Zgârie-nori din carbon

În ultimele săptămâni, am văzut evenimente meteorologice extreme care au înregistrat recorduri lovind în mod repetat titlurile, cu consecințe devastatoare. Schimbările climatice schimbă frecvența și intensitatea evenimentelor extreme, cum ar fi valurile de căldură, incendiile sălbatice și inundațiile, cu efecte enorme pentru societăți și economii oriunde s-ar întâmpla. În acest context, revizuim o postare a CEO-ului și cercetătorului principal, Climate Strain, Benjamin Strauss, cu privire la încă un record care este pe termen mai lung și mai puțin evident: rata accelerată de schimbare a nivelurilor de CO2 atmosferice.

Zgârie-nori din carbon

Acest articol face parte din noua serie a ISC, Transform21, care va explora starea cunoașterii și acțiunii, la cinci ani de la Acordul de la Paris și într-un an esențial pentru acțiune privind dezvoltarea durabilă. Această piesă a fost publicată pentru prima dată de Washington Post / Capital Weather Gang și Clima Central.

Viteza ucide.

De aceea, aruncarea gloanțelor dintr-o armă este mai periculoasă decât aruncarea cu mâna. De ce paracaidistii folosesc parașute. De ce drumurile au limite de viteză. Și de ce este esențial să înțelegem cât de repede activitatea umană va determina schimbarea climatului, comparativ cu ratele anterioare. Vom provoca schimbări treptate la care se pot adapta civilizația și viața pe Pământ - sau aprindem un incendiu care nu poate fi depășit?

Și așa se face că oamenii de știință se îndreaptă spre Antarctica înghețată, ca să foreze adânc în straturile sale de gheață și să scoată mii de picioare de zăpadă comprimată în gheață. Datează cu atenție fiecare strat, extrag mici bule de atmosferă antică și măsoară concentrația de dioxid de carbon, reglator al termostatului planetei.

Din această muncă grea, am învățat modelul din dinte de fierăstrău al nivelurilor de carbon în ultimii milioane de ani. A crescut rapid în timpul ascensiunilor până la intervale calde trecute, un pic asemănătoare climatului de astăzi și a coborât încet în lungele epoci glaciare dintre ele. De asemenea, putem observa creșterea bruscă recentă a dioxidului de carbon cauzată de oameni, în principal prin arderea combustibililor fosili pentru energie. Graficul folosit pentru a arăta acest salt este, fără îndoială, cea mai iconică figură din știința climei.

Pentru mine, a fost mult timp cea mai puternică ilustrare a pericolului schimbărilor climatice. Dintr-o privire, arată cât de mare este o abatere de la normal. Cu toate acestea, există o iluzie optică încorporată care subestimează foarte mult influența umană.

Pur și simplu, există o mulțime de timp strâns între capetele stânga și dreapta ale complotului - aproape un milion de ani. Ochiul cu greu poate face diferența dintre lățimile minuscule ocupate de o sută față de o mie de ani. În timp ce cel mai recent salt al carbonului este în mod clar cel mai înalt și cel mai abrupt, nu pare atât de abrupt decât multe creșteri care au avut loc înainte.

Dar creșterea recentă este de fapt mult mai abruptă decât orice salt trecut din acest record sau încă descoperită. Abruptitatea este ceea ce arată viteza de creștere a carbonului și viteza prezice pericolul. Cu cât clima se schimbă mai repede, cu atât societatea are mai puțină capacitate, împreună cu ecosistemele de care depindem, de a se adapta la noul anormal.

Puteți începe să vedeți diferența mărind pentru a privi doar o mică fracțiune recentă din cronologia figurii. Noile date din Antarctica tocmai ne-au oferit aspectul nostru cu cea mai înaltă rezoluție a dioxidului de carbon din ultimii 67,000 de ani:

În acea perioadă, puteți observa scăderea lentă a carbonului până când Pământul a atins cel mai rece punct al ultimei ere glaciare, acum aproximativ 20,000 de ani. Apoi, timp de șapte până la opt mii de ani (perioada dintre săgeți), carbonul a crescut în mod natural, încălzind planeta până aproape de climatul său actual - ospitalier pentru agricultură și civilizație.

Pur și simplu vârful din extrema dreaptă, legat de activitatea umană de la Revoluția industrială, este evident mult mai abrupt. Problema este că trebuia să ne apropiem pentru a vedea acest contrast - dar trebuie să mărim, ca prima figură, pentru contextul mai larg.

Din fericire, există o modalitate simplă de a arăta diferența de viteză a schimbării împreună cu un record foarte lung. În acest fel este să ne concentrăm asupra schimbării dioxidului de carbon pe perioadă de timp, în loc de nivel. Rezultatul dezvăluie zgârie-nori din carbon, care cade în falcă, în partea de sus a acestei piese.

Din câte știu eu, aceasta este prima dată când înregistrarea istorică a carbonului este descrisă în acest fel. Speranța mea în dezvoltarea acestei vizualizări este să arăt clar cât de dramatică a fost influența umană - și cât de gravă poate fi situația noastră.

Important, există și o față optimistă a acestei monede. Viteza și scara industriei umane pot fi, de asemenea, aplicate soluțiilor și, astăzi, avem potențialul de a ne deplasa rapid pentru a reduce emisiile. Prin intermediul energiei regenerabile și a altor tehnologii curate, și cu o politică inteligentă și voința de a acționa, națiunile lumii pot închide porțile de carbon mult mai rapid decât le-am deschis - în câteva decenii, nu secole.

Poate că complotul zgârie-nori nu a fost încercat până acum, deoarece nu avem citiri directe de dioxid de carbon pentru anii exacți necesari. Există lacune în înregistrare: pentru întreaga perioadă arătată, oamenii de știință au măsurători directe o dată la 400 de ani în jur - și aproximativ o dată la 800 de ani în părțile mai vechi ale cronologiei. Unele lacune depășesc 2,000 de ani. Motivul pentru care graficul tradițional arată complet este că se trasează o linie între observații, conectând în esență punctele. Dar, dintr-o perspectivă științifică, acesta nu este cel mai bun mod de a completa lacunele.

Pentru a îmbunătăți această abordare, colegul meu Scott Kulp a folosit rețelele neuronale, o formă de inteligență artificială, pentru a construi o curbă continuă din datele neuniforme, prezentate chiar mai jos, și pentru a permite estimări pentru orice an. Zgârie-nori din carbon este construit luând citiri din curbă la fiecare 1,000 de ani înapoi din prezent.

Curba reconstruită se potrivește bine cu datele. Dar zgârie-nori de 1,000 de ani încă subestimează situația noastră dificilă.

De ce? Bucățile de timp de 1,000 de ani nu pot surprinde viteza saltului modern al carbonului, care a avut loc aproape în secolul trecut. Dacă am putea face un complot de zgârie-nori de 100 de ani, aspectul său ar fi și mai puternic. Ar semăna mult cu zgârie-nori de 1,000 de ani, dar cu schimbarea medie pe perioadă - cu excepția ultimului vârf - împărțită la zece, creând un contrast și mai mare. Din păcate, golurile de date din majoritatea înregistrărilor sunt încă prea lungi pentru a da încredere într-o reconstrucție cu o rezoluție de 100 de ani. Sau poate că este norocos: versiunea de 1,000 de ani pare destul de descurajantă.

Un lucru este clar la orice rezoluție: omenirea este pe un curs accentuat, cu schimbări climatice rapide și destabilizante, cu excepția cazului în care putem încetini dramatic și opri poluarea atmosferei. După aceea, poate vom găsi chiar și o modalitate de a o inversa.

Metodă detaliată pentru estimarea nivelurilor de CO2 în ultimii ani fără date
Dezvoltat și implementat de Scott Kulp, Ph.D., Senior Computational Scientist, Climate Central

Pentru date brute despre concentrațiile anterioare de CO2, am folosit datele de CO800 antarctice revizuite 2KYr CO2015 Data (Bereiter și colab. 2020) de la World Data Center for Paleoclimatology, Boulder și NOAA Paleoclimatology Program, accesat în mai 8,877. Pentru perioada de la 67,257 - 2020 de ani înainte de prezent (3), am schimbat date mai recente din WAIS Divide Ice Core Marine Isotope Stage 2 CO2020 record (Brook XNUMX) la Centrul de date al programului antarctic al SUA.

Pentru a prezice concentrația de CO2 pe baza anului, pentru a completa anii lipsă din înregistrarea directă, am construit o rețea neuronală artificială perceptron multistrat, instruită pe observații bazate pe eșantioane de miez de strat de gheață din Antarctica din zilele noastre până la 800,000 de ani BP. Există 1952 astfel de observații, deși nu sunt distribuite uniform, cu mai mult de jumătate reprezentând puncte înainte de 100,000 BP.

Rețelele neuronale sunt utilizate în mod obișnuit pentru analize de regresie foarte neliniare, cum ar fi aceasta. Rețeaua noastră neuronală conține 4 straturi: un strat de intrare cu 1 nod (luând anul ca o singură intrare), două straturi ascunse cu 100 și respectiv 10 noduri și un strat de ieșire cu 1 nod (concentrația de CO2 prevăzută). Modelul a fost instruit folosind Deep Learning Toolbox al Matlab, folosind funcția de propagare înapoi Levenberg-Marquardt. 1854 din probe au fost alese aleatoriu pentru a fi utilizate ca set de antrenament, 49 au fost utilizate pentru setul de validare, iar restul de 49 au fost utilizate ca set de testare. Antrenamentul a durat până când predicțiile făcute cu setul de validare s-au înrăutățit de-a lungul a 6 epoci consecutive, cu prejudecată finală la 0.0025 și eroare pătrată medie rădăcină la 4.0 părți pe milion (ppm) pentru setul de antrenament și 0.46 / 4.19 ppm pentru setul de testare independent . Aceste performanțe puternice și similare dintre seturile de antrenament și testare indică faptul că modelul nu a fost prea puternic.

Am întrebat apoi modelul pentru a obține estimări ale nivelului de CO2 de la 1,000 la 800,000 de ani înainte de prezent (luate ca 2019) la intervale de 1,000 de ani și am folosit 409 ppm ca nivel actual. Media globală a fost de 411 ppm în 2019, dar nivelurile de CO2 din Antarctica sunt cu aproximativ 2 ppm mai mici decât media globală, așa că am făcut o ajustare pentru a explica faptul că nivelurile de CO2 ale miezului de gheață provin din Antarctica. În cele din urmă, am luat diferențe pentru a calcula modificarea CO2 pentru fiecare 1,000 de ani.

Benjamin Strauss

Benjamin Strauss
CEO și om de știință șef, Climate Central

Dr. Benjamin Strauss a fost ales președinte și CEO al Climate Central în aprilie 2018 și servește și ca științific șef. Este autor al numeroaselor lucrări științifice și rapoarte privind creșterea nivelului mării și este arhitect al suitei de hărți, instrumente și vizualizări Surging Seas.

Consultați site-ul web Climate Central pentru o biografie completă și publicații selectate.

VEZI TOATE ARTICOLELE LEGATE

  • Avertisment: Traducerile sunt generate automat de Google Translate și pot conține erori. ISC nu este responsabil pentru nicio daune sau probleme care pot apărea din aceste traduceri. Puteți oferi feedback-ul dvs. trimițându-ne un e-mail la webmaster@council.science
    Notă: Vă rugăm să rețineți că „Summitul științific de la Adunarea Generală a ONU” din septembrie 2023 nu este un eveniment al Consiliului Internațional de Știință. Consiliul Științific Internațional nu are nicio asociere cu acest eveniment și nici cu organizatorul evenimentului.
    • Salt la conținut