ก่อนโลกร้อน โลกเย็นลงหรือร้อนขึ้น?

เพื่อทดสอบความแม่นยำ แบบจำลองจะถูกตั้งโปรแกรมให้จำลองสภาพอากาศในอดีตเพื่อดูว่าสอดคล้องกับหลักฐานทางธรณีวิทยาหรือไม่ การจำลองแบบอาจขัดแย้งกับหลักฐาน เราจะรู้ได้อย่างไรว่าข้อใดถูกต้อง? บทความทบทวนที่ตีพิมพ์ในวันนี้ในNatureกล่าวถึงข้อขัดแย้งระหว่างแบบจำลองและหลักฐาน ซึ่งเรียกว่าปริศนาอุณหภูมิโลกโฮโลซีน ผู้เขียนนำ Darrell Kaufman ศาสตราจารย์ผู้สำเร็จราชการใน School of Earth and Sustainability และนักวิจัยหลังปริญญาเอกแห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนา Ellie Broadman ผู้เขียนร่วมที่ทำงานในการศึกษานี้ในขณะที่ได้รับปริญญาเอกของเธอ ที่ NAU ได้วิเคราะห์ข้อมูลที่มีอยู่มากมายในช่วง 12,000 ปีที่ผ่านมาเพื่อวิเคราะห์ปริศนา การศึกษานี้สร้างขึ้นจากงานที่คอฟแมนทำซึ่งรวมอยู่ในรายงานสภาพอากาศที่สำคัญล่าสุดโดยคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ(IPCC) และดูว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกเมื่อ 6,500 ปีที่แล้วอุ่นขึ้นหรือไม่ ตามที่ระบุโดยหลักฐานตัวแทนจากเอกสารสำคัญทางธรรมชาติของข้อมูลภูมิอากาศในอดีต หรือเย็นกว่านั้นเมื่อจำลองโดยแบบจำลอง เมื่อเปรียบเทียบกับปลายศตวรรษที่ 19 เมื่ออุตสาหกรรม การปฏิวัตินำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมากของภาวะโลกร้อนที่เกิดจากฝีมือมนุษย์ การประเมินที่ครอบคลุมนี้สรุปได้ว่าอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกเมื่อประมาณ 6,500 ปีที่แล้วมีแนวโน้มที่จะอุ่นขึ้น และตามมาด้วยแนวโน้มการเย็นลงเป็นเวลาหลายพันปีที่สิ้นสุดลงในทศวรรษที่ 1800 แต่พวกเขาเตือนว่าความไม่แน่นอนยังคงมีอยู่แม้จะมีการศึกษาล่าสุดที่อ้างว่าได้ไขปริศนาแล้ว “การหาปริมาณอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกในช่วงที่ผ่านมา ซึ่งบางแห่งร้อนขึ้นในขณะที่บางแห่งเย็นลง เป็นสิ่งที่ท้าทาย และจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อไขปริศนานี้อย่างแน่ชัด” คอฟแมนกล่าว “แต่การติดตามการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเฉลี่ยของโลกมีความสำคัญเนื่องจากเป็นมาตรวัดเดียวกับที่ใช้วัดการเดินขบวนของภาวะโลกร้อนที่เกิดจากฝีมือมนุษย์ และเพื่อระบุเป้าหมายที่เจรจากันในระดับสากลเพื่อจำกัดอุณหภูมิดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การตรวจสอบของเราเผยให้เห็นว่าเรารู้เพียงเล็กน้อยอย่างน่าประหลาดใจเกี่ยวกับความแปรปรวนของสภาพอากาศที่เคลื่อนไหวช้า ซึ่งรวมถึงกองกำลังที่มนุษย์กำหนดขึ้นในการเคลื่อนไหวซึ่งจะส่งผลเมื่อระดับน้ำทะเลสูงขึ้นและชั้นดินเยือกแข็งจะละลายในอีกนับพันปีข้างหน้า” สิ่งที่เรารู้ เราทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสภาพอากาศของโฮโลซีน ซึ่งเริ่มขึ้นหลังจากยุคน้ำแข็งครั้งใหญ่ครั้งสุดท้ายสิ้นสุดลงเมื่อ 12,000 ปีที่แล้ว มากกว่าช่วงเวลาหลายพันปีอื่นๆ มีการตีพิมพ์ผลการศึกษาจากเอกสารสำคัญทางธรรมชาติหลายแห่งที่เก็บข้อมูลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงทางประวัติศาสตร์ที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร ไครโอสเฟียร์ และบนบก การศึกษาที่พิจารณาถึงพลังที่ผลักดันการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ผ่านมา เช่น วงโคจรของโลก การแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ การปะทุของภูเขาไฟและก๊าซเรือนกระจก และการจำลองแบบจำลองสภาพอากาศที่เปลี่ยนแรงเหล่านั้นไปสู่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโลก การศึกษาประเภทนี้ทั้งหมดรวมอยู่ในการทบทวนนี้ ความท้าทายจนถึงตอนนี้คือการที่หลักฐานสำคัญทั้งสองของเราชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม ข้อมูล "พร็อกซี" ของสภาพแวดล้อมยุคพาลีโอ ซึ่งรวมถึงหลักฐานจากมหาสมุทร ทะเลสาบ และเอกสารสำคัญทางธรรมชาติอื่นๆ ชี้ไปที่อุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกสูงสุดเมื่อประมาณ 6,500 ปีก่อน จากนั้นจึงมีแนวโน้มเย็นลงทั่วโลกจนกระทั่งมนุษย์เริ่มเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล แบบจำลองภูมิอากาศโดยทั่วไปจะแสดงอุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกที่เพิ่มขึ้นในช่วง 6,500 ปีที่ผ่านมา หากข้อมูลพร็อกซีถูกต้อง นั่นจะชี้ให้เห็นถึงข้อบกพร่องในแบบจำลอง และชี้ให้เห็นเฉพาะเจาะจงว่าการตอบรับสภาพอากาศที่สามารถขยายขอบเขตภาวะโลกร้อนนั้นต่ำกว่าความเป็นจริง หากแบบจำลองสภาพภูมิอากาศถูกต้อง เครื่องมือสำหรับการสร้างอุณหภูมิพาเลโอขึ้นใหม่ก็จำเป็นต้องลับคม นอกจากนี้ เรายังทราบด้วยว่า ไม่ว่าตัวเลขจะมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นหรือลดลง การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกในช่วง 6,500 ปีที่ผ่านมานั้นเป็นไปอย่างค่อยเป็นค่อยไป—อาจน้อยกว่า 1 องศาเซลเซียส (1.8 องศาฟาเรนไฮต์) ซึ่งน้อยกว่าภาวะโลกร้อนที่วัดได้ในช่วง 100 ปีที่ผ่านมา ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากมนุษย์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโลกไม่ว่าขนาดใดมีความสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของก๊าซเรือนกระจก การรู้ว่าอุณหภูมิสูงขึ้นหรือต่ำลงเมื่อ 6,500 ปีก่อนมีความสำคัญต่อความรู้ของเราเกี่ยวกับระบบภูมิอากาศและการปรับปรุงการพยากรณ์สภาพอากาศในอนาคต สิ่งที่เราไม่รู้ การศึกษานี้เน้นความไม่แน่นอนในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ หากการตีความที่ต้องการของผู้เขียน—ที่ว่าภาวะโลกร้อนเกิดขึ้นก่อนการเย็นลงของโลกเป็นเวลา 6,500 ปี—นั้นถูกต้อง ความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับการบังคับและการป้อนกลับของสภาพอากาศตามธรรมชาติ และวิธีการนำเสนอในแบบจำลอง จำเป็นต้องได้รับการปรับปรุง หากไม่ถูกต้อง นักวิทยาศาสตร์จำเป็นต้องปรับปรุงความเข้าใจเกี่ยวกับสัญญาณอุณหภูมิในบันทึกพร็อกซี และพัฒนาเครื่องมือวิเคราะห์เพิ่มเติมเพื่อจับแนวโน้มเหล่านี้ในระดับโลก ความพยายามในการแก้ปัญหาอุณหภูมิโลกโฮโลซีนมีความสำคัญอันดับแรกสำหรับนักวิทยาศาสตร์ด้านภูมิอากาศในทศวรรษที่ผ่านมา Broadman จำได้ว่าเคยอ่านเอกสารเริ่มต้นในหัวข้อนี้ตอนที่เธอเริ่มเรียนปริญญาเอก ในปีพ.ศ. 2559 การศึกษาทั้งหมดได้เพิ่มความเข้าใจในประเด็นนี้ ซึ่งทำให้นักวิทยาศาสตร์ในสาขานี้เข้าใกล้ความเข้าใจที่ครอบคลุมยิ่งขึ้น การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้เกี่ยวกับหัวข้อนี้ได้พยายามปรับข้อมูลพร็อกซีเพื่อพิจารณาจุดอ่อนที่สันนิษฐานไว้ การใส่การบังคับที่เป็นไปได้ลงในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ และการผสมผสานข้อมูลพร็อกซีกับผลลัพธ์ของแบบจำลองสภาพอากาศ ทั้งหมดนี้ได้ข้อสรุปที่แตกต่างกันเกี่ยวกับสาเหตุของปริศนา การตรวจสอบนี้เป็นการย้อนกลับไปทบทวนปัญหาด้วยการประเมินระดับโลกที่ครอบคลุม ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเรายังไม่ทราบวิธีแก้ปัญหาสำหรับปริศนานี้ การพัฒนาวิธีการที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการหาปริมาณอุณหภูมิในอดีตนั้นมีความสำคัญสูงสำหรับนักวิทยาศาสตร์ด้านภูมิอากาศอยู่แล้ว ตัวอย่างเช่น ห้องทดลองของ Kaufman กำลังทดสอบการใช้ปฏิกิริยาเคมีที่เกี่ยวข้องกับกรดอะมิโนที่เก็บรักษาไว้ในตะกอนทะเลสาบ โดยเป็นวิธีการใหม่ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ผ่านมา เมื่อรวมกับเทคโนโลยีการหาคู่ด้วยเรดิโอคาร์บอนใหม่จากห้องปฏิบัติการ Arizona Climate and Ecosystem ที่ NAU เทคนิคนี้สามารถช่วยระบุได้ว่าภาวะโลกร้อนได้เปลี่ยนแนวโน้มการเย็นลงในระยะยาวหรือไม่ ทำไมมันถึงสำคัญ Broadman ซึ่งทำงานโดยมุ่งเน้นที่การสื่อสารวิทยาศาสตร์ ได้สร้างตัวเลขที่มาพร้อมกับการวิจัย นี่เป็นวิธีสำคัญในการสื่อสารผลลัพธ์ที่เข้าใจยากให้กับผู้ชม และในวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศ ผู้ชมมีความหลากหลายและรวมถึงนักการศึกษา ผู้กำหนดนโยบาย องค์กรไม่แสวงหาผลกำไร และนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก “ประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจคือการค้นพบของเราแสดงให้เห็นถึงผลกระทบที่การเปลี่ยนแปลงในระดับภูมิภาคอาจมีต่ออุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลก การเปลี่ยนแปลงด้านสิ่งแวดล้อมในบางภูมิภาคของโลก เช่น การลดลงของน้ำแข็งในทะเลอาร์กติก หรือการเปลี่ยนแปลงของพืชพรรณที่ปกคลุมพื้นที่ซึ่งปัจจุบันกลายเป็นทะเลทรายอันกว้างใหญ่ สามารถทำให้เกิดผลตอบรับที่มีอิทธิพลต่อโลกโดยรวม” บรอดแมนกล่าว “ด้วยภาวะโลกร้อนในปัจจุบัน เราเห็นบางภูมิภาคเปลี่ยนแปลงเร็วมาก งานของเราเน้นย้ำว่าการเปลี่ยนแปลงและผลตอบรับในระดับภูมิภาคบางส่วนมีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจและจับภาพในแบบจำลองสภาพภูมิอากาศ” นอกจากนี้ คอฟแมนยังกล่าวอีกว่า การสร้างรายละเอียดของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในอดีตอย่างถูกต้องแม่นยำนั้น นำเสนอข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการตอบสนองของสภาพอากาศต่อสาเหตุต่างๆ ของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทั้งตามธรรมชาติและที่เกิดจากมนุษย์ การตอบสนองทำหน้าที่เป็นเกณฑ์มาตรฐานเพื่อทดสอบว่าแบบจำลองภูมิอากาศจำลองระบบภูมิอากาศของโลกได้ดีเพียงใด “แบบจำลองภูมิอากาศเป็นแหล่งเดียวของการคาดการณ์สภาพอากาศเชิงปริมาณอย่างละเอียด ดังนั้นความเที่ยงตรงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการวางแผนกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการบรรเทาและปรับตัวให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ” เขากล่าว "การตรวจสอบของเราชี้ให้เห็นว่าแบบจำลองสภาพภูมิอากาศกำลังประเมินการตอบรับสภาพภูมิอากาศที่สำคัญต่ำเกินไปซึ่งสามารถขยายภาวะโลกร้อนได้"