https://frosthead.com

Неизменное климатическое наследие Мауна-Лоа

Около 60 лет назад Дэвид Килинг начал свой путь вверх по склону Мауна-Лоа. На высоте 11 135 футов над уровнем моря он остановился у небольшого серого бетонного здания - единственного признака человеческой жизни среди миль и миль лавовых камней, кроме надворной постройки в 50 ярдах от здания. Килинг, 30-летний ученый из Калифорнии, первоначально сделал себе имя в научном сообществе, разработав уникальный метод отбора проб углекислого газа, который выявил некоторые интригующие закономерности, а именно, что концентрация углекислого газа в атмосфере была относительно равномерно по всему северному полушарию, в среднем около 310 частей на миллион. Теперь он подошел к вершине крупнейшего в мире вулкана, чтобы проверить новый проект, который, как он надеялся, изменит способ, которым научное сообщество измеряет атмосферный углекислый газ.

Килинг оказался на Гавайях по указанию Гарри Векслера, директора Отдела метеорологических исследований Бюро погоды США. Несколькими годами ранее Килинг вылетел в Вашингтон, округ Колумбия, чтобы встретиться с Векслером, и за несколько часов убедил директора полностью пересмотреть программу измерения углерода Бюро погоды. Килинг утверждал, что мир нуждается в нескольких удаленных местах по всему миру, непрерывно измеряющих колебания количества углекислого газа, который поступает в атмосферу или покидает ее.

Килинг получил свое желание, даже если Векслер не обязательно получил его: вместо того, чтобы присоединиться к Бюро погоды, Килинг занял должность в Институте океанографии Скриппса, проходя через кабинет без окон в Военно-морской обсерватории для океанского бриза Сан-Диего. Но Килинг и Векслер поддерживали профессиональные отношения, позволяя как Скриппсу, так и федеральному правительству принять участие в программе измерений, создаваемой в Мауна-Лоа - государственно-частном партнерстве, которое будет продолжаться десятилетиями. В марте 1958 года в обсерватории начались первые непрерывные измерения углекислого газа; Через несколько месяцев, в ноябре, Килинг впервые посетил сайт.

Даже через несколько месяцев после начала программы мониторинг в Мауна-Лоа уже дал революционные результаты. В ноябре, когда Килинг впервые поднялся на вулкан, измерения показали, что концентрация углекислого газа увеличивается - медленно, но неуклонно. Затем, в летние месяцы, произошло обратное, концентрация углекислого газа снизилась. Картина повторилась почти точно в течение второго года измерений. Килинг был очарован.

«Мы были свидетелями впервые, - писал он в своей автобиографии, - природа забирает CO2 из воздуха для роста растений летом и возвращает его каждую следующую зиму». Они, по сути, сделали снимок северного полушария. вздохнув и выдохнув - выдохните углекислый газ, когда леса обнажились на зиму, и вдохните, когда листья возвращались каждое лето.

Сезонное поглощение и выброс углекислого газа окажется лишь одним из ошеломляющих явлений, иллюстрируемых измерениями в Мауна-Лоа. В течение следующих 60 лет данные обсерватории выявят нечто более зловещее в атмосфере: быстрое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере, вызванное сжиганием ископаемого топлива.

«Если человеческая раса выживет в двадцать первом веке с огромным увеличением населения, которое сейчас кажется неизбежным, - сказал Килинг во время речи, представляющей свое исследование в Американском философском обществе в 1969 году, - люди, жившие тогда, вместе со своими другими проблемами также могут столкнуться с угрозой климатических изменений, вызванных неконтролируемым увеличением содержания CO2 в атмосфере от ископаемого топлива ».

Первоначальная структура обсерватории Мауна-Лоа, получившая название здания Килинг. Первоначальная структура обсерватории Мауна-Лоа, получившая название здания Килинг. (Тед Коран)

Около 400 000 лет назад подводный вулкан прорвался на поверхность Тихого океана. В течение следующих нескольких сотен тысяч лет вулкан продолжал извергаться циклическими всплесками, быстро увеличиваясь, пока не поднялся примерно на 13 680 футов над уровнем моря. Лава стекала по склонам горы, в конце концов затвердевая, образуя большую часть Большого острова Гавайев. Для коренных жителей Гавайских островов, которые впервые заселили остров, вулкан стал известен как Мауна-Лоа или Длинная гора, что свидетельствует о его постепенных склонах, которые охватывают около 19 000 кубических миль, что делает его самым большим вулканом в мире. В 1951 году на саммите открылась небольшая метеорологическая обсерватория, получившая название Обсерватория саммита Мауна-Лоа. Это стало результатом альянса между Бюро погоды США, Службой парков, ВМС США и тюремными рабочими, которые годами занимались созданием обмоток. Дорога, которая приведет к вершине вулкана. Четыре года спустя обсерватория Мауна-Лоа была построена в нескольких тысячах футов вниз по вулкану от первоначальной структуры саммита; сегодня он остается одной из важнейших обсерваторий в мире.

Обсерватория Мауна-Лоа мало изменилась с тех пор, как Килинг совершил свой первый визит в 1968 году. Второе здание присоединилось к первоначальной структуре в 1997 году, и на объекте установлена ​​сантехника внутри помещений, что делает пристройку в основном устаревшей, по крайней мере, для посетителей. Другие проекты теперь конкурируют за время исследования в обсерватории; Более 70 проектов, осуществляемых организациями по всему миру, измеряют около 250 атмосферных составляющих, от аэрозолей до солнечной радиации. Но это все еще непрерывные измерения углерода обсерватории - самый продолжительный в мире - которые привлекают наибольшее внимание. Сегодня график, основанный на этих измерениях, в основном известен под другим именем: кривая Килинга, которую Томас Дж. Бартон, бывший президент Американского химического общества, назвал «иконой современной науки».

Измерения содержания углерода в обсерватории взяты из образцов воздуха, взятых на вершине 130-футовой башни, структуры, явно неуместной в среде, бесплодной чего-либо более высокого, чем одноэтажное здание. На сто тридцать футов вверх воздух в значительной степени свободен от локального загрязнения, которое иногда может переноситься в гору инверсионным слоем, который образуется, когда солнце нагревает гору, поднимая воздух с более низких высот в течение дня и опускаясь ночью, От башни две линии отбирают пробы воздуха в небольшую комнату во втором здании обсерватории. Сегодня и NOAA, и Scripps проводят параллельные измерительные программы в Мауна-Лоа, используя одни и те же пробы воздуха, но с использованием немного разных методов (NOAA начала свою программу мониторинга в 70-х годах и имеет станции, расположенные по всему миру, от Мауна-Лоа до Барроу, Аляска до Южного полюса).

Оригинальное устройство, используемое Чарльзом Килингом для измерения атмосферных концентраций углекислого газа. Оригинальное устройство, используемое Чарльзом Килингом для измерения атмосферных концентраций углекислого газа. (Тед Коран)

Килинг умер в 2005 году, но его наследие ощутимо во всей обсерватории, от специальной таблички на внешней стороне оригинального здания до оригинального устройства измерения углерода, расположенного в плексигласе в коридоре второго здания. Однако его влияние, пожалуй, наиболее заметно в стремлении программы к тщательному измерению и калибровке. Почасовые образцы заключаются в квадратные скобки по 15 минут калибровки с каждой стороны, а часовая калибровка проводится каждые 25 часов. Полученные в результате измерения также выполняются с помощью компьютерной программы, которая помечает любые данные выбросов - что-либо со слишком большим отклонением или значением выше ожидаемого - для ручного утверждения. Все собранные данные также сравниваются с 15 другими лабораториями по всему миру, и программы NOAA и Scripps регулярно проверяют свои результаты друг против друга. Обычно разница настолько незначительна, что практически отсутствует.

«Если вы посмотрите на график выбросов CO2 в Мауна-Лоа, разница между программой [Scripps] и нашей программой меньше толщины линии на графике», - говорит Питер Танс, глава группы парниковых газов в углеродном цикле в Отдел глобального мониторинга Лаборатории исследования системы Земли NOAA. «Это реальная гарантия качества».

Комплекс обсерватории Мауна Лоа. Комплекс обсерватории Мауна Лоа. (Тед Коран)

Но наследие тщательных измерений Килинга - не единственная причина, по которой исследователи из NOAA и Scripps делают все возможное, чтобы их результаты были безупречными. С тех пор, как Килинг впервые представил свои выводы в Американском философском обществе в 1968 году, вывод о том, что углекислый газ в атмосфере все в большей степени обусловлен действиями человечества, стал одним из наиболее поляризующихся предметов в американской политике. Почти четверть американцев считают, что нет убедительных доказательств того, что за последние несколько десятилетий Земля стала теплее, в то время как почти 30 процентов американцев не считают глобальное потепление серьезной проблемой.

В течение того же периода времени углекислый газ попадает в атмосферу с угрожающе высокой скоростью - быстрее, чем в любое другое время в истории человечества. В то же время на планете произошел ошеломляющий рекордный скачок температуры: 10 самых теплых лет за всю историю наблюдений произошли после 1998 года. Недавно измерение содержания углекислого газа в атмосфере в Мауна-Лоа превысило 400 частей на миллион, 42 процентное увеличение от доиндустриального уровня. Убедиться в том, что их число неоспоримо, - это не только хорошая наука, но и защита от угрожающих ветров бурного политического климата.

Тем не менее, несмотря на всю политическую борьбу, связанную с антропогенным изменением климата, исследователи, отвечающие за сбор данных в Мауна-Лоа, почти аполитичны. И Тэнс, и Ральф Килинг, сын Дэвида Килинга, который взял на себя часть программы Скриппса после смерти отца, видят в своей роли не столько влияние на политику, сколько сбор важных данных.

«Я попал в эту область не для того, чтобы менять политику, а для того, чтобы узнавать о Земле что-то новое, и я продолжаю видеть в этом основную мотивацию», - говорит Ральф Килинг. «Я думаю, что процесс выяснения того, что общество должно делать и как вносить изменения, по-прежнему требует таких людей, как я, которые просто собирают факты». Остальное, по словам Тэнса и Тэнса, зависит от политиков мира.

В то время как младший Килинг может верить в то, что политика не пускает в науку, это не мешает политике влиять на науку. По крайней мере, половина финансирования партнерства - часть NOAA - поступает от федерального правительства, которое несколько раз за последние несколько лет пыталось урезать финансирование исследований, связанных с погодой, связанных с NOAA. Тэнс объясняет, что эти политические капризы, среди прочего, делают партнерство со Scripps таким неоценимым для непрерывности программы.

«Вполне возможно, что будущий президент или Конгресс решит, что изменение климата - обман, и мы собираемся сократить программу NOAA», - говорит он. «Так что это также гарантия от таких капризов. Мы бы не хотели, чтобы запись Mauna Loa была прекращена, поэтому важно, чтобы все это делали не одна лаборатория, а разные лаборатории в разных странах ».

Вид на Мауна-Кеа с вершины обсерватории Мауна-Лоа. Вид на Мауна-Кеа с вершины обсерватории Мауна-Лоа. (Тед Коран)

Обеспечение постоянного финансирования части программы Scripps также не лишено недостатков. Долгосрочные наблюдения, объясняет Килинг, часто являются происхождением федеральных агентств, которые часто имеют более предсказуемый поток финансирования для проектов в течение длительного периода времени. Для частных агентств акцент часто делается на новых открытиях, а не на постоянном мониторинге известного явления.

«Сложность заключается в том, что в качестве концепции того, чем должно быть научное предприятие, ожидается, что вы должны отправиться в одно место и сделать открытие, а затем вам следует отправиться в другое место и сделать еще одно открытие», - говорит Килинг., «Это была проблема, с которой столкнулся мой отец, и таким образом сообщество, которое занимается этим, должно продолжать отвечать. Ответ заключается в том, что мы не просто изучаем одно и то же снова и снова - мы смотрим на Землю во время необычайных перемен, и было бы очень безответственно и странно просто отключать поток информации ».

Во всяком случае, постоянный мониторинг содержания углекислого газа в атмосфере в Мауна-Лоа мог бы вступить в важный новый этап - мониторинг глобальных усилий по ограничению загрязнения парниковыми газами. В декабре около 200 стран встретились в Париже и договорились предпринять усилия, направленные на то, чтобы держать мир намного ниже 2 градусов по Цельсию потепления - консенсусный предел для случаев, когда последствия изменения климата станут действительно очень серьезными. Экологи и климатологи в целом приветствовали это соглашение, но было одно главное беспокойство: как бы мир узнал, что страны выполняют свои обещания? Как мы можем быть уверены, что соглашение действительно работает?

Именно в этом Тэнс из NOAA считает, что программа измерения углерода может быть полезной - и где он видит, что программа будет развиваться, по крайней мере частично, в будущем.

«Должен быть какой-то способ объективной проверки того, насколько эта политика действительно успешна. Мы долго думали о том, как мы можем это сделать, как мы можем проводить измерения таким образом, чтобы, если цель политики на 20 процентов меньше выбросов за 10 лет, мы могли бы на самом деле измерить это из атмосферы? » говорит.

Исследователи NOAA практикуют измерение известных источников метана в США, чтобы попытаться измерить и количественно оценить сокращение выбросов парниковых газов. Теперь они обращают свое внимание на углекислый газ в городах, пытаясь разработать метод, который может фиксировать изменения в выбросах углерода на уровне города и даже определять, происходит ли этот углерод из природного источника или от сжигания ископаемого топлива.,

Для проекта, который потратил больше половины прошлого столетия на заговоры об опасном влиянии человечества на климат, это обнадеживающая перспектива. «Если Парижское соглашение принесет плоды и приведет к сокращению выбросов, мы увидим это в отчете о Мауна-Лоа, и это будет новым открытием - мы увидим, что люди искривляют кривую», Ральф Килинг говорит. «Я очень хочу показать, что есть ручка управления, которую мы можем использовать».

Неизменное климатическое наследие Мауна-Лоа