eĉ pli severa. Ĝi aspektus tre kiel la 1,000-jara ĉielskrapanto, sed kun la averaĝa ŝanĝo po periodo—krom la lasta pikilo—dividita per dek, kreante eĉ pli grandan kontraston. Bedaŭrinde, datumaj mankoj tra la plej granda parto de la rekordo estas ankoraŭ tro longaj por konfidi al rekonstruo kun 100-jara rezolucio. Aŭ eble tio estas bonŝanca: la 1,000-jara versio aspektas sufiĉe timiga.

Unu afero estas klara je ajna rezolucio: la homaro estas sur rapida kurso kun rapidaj, malstabiligaj klimataj ŝanĝoj, krom se ni povas draste malrapidigi kaj haltigi nian poluadon de la atmosfero. Post tio, eble ni eĉ povas trovi manieron meti ĝin inverse.

Detala metodo por taksi CO2-nivelojn en pasintaj jaroj sen datumoj
Disvolvita kaj efektivigita de Scott Kulp, Ph.D., Senior Computational Scientist, Climate Central

Por krudaj datumoj pri pasintaj CO2-koncentriĝoj, ni uzis la Antarktajn Glacikernojn Reviziitajn 800KYr CO2-Datumojn (Bereiter et al. 2015) de la Monda Datuma Centro por Paleoklimatologio, Boulder kaj la NOAA-Paleoklimatologia Programo, alirita en majo 2020. Por la periodo ekde 8,877. – 67,257 jarojn antaŭ nun (2020), ni interŝanĝis pli freŝajn datumojn de la WAIS Divide Ice Core Marine Isotope Stage 3 CO2-rekordo (Brook 2020) ĉe la Usona Antarkta Programo-Datumcentro.

Por antaŭdiri CO2-koncentriĝon surbaze de jaro, por plenigi jarojn mankantajn el la rekta rekordo, ni konstruis plurtavolan perceptron-artefaritan neŭralan reton, trejnitan sur observoj bazitaj sur antarktaj glacitavolo-kernprovaĵoj de la nuna ĝis 800,000 jaroj BP. Ekzistas 1952 tiaj observaĵoj, kvankam ili ne estas egale distribuitaj, kun pli ol duono reprezentante punktojn antaŭ 100,000 BP.

Neŭralaj retoj estas ofte uzitaj por tre neliniaj regresanalizoj, kiel ekzemple tiu-ĉi. Nia neŭrala reto enhavas 4 tavolojn: 1-noda eniga tavolo (prenante la jaron kiel ununuran enigaĵon), du kaŝitajn tavolojn kun 100 kaj 10 nodoj, respektive, kaj 1-noda eliga tavolo (la antaŭvidita CO2-koncentriĝo). La modelo estis trejnita uzante Deep Learning Toolbox de Matlab, utiligante la Levenberg-Marquardt-malantaŭdisvastigan funkcion. 1854 el la specimenoj estis hazarde elektitaj por esti uzataj kiel la trejna aro, 49 estis uzataj por la validumaro, kaj la ceteraj 49 estis uzataj kiel la testaro. La trejnado kuris ĝis antaŭdiroj faritaj kun la validumaro plimalboniĝis dum 6 sinsekvaj epokoj, kun la fina biaso ĉe 0.0025 kaj radika averaĝa kvadrata eraro ĉe 4.0 partoj per miliono (ppm) por la trejnaro, kaj 0.46/4.19 ppm por la sendependa testaro. . Ĉi tiuj fortaj kaj similaj prezentoj inter la trejnado kaj testado indikas ke la modelo ne forte trompis.

Ni tiam pridemandis la modelon por akiri CO2-nivelajn taksojn je 1,000 tra 800,000 jaroj antaŭ la nuna (prenita kiel 2019) je 1,000-jaraj intervaloj, kaj uzis 409 ppm kiel la nunan nivelon. La tutmonda mezumo estis 411 ppm en 2019, sed CO2-niveloj super Antarkto estas proksimume 2 ppm pli malaltaj ol la tutmonda mezumo, do ni faris alĝustigon por kalkuli la fakton, ke la glacikernaj CO2-niveloj venas de Antarkto. Fine, ni prenis diferencojn por kalkuli la ŝanĝon en CO2 por ĉiu 1,000 jaroj.

Benjamin Strauss
Ĉefoficisto kaj Ĉefsciencisto, Climate Central

D-ro Benjamin Strauss estis elektita Prezidanto kaj Ĉefoficisto de Climate Central en aprilo 2018 kaj ankaŭ funkcias kiel Ĉefa Sciencisto. Li estas verkinto de multaj sciencaj artikoloj kaj raportoj pri marnivelo pliiĝo kaj estas arkitekto de la Surging Seas serio de mapoj, iloj kaj bildigoj.

Vidu la retejon de Climate Central por plena biografio kaj elektitaj publikaĵoj.