프록시(온도)

Proxy (climate)
이 기사는 기후 패턴에 관한 것이다. 다른 용도는 프록시를 참조하십시오.
다양한 프록시 방법을 사용한 지난 2000년 전지구 온도 재구성

과거 기후 연구("기상학")에서, 기후 대용물은 직접적인 기상학적 측정을 위해 존재하는[1] 과거의 물리적 특성을 보존하고 있으며, 과학자들이 지구 역사의 더 긴 부분에 걸쳐 기후 조건을 재구성할 수 있게 한다. 믿을 수 있는 지구 기후 기록은 1880년대에 시작되었고, 대용품들은 과학자들이 기록 보관이 시작되기 전에 기후 패턴을 결정할 수 있는 유일한 수단을 제공한다.

많은 수의 기후 대용품들이 다양한 지질학적 맥락에서 연구되어 왔다. 대용물의 예로는 얼음 코어의 안정적 동위원소 측정, 나무 고리의 성장 속도, 호수 침전물 또는 해양 퇴적물의 포아미페라(foraminifera)의 부화분 종 구성, 보어홀의 온도 프로파일, 산호 및 탄산염의 안정적 동위원소 및 광물학 등이 있다. 각각의 경우에 대리 지표는 그들이 눕거나 성장한 시점에 특정한 계절적 기후 변수(예: 여름 온도 또는 장마 강도)에 의해 영향을 받았다. 기후 대리점의 해석은 기후에 대한 대리점의 민감도 교정 및 대리 지표 사이의 교차 검증 등 다양한 보조 연구가 필요하다.[2]

대리점을 결합하여 기계의 온도 기록보다 더 긴 온도 재구성을 만들 수 있으며 지구 온난화와 기후 역사에 대한 논의를 알릴 수 있다. 대리 기록의 지리적 분포는 기악 기록과 마찬가지로 전혀 균일하지 않으며, 북반구에 더 많은 기록이 있다.[3]

프록시

주요 기사: 프록시(통계)

과학에서는 직접 측정할 수 없는 변수를 연구하는 것이 필요할 때가 있다. 이는 관심 변수와 상관관계가 있는 변수를 측정한 후 관심 변수의 값을 추론하는 "대시 방법"에 의해 이루어질 수 있다. 대리 방법은 온도를 직접 측정할 수 있는 시간을 넘어 과거 기후 연구에 특히 사용된다.

대부분의 대리 기록은 온도와 대리 사이의 관계를 추정하기 위해 중복 기간 동안 독립적인 온도 측정 또는 보다 직접적으로 보정된 대리인에 대해 보정되어야 한다. 대리인의 긴 이력은 이전 시기의 온도를 재구성하는 데 사용된다.

얼음 코어

드릴링

드릴에서 채취한 아이스 코어 샘플. 사진: 로니 톰슨, Byrd Polar Research Center.

얼음 코어는 그린란드, 남극, 북아메리카 지역의 얼음판 안에서 나온 원통형 표본이다.[4][5] 첫 추출 시도는 1956년에 국제 지구물리학상의 해의 일부로 일어났다. 미 육군 콜드 지역 연구 및 엔지니어링 연구소는 1968년 그린란드 캠프 센츄리와 남극의 버드 스테이션에서 80피트(24m) 길이의 변형 전기 드릴을 사용했다. 그들의 기계는 40-50분 안에 15–20피트(4.6–6.1m)의 얼음을 드릴로 뚫을 수 있었다. 1300~3000피트(910m) 깊이에서 코어 표본은 직경이 4+1⁄4 인치(110 mm)이고 길이가 10~20 피트(6.1 m)이다. 길이가 15~20피트(6.1m)나 되는 더 깊은 샘플은 흔치 않았다. 이후의 모든 시추팀은 각각의 새로운 노력으로 그들의 방법을 개선한다.[6]

프록시

남극 빙하 보스토크의 Δ18Oair 및 ΔDice.

얼음 코어에서 O와 O 물 분자 동위원소 사이의 비율은 과거의 온도와 눈 축적을 결정하는 데 도움이 된다.[4] 무거운 동위원소(18O)는 온도가 감소하고 강수량만큼 쉽게 떨어질수록 더 쉽게 응축되는 반면, 가벼운 16동위원소(O)는 침전하기 위해 더 추운 조건을 필요로 한다. O 동위원소의 높은 수준을 찾기 위해 북쪽으로 더 멀리 가야 할수록 기간은 더 따뜻해진다.[further explanation needed] [7]

물은 산소 동위원소 외에도 수소 동위원소인 H와 H를 포함하고 있으며, 일반적으로 H와 D(중수소)로 불리며, 온도 대용물에도 사용된다. 일반적으로 그린란드에서 온 얼음 코어는18 ΔO, 남극에서 온 얼음 코어는 Δ-deuterium으로 분석된다.[why?] 둘 다 분석하는 코어는 합치성이 결여되어 있음을 보여준다.(그림에서 ΔO는18 얼음이 아니라 갇힌 공기를 위한 것이다.[citation needed] ΔD는 얼음을 위한 것이다.)

이산화탄소와 메탄 등 갇힌 온실가스를 함유하고 있는 얼음의 기포도 과거의 기후 변화를 파악하는 데 도움이 된다.[4]

1989년부터 1992년까지 유럽 그린란드 빙하 코어 시추 프로젝트는 그린란드 중심부에서 72° 35' N, 37° 38' W 좌표로 드릴로 뚫었다. 그 중심부의 얼음은 깊이 770m에서 3840년,[8] 2521m에서 4만년, 3029m에서 20만년 이상이었다. 남극 대륙의 얼음 중심부는 지난 65만년 동안의 기후 기록을 밝힐 수 있다.[4]

위치 지도와 미국 아이스 코어 시추장의 전체 목록은 국립 아이스 코어 연구소 웹사이트에서 확인할 수 있다.[5]

나무고리

나무 줄기의 단면에서 보이는 나무의 고리들.
주요 기사: 덴드로클리마토학

Dendroclimatology는 주로 연간 나무 고리의 특성에서 과거 기후를 나무에서 결정하는 과학이다. 나무 고리는 조건이 성장을 선호할 때 넓어지고, 어려울 때는 좁아진다. 연간 고리의 다른 특성들, 예를 들어 최대 목재 밀도(MXD)는 단순한 고리 너비보다 더 나은 대용물로 나타났다. 나무 고리를 사용하여 과학자들은 수 백년에서 수천년 동안 많은 지역 기후를 추정해 왔다. 복수의 나무 고리 연구(때로는 다른 기후 대리 기록과 함께)를 결합함으로써 과학자들은 과거 지역 및 지구 기후를 추정했다(지난 1000년의 온도 기록 참조).

화석 잎

고생물학자들은 종종 나뭇잎 치아를 사용하여 과거 기후에서 평균 연간 온도를 재구성하고, 그들은 평균 연간 강수량의 대용품으로 나뭇잎 크기를 사용한다.[9] 연평균 강수량 재구성의 경우, 일부 연구자들은 타포노믹 과정이 화석 기록에 작은 잎들이 과도하게 표현되어 재구성을 편향시킬 수 있다고 믿는다.[10] 그러나, 최근의 연구는 잎 화석 기록이 작은 잎에 크게 치우치지 않을 수도 있다는 것을 시사한다.[11] 새로운 접근방식은 화석 잎 기공과 동위원소 구성에서 과거 대기의 CO2
 함량과 같은 데이터를 검색하여 세포 CO2 농도를 측정한다. 2014년 한 연구는 탄소-13 동위원소 비율을 사용하여 지난 4억 년의 CO2 양을 추정할 수 있었는데, 이 연구 결과는2 CO 농도에 대한 기후 민감도가 더 높다는 것을 암시한다.[12]

보어홀

보어홀 온도는 온도 프록시로 사용된다. 지면을 통한 열 전달은 느리기 때문에 지구 내부에서 열이 상승하는 영향에 따라 조정된 보어홀의 여러 다른 깊이의 일련의 온도 측정은 "반전"(매트릭스 방정식을 푸는 수학적 공식)이 되어 고유하지 않은 일련의 표면 온도 값을 산출할 수 있다. 동일한 보어홀 온도 프로파일을 생성할 수 있는 여러 가지 가능한 표면 온도 재구성이 있기 때문에 해결책은 "비유니크"이다. 게다가 물리적 한계로 인해 재건축이 불가피하게 '숨겨져 있다'고 할 수 밖에 없고, 더 과거로 거슬러 올라가면 더 많이 묻어나게 된다. AD 1500년 경에 온도를 재구성할 때, 보어홀은 몇 세기의 시간 분해능을 가진다. 20세기 초에, 그들의 결심은 몇 십 년이다. 따라서 그들은 기계의 온도 기록에 대한 유용한 확인을 제공하지 못한다.[13][14] 하지만, 그것들은 대체로 비교가 된다.[3] 이러한 확인은 고생물학자들에게 500년 전의 온도를 측정할 수 있다는 확신을 주었다. 이것은 100년 전의 온도를 측정하기 위해 약 492피트(150미터), 1000년 전의 온도를 측정하기 위해 1,640피트(500미터)의 깊이 눈금으로 결론짓는다.[15]

보어홀은 보정이 필요하지 않다는 점에서 다른 많은 대리점에 비해 큰 장점이 있다. 즉, 실제 온도다. 그러나 대부분의 "표면" 기상 관측에 사용되는 지표면 부근 온도(1.5m)는 기록하지 않는다. 이것들은 극한 조건이나 표면의 눈이 있을 때 상당히 다를 수 있다. 실제로 보어홀 온도에 대한 영향은 일반적으로 작다고 여겨진다. 두 번째 오류의 원인은 지하수에 의한 우물의 오염이 수온에 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 왜냐하면 물은 그것과 함께 더 현대적인 온도를 "운반"하기 때문이다. 이 효과는 일반적으로 작으며 매우 습한 현장에 더 많이 적용될 수 있다고 생각된다.[13] 부지가 1년 내내 얼어 있는 얼음 코어에는 적용되지 않는다.

모든 대륙에서 600개 이상의 보어홀이 표면 온도를 재구성하는 대용물로 사용되었다.[14] 북미와 유럽에는 가장 높은 농도의 보어홀이 존재한다. 그들의 천공 깊이는 보통 200미터에서 1,000미터 이상까지 지구 표면이나 빙판 속으로 들어간다.[15]

얼음판에는 소수의 보어홀이 뚫렸다; 그곳의 얼음의 순도는 더 긴 재구성을 허용한다. 중앙 그린란드 보어홀 온도는 "지난 150년 동안 약 1°C ± 0.2°C의 온난화가 수세기 동안 지속된 서늘한 상태를 보여준다. 이전에는 서기 1000년을 중심으로 온난한 시기가 있었는데, 이는 20세기 후반보다 약 1°C 더 따뜻했다." 남극 대륙 만년설의 한 보어홀은 "A.D. 1[]의 온도가 20세기 후반보다 약 1°C 더 따뜻했다"[16]고 보여준다.

그린란드의 보어홀 온도는 동위원소 온도 재구성에 중요한 변화를 가져왔으며, 이는 "공간 경사면(spatial slope)과 시간 경사면(temporary slope)"이라는 이전의 가정이 틀렸음을 보여준다.

산호초

바닷물 특성 변화에 따라 표백된 산호

바다 산호 골격 고리 또는 띠도 나무 고리와 유사하게 고생물학 정보를 공유한다. 2002년에는 DRS의 조사 결과에 대한 보고서가 발표되었다. 산호 탄산칼슘의 안정적 산소 동위원소 관련, 당시 마이애미 대학의 동료였던 리사 그리어와 피터 스와트. 온도가 낮아지면 산호가 구조물에 더 무거운 동위원소를 사용하는 반면, 온도가 따뜻해지면 산호 구조에 더 정상적인 산소 동위원소가 만들어진다. 밀도 높은 물 염도 또한 더 무거운 동위원소를 포함하는 경향이 있다. 그리어의 대서양 산호 샘플은 1994년에 채취되어 1935년으로 거슬러 올라간다. 그리어는 자신의 결론을 회상하며 "1935년부터 1994년경까지의 연평균 데이터를 보면 사인파 모양을 하고 있는 것을 알 수 있다. 주기적이며 약 12년에서 15년 마다 피크(peak)를 갖는 산소 동위원소 구성의 유의한 패턴을 가지고 있다." 지표수 온도는 또한 매 12년 반마다 정점을 찍는 것과 일치했다. 그러나, 이 온도를 기록하는 것은 지난 50년 동안만 행해졌기 때문에, 기록된 수온과 산호 구조 사이의 상관관계는 지금까지 거슬러 올라가야만 그릴 수 있다.[17]

꽃가루 알갱이

꽃가루는 퇴적물에서 찾을 수 있다. 식물들은 많은 양의 꽃가루를 생산하고 그것은 부패에 매우 저항적이다. 꽃가루 알갱이에서 식물의 종을 식별하는 것은 가능하다. 침전물 층으로부터 상대적인 시간에 그 지역의 확인된 식물 집단은 기후 조건에 대한 정보를 제공할 것이다. 주어진 식생 기간이나 연도의 꽃가루의 풍부함은 부분적으로 전월의 기후 조건에 따라 달라지기 때문에 꽃가루 밀도는 단기 기후 조건에 대한 정보를 제공한다.[18] 선사시대의 꽃가루에 대한 연구는 동종학이다.

디노플라겔라테이트 낭종

디노플라겔레이트 페리디늄 오바툼의 낭종

디노플라겔라테스는 대부분의 수생환경에서 발생하며, 생명주기 동안 일부 종은 환경조건이 성장에 적합하지 않은 거주기간 동안 내성이 강한 유기벽 낭종을 생성하기도 한다. 그들의 생활 깊이는 상대적으로 얕고(빛 침투에 따라 달라지며), 그들이 먹이를 주는 규조류와 밀접하게 결합된다. 지표수에서의 분포 패턴은 수역의 물리적 특성과 밀접하게 연관되어 있으며 근해 조립체도 해양 조립체와 구별할 수 있다. 퇴적물에서의 디노시스트 분포는 비교적 잘 문서화되어 있으며, 세자의 분포 패턴과 거주성을 결정하는 평균 해수면 상태를 이해하는 데 기여했다().[19] 북태평양의 박스와 중력 중심부를 포함한 여러 연구들이 공룡의 분포와 해수면 온도, 염분, 생산성 및 부유와의 관계를 결정하기 위해 이들을 팔레오니아학적 함량에 대해 분석하고 있다. 마찬가지로,[22] 1992년부터 산타 바바라 분지 중심부의 수심 576.5m에서 박스 코어를 사용하여 해당 지역의 지난 40년 동안 해양학 및 기후 변화를 결정한다.

호수와 해양 퇴적물

다른 대리점에 대한 그들의 연구와 유사하게, 고생물학자들은 해양 퇴적물의 내용물에서 산소 동위원소를 검사한다. 마찬가지로, 그들은 호수 침전물의 층을 측정한다.[24] 호수변은 주로 다음 요소에 의해 영향을 받는다.

  • 계절별 눈과 얼음을 녹일 수 있는 에너지를 보여주는 여름 온도
  • 녹을 때 퇴적물의 교란 정도를 결정하는 겨울 강설
  • 강우량[25]

디아톰, 포아미니페라, 방사선 전문의, 배척사, 그리고 코콜리토포레스는 과거 기후를 재구성하는 데 흔히 사용되는 호수와 해양 조건의 생물학적 대용물의 예들이다. 퇴적물에 보존된 이것들과 다른 수생 생물들의 종의 분포는 유용한 대용품이다. 침전물에 보존된 종에 대한 최적의 조건이 단서로 작용한다. 연구원들은 이 단서들을 사용하여 이 생물들이 죽었을 때 기후와 환경이 어땠는지 밝혀낸다.[26] 껍질 속의 산소 동위원소 비율은 또한 온도의 대용품으로 사용될 수 있다.[27]

물동위원소 및 온도재구성

Climate sensitivity sea level and atmospheric carbon dioxide. Hansen et al 2013.png

바닷물은 대부분 HO로216, 소량의 HDO와16 HO를218 가지고 있는데, 여기서 D는 중수소를, 즉 여분의 중성자를 가진 수소를 의미한다. 비엔나 표준 평균 해양수(VSMOW)에서 D 대 H의 비율은 155.76x10이고−6 O-18 대 O-16은 2005.2x10이다−6. 동위원소 분율은 응축 단계와 증기 단계 사이의 변화 중에 발생한다: 더 무거운 동위원소의 증기 압력이 더 낮기 때문에, 증기는 상대적으로 더 가벼운 동위원소를 포함하고, 증기가 응축될 때 우선적으로 더 무거운 동위원소를 포함한다. The difference from VSMOW is expressed as δ18O = 1000‰ ; and a similar formula for δD. 강수량 Δ 값은 항상 음수 값이다.[28] Δ에 대한 주요한 영향은 수분이 증발한 바다 온도와 최종 강수가 발생한 곳의 차이인데, 해양 온도는 비교적 안정적이기 때문에 Δ 값은 강수량이 발생하는 온도를 대부분 반영한다. 강수량이 역행층 위에 형성된다는 점을 고려하면, 우리는 다음과 같은 선형 관계를 갖게 된다.

Δ O = aT + b

이는 그린란드의 경우 a = 0.67 //°C, 동남극의 경우 0.76 °/°C로 온도 및 Δ의 측정에서 경험적으로 보정된다. 보정은 처음에 온도의 공간적 변동에 기초하여 수행되었으며, 이는 시간적 변동에 해당한다고 가정되었다.[29] 좀 더 최근에, 보어홀 열측정에 따르면 빙하 간빙 변동의 경우 a = 0.33˚/°C로 빙하 간빙 온도 변화가 이전에 믿었던 것보다 두 배나 컸음을 시사한다.[30]

2017년에 발표된 한 연구에서는 1억년 전 엷은 바다의 온도를 재구성한 이전의 방법론을 문제 삼으며, 그 기간 동안 비교적 안정적이어서 훨씬 더 추웠음을 시사했다.[31]

멤브레인 지질

peat (lignite, 고대 이토)와 토양에서 얻은 새로운 기후 대리인으로 글리세롤 다이얼킬 글리세롤 테트라에더(GDGT)로 알려진 막 지질(membrane lipids)가 다른 GDGT 이소머의 상대적 분포를 제어하는 엷은 환경 요인을 연구하는데 도움을 주고 있다. 연구 저자들은 "이 갈라진 막 지질은 아직 알려지지 않은 혐기성 토양 박테리아 그룹에 의해 생성된다"[32]고 지적한다. 2018년 현재, 광물 토양에서 박테리아의 메틸화 정도(brGDGTs)가 평균 연간 공기 온도를 계산하는 데 도움이 된다는 것을 입증하는 연구가 10년 동안 있다. 이 대리법은 백악기-팔레인제종 경계에서 초기 팔래이젠의 기후를 연구하기 위해 사용되었으며, 연구자들은 육지 상공과 중간위도에서의 연간 대기 온도가 평균 약 23–29 °C(± 4.7 °C)로 이전 대부분의 연구 결과보다 5–10 °C 높은 것으로 나타났다.[33][34]

유사복제

대리 기록을 전체 반구 온도 재구성에 결합하는 데 사용되는 알고리즘의 기술은 "pseudoproxies"라고 알려진 기술을 사용하여 시험할 수 있다. 이 방법에서는 알려진 프록시 네트워크에 해당하는 위치에서 기후 모델의 출력을 샘플링하고, 생성된 온도 기록을 모델의 (알려진) 전체 온도와 비교한다.[35]

참고 항목

참조

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  31. ^ Bernard, S.; Daval, D.; Ackerer, P.; Pont, S.; Meibom, A. (2017-10-26). "Burial-induced oxygen-isotope re-equilibration of fossil foraminifera explains ocean paleotemperature paradoxes". Nature Communications. 8 (1): 1134. doi:10.1038/s41467-017-01225-9. ISSN 2041-1723. PMC 5656689.
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추가 읽기

  • "지구온난화 패턴을 확인하는 보어홀 온도" UniSci. 2001년 2월 27일 2009년 10월 7일. [1]
  • 브루크너, 모니카 "팔레오키마톨로지: 어떻게 과거의 기후를 유추할 수 있을까?" 미생물 생명체. 2008년 9월 29일. 2009년 11월 23일. [2]
  • "기후변화 2001: 2.3.2.1 팔래오클림 대리지표."IPCC. 2003. 2009년 9월 23일. [3]
  • "코랄 레이어즈 대서양 기후 사이클에 적합한 프록시" 지구 관측소. 웹마스터: Paul Przyborski. 2002년 12월 7일. 2009년 11월 2일. [4]
  • "핵심 위치 지도" 2009년 4월 9일. 2009년 11월 23일. [5]
  • "만성학." 메리암-웹스터 온라인 사전. 메리암-웹스터 온라인. 2009년 10월 2일. [6]
  • 환경 뉴스 네트워크 직원. "보어홀 온도는 지구온난화를 확인시켜준다."CNN.com 2000년 2월 17일 2009년 10월 7일. [7]
  • NCDC. 9월 26일 "The GRIP Coring 노력" 2009. [8]
  • "성장고리가 울린다." 브리태니커 백과사전. 브리태니커 백과사전 온라인 2009년 10월 23일. [9]
  • 황, 샤오펑, 외 "지난 5세기 동안의 기온 추세는 보어홀 온도에서 재구성되었다." 자연. 2009년 10월 6일. [10]
  • "목표 – Kola Superdeep Borehole (KSDB) – IGCP 408: '위대한 깊이와 표면의 암석과 광물'" 국제대륙 과학 시추 프로그램. 2006년 7월 18일. 2009년 10월 6일. [11]
  • "팔레오크리마토학: 산소 균형." 지구 관측소. 웹마스터: Paul Przyborski. 2009년 11월 24일. [12]
  • 슈웨잉루버, 프리츠 한스 나무 고리: 연감학의 기본과 응용 도드레흐트: 1988. 2, 47–8, 54, 256–7.
  • 스트롬, 로버트 핫 하우스. 뉴욕: Praxis, 2007. 255.
  • "바브." 메리암-웹스터 온라인 사전. 메리암-웹스터 온라인. 2009년 11월 2일. [13]
  • Wolff, E. W. (2000) 얼음 중심부로부터의 대기 역사; ERCA vol 4 pp 147–177

외부 링크

  • 2013년 1월 23일 영국 왕립 화학 협회 화학 기후 대리점
  • Quintana, Favia et al., 2018 ″Multiproxy response to climate- and human-driven changes in a remote lake of southern Patagonia (Laguna Las Vizcachas, Argentina) during the last 1.6 kyr″, Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, Mexico, VOL. 70 NO. 1 P. 173 ‒ 186 [14]