Климатические прокси и архивы

Природные регистраторы, от ледяных кернов и годичных колец деревьев до океанических отложений и кораллов, чьи физические и химические сигналы позволяют ученым реконструировать прошлый климат.

Definition

Климатический прокси — это измеримая характеристика природного архива, которая изменяется в зависимости от климата и может быть откалибрована для реконструкции прошлых условий, в то время как климатический архив — это природный материал, такой как ледниковый щит или слой отложений, который сохраняет эти сигналы.

Scope

Эта тема охватывает архивы и прокси-индикаторы, используемые для реконструкции прошлого климата: ледяные керны с заключенным в них воздухом и изотопами, морские и озерные отложения с микрофоссилиями и геохимическими данными, годичные кольца деревьев, кораллы, спелеотемы и пыльцу. Рассматривается, как прокси калибруются по современному климату, как архивы датируются и приводятся к общей временной шкале, а также разрешение, диапазон и неопределенности каждого из них, включая использование нескольких прокси вместе для повышения надежности.

Core questions

• Какие физические и химические сигналы служат климатическими прокси?
• Как прокси калибруются по современному климату?
• Как архивы датируются и синхронизируются с общей временной шкалой?
• Каковы разрешение и неопределенность каждого архива?

Key theories

Изотопная термометрия

Соотношения стабильных изотопов кислорода и водорода во льду и карбонатах систематически изменяются в зависимости от температуры и объема льда, обеспечивая количественную основу для реконструкции прошлого климата.

Калибровка и мультипрокси-синтез

Прокси калибруются по инструментальным данным за период перекрытия и комбинируются по архивам для уменьшения шума и реконструкции климата там, где любая отдельная запись неполна.

Mechanisms

По мере образования льда, отложений, древесины или карбонатов они включают в себя климатически зависимые сигналы: изотопные отношения отражают температуру и объем льда, захваченные пузырьки воздуха сохраняют прошлый состав атмосферы, ширина годичных колец отслеживает условия роста, а комплексы микрофоссилий указывают на прошлые среды. Датируя слои и калибруя прокси по современным измерениям, исследователи преобразуют эти сигналы в количественные реконструкции, комбинируя несколько прокси для проверки и уточнения результата.

Clinical relevance

Прокси-архивы значительно расширяют климатические данные за пределы инструментальной эры, предоставляя информацию, которая выявляет прошлую изменчивость, ограничивает чувствительность климата и устанавливает необычный характер недавних уровней парниковых газов и потепления.

History

Работы Эмилиани середины XX века по изотопам в глубоководных кернах и Дансгаарда по льду показали, что природные архивы количественно регистрируют температуру; глубокие ледяные керны, такие как Восток, а затем EPICA, расширили высокоразрешающие данные на сотни тысяч лет назад, в то время как сети годичных колец деревьев и кораллов уточнили недавнее прошлое.

Debates

Надежность прокси-реконструкций температуры

Предположения о калибровке, неопределенности датирования и неравномерное распределение архивов приводят к продолжающимся дебатам о точности количественных прокси-реконструкций температуры, особенно для последнего тысячелетия.

Key figures

• Raymond Bradley
• Willi Dansgaard
• Cesare Emiliani
• Nicholas Shackleton

Seminal works

• petit1999
• bradley2015

Frequently asked questions

Что могут рассказать ледяные керны?

Их слои записывают прошлую температуру с помощью изотопов, прошлый состав атмосферы с помощью захваченных пузырьков воздуха и такие события, как извержения вулканов и пыль, охватывая до сотен тысяч лет.

Насколько точны климатические прокси?

Хорошо откалиброванные прокси дают надежные оценки с количественно определенной неопределенностью, а объединение нескольких архивов уменьшает ошибку, хотя точность варьируется в зависимости от архива и временного периода.