Indicador paleoclimático

Reconstrucció de temperatura global dels últims 2000 anys, utilisant compost de diferents métodos de proxy.

En paleoclimatología, un indicador paleoclimático o proxy climàtic (traducció lliteral és "apoderat climatico") és un registre natural que conserva característiques físiques o biofísiques del passat que permeten a l'investigador medir condicions meteorològiques per a reconstruir les condicions climàtiques sobre una fracció d'atres moments no presents en la història escrita. Els registres globals convencionalment fiables del clima només es varen iniciar en la década de 1880, i estos paleoindicadores proporcionen l'únic mig científic per a determinar els patrons climàtics ans que començara el manteniment de registres directes pel ser humà.

Aixina, les variacions de temperatura inferidas a partir de l'esgambi dels anells d'arbres i de les intercapas de mostres de gèl s'usen en climatologia per a recrear registres de paleo-temperaturas, de la Prehistòria o la Història Natural de la Terra.

S'han estudiat un gran número de proxies climàtics d'una varietat de contexts geològics. Els eixemples de proxies inclouen medicions d'isòtops estables de núcleus de gèl, taxes de creiximent en anells d'arbres, composició d'espècies de polen subfósil en sediment de llac o foraminifera en sediment oceànics, perfils de temperatura de perforació i isòtops estables i mineralogia de corals i espeleotemas. En cada cas, l'indicador de proxy ha segut influenciat per un paràmetro climàtic estacional particular (per eixemple, la temperatura d'estiu o l'intensitat del monsó) en el moment en que es varen establir o varen créixer. L'interpretació dels proxies climàtics requerix una gama d'estudis auxiliars, inclosa la calibración de la sensibilitat del proxy al clima i la verificació creuada entre els indicadors de proxy.

Els proxies es poden combinar per a produir reconstrucció de temperatura més llargues que el registre de temperatura instrumental i poden informar les discussions sobre el calfament global i l'història del clima. La distribució geogràfica dels registres proxy, de la mateixa manera que el registre instrumental, no és completament uniforme, en més registres en l'hemisferi nort.

Proxys

Archiu:Icecore 4x.jpg

Mostra de núcleu de gèl presa d'un trepe. Foto de Lonnie Thompson, Centre d'Investigació Polar Byrd

En la ciència, a voltes és necessari estudiar una variable que no es pot medir directament. Açò es pot fer per mig de "métodos proxy", en els que es medix una variable que es correlaciona en la variable d'observada (com la temperatura passada), i després s'usa per a inferir el seu valor. Els métodos proxy són de particular utilitat en l'estudi del clima passat, més allà de les époques en les que es dispon de medicions directes de temperatures. Per eixemple:

• Les variacions isotòpiques en mostres de gèl i de volums de capes de gèl poden usar-se per a inferir canvis de temperatures.

• Les variacions en l'isòtop "Be 10" (berili 10) poden ser usades parell inferir passades irradiació solars.
• Els amples dels anells d'arbres poden usar-se per a inferir canvis en precipitacions i temperatures.

La majoria dels registres proxy deuen calibrar-se en medicions de temperatura independents, o en un proxy calibrat anteriorment, per a confrontar-ho en la variable d'interés. Durant un periodo de superposició per a estimar la relació entre la temperatura i el proxy. L'historial més llarc del proxy s'usa després per a reconstruir la temperatura de periodos anteriors. Per eixemple, el creiximent arbòreu, és sensible a precipitacions i a temperatures tant com a atres factors, i a voltes és més sensible durant certes estacions de l'any. Els proxies de mostres de gèl s'usen habitualment de manera directa.

Indicadors basats en perforació

Núcleus de gèl

Vostok_deltaD_deltaO18

δ18O _aire i δD_gèl de Vostok, nucleo de gèl de la Antarctida.

Els núcleus de gèl són mostres cilíndriques de les capes de gèl de les regions de Groenlàndia , l'Antàrtida i Amèrica del Nort . Els primers intents d'extracció varen ocórrer en 1956 com a part de l'Any Geofísico Internacional. Com a mig original d'extracció, el Laboratori d'Ingenieria i Investigació de Regions Fredes de l'Eixèrcit de EE. UU. va utilisar un electroperforador modificat de 80 peus (24 m) de llarc en 1968 en Camp Century , Groenlàndia , i l'estació Byrd , Antàrtida . La seua maquinària podria perforar a través de 4,6 a 6,1 m de gèl en 40-50 minuts. De 1300 a 3000 peus (910 m) de profunditat, les mostres de núcleu varen ser 110 mm de diàmetro i 6,1 m de llarc. Les mostres més profundasde 6,1 m de llarc no eren infreqüents. Cada equip de perforació posteriormejora el seu método en cada nou esforç.

Sondejos geotécnico

Les perforació de Sondeig geotécnico s'usen per a observar la temperatura passada. Ya que la transferència de calor a través del sol és llenta, les medicions de temperatura en una série de diferents profunditats en el pou, ajustades per a l'efecte de l'aument de la calor des de l'interior de la terra, poden "invertides" (una fòrmula matemàtica per a resoldre les equacions de matriu) per a produir un séries no úniques de valors de temperatura de superfície. La solució és "no única" perque hi ha vàries reconstrucció de temperatura de superfície possible que poden produir el mateix perfil de temperatura del pou. Ademés, per les llimitacions físiques, les reconstrucció són inevitablement "tacades", i es tornen més tacades més en el temps. En reconstruir temperatures al voltant de 1500 dC, les perforació tenen una resolució temporal d'uns pocs sigles. A principis del sigle XX, la seua resolució és de décades; Per lo tant, no proporcionen una verificació útil en el registre de temperatura instrumental. No obstant, són àmpliament comparables. Estes confirmacions han donat als paleoclimatografistas la confiança de que poden medir la temperatura fins a de 500 anys. Açò es conclou per una escala de profunditat d'aproximadament 492 peus (150 metros) per a medir les temperatures de fa 100 anys i 500 metros per a medir les temperatures de fa 1,000 anys.

Els perforadores tenen una gran ventaja en molts atres proxies, ya que no es requerix calibración: són temperatures reals. No obstant, registren la temperatura de la superfície, no la temperatura de la superfície propenca (1,5 metros) s'usa per a la majoria de les observacions meteorològiques de "superfície". Estos poden diferir substancialment en condicions extremes o quan hi ha neu en la superfície. En la pràctica, es creu que l'efecte sobre la temperatura del pou és generalment menut. Una segona font d'error és la contaminació del pou per aigua subterrànea pot afectar les temperatures, ya que l'aigua "du" temperatures més modernes en ella. Es creu que este efecte és generalment menut, i més aplicable en llocs molt humits. Açò no s'aplica en núcleus de gèl a on el lloc permaneix congelat durant tot l'any.

Més de 600 perforació, en tots els continents, s'han utilisat com proxies per a reconstruir les temperatures de la superfície. La major concentració de perforació existixen en Amèrica del Nort i Europa. Les seues profunditats de perforació generalment oscilen entre 200 i més d'1,000 metros a la corfa de la terra o la capa de gèl.

Un menut número de perforació s'han perforat en els fulls de gèl; La purea del gèl permet les reconstrucció més llargues. Les temperatures de l'orifici central de Groenlàndia mostren "un calfament en els últims 150 anys d'aproximadament 1 °C ± 0.2 °C precedit per uns sigles de les condicions fredes. Precedint açò va ser un periodo càlit centrat al voltant de AD 1000, la qual cosa va ser més càlit que el sigle XX, per aproximadament 1 °C, observada en una perforació feta en l'Antàrtida .

Les temperatures de perforació de seondeo en Groenlàndia són font d'una informació important de la reconstrucció de la temperatura isotòpica, revelant que la suposició anterior de que "pendent espacial és igual a la pendent temporal" és incorrecta.

Indicadors basats en restants vegetals terrestres

Anells dels arbres

Archiu:Tree.ring.arp.jpg

Els anells de creiximent indiquen l'edat en anys.

La dendroclimatología és la ciència que determina els climes passats dels arbres, principalment a partir de les propietats dels anells anuals dels arbres. Els anells dels arbres són més amples quan les condicions favorixen el creiximent, i més angosts quan els temps són difícils. S'ha demostrat que atres propietats dels anells anuals, com la densitat màxima de fusta tardana (MXD), són millors indicadors que l'ample simple de l'anell. Usant els anells dels arbres, els científics han estimat molts climes locals durant centenars o mils d'anys abans. En combinar múltiples estudis d'anells d'arbres (a voltes en atres registres de proxy climàtic), els científics han estimat climes regionals i globals passats (vore Registre de temperatura dels últims 2000 anys al principi).

Fulls fòssils

Els paleoclimatólogos a sovint usen els restants dels fulls per a reconstruir la temperatura mija anual en climes passats, i usen el tamany del full com a indicador de la precipitació mija anual. En el cas de les reconstrucció de la precipitació mija anual, alguns investigadors creuen que els processos tafonómicos fan que els fulls més menuts estiguen sobrerrepresentadas en el registre fòssil, lo que pot biaixar les reconstrucció. No obstant, investigacions recents sugerixen que el registre fòssil de fulls pot no estar significativament biaixat cap als fulls menuts. Els nous enfocaments recuperen senyes com el contingut de CO₂ de atmòsfera passades a partir d'estomes de fulls fòssils i la composició d'isòtops, medint les concentracions celular de CO₂ . Un estudi de 2014 va poder usar les proporcions d'isòtops de carbono-13 per a estimar les cantitats de CO ₂ dels últims 400 millons d'anys; les troballes sugerixen una major sensibilitat climàtica a les concentracions de CO _2.

Grans de polen

En la palinología, el polen es pot trobar en els sediment dels rios o estanys. Les plantes produïxen polen en grans cantitats i és extremadament resistent al pas del temps, sent possible identificar una espècie de plantes en el seu gra de polen. La comunitat de plantes identificades de l'àrea en el temps relatiu des d'eixa capa de sediment, proporcionarà informació sobre la condició climàtica. L'abundància de polen d'un periodo o any determinat vegetació depén en part de les condicions climàtiques dels mesos anteriors, per lo que, per lo tant, la densitat de polen proporciona informació sobre les condicions climàtiques a curt determini.

Lípits de membrana

Proxy climàtic obtingut a partir de turba (lignit , turba antiga) i sols, els lípits de membrana coneguts com glicerol dialquil glicerol tetraéter (GDGT) està ajudant a estudiar els factors ambientals paleo, que controlen la distribució relativa dels isòmers GDGT ramificats de forma diferent, Estos lípits de membrana ramificats són produïts per un grup encara desconegut de bactèries anaeròbiques del sol. Una investigació del 2018, per eixemple, busca estudiar els sols minerals i el grau de metilación de les bactèries (brGDGT) per a ajuda a calcular les temperatures miges anuals de l'aire. Este método proxy es va utilisar per a estudiar el clima del Paleógeno primerenc , en el llímit Cretácico-Paleógeno, i els investigadors varen trobar que les temperatures anuals de l'aire, sobre la terra i en latitut miges, tenien un promig de 23 a 29 °C (± 4,7 °C), que és de 5 a 10 °C superior a la majoria de les troballes anteriors.

Indicadors aquàtics

Corals

Blanqueamiento dels corals

Coral blanquejat per canvis en les propietats de l'aigua de l'oceà.

Els anells o bandes de l'esquelet de coral oceànic també compartixen informació paleoclimatológica, de manera similar als anells dels arbres. En 2002, es va publicar un informe sobre les troballes (de Greer i Swart) sobre els isòtops estables d'oxigen en el carbonat de calcio del coral. Les temperatures més fredes tendixen a fer que el coral use isòtops més pesats en la seua estructura, mentres que les temperatures més càlides fan que es construïxquen isòtops d'oxigen més normals en l'estructura del coral. La salinitat de l'aigua més densa també tendix a contindre l'isòtop més pesat. Mostra de coral de l'Oceà Atlàntic es va prendre en 1994 i data de 1935. L'autor diu en les seues conclusions: "Quan observem les senyes anuals promig des de 1935 fins a al voltant de 1994, veem que té la forma d'una ona sinusoidal. És periòdica i té un patró significatiu de composició d'isòtops d'oxigen que té un pico aproximadament cada dotze o quinze anys". Les temperatures de l'aigua superficial han coincidit en alcançar també el seu punt màxim cada dotze anys i mig. No obstant, ya que el registre d'esta temperatura solament s'ha practicat durant els últims cinquanta anys, la correlació entre la temperatura de l'aigua registrada i l'estructura del coral solament es pot establir fins a cert punt.

Quiste de dinoflagelados

Els dinoflagelados es troben en la majoria dels ambients aquàtics i, durant el seu cicle de vida, algunes espècies produïxen quiste de parets orgàniques altament resistents durant un periodo de latencia quan les condicions ambientals no són apropiades per al creiximent. La seua profunditat de vida és relativament poc profunda (depén de la penetració de la llum) i està estretament acoplada a les diatomeas de les que s'alimenten. Els seus patrons de distribució en les aigües superficials estan estretament relacionats en les característiques físiques dels cossos d'aigua, i els conjunts costers també es poden distinguir dels conjunts oceànics. La distribució de dinoquistes en sediment ha segut relativament ben documentada i ha contribuït a comprendre les condiciones promig de la superfície de la mar que determinen el patró de distribució i l'abundància dels tàxons. Varis estudis, inclosos i han compilado núcleus en el Pacífic Nort analisant-los sobre contingut palinológico per a determinar la distribució de dinoquistes i les seues relacions en la temperatura de la superfície de la mar, la salinitat, la productivitat i l'aflorament. De manera similar, s'utilisen un núcleu de 576,5 m de profunditat d'aigua en 1992 en la conca central de Santa Bàrbara per a determinar els canvis oceanogràfics i climàtics durant els últims 40 mil d'anys en l'àrea.

Archiu:Peridinium ovatum cyst.png

Cyst of a dinoflagellate Peridinium ovatum

Sediment llacustres i oceànics

De manera similar al seu estudi sobre atres representants, els paleoclimatólogos examinen els isòtops d'oxigen en el contingut dels sediment oceànics. Aixina mateix, medixen les capes de varva (rovina o argila fins i grossos depositats) que laminan els sediment llacustres. Les varvas del llac estan influenciades principalment per:

• Temperatura d'estiu, que mostra l'energia disponible per a derretir la neu i el gèl estacionals.
• Nevades d'hivern, que determinen el nivell de destorbament dels sediment quan es produïx el derretimiento
• Precipitacions

Diatomeas, Foraminifera, radiolarianos, ostracodas, i cocolitóforos són eixemples de proxies biòtics per a les condicions del llac i l'oceà que s'usen comunament per a reconstruir climes passats. La distribució de les espècies d'estes i atres criatures aquàtiques preservades en els sediment són proxies útils.Les condicions òptimes per a les espècies preservades en el sediment actuen com a pistes.Els investigadors utilisen estes pistes per a revelar cóm era el clima i el mig ambient quan les criatures varen morir.

Pseudoproxys

S'han usat algoritmes per a combinar registres proxy en una reconstrucció global de la temperatura hemisfèrica pot provar-se utilisant una tècnica coneguda com pseudoproxies. En este método, l'eixida d'un model climàtic es muestrea en ubicacions corresponents a la ret proxy coneguda, i el registre de temperatura produït es compara en la temperatura general (coneguda) del model.

Estàndart mig d'aigua oceànica de Viena

L'aigua de l'oceà mig estàndart de Viena (VSMOW) és un estàndart isotòpic per a l'aigua. A pesar del nom, VSMOW és aigua pura sense sal o atres productes químics que es troben en els oceans.L'estàndart de VSMOW va ser promulgat per l'Agència Internacional d'Energia Atòmica (en sèu en Viena) en 1968, i des de 1993 continua sent evaluada i estudiada per el OIEA junt en l'Institut Europeu de Materials i Medicions de Referència i l'Institut Nacional d'Estàndarts i Tecnologia dels Estats Units. L'estàndart inclou tant els valors establits d'isòtops estables que es troben en aigües i materials de calibración proporcionats per a l'estandardisació i les comparacions interlaboratorias d'instruments utilisats per a medir estos valors en materials experimentals.

Isòtops d'aigua i reconstrucció de temperatura

Sensibilitat climàtica del nivell de la mar i del diòxit de carbono atmosfèric.

L'aigua marina és majorment ${H_2}^{16}O$, en menudes cantitats de $H{D}^{16}O$ i de ${H_2}^{18}O$. l'estàndar mig d'aigua oceànica de Viena, (acrònim en anglés: VSMOW) és la relació de D a H sent de $155,76*10^{-6}$ i de O-18 a O-16 és $2005,2*10^{-6}$. El fraccionament ocorre durant els canvis entre les fases condensada i de vapor: la pressió de vapor dels isòtops més pesats és més baixa, per lo tant el vapor conté relativament més dels isòtops més llaugers i quan condensa el vapor, en la precipitació es trobaran preferencialmente isòtops més pesats. Les diferències de VSMOW s'expressen com δ¹⁸$O=1000*({(}^{18}O{/}^{16}O)/{(}^{18}O{/}^{16}O{)}_{VSMOW}-1)$; i una similar fòrmula per a δD (deuteri). Els valors δ per a la precipitació sempre són negatius. La major influència sobre δ és la diferència entre les Tº oceàniques des de la humitat evaporada i el lloc a on finalment precipita; com les Tº oceàniques són relativament estables, el valor δ majorment reflectix la temperatura a on la precipitació ocorre. Tenint en conte que la precipitació es forma damunt de la capa d'inversió, apareix la següent relació llineal:

δ ¹⁸O = aT + b

que es calibra empíricamente de medicions de temperatura i de δ, aixina és = 0,67 ‰/^oC en Groenlàndia i de 0,76 ‰/^oC en l'est d'Antàrtida. La calibración es fa inicialment sobre la base de les variacions espacials en temperatura i s'assumix que esta correspon a les variacions temporals (Jouzel & Merlivat, 1984). Més recentment, la termometria ha mostrat que per a les variacions glacial-interglacial, hi ha = 0,33 ‰/^oC (Cuffey et al., 1995), implicant que els canvis de temperatura glacial-interglacial eren el doble de gran de lo que prèviament es creïa.