I sedimenti sotto il lago Tanganica in Africa immagazzinano sostanze chimiche che forniscono ai paleoclimatologi informazioni sulle condizioni atmosferiche nei tempi antichi. Un professore della Rice University ha creato un modello computazionale che aiuta a tradurre ciò che trovano. Credito:Sylvia Dee/Rice University
Quanto è diventata fredda la Terra durante l'ultima era glaciale? La verità potrebbe trovarsi in profondità sotto i laghi e potrebbe aiutare a prevedere come il pianeta si riscalderà di nuovo. I sedimenti nei fondali dei laghi conservano le registrazioni chimiche delle ere passate, tra questi lo stato concomitante dell'atmosfera soprastante. Gli scienziati guidati da un professore della Rice University e dai suoi colleghi hanno ideato un nuovo modello computazionale per interpretare ciò che rivelano.
Silvia Dee, un assistente professore di Terra, scienze ambientali e planetarie, e i suoi colleghi hanno creato un modello computazionale del sistema proxy del lago per tradurre i dati dalle acque profonde della superficie del lago in un modo che si collega più direttamente alle variabili misurabili del modello climatico.
Il loro lavoro fa parte di una piattaforma software pubblica creata da Dee chiamata PRYSM, ed è descritto nella rivista American Geophysical Union Paleoceanografia e Paleoclimatologia .Gli scienziati che studiano il clima del passato analizzano segnali geochimici provenienti da archivi come coralli e carote di ghiaccio, o codificato negli anelli dei vecchi alberi, ma non tutti interpretano i dati allo stesso modo. La ricerca di Dee è stata quella di progettare modelli semplici che aiutino a interpretare le osservazioni del clima passato in modo più uniforme con i modelli climatici, e nel processo rendere questi inestimabili archivi più rilevanti per gli studi sui futuri cambiamenti climatici.
"Abbiamo simulazioni di modelli climatici che risalgono a migliaia di anni fa, " ha detto Dee, che si è unito a Rice quest'anno. "Ci aiutano a capire i fattori che hanno determinato i cambiamenti passati di temperatura e precipitazioni, ma dobbiamo usare i dati climatici del passato per fondare la verità sui modelli.
"Per esempio, se un modello climatico mostra un forte accordo con le ricostruzioni della temperatura che abbiamo dai laghi, potremmo concludere che la fisica di questo modello è robusta e che può fare un lavoro migliore simulando ciò che accadrà sotto il futuro riscaldamento antropogenico".
I fondali lacustri conservano le prove della storia del clima in sedimenti stratificati che possono essere analizzati e datati estraendo le carote. Lo studio di Dee ha utilizzato i dati dei modelli climatici per esplorare e comprendere gli archivi dei laghi che gli scienziati utilizzano per ricostruire le condizioni atmosferiche per un determinato periodo di tempo.
"Alcune delle più ricche storie di temperatura e precipitazioni che abbiamo sulla Terra provengono dai laghi, " Ha detto Dee. "La gente ha misurato gli indicatori nei sedimenti per anni, ma non è semplice confrontare quei dati con i modelli climatici.
"Ecco dove entro io, " ha detto. "Faccio parte di un gruppo di scienziati focalizzati sulla traduzione tra ciò che i modelli climatici ci dicono sui cambiamenti passati nel sistema climatico e ciò che i dati ci dicono".
Dee e il suo team hanno simulato le temperature dei laghi e gli archivi climatici in due laghi in Africa, Malawi e Tanganica, risalendo all'ultimo massimo glaciale verso le 21, 000 anni fa, quando le temperature globali erano stimate tra 3 e 5 gradi Celsius più fredde di oggi.
"Questo è un obiettivo chiaro per i climatologi, " ha detto. "Abbiamo indizi dal passato che ci dicono quanto fosse freddo il continente africano. È l'ultima volta nella storia del clima della Terra che c'è stato un drammatico cambiamento nel clima medio a causa della forzatura dell'anidride carbonica, e lo usiamo come banco di prova per le prestazioni dei modelli climatici".
Nel caso di prova, La simulazione di PRYSM ha rivelato che i proxy della temperatura del lago hanno sottovalutato le variazioni della temperatura dell'aria. "La gente generalmente presume che le ricostruzioni della temperatura del lago dai sedimenti riflettano i cambiamenti della temperatura dell'aria, " Dee ha detto. "Supponiamo che cambino in tandem. Le nostre simulazioni del modello mostrano che il lago sta effettivamente smorzando il segnale di temperatura.
"Per esempio, se le temperature dell'aria modellate mostrano un riscaldamento di 4 gradi Celsius dall'ultimo massimo glaciale in Africa e il lago si smorza che segnalano a 3 gradi, potremmo concludere erroneamente che la temperatura dell'aria fosse di un grado più alta di quanto non fosse in realtà. Siamo essenzialmente in grado di quantificare quanto errore ci si potrebbe aspettare nella nostra interpretazione del cambiamento di temperatura passato.
Quegli errori sono sostenuti dal lago da solo, " lei disse.
"È importante sapere, " Dee ha detto. "Queste ricostruzioni del lago sono alcuni degli unici dati disponibili per aiutarci a capire come si evolveranno le temperature nel continente africano in un mondo in via di riscaldamento. La nostra speranza è che PRYSM aiuti a definire questi cambiamenti climatici con maggiore fiducia".
L'open source PRYSM è la versione 2.0, progettato esplicitamente per modellare gli archivi climatici nei laghi. Dee costruì la prima versione per modellare carote di ghiaccio, coralli, depositi di caverne e cellulosa ad anello degli alberi.
Lei e i suoi colleghi hanno in programma di aggiungere nel tempo altri proxy paleoclimatici noti. Poiché PRYSM è open source, chiunque può accedere al codice (tramite GitHub) e migliorarlo.
"Sto cercando di convincere tutti nelle comunità di modellismo e paleoclima a parlare tra loro, " Ha detto Dee. "PRYSM è uno sforzo per convincere entrambe le comunità a capire che non possiamo confrontare le mele con le arance. Abbiamo bisogno di confrontare i dati paleoclimatici e le simulazioni dei modelli in modo più formale, e così facendo, speriamo di migliorare drasticamente le nostre interpretazioni dei cambiamenti climatici passati.
"La cosa grandiosa di essere in grado di ottenere istantanee delle temperature del passato è che si spera di poter costruire una comprensione più ampia di come il pianeta reagirà ai continui cambiamenti climatici antropogenici, " ha detto. "Abbiamo misurazioni dirette di ciò che è accaduto negli ultimi 150 anni. Ma se guardiamo più indietro nel tempo, abbiamo maggiori cambiamenti nell'anidride carbonica, cambiamenti più grandi nel vulcanismo e più grandi calotte glaciali sulla Terra. Sono martelli pesanti. Ci aiutano a capire come reagisce il clima a una forzatura più forte".
