W kwestii badań pośrednich (proxies), zajmujących się identyfikacją klimatu w przeszłości, w nauce ma zastosowanie nieduża, ale coraz skuteczniejsza, ilość metod badawczych, dzięki którym możemy korzystać z wiedzy na temat izotopów pierwiastków chemicznych, Pozwala to nam między innymi odczytać przeszłość klimatu w skali geologicznej z dużą rozdzielczością (czas bliższy) i z mała rozdzielczością (czas dalszy). W tym tekście poruszona została kwestia dwóch metod badawczych z niedalekiej przeszłości. Są to rdzenie słojów drzew i rdzenie lodowe.
Gdy cofniemy się 100 lat w okres międzywojenny, naukowcy już mierzyli temperaturę powierzchni Ziemi za pomocą termometrów. I to w skali globalnej.
W 1925 r. meteorologia zaczęła powoli rozwijać skrzydła. Już wtedy nieliczni naukowcy postulowali, że świat się ociepla z powodu gazów cieplarnianych. Jednak nie zdawano sobie sprawy wtedy jak to może być w niedalekiej przyszłości bardzo groźne dla ludzi i przyrody.
Pierwsze pomiary instrumentalne temperatury (za pomocą termometrów) w skali globu zostały rozpoczęte w 1880 r. To właśnie w tamtym okresie czasu zaczęło powstawać na świecie coraz więcej stacji meteorologicznych, których skumulowane wyniki temperatur były katalogowane w najważniejszych centrach meteorologicznych. Następnie uśredniane i archiwizowane do dziś.
Tak samo obecnie pomocne są w tej pracy superkomputery oraz zaawansowane modele klimatyczne i meteorologiczne oraz reanalizy archiwalnych pomiarów temperatur, stężeń gazów cieplarnianych, wyniki opadów atmosferycznych, kierunków wiatrów itp.
A jak na przykład mierzono w1525 r. temperaturę na Ziemi? No raczej nie mierzono jej klasycznymi termometrami, ani za pomocą czujników satelitarnych (np. temperaturę dolnej i górnej atmosfery oraz dolnej stratosfery) czy naziemnych bo ich nie wynaleziono. W niektórych rejonach Ziemi 500 lat temu prowadzone były kroniki i szczegółowe zapiski o sytuacjach pogodowych, często mającymi związek z działaniami gospodarczymi.
Paleoklimatologia
Dziś jednak istnieje nauka zwana paleoklimatologią, której celem jest dokładniejsze zbadanie klimatów ziemskich w różnych okresach geologicznych. Początki tej nauki nakreślone są już w pierwszej połowie XX wieku.
Jest to dziedzina wiedzy mało zrozumiała dla szerokiego ogółu ludzi na Ziemi, dlatego też wielu z nich nie rozumie w pełni czym się różniły ocieplenia naturalne od obecnego ocieplenia antropogenicznego.
Rdzenie słojów drzew i rdzenie lodowe – metody badawcze z niedalekiej przeszłości geologicznej
Do kluczowych badań niedawnej przeszłości historycznej służą do dziś poddyscypliny naukowe, które zajmują się takimi metodami badawczymi jak:
– analiza rdzeni słojów drzew (metoda zapoczątkowana przez Edwarda Schulmana, A.E. Douglassa w latach 1910-1930)
– analiza rdzeni lodowych (metoda rozwinięta po wojnie w latach 1950-1960 przez Willego Dansgaarda).
Na czym polega praca przy wydobywaniu rdzeni słojów drzew?
Paleoklimatolodzy wwiercają w pień drzewa wiertło do jego środka i odczytuje się te pomiary grubości słojów.
Słońce i stabilna pogoda sprzyja większej grubości słojów. Zachmurzenie, susza pokazuje wyniki mniejszego ich przyrostu w drzewach.
W tej metodzie badawczej kluczową sprawą jest analiza identyfikacji różnic między dniami słonecznymi, a pochmurnymi. A także analiza odczytu temperatury i opadów atmosferycznych. A konkretnym czynnikiem służącym do zrozumienia temperatury i opadów atmosferycznych jest określenie grubości (przyrostu) słojów drzew.
Ponadto za pomocą tej metody bada się czy w danym roku była susza czy też okres wilgotny i obfity w deszcze lub śnieg.
Na czym polega praca wydobywania rdzeni lodowych?
Aby odczytać niedawny przeszły czas zapisany w lodzie, naukowcy wwiercają duże wiertło w lód na daną głębokość i następnie wydobywają rdzeń lodowy, którego w dalszej kolejności tną na warstwy.
Następnie naukowcy rozpoczynają pracę identyfikacji gazów i pyłów (związków chemicznych, w tym pary wodnej, dwutlenku węgla, metanu czy sadzy, związków siarki lub azotu).
W dalszej kolejności badacze odmierzają w ten sposób roczne warstwy, zgodnie z czasem jaki naukowo ustaliliśmy.
Badając rdzenie lodowe naukowcy odkrywają, że powyżej opisane cząsteczki gazów cieplarnianych czy aerozoli są uwięzione w pęcherzykach lodowych.
W tej metodzie badawczej bada się zarówno temperaturę, jak i też stężenia gazów cieplarnianych (głównie dwutlenku węgla i metanu) i aerozoli (sadzy, pyłów siarczanowych czy azotanowych itp.), na przykład pochodzenia wulkanicznego, morskiego (kryształki soli morskiej), pustynnego (pyłów piaskowych), biologicznego (pyłków i zarodków roślinnych) itp.
W paleoklimatologii pomocna jest fizyka jądrowa, dzięki której możemy mierzyć czas przedhistoryczny
Dzięki zastosowaniu fizyki jądrowej mierzy się rozpady promieniotwórcze danych izotopów w próbkach organicznych. Czyli, odmierza się w ten sposób izotopy.
W jądrze atomowym jest stabilna atomowa liczba protonów, ale niestabilna, zwiększona liczba neutronów, często izotopy w przyrodzie są radioaktywne, np. C-14) tlenu (O), wodoru (H), węgla (C) itp., które naukowcy identyfikują w pęcherzykach lodowych, które z kolei są uwięzione w rdzeniach lodowych.
Katalogowanie i archiwizowanie danych o temperaturze czy opadach atmosferycznych
Zrozumienie liczbowe poszczególnych stężeń i temperatur z przeszłości przed pomiarami instrumentalnymi, daje możliwość katalogowania i archiwizowania danych w odpowiednich bazach danych paleoklimatologicznych.
Bada się w ten sposób, czy w danym okresie czasu była większa czy mniejsza ilość gazów cieplarnianych czy też aerozoli. Pierwsze – jak sama nazwa mówi – – dają ocieplenie klimatu i często nasłonecznienie, a drugie – ochłodzenie i często zachmurzenie oraz opady deszczu bądź śniegu. A więc intuicyjnie, jest mowa o temperaturze.
Rdzenie lodowe jednak mocno intrygują
Dodatkowo, rdzenie lodowe pozwalają też dzięki temu odczytać skład atmosfery z przeszłości w naszym holocenie czy dalej w plejstocenie, ale co najwyżej dokładniej do 800 tys. lat wstecz. Na razie.
Co ciekawe, niedawno odkryto rdzenie sięgające powyżej miliona lat wstecz (o tym napisałem w lutym 2025 r. artykuł).
Na ogół rdzenie lodowe kojarzą się z Grenlandią czy Antarktydą, ale naukowcom europejskim udało się wydobyć rdzeń lodowy właśnie w Europie, w którym idealnie odczytali paleoklimat całego holocenu i końcówki plejstocenu (12 tys. lat), co dużo pomoże w zrozumieniu jak w najbliższym czasie geologicznym zmieniał się klimat – tu w tym ostatnim przypadku w szczególności europejski (o tym napisałem artykuł we wrześniu 2025 r.).