Globalne ocieplenie może oznaczać równie dobrze więcej, jak i mniej, pożarów lasów. Lasy magazynują około 30% węgla znajdującego się na powierzchni planety, a każdy pożar lasu powoduje uwolnienie do atmosfery nie tylko tego węgla, lecz także innych substancji oddziałujących na klimat, takich jak aerozole. Wpływ tych aerozoli na zmianę klimatu nie jest jednakże do końca znany.
Prace w ramach projektu EARLYHUMANIMPACT opierają się na założeniu, że odpowiedź może być ukryta w historii Ziemi. Ponad 10 000 lat temu rozpoczął się rozwój rolnictwa kosztem lasów i zespół projektowy jest przekonany, że antropogeniczne aerozole powstałe w tym procesie mogą zmieniać klimat na świecie od tysięcy lat.
Aby to sprawdzić, prof. Carlo Barbante wraz z innymi naukowcami z Uniwersytetu w Wenecji przeanalizował dane klimatyczne uzyskane z rdzeni lodowych i osadów jeziornych z siedmiu kontynentów, po czym porównał je z równoległymi relacjami dotyczącym zjawisk pożarowych. Zespół posłużył się nową techniką oznaczania specyficznego markera molekularnego spalania biomasy – zwanego lewoglukozanem – który stanowi swego rodzaju zapis minionych pożarów w rdzeniach lodowych i osadach jeziornych. Projekt zbliża się wielkimi krokami do końca i prof. Barbante opowie teraz o jego przebiegu i głównych osiągnięciach.
Dlaczego postanowiliście skoncentrować swoje badania na rekonstrukcji pożarów?
Rola aerozoli w systemie klimatycznym jest nadal słabo znana, a jeszcze mniej wiadomo o relatywnej roli spalania biomasy.
Ogień wpływa na klimat poprzez uwalnianie węgla, który inaczej zostałby zmagazynowany w roślinach zdrewniałych. Oddziałuje na stężenie kilku aerozoli i gazów atmosferycznych w powietrzu, będąc także ważną przyczyną ich zmienności na przestrzeni lat. Wywiera też wpływ na klimat regionalny i globalny poprzez emisje gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla i metanu.
Ograniczenie przestrzennego zasięgu lasów, które rozpoczęło się około 7 000–5 000 lat BP, może być związane z wczesną działalnością rolniczą, w tym trzebieżą lasów poprzez wypalanie, która musiała pozostawić wymierny sygnał w czynnikach klimatycznych. Dzięki grantowi ERBN dla doświadczonych naukowców staramy się uzyskać głębszy wgląd w zależności między klimatem a działalnością człowieka, zwłaszcza w świetle pojawienia się rolnictwa, jak również w oddziaływanie aerozoli na przestrzeni czasu.
Jak wyjaśnić fakt, że nasza wiedza o przeszłym oddziaływaniu aerozoli na zmianę klimatu jest tak skromna?
Aerozole antropogeniczne i naturalne być może zmieniają układ klimatyczny planety od tysięcy lat, na co wskazywałoby porównanie stężeń gazów cieplarnianych z późnego holocenu do tych z poprzednich okresów interglacjalnych. Obecnie działalność człowieka, w której spalane są paliwa kopalne, zmienia skład atmosfery i globalnego systemu klimatycznego szybciej niż kiedykolwiek wcześniej zostało to odnotowane w czasie geologicznym.
Problem w tym, że w większości archiwów klimatycznych i środowiskowych badanych przez paleoklimatologów (np. słoje drzew, dane morskie czy lądowe) trudno znaleźć prawidłowe funkcje przeniesienia, które wiązałyby stężenie określonego markera w rejestrach z atmosferycznym występowaniem w przeszłości. Dlatego tak ważne jest, by spoglądać na historyczny skład atmosfery przez pryzmat danych paleoklimatycznych i odpowiednich czynników, dla których relacja przyczynowo-skutkowa jest znana.
Jak podeszliście do weryfikacji hipotezy Ruddimana?
Hipoteza skupia się wokół spostrzeżenia, że stężenia dwutlenku węgla i metanu w atmosferze były na minimalnym poziomie w okresie od 7 000 do 5 000 lat temu, po czym powoli rosły, aż do gwałtownego skoku stężenia gazów cieplarnianych spowodowanego przez rewolucję przemysłową. Wzrost poziomu metanu przypisuje się spalaniu biomasy i uprawom ryżu w tropikach. Wzrost poziomu dwutlenku węgla trudniej przypisać działalności człowieka, ale Ruddiman argumentuje, że wylesianie i palenie biomasy mogą być głównymi czynnikami.
Rdzenie lodowe i jeziorne dostarczają wymiernych danych o zjawiskach pożarowych we wszelkich możliwych skalach przestrzennych i czasowych. Naszym celem jest kwantyfikacja zmian czasowych i przestrzennych w spalaniu biomasy w holocenie na podstawie danych z rdzeni lodowych i jeziornych z siedmiu kontynentów odpowiadających ośrodkom, w których zapoczątkowane zostało rolnictwo. Opracowaliśmy zatem innowacyjną technikę pomiaru obecnego na całym świecie markera molekularnego spalania biomasy (lewoglukozan, 1,6-anhydro-β-D-glukopiranoza) w rdzeniach lodowych i osadach jeziornych. Uzupełniliśmy te pirochemiczne analizy danymi palinologicznymi oddziaływania zjawisk pożarowych w przeszłości.
Jakie są najważniejsze na chwilę obecną wnioski z projektu?
Na przykład ostatnie badania lądolodu Grenlandii pokazują, że zmiany klimatu obejmujące insolację i temperaturę północnej półkuli wpływają na arktyczną aktywność pożarową w tysiącletnich skalach czasowych.
Wyniki naszej rekonstrukcji pożarów w holocenie wskazują na istotny szczyt aktywności pożarowej 3–2 ka temu. Jednakże temperatury półkuli północnej a zwłaszcza letniego sezonu pożarowego pozostają stabilne między 3 a 2 ka. Dlatego też główne parametry klimatu i zmian środowiskowych nie wystarczają do wyjaśnienia napływu lewoglukozanu do Grenlandii w środkowym–późnym holocenie.
Zważywszy na brak wiarygodnego czynnika klimatycznego dla tego wzorca, w połączeniu z brakiem paleoklimatycznych dowodów na jakiekolwiek synchroniczne zmiany globalnego klimatu w owym czasie, uważamy, że działalność człowieka związana z rolnictwem i pozyskiwaniem ziemi rolnej stanowi najlepsze wyjaśnienie trendów w aktywności pożarowej obserwowanych w późnym holocenie. Intensywna deforestacja w Europie, między 2,5 a 2 ka, zbiega się ze szczytowym poziomem lewoglukozanu na Grenlandii, co wskazuje na wymierny, wczesny wpływ człowieka na środowisko, który rozpoczął się około 4 000 lat temu.
Czy byliście w stanie rozróżnić pożary naturalne od antropogenicznych?
Jest to bez wątpienia jedno z najtrudniejszych zadań w całym projekcie i pracujemy nad tym. Powiązania między spalaniem biomasy a rozwojem rolnictwa (a więc nasileniem emisji gazów cieplarnianych, w tym dwutlenku węgla i metanu) oraz przedłużeniem się klimatu interglacjalnego mają uzasadnienie tylko, jeżeli zmierzone nasilenie spalania wskazuje na wymierną relację ze wzrostem temperatury, co można ocenić na podstawie rdzeni lodowych. Ponadto rdzenie jeziorne dostarczają potrzebnych dowodów palinologicznych na pożary wywoływane przez człowieka, jak wskaźnik pyłków antropologicznych, pyłkowe wskaźniki gospodarki żarowej, obecność gatunków tolerujących pożary, która wskazuje na częstość pożarów, oraz zmiany w napływie pyłków drzewnych.
Wieloczynnikowa natura rdzeni lodowych i jeziornych sprawia, że są idealnym materiałem do badania powiązań między wczesną działalnością rolniczą a zmianą klimatu, ponieważ temperatura, dane palinologiczne i lewoglukozan mierzone są na tej samej głębokości i z tego samego okresu w otaczającej macierzy.
Jakie macie plany do czasu sfinalizowania projektu i po jego zakończeniu?
Właściwie to skupiamy się teraz na tej części projektu, która nie została przewidziana w pierwotnej propozycji. Proponowane są nowe organiczno-molekularne czynniki na potrzeby rekonstrukcji pożarów w powiązaniu z działalnością człowieka. Konkretnie wyodrębniono i przetestowano sterole kałowe i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne jako odpowiednie markery molekularne obecności człowieka i aktywności pożarowej, oprócz lewoglukozanu, który już wykorzystujemy. To bardzo obiecujące czynniki w kontekście paleoklimatycznych rekonstrukcji i w najbliższej przyszłości zamierzamy podążać w tym kierunku. Grant ERBN stworzył znakomitą okazję do badania tej słabo poznanej i zaniedbanej części systemu klimatycznego.
EARLYHUMANIMPACT
Dofinansowanie z FP7-IDEAS-ERC.
strona projektu w serwisie CORDIS
Nauki fizyczne i o środowisku - ostatnio dodane
poleca:
Studentnews.pl