آیا پیش از تغییر اقلیم به دست انسان، هوای زمین رو به سرد شدن بود؟

درطول قرن گذشته، دمای میانگین زمین به‌اندازه‌ی یک درجه‌ی سانتی‌گراد افزایش‌یافته است. شواهد به‌دست‌آمده از دماسنج‌ها و دیگر حسگرهای سراسر جهان دیگر جایی برای بحث نمی‌گذارند؛ اما درباره‌ی هزاران سال پیش از انقلاب صنعتی چه می‌‌توان گفت؟ پیش از آنکه انسان دماسنج را اختراع کند و با مصرف سوخت‌های فسیلی، گاز کربن‌دی‌اکسید را در جو زمین آزاد کند، چه اتفاقی در حال رخ دادن بود؟ در آن زمان دمای زمین رو به افزایش بود یا کاهش؟

گرچه دانشمندان داده‌های زیادی را درباره‌ی ۶۰۰۰ سال گذشته در اختیار دارند، پژوهش‌های مربوط به روند دمای بلندمدت سراسری، نتایج متناقضی را نشان می‌دهند. به نوشته‌ی وب‌سایت the conversation، پژوهشگرها برای حل این اختلاف، به ارزیابی جامعی از شواهد موجود پرداختند که شامل ذخایر طبیعی مثل حلقه‌ی درخت‌ها و رسوب‌های بستر دریا و همچنین مدل‌های اقلیمی هستند. نتایج این پژوهش در تاریخ ۱۵ فوریه‌ی ۲۰۲۳ منتشر شدند و روش‌هایی را برای بهبود پیش‌بینی‌های اقلیمی و اجتناب از بازخوردهای کاهشی ارائه می‌دهند.

دانشمندانی که به بررسی اقلیم گذشته یا دیرینه می‌پردازند به دنبال داده‌های دمایی زمان گذشته و مدت‌ها پیش از اختراع دماسنج‌ها و ماهواره‌ها می‌روند. آن‌ها در این راه با دو گزینه روبه‌رو هستند: یافتن اطلاعاتی درباره‌ی اقلیم گذشته که در ذخایر طبیعی وجود دارند یا شبیه‌سازی گذشته با استفاده از مدل‌های اقلیمی.

ذخایر طبیعی متعددی وجود دارند که تغییرات اقلیمی را به‌مرورزمان ثبت می‌کنند. از حلقه‌های رشد که هر سال در درخت‌ها، استالاگمیت‌ها (رسوب غارها) و مرجان‌ها تشکیل می‌شوند می‌توان برای بازسازی دمای گذشته استفاده کرد. همچنین می‌توان داده‌های مشابهی را در یخچال‌ها و پوسته‌های نازک رسوب‌هایی پیدا کرد که به‌مرور زمان در بستر اقیانوس‌ها یا دریاچه‌ها شکل می‌گیرند. این داده‌ها به‌عنوان جایگزین‌هایی برای اندازه‌گیری‌های دماسنجی عمل می‌کنند.

برای مثال، تغییرات عرض حلقه‌های درختان می‌توانند نوسان‌های دمایی را ثبت کنند. اگر دما در طول یک فصل رشد به‌شدت کاهش پیدا کند، حلقه‌ی درختی که در آن سال تشکیل می‌شود باریک‌تر از حلقه‌ی درختی است که در دماهای گرم‌تر شکل می‌گیرد.

نماینده‌ی دمایی دیگر را می‌توان در رسوب‌های کف دریا، بقایای موجودات اقیانوسی به نام روزن‌داران (foraminifera) پیدا کرد. وقتی یک روزن‌دار زنده است، ترکیب شیمیایی پوسته‌ی آن بر اساس دمای اقیانوس تغییر می‌کند. وقتی این موجود می‌میرد، پوسته غرق می‌شود و به‌مرور زمان زیر رسوب‌ها دفن می‌شود و لایه‌ای از رسوب‌های کف اقیانوس را تشکیل می‌دهد. دیرین‌اقلیم‌شناس‌ها می‌توانند با استخراج هسته‌های رسوبی و تحلیل شیمیایی پوسته‌های این لایه‌ها، ترکیب و سن‌ آن‌ها را تعیین کنند که گاهی به هزاران سال قبل بازمی‌گردند.

مدل‌های اقلیمی، ابزار دیگر بررسی محیط‌های گذشته یا در واقع بازنمایی‌های ریاضی از سیستم اقلیمی زمین هستند. آن‌ها روابط بین جو، زیست‌کره و آب‌کره را برای ایجاد بهترین نسخه از واقعیت مدل‌سازی می‌کنند.

از مدل‌های اقلیمی می‌توان برای بررسی شرایط فعلی، پیش‌بینی تغییرهای آینده و بازسازی شرایط گذشته استفاده کرد. برای مثال دانشمندان می‌توانند غلظت پیشین گاز‌های گلخانه‌ای را بر اساس اطلاعات ذخیره‌شده در حباب‌های کوچک یخ‌های باستانی به‌دست آورند و مدل اقلیمی از این اطلاعات برای شبیه‌سازی دمای گذشته استفاده می‌کند. داده‌های اقلیمی کنونی و جزئیات ذخایر طبیعی را می‌توان برای آزمایش دقت آن‌ها به کار برد.

داده‌های نماینده و مدل‌های اقلیمی دارای قدرت‌های مختلفی هستند. نماینده‌ها قابل‌اندازه‌گیری هستند و در واکنش به دما به‌خوبی ارزیابی می‌شوند. با این‌حال به صورت برابر در جهان یا در طول زمان توزیع نشده‌اند به همین دلیل بازسازی دماهای پیوسته‌ی جهانی کار دشواری است. در مقابل، مدل‌های اقلیمی در فضا و زمانی پیوسته قرار دارند، اما با وجود دقت بالا، تمام جزئیات یک سیستم اقلیمی را ثبت نمی‌کنند.

پژوهشگرها در مقاله‌ی مروری خود با تمرکز بر شاخص‌های دمای جهانی به ارزیابی نظریه‌ی اقلیمی، داده‌های نماینده و شبیه‌سازی‌های مدل پرداختند. آن‌ها با دقت زیادی فرآیندهای طبیعی تأثیرگذار بر اقلیم مثل تغییرات بلندمدت در مدار زمین به دور خورشید، تراکم گازهای گلخانه‌ای، فوران‌های آتش‌فشانی و قدرت انرژی گرمایی خورشید را بررسی کردند.

آن‌ها همچنین به بررسی بازخوردهای اقلیمی مهم مثل تغییرات پوشش گیاهی و یخ دریا پرداختند که بر دمای جهانی تأثیر می‌گذارند. برای مثال شواهد قوی نشان می‌دهند در حدود ۶۰۰۰ سال پیش، شمالگان دارای یخ‌های دریایی کمتر و پوشش گیاهی بیشتری نسبت به قرن نوزدهم بوده است. این مسئله به تیره شدن سطح زمین و جذب گرمای بیشتر انجامید.

بر اساس دو گروه از شواهد، پاسخ‌های متفاوتی در رابطه با روند دمای زمین در حدود ۶۰۰۰ سال پیش از گرمایش سراسری مدرن به دست آمدند. به‌طورکلی بر اساس ذخایر طبیعی، دمای میانگین زمین در حدود ۶۰۰۰ سال پیش به‌اندازه‌ی ۰٫۷ درجه‌ی سانتی‌گراد در مقایسه با میانه‌ی قرن نوزدهم بیشتر بوده و سپس به‌تدریج تا زمان انقلاب صنعتی کاهش یافته است. پژوهشگرها همچنین بیشترین شواهد را برای این نتیجه به دست آوردند.

از طرفی مدل‌های اقلیمی روند کند گرمایشی را نشان می‌دهد که حاصل توسعه‌ی جوامع وابسته به کشاورزی و آزادسازی تدریجی گاز کربن‌دی‌اکسید در طی هزاران سال پس از عقب‌نشینی صفحات یخی در نیم‌کره‌ی شمالی است.

ارزیابی پژوهشگرها بر روش‌هایی برای بهبود پیش‌بینی‌های اقلیمی تأکید دارد. برای مثال، یافته‌ها نشان می‌دهند در صورتی که مدل‌ها بازخوردهای اقلیمی خاصی را به‌طور کامل نشان دهند، قدرتمندتر خواهند شد. آزمایش مدل اقلیمی که شامل افزایش پوشش گیاهی در برخی مناطق در حدود ۶۰۰۰ سال پیش است می‌تواند اوج دمای سراسری موجود در سوابق را شبیه‌سازی کند، اما در شبیه‌سازی‌های مدل معمولا گسترش پوشش گیاهی در نظر گرفته نمی‌شود. دانشمندان برای بهبود پیش‌بینی تغییرات آینده باید این بازخوردها را بهتر درک کنند.