Umbes 60 aastat tagasi hakkas David Keeling keerlema Mauna Loa poole. 11135 meetri kõrgusel merepinnast peatus ta väikese, halli betoonehitise juures - ainus inimelu märk miilide ja miilide kaugusel laavakivist, umbes 50 meetri kaugusel asuvast kõrvalhoonest. 30-aastane California teadlane Keeling oli algselt teadlaskonnas endale nime pannud, luues ainulaadse süsinikdioksiidi proovide võtmise meetodi, mis oli paljastanud mõned intrigeerivad mustrid - nimelt et süsinikdioksiidi kontsentratsioon atmosfääris oli suhteliselt ühtlane kogu põhjapoolkeral, keskmiselt umbes 310 osa miljoni kohta. Nüüd jõudis ta maailma suurima vulkaani tippu, et kontrollida uut projekti, mis loodab muuta teadlaskonna atmosfääri süsihappegaasi mõõtmise viisi.
Keeling oli jõudnud Hawaiile USA ilmaameti meteoroloogiliste uuringute osakonna direktori Harry Wexleri korraldusel. Mõni aasta varem oli Keeling lennanud Washingtoni DC-sse, et kohtuda Wexleriga ja oli mõne tunni jooksul veennud direktorit ilmastikuameti süsiniku mõõtmise programmi täielikult läbi vaatama. Keeling väitis, et maailm vajas vaid mõnda kõrvalist kohta, mis olid üles seatud kogu maailmas ja mõõtsid pidevalt atmosfääri siseneva või sealt väljuva süsinikdioksiidi koguse kõikumisi.
Keeling sai oma soovi, isegi kui Wexler ei pruugi seda saada: ilmateate büroosse astumise asemel asus Keeling tööle Scrippsi okeanograafiainstituuti, kulgedes üle San Diego ookeanituule jaoks mereväe observatooriumis aknata kontori. Kuid Keeling ja Wexler säilitasid ametialased suhted, võimaldades nii Scrippsil kui ka föderaalvalitsusel anda oma panus Mauna Loasse loodavasse mõõtmisprogrammi - avaliku ja erasektori partnerlusse, mis jätkuks aastakümneid. 1958. aasta märtsis algasid observatooriumis esimesed pidevad süsinikdioksiidi mõõtmised; Kuusid hiljem, novembris, külastas Keeling seda saiti esimest korda.
Isegi vaid mõned kuud programmi vältel andis Mauna Loa seire juba revolutsioonilisi tulemusi. Novembris, kui Keeling tegi mäestiku esimest korda vulkaani kallale, näitasid mõõtmised, et süsinikdioksiidi kontsentratsioon suureneb aeglaselt, kuid ühtlaselt. Siis juhtus suvekuudel vastupidine olukord, kus süsinikdioksiidi kontsentratsioon langes. Muster kordas peaaegu täpselt teisel mõõtmisaastal. Keeling oli lummatud.
"Me olime esimest korda tunnistajad, " kirjutas ta oma autobiograafias, "loodus eemaldab suviselt süsinikdioksiidi taimede kasvatamiseks ja tagastab selle igal järgneval talvel." Nad olid sisuliselt jäädvustanud pildi põhjapoolkerast. hinge tõmbamine ja vabastamine - süsihappegaasi väljahingamine, kui metsad olid talveks paljaks muutunud, ja sissehingamine, kui lehed igal suvel tagasi jõudsid.
Süsinikdioksiidi sesoonne omastamine ja eraldumine oleks vaid üks uimastatav nähtus, mida näitasid Mauna Loa piirkonnas tehtud mõõtmised. Järgneva 60 aasta jooksul paljastavad observatooriumi andmed atmosfääris midagi palju süngemat: fossiilsete kütuste põlemisest põhjustatud süsihappegaasi kiire tõus atmosfääris.
"Kui inimkond rahule jääva rahva arvu suurenemise tõttu 21. sajandisse püsib, näib see paratamatu, " ütles Keeling 1969. aastal Ameerika filosoofilisele seltsile oma uurimistööd tutvustavas kõnes, et "tollal elavad inimesed koos oma muude hädadega", võib ka silmitsi seista kliimamuutuste ohuga, mida põhjustab fossiilkütuste atmosfääri süsinikdioksiidi kontrollimatu suurenemine. "
Mauna Loa observatooriumi algne struktuur, mida nimetatakse Keelingi hooneks. (Ted Coran) Umbes 400 000 aastat tagasi murdis Vaikse ookeani pinda veealune vulkaan. Järgmise mitmesaja tuhande aasta jooksul jätkas vulkaan purskamist tsükliliste spurtide ajal, kasvades kiiresti, kuni see tõusis umbes 13 680 jalga mere kohal. Laava voolas mööda mäe külgi, kõvenedes lõpuks enamuse Hawaii Suurest Saarest. Põlistele havailastele, kes saare esmakordselt asustasid, sai vulkaan nime Mauna Loa ehk Pikk mägi - see viitab selle järkjärgulistele nõlvadele, mis hõlmavad umbes 19 000 kuupmiili, muutes selle suurimaks vulkaaniks maailmas. 1951. aastal avati tippkohtumisel väike ilmastikuseirekeskus, mida nimetatakse Mauna Loa tippkohtumise observatooriumiks - USA ilmaameti, pargiteenistuse, USA mereväe ja vanglatöötajate vahelise liidu tulemusel, kes veetsid aastaid mähise likvideerimisel. tee, mis viiks vulkaani tippu. Neli aastat hiljem ehitati Mauna Loa observatoorium paar tuhat jalga alla vulkaani algsest tippkohtumise struktuurist; tänapäeval on see endiselt üks olulisemaid vaatlusjaamu maailmas.
Mauna Loa observatoorium on pärast Keelingi esimest külastust 1968. aastal vähe muutunud. Teine hoone liitus esialgse ehitisega 1997. aastal ja rajatises on sisetorustik, muutes kõrvalhoone enamasti vananenuks, vähemalt külastajatele. Teised projektid võistlevad nüüd vaatluskeskuses uuringuaja pärast; enam kui 70 projekti, mida juhivad kogu maailmas asutused, mõõdavad umbes 250 atmosfääri koostisosa, alates aerosoolidest kuni päikesekiirguseni. Kuid ikkagi tõmbavad kõige rohkem tähelepanu observatooriumi pidevad süsiniku mõõtmised - maailma pikim jooks. Tänapäeval on neil mõõtmistel põhinev graafik suuresti tuntud teise nimega: Keelingi kõver, mida Ameerika keemiaühingu endine president Thomas J. Barton nimetas “moodsa teaduse ikooniks”.
Vaatluskeskuse süsinikmõõtmised on võetud 130-jalase torni ülaosas võetud õhuproovidest, mis on silmatorkavalt paigast ära keskkonnas, kus pole midagi kõrgemat kui ühekorruseline hoone. Sada kolmkümmend jalga ülespoole on õhk suures osas kohalikust saastatusest vaba, mida mõnikord võib mäest üles viia inversioonikiht, mis moodustub, kui päike soojendab mäge, tõmmates õhku päeval madalamatest kõrgustest üles ja öösel alla . Tornist tõmbavad kaks joont õhuproovid observatooriumi teise hoone väikesesse ruumi. Täna juhivad nii NOAA kui ka Scripps Mauna Loas samaaegseid mõõtmisprogramme, kasutades samu õhuproove, kuid pisut erineva tehnikaga (NOAA alustas oma seireprogrammi 70ndatel ja tal on jaamad üles seatud kogu maailmas, alates Mauna Loast kuni Barroweni, Alaska lõunapoolusele).
Algne seade, mida Charles Keeling kasutas süsinikdioksiidi atmosfääri kontsentratsiooni mõõtmiseks. (Ted Coran) Keeling suri 2005. aastal, kuid tema pärand on kogu observatooriumi jaoks nähtav alates pühendatud tahvlist algupärase hoone välisküljel kuni originaalse süsiniku mõõtmise seadmeni, mis teise hoone koridoris on pleksiklaasist. Tema mõju on kõige märkimisväärsem siiski programmi pühendumuses hoolikale mõõtmisele ja kalibreerimisele. Tunniproovide mõlemal küljel on 15-minutiline kalibreerimine ja tundides pikkune kalibreerimine toimub iga 25. tunni tagant. Saadud mõõtmisi juhitakse ka arvutiprogrammi kaudu, mis lisab kõik käsitsi kinnitamiseks kõik kõrvalised andmed - kõik, kus kõikumine on liiga suur või väärtus on oodatust suurem -. Kogu kogutud andmeid võrreldakse ka 15 muu laboriga kogu maailmas ning programmid NOAA ja Scripps kontrollivad regulaarselt nende tulemusi üksteise suhtes. Tavaliselt on erinevus nii tühine, et praktiliselt olematu.
"Kui vaadata Mauna Loa süsinikdioksiidi proovitükki, on erinevus programmi Scripps ja meie programmi vahel väiksem kui krundi joone paksus, " ütleb Pieter Tans, süsinikutsükli kasvuhoonegaaside rühma juht NOAA Maasüsteemi Uurimislabori globaalse seire osakond. "See on tõeline kvaliteedi tagamine."
Mauna Loa observatooriumi kompleks. (Ted Coran) Kuid Keelingi hoolika mõõtmise pärand pole ainus põhjus, miks nii NOAA kui ka Scripsi teadlased käivad nii pikkade pikkustega, et tagada nende tulemuste saavutamatus. Pärast seda, kui Keeling esitas oma järeldused esmakordselt Ameerika Filosoofilise Ühingu esindajatele 1968. aastal, on järeldus, et atmosfääri süsinikdioksiid on üha enam tingitud inimkonna tegevusest, muutunud Ameerika poliitikas üheks kõige polariseerivamaks teemaks. Ligi veerand ameeriklastest usub, et puuduvad kindlad tõendid selle kohta, et Maa on viimastel aastakümnetel soojenenud, samas kui peaaegu 30 protsenti ameeriklastest ei pea globaalset soojenemist tõsiseks probleemiks.
Sama aja jooksul on süsinikdioksiid jõudnud atmosfääri murettekitavalt suure kiirusega - kiiremini kui ükski teine kord ajaloos. Samal ajal on planeedil olnud rekordiline temperatuurilõikude uimastamine, mille rekordilised kõige soojemad aastad on aset leidnud pärast 1998. aastat. Hiljuti läbis Mauna Loa atmosfääri süsinikdioksiidi mõõtmine 400 osa miljoni kohta, 42 protsendi tõus võrreldes eelindustriaalse tasemega. Nende arvu vaieldamatuse tagamine pole mitte ainult hea teadus, vaid ka kaitse tüütu poliitilise kliima ähvardavate tuulte eest.
Kõigi inimtekkelisi kliimamuutusi ümbritsevate poliitiliste vaidluste osas on Mauna Loa piirkonnas andmete kogumise eest vastutavad teadlased peaaegu küllalt apoliitilised. Nii Tans kui ka Ralph Keeling - David Keelingi poeg, kes võttis pärast isa surma üle programmi Scrippsi osa - näevad nende rolli mitte niivõrd poliitika mõjutamises, kuivõrd oluliste andmete kogumises.
"Ma sattusin sellesse valdkonda mitte selleks, et poliitikat muuta, vaid Maaga seotud asju avastada, ja näen seda jätkuvalt oma peamise motivatsioonina, " ütleb Ralph Keeling. "Arvan, et selle jaoks, mida ühiskond peaks tegema ja kuidas muudatusi teha, on ikkagi vaja minusuguseid inimesi, kes on lihtsalt faktide kogumine." Tema ja Tansi sõnul on ülejäänud asi maailma poliitikakujundajate otsustada.
Ehkki noorem Keeling võib uskuda, et poliitika jääb teadusest eemale, ei takista see seda, et poliitika mõjutaks teadust. Vähemalt pool partnerluse rahastamisest - NOAA osa - tuleb föderaalvalitsuselt, kes on viimase paari aasta jooksul mitu korda teinud ümberkorraldusi ilmastikuoludeta NOAA-uuringute rahastamise kärpimiseks. Need poliitilised ebamäärasused muudavad partnerluse Scrippsiga programmi järjepidevuse jaoks nii hindamatuks, selgitab Tans.
"Võimalik, et tulevane president või kongress otsustab, et kliimamuutused on pettus, ja me kavatseme NOAA programmi kärpida, " ütleb ta. Nii et see on ka kindlus selliste ebamäärasuste vastu. Me ei tahaks, et Mauna Loa rekord lõpetatakse, seetõttu on oluline, et seda teeksid mitte üks labor, vaid eri riikide erinevad laborid. ”
Vaade Mauna Keale Mauna Loa observatooriumi ülaosast. (Ted Coran) Programmi Scripps osa pideva rahastamise tagamine pole ka puudusteta. Pikaajalised vaatlusuuringud, selgitab Keeling, on sageli föderaalagentuuride lähtekoht, kellel on sageli pikema ajakavaga projektide rahastamisvoog ennustatavam. Eraagentuuride puhul keskendutakse sageli uutele avastustele - mitte tuntud nähtuse pidevale jälgimisele.
"Väljakutse seisneb selles, et mõiste, mida teadusettevõte peaks mõtlema, eeldab, et peaksite minema ühest kohast ja tegema avastuse ning siis minema teise kohta ja tegema uue avastuse, " ütleb Keeling . „See oli probleem, millega mu isa silmitsi seisis, ja teatud viisil peab kogukond, kes sellega tegeleb, jätkuvalt vastama. Vastus on, et me ei uurita lihtsalt sama asja ikka ja jälle - vaatame Maad erakorraliste muutuste ajal ning oleks väga vastutustundetu ja kummaline lihtsalt infovoog välja lülitada. ”
Kui üldse, oleks atmosfääri süsinikdioksiidi pidev seire Mauna Loas jõudnud uude olulisesse etappi - jälgida ülemaailmseid jõupingutusi kasvuhoonegaaside saaste ohjeldamiseks. Detsembris kohtusid Pariisis ligi 200 riiki ja leppisid kokku teha jõupingutusi, mille eesmärk on hoida maailm soojenemise temperatuuril alla 2 kraadi Celsiuse järgi - konsensuse piir selle jaoks, millal kliimamuutuste tagajärjed võivad tõesti tõsiselt halvaks muutuda. Keskkonnakaitsjad ja kliimateadlased kiitsid kokkulepet üldiselt heaks, kuid mureks oli üks põhipunkt: kuidas teaks maailm, kui riigid täidavad oma lubadusi? Kuidas võisime olla kindlad, et leping tegelikult toimis?
Siinkohal arvab NOAA Tans, et süsiniku mõõtmise programm võib olla kasulik - ja kus ta näeb, et see programm vähemalt osaliselt tulevikus käib.
„Vaja on mingit viisi, kuidas objektiivselt kontrollida, mil määral need poliitikad tegelikult on edukad. Oleme pikka aega mõelnud, kuidas seda teha, kuidas saaksime mõõtmisi teha nii, et kui poliitiline eesmärk on 10 aasta jooksul 20 protsenti vähem heitkoguseid, kas me saame seda atmosfäärist tegelikult mõõta? ” ütleb.
NOAA teadlased on harjutanud teadaolevate metaaniallikate mõõtmist kogu USA-s, et proovida mõõta ja kvantifitseerida kasvuhoonegaaside heitkoguste vähenemist. Nüüd on nad pööranud tähelepanu süsinikdioksiidi tekkele linnades, püüdes välja töötada meetodit, mis hõlmaks süsinikdioksiidi heitkoguste muutusi linna tasandil ja isegi täpsustama, kas see süsinik pärineb looduslikest allikatest või fossiilsete kütuste põletamisel .
Projekti jaoks, mis on rohkem kui pool eelmisest sajandist kulutanud inimkonna kliimale ohtliku mõju kirjeldamiseks, on see lootusrikas väljavaade. "Kui Pariisi kokkulepe kannab vilja ja viib heitkoguste vähenemiseni, hakkame seda näitama Mauna Loa rekordis ja see on uus avastus - näeme, et inimesed painutavad kõverat, " rääkis Ralph Keeling ütleb. "Ma soovin seda jätkuvalt näidata, et meil on olemas juhtnupp, mida saame kasutada."
