Újabb fejlemények a paleoklimatológiában
1970 előtt a paleoklimatológiai kutatások nagy része elsősorban az éghajlati rekonstrukciókra összpontosított, amelyek leírták, mi történt, a különböző proxy adattípusokat tartalmazó tanulmányokkal (Wendland, 1991). A radiometrikus kormeghatározási technikák, mint például a radiokarbon és a kálium-argon kormeghatározás, kvantitatív eszközt biztosítottak a múltbeli éghajlati változások datálására. A paleoklimatikus kutatásokat számos olyan kutatóközpont létrehozása lendítette előre, amelyek bizonyos proxyadatokra és datálási módszerekre specializálódtak. A dendroklimatológia, azaz a fák évgyűrűinek vizsgálata például felgyorsult, miután 1937-ben az Arizonai Egyetemen (USA) megalakult a Fagyűrűkutató Laboratórium. Hasonló dendroklimatikai laboratóriumokat hoztak létre később többek között a New York-i Columbia Egyetemen, az Arkansasi Egyetemen, az Egyesült Királyságbeli Kelet-Angliai Egyetem Klímakutató Egységében és a svájci Svájci Szövetségi Erdészeti, Hó- és Tájkutató Intézetben. Más közvetítőkre, például a palinológiára összpontosító kutatóközpontok is létrejöttek, többek között az Egyesült Államokban a Minnesotai Egyetemen, az angliai Cambridge-i Egyetemen, a svédországi Lund Egyetemen, a svájci Berni Egyetemen és az Orosz Tudományos Akadémia Földrajzi Intézetében, Moszkvában. Hasonlóképpen a negyedidőszaki paleoceanográfia területén is kiemelkedő kutatóközpontok alakultak ki, amelyek közül néhány nevezetes központ a Cambridge-i Egyetemen, a Brown Egyetemen és a Columbia Egyetemen található. Az idő előrehaladtával fejlesztéseket és új adatelemzési technikákat dolgoztak ki olyan kiemelkedő kutatóközpontokban, mint az Egyesült Államokban működő Quaternary Research Center, valamint a Kínai Tudományos Akadémia Xian Laboratory of Loess and Quaternary Geology. Az e kutatóközpontokban végzett frissen képzett tudósok saját kutatóközpontokat alapítottak, és paleoklimatikus adatbázisokat építettek ki.
A hetvenes évek elején kezdődően a nagysebességű számítógépek fejlődése elősegítette a paleoklimatológia új típusát, amely nagy paleoklimatikus adathalmazok elemzésére specializálódott (Wright és Bartlein, 1993). A paleoklimatikus elemzések egyes értelmező eszközei minőségi jellegűek, amelyek a mai napig folytatódnak, és a helyi léptéktől a féltekei léptékig terjedő elemzésekre terjedhetnek (1. ábra). A korábbi kvantitatív vizsgálatok alapvető transzferfüggvényeket alkalmaztak a proxy változók éghajlati változókká való átalakítására, ami a modern éghajlati adatok modern környezeti adatokkal való kalibrálását is magában foglalta. A modern összefüggéseket fosszilis környezeti adatokra alkalmazták, hogy kvantitatív módon rekonstruálják a múltbeli éghajlatot (Webb és Bryson, 1972). Az adathalmazok növekedésével párhuzamosan a nagyméretű paleoklimatikus adathalmazok elemzésére szolgáló kvantitatív értelmező eszközök kifinomultsága is nőtt (Mann et al., 1998; Prentice et al., 1991). Például a nemrégiben összeállított Észak-Amerikai Aszályatlasz, amely az aszály súlyosságának földrajzi térképeit adja meg évenként, 835 évgyűrűs helyszín földrajzi hálózatán alapul (3. ábra; Cook és Krusic, 2004). Számos paleoklimatikus adathálózat érhető el ma már a World Data Center-A for Paleoclimatology (WDC-A) segítségével Boulderben, CO-ban (Webb et al., 1994), valamint a világ más tükörhelyein, Johannesburgban Dél-Afrikában, Lanzhouban Kínában, Mendozában Argentínában, Nairobiban Kenyában és Pune-ban Indiában (Eakin et al., 2003). Ezek az adathálózatok a regionális léptéktől a globális léptékig terjednek, példaként említhető a Nemzetközi Évgyűrű Adatbázis (Grissino-Mayer és Fritts, 1997) és a Globális Pollen Adatbázis.
A számítógépes forradalom paleoklimatikus perspektívát is teremtett a GCM-ekkel való foglalkozáshoz. Ezek a modellek hasonlóak a napi időjárás-előrejelzésben használt modellekhez, de ehelyett az elveket a múlt nagyléptékű éghajlati mintázatainak szimulálására alkalmazzák. A korábbi kísérletek főként a légkörre összpontosítottak, de a paleoklimatikus modellezés fejlődött, hogy összekapcsolja a légköri modelleket a részletes visszacsatolásokkal, ahogy azok a bioszférában, a litoszférában és a hidroszférában zajló folyamatokhoz kapcsolódnak (Kohfeld és Harrison, 2000; Kutzbach et al., 1998). Jelentős figyelmet fordítottak az óceán és a légkör közötti visszacsatolásokra. A GCM-eket a néhány száz és több millió évvel ezelőtti paleoklímák szimulálására használták (Kutzbach, 1992), valamint a múlt kiválasztott időszakait és érdekes jelenségeit (LeGrande et al., 2006; Seager et al., 2005). A paleoklimatikus proxy adatokkal szemben, amelyek függetlenül rekonstruálják, “mi történt” (1. ábra), a GCM-ek megmagyarázzák, “miért történtek a dolgok”, és így rendkívül hasznos eszközt jelentenek a paleoklimatológusok számára az éghajlati változások okaira vonatkozó hipotézisek tesztelésére azáltal, hogy a szimulációs eredményeket összehasonlítják a proxy adatokból származó eredményekkel (Harrison és Prentice, 2003; Mahowald et al., 1999). Az elmúlt két évtizedben számos különböző paleoklimatikus modellező csoport alakult és működik; ezek közül néhány a National Center for Atmospheric Research (Boulder, CO), a Hadley Centre (Egyesült Királyság), a Canadian Centre for Climate Modeling and Analysis, a Max-Planck Institute for Meteorology at Bremen University, a Laboratoire de Météorologie Dynamique (Franciaország) és a Goddard Institute of Space Studies (Maryland, USA) modellezési tevékenysége.
A kormeghatározási technikák megnövekedett felbontása és a paleoklimatikus bizonyítékok növekvő száma, különösen az észak-atlanti jégmagokból és tengeri üledékekből származó bizonyítékok arra utalnak, hogy a távoli múltban olyan hirtelen, évtizedes-centenáriumi léptékű éghajlati változások következtek be, amelyek nagyságrendjükben és jellegükben jóval eltérnek a modern műszeres adatokban megfigyeltektől (Clark et al, 1999; Labeyrie et al., 2003; Overpeck, 1996). Ezek a változások jelentősek a társadalom számára, mivel ma már tudjuk, hogy ilyen hirtelen éghajlati változások egyetlen emberi életen belül is bekövetkezhetnek. A paleoklimatikus feljegyzések így az egyetlen eszközt kínálják annak tesztelésére, hogy előrejelző modelljeink képesek-e szimulálni az ilyen jövőbeli változásokat. Modellezési kísérletek történtek e hirtelen változások okainak és természetének szimulálására. Ezek a modellfuttatások lehetővé teszik a tudósok számára, hogy részletes adat-modell összehasonlításokat végezzenek félgömbi és globális léptékben (Clark et al., 2002). Mindeddig azonban az ezekkel az eseményekkel kapcsolatos legtöbb modellezési tanulmány még mindig arra összpontosít, hogy érzékenységvizsgálatokat végezzen a lehetséges kényszerítő mechanizmusok értékelésére. Még csak most kezdjük dokumentálni és megérteni ezeknek a hirtelen változásoknak az irányítóit és okait, és ezek a kérdések még évekig fontosak lesznek a paleoklimatológiai közösség számára.