A klímakutatás egyik legfontosabb kérdése, hogy mennyire érzékeny a Föld éghajlata az emberi tevékenység által okozott változásokra, azaz a szén-dioxid és egyéb üvegházhatású gázok szintjének növekedésére. Az éghajlat érzékenységét a klímaszenzitivitásal jellemzik, amely megadja, hogy a légköri szén-dioxid-szint megduplázódása hány fokkal növelné a Föld átlaghőmérsékletét.

Az American Geophysical Union folyóiratában a nyáron megjelent tanulmány egymástól független módszerek és bizonyítékok felhasználásával próbálja minél pontosabban meghatározni ezt az értéket. Egy másik, nemrég a Nature tudományos folyóiratban közölt tanulmány – amiről már röviden írt a Qubit – pedig a közel 20 ezer évvel ezelőtti utolsó jégkorszaki maximum hőmérsékleti változásait használja ugyanerre.

Mindkét jelentős tudományos munka arra jut, hogy a klímaszenzitivitás (ECS, equilibrium climate sensitivity) nagyjából 2,3 fok és 4,5 fok közé esik. Vagyis ha a légköri szén-dioxid-szintet az ipari forradalom előtti, 290 ppm-es (parts per million, a szén-dioxid-molekulák száma egymillió részecskére vetítve) koncentrációról 580 ppm-re növeli, azaz megduplázza az emberiség, ilyen mértékű felmelegedéssel kell majd számolni. Egy harmadik, az elmúlt 66 millió év éghajlati változásait minden korábbinál részletesebben feltáró tanulmány pedig arra hívja fel a figyelmet, hogy a sarki jégtakaróknak és aktuális méretüknek jelentős szerepe volt bolygónk éghajlatának formálásában.

A klímaszenzitivitás értéke azonban akkor lesz igazán mérvadó, ha összevetjük a jövőre vonatkozó kibocsátási előrejelzésekkel. Az éghajlat-változási kormányközi testület (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change) több különböző forgatókönyvet dolgozott ki erre a legnagyobb kibocsátással járó legpesszimistábbtól (SSP5-8.5), a párizsi klímacélok betartásához szükséges legoptimistábbig (SSP1-1.9). Az SSP (shared socioeconomic pathway) az IPCC-jelentésekhez készített kibocsátási útvonalak, illetve forgatókönyvek jelölése: ezek a jövőbeli társadalmi-gazdasági változásokat is figyelembe véve számolnak az üvegházhatású gázok várható kibocsátásával. Az SSP a korábbi RCP (representative concentration pathway) jelölést váltja. Az SSP1 a legoptimistább, az SSP5 a legpesszimistább forgatókönyv, az 1.9 és a 8.5 pedig az üvegházhatású gázok sugárzási kényszerére utal, vagyis arra, hogy az adott forgatókönyv megvalósulása esetén kibocsátott CO₂ és a többi üvegházgáz hogyan befolyásolja majd az üvegházhatást.

Bár a legrosszabbat valószínűleg sikerül elkerülni, a köztes, SSP2-4.5-ös forgatókönyv alapján sem lehetünk teljesen nyugodtak. Ezzel 2100 körül érhetjük el a szén-dioxid-szint megduplázódását, ami az új kutatások alapján 2,3-4,5 fok közti globális felmelegedéshez vezethet.

Mit árul el az utolsó jégkorszaki maximum?

Az ipari forradalmat megelőző 16 millió évben a Föld klímája fokozatos lehűlési trendet mutatott, amit a szén-dioxiddal reaktívabb ásványok felszínre bukkanása okozott. Ez nagyjából 2,5 millió évvel ezelőtt a negyedidőszaki jégkorszak kezdetéhez vezetett, amelyben periodikusan melegebb interglaciális és hidegebb glaciális időszakok követték egymást. A 115 ezer éve kezdődő és 11700 éve, a Younger Dryas időszakkal véget érő utolsó jégkorszak közel 20 ezer éve érte el maximumát, azaz ekkor érték el a jégtakarók a legnagyobb kiterjedésüket.

A közel 23 ezer évvel ezelőtt kezdődő és 19 ezer éve véget érő utolsó jégkorszaki maximum (LGM, last glacial maximum) az egyik informatív periódus, amely segít megmutatni, hogyan reagál a bolygó klímája az üvegházhatású gázok légköri mennyiségének, valamint a jégtakarók kiterjedésének változásaira. Az utolsó jégkorszak maximum hőmérsékletei így viszonyítási alapként szolgálhatnak a klímamodellek számára, és behatárolhatják a klímaszenzitivitás értékét is.

A Nature-ben augusztus végén megjelent tanulmány szerzői pontosan erre tettek kísérletet ennek az időszaknak a vizsgálatával. Ehhez az egykori hőmérsékleti viszonyok (paleohőmérséklet) becslésére alkalmas, a bolygó minden pontjáról összegyűjtött geokémiai méréseket használtak. Ezek a módszerek viszonylag precízen megadják az óceánok és tengerek egykori felszíni hőmérsékletét (SST, sea surface temperature), amelyből kiszámítható a bolygó egykori átlaghőmérséklete (GMST, global mean surface temperature).

A Nature tanulmányban négy módszert használtak a paleohőmérséklet meghatározására. Az első a delta-O-18, amely a 18-as és 16-os oxigénizotópok aránya alapján határozza meg a múltbeli hőmérsékletet. Az ehhez szükséges méréseket mészházat képező, likacsosházú (foraminifera) eukarióta egysejtű fosszíliákban vagy jégmintákban végzik el a szakemberek. A második a magnézium és kalcium arányát vizsgáló Mg/Ca módszer, amely szintén a likacsosházúak mészházára alapoz. Minél több magnézium van a kalcit házban, annál magasabb volt a hőmérséklet a keletkezésekor. A harmadik, Tex86 módszer archeák (róluk bővebben ebben a korábbi cikkünben írtunk) közé tartozó mikroorganizmusok sejtmembránjaiból hátramaradt lipidmolekulák alapján állapítja meg az egykori hőmérsékleti viszonyokat. Az utolsó módszer pedig a Tex86-hoz hasonló U37k, amely a mészmoszatok közé tartozó Prymnesiophyceae egysejtűek által hátrahagyott, nagy szénatomszámú lipidmolekulák mennyiségét veszi alapul.

Összesen 956 minta fedte le az utolsó jégkorszaki maximum 23 ezertől 19 ezer évvel ezelőttig terjedő időszakát. Referenciaként a szakemberek a késő holocén négyezer évvel ezelőtt kezdődő és máig tartó periódusának átlagát használták, 879 mintával. Mindezt klímamodellel kombinálva a szakemberek sikeresen meg tudták határozni a jégkorszaki maximum idején lezajló globális lehűlés mértékét.

Azt találták, hogy az utolsó jégkorszaki maximum időszakában az óceánok felszíni hőmérséklete 3,1 Celsius-fokkal csökkent, ami a szakemberek által kidolgozott klímamodell alapján a globális átlaghőmérséklet hozzávetőleg 6,1 Celsius-fokos változásának felel meg az ipari forradalom előtti késő holocén átlaghőmérsékletéhez képest. A hőmérséklet-különbség mértéke 95 százalékos megbízhatósággal 5,7 és 6,5 Celsius-fok közé esik.

Ez az eredmény pedig felhasználható a cikk elején említett klímaszenzitivitás meghatározására. A kutatók megállapítása szerint a légköri szén-dioxid-szint megduplázódása 3,4 Celsius-fokos hőmérséklet-növekedéssel járhat, ez az érték 95 százalékos megbízhatósággal 2,4 és 4,5 fok közé esik.

A tanulmányból kiderül az is, hogy rosszabb lenne a helyzet abban az esetben, ha a jégtakarók a jelenleg gondoltnál lényegesen kisebb hatást fejtenének ki a bolygó éghajlatára az üvegházhatású gázokkal szemben. Ekkor a klímaszenzitivitás értéke akár a 4 fokot is elérhetné.

A legnagyobb éghajlati változás az elmúlt 66 millió évben

A Science tudományos folyóiratban nemrég megjelent tanulmány azonban éppen arra utal, hogy a jégtakarók mérete kritikus szerepet játszott a Föld klímájának alakításában az elmúlt 66 millió évben. A publikáció szerzői minden korábbinál részletesebb képet adnak arról, miként változott a Föld éghajlata a kréta-paleogén kihalástól napjainkig, a ma is zajló kainozoikum (Cenozoic) időszakában.

Ahhoz, hogy a kutatók az elmúlt 66 millió év éghajlatának folytonos történetét feltárják, 14 korábbi óceáni fúrási projekt adatsorához kellett nyúlniuk, amelyek megmutatták az adott rétegekhez, így földtörténeti időszakhoz köthető egykori hőmérsékleti viszonyokat. Az új kutatás újdonsága a teljes 66 millió évet lefedő, időben kalibrált adatsor, amelyet likacsosházú fosszíliák az ismertetett delta-O-18 módszerrel is végzett izotópos vizsgálatából állítottak össze a szakemberek. Ezt a kutatók CENOGRID-nek nevezték el.

A CENOGRID időbeni kalibrálását részben a Föld pályáját és tengelyferdeségét figyelembe vevő csillagászati módszerrel érték el, amely 10-100 ezer éves pontosságot eredményezett. Az adatsor időbeli felbontása a 67-34 millió évvel ezelőtti időszakban 4400 év, míg 34 millió évvel ezelőttől napjainkig 2200 év. Erre a szakemberek két görbét illesztettek, amelyekből az egyik húszezer éves, a másik pedig egymillió éves átlagot mutat.

A CENOGRID adatsorban négy jelentősen különböző éghajlati állapotot azonosítottak: a forró éghajlatot (Hothouse), a meleg éghajlatot (Warmhouse), a hideg éghajlatot (Coldhouse) és a jeges éghajlatot (Icehouse), amelyek különböző légköri szén-dioxid-koncentrációkat, átlaghőmérsékletet és jégtakarónagyságot jelölnek. A forró és meleg éghajlati állapot a 66 millió évvel ezelőtti K-Pg határvonaltól a 34 millió évvel ezelőtti eocén-oligocén átmenetig (EOT) tartott. Ezen belül az 56-tól 47 millió évvel ezelőttig tartó időszakban a maihoz képest 10 fokkal nagyobb volt az átlaghőmérséklet. 34 millió éve a globális hőmérséklet csökkenésnek indult, és jégtakaró jelent meg az Antarktiszon.

A kutatók szerint ez a 34 millió évvel ezelőtti EOT átmenet volt a legnagyobb éghajlati változás a Föld elmúlt 66 millió éves történetében, ami arra utal, hogy a sarki jégtakaróknak nagyon fontos szerepük van bolygónk éghajlatának szabályozásában. A hideg éghajlat 34 millió éve kezdődött, és a 3,3 millió évvel ezelőtti középső pliocénig tartott. Ezután következett a jeges éghajlat és a máig tartó negyedidőszaki jégkorszak, amelyben glaciális (eljegesedési) és interglaciális (eljegesedések közötti) időszakok követték egymást.

Emellett azt találták, hogy az éghajlat rövidebb távú változásainak nagy részét a Föld Nap körüli pályájának apró módosulásai hozták létre a forró és meleg éghajlati periódusokban, illetve a hideg éghajlati periódus elején. A hideg éghajlati periódus második felében, a jégtakarók megnövekedésével azonban már a Föld tengelyferdeségének változásai vitték a döntő szerepet a rövid távú éghajlati változásokat tekintve. Az adatok statisztikai vizsgálata arra is rávilágított, hogy a melegebb és forróbb periódusok éghajlata kiszámíthatóbb és szabályosabb módon változik, mint a hidegebb és jeges periódusoké. Bár hozzáteszik, hogy a 3,3 millió évvel ezelőtt kezdődő jeges éghajlat ismét valamennyivel kiszámíthatóbbá tette az éghajlat változásait.

A kutatók mindezek alapján arra a következtetésre jutottak, hogy a sarki jégtakaróknak kritikus szerepük van a Föld éghajlatának és annak kiszámíthatóságának szabályozásában.

Történelmi mérések és paleoklíma együtt

A Reviews of Geophysics tudományos folyóiratban július végén megjelent tanulmány különböző megközelítések segítségével próbálja megtalálni a klímaszenzitivitás értékét. Az első ilyen a történelmi mérések felhasználásával, az elmúlt közel 150 év éghajlati változásai alapján készült. A második a Nature-ben megjelent tanulmányhoz hasonlóan az utolsó jégkorszaki maximum hőmérséklet változásai alapján számol. A harmadik független módszer pedig a közel hárommillió évvel ezelőtti közép-pliocénbe eső melegebb periódus változásait alkalmazza, amikor a maihoz hasonló volt a légköri szén-dioxid-szint. Míg az utolsó jégkorszaki maximum adatai kizárni látszanak a 4,5 fok feletti klímaszenzitivitást, egyik módszer alapján sem valószínű, hogy az érték 2 fok alatt lenne.

A különböző módszerek eredményeit a kutatók bayesiánus statisztikai eljárással összesítették, ami alapján 66 százalékos biztonsággal 2,6-3,9 fok közti klímaszenzitivitást kaptak. Még nagyobb, 95 százalékos biztonsággal kijelenthető, hogy az érték 2,3-4,5 fok között lehet, ami szinte megegyezik a korábban ismertetett Nature-tanulmány által kapott 2,4-4,5 fok közti értékkel.

Bár az emberi tevékenység által okozott globális felmelegedést nem tudjuk meg nem történtté tenni, a három fok körüli klímaszenzitivitás szerencsére nem zárja ki, hogy lényegesen limitálni tudjuk az éghajlatváltozás mértékét. Ha sikerülne a párizsi klímacélok betartása, a jövőbeli éghajlat inkább az utolsó jégkorszak előtti, a mainál kissé melegebb interglaciális periódusra, az Eemianra hasonlítana, és a következő évszázadot nem egy számunkra éghajlatilag teljesen ismeretlen, 40-50 millió évvel ezelőtti állapotokat idéző bolygón kellene eltöltenünk.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: