גישות ושיטות לחקר אקלים העבר

דיווחים מהשטח

קרחונים, גזעי עצים, אלמוגים, נטיפים וזקיפים במערות, משקעים באגמים ועוד, כל אלה נוצרים ונבנים לאורך שנים רבות, חלקם אף עד מיליוני שנים, ומותירים "עקבות" ושרידים כלואים בשכבות סלע ובמשקעים קדומים. הרכבם ותכונותיהם מושפעים מאוד מתנאי הסביבה ששררו בזמן היווצרותם. באמצעות חקר הראיות השונות הנאספות מהשטח, ניתוחן ו"הצלבת נתונים" ממקורות נוספים ניתן ללמוד רבות על  תנאי האקלים בתקופות קדומות.

הנה כמה מהגישות המקובלות במחקר הפליאו-אקלימי:

עדויות מגלעיני סלעי משקע

במהלך הזמן מצטברים בקרקעית האוקיינוסים, האגמים וערוצי הנחלים שכבות של משקעים (סדימנטים). גלעינים שנקדחים ונשלפים מסלעי משקע אלו יכולים לחשוף מידע על טמפרטורות העבר, מפלס הים ושינויים סביבתיים שהתרחשו באזור.

חקר טבעות שנתיות של עצים

טבעות גידול שנתיות של עצים יוצרות דפוסים ברורים בתגובה לשינויים סביבתיים. רוחב הטבעות, צבען ודפוסי צורתן מספקים מידע עקיף על תנאי האקלים ששררו בעת הצמיחה, כגון טמפרטורה וכמות משקעים. גם אירועים קיצוניים, כמו בצורות, שריפות ואפילו התפרצויות געשיות, מותירים את חותמן בטבעות.

חקר אלמוגים קדומים

שלדי אלמוגים הם מקור מידע מהימן על תנאי האקלים ששררו בסביבה הימית הקדומה. כמו בעצים, גם בשלדי האלמוגים יש טבעות גידול עונתיות, שנוצרות במהלך חייו הארוכים של האלמוג.  קידוח באלמוגים חיים ובשלדי אלמוגים ובחינת טבעות הגידול שלהם מסייעים לחוקרים ללמוד על היסטוריית האקלים באזור ועל התנאים ששררו בים בעבר: טמפרטורות הים, מידת המליחות שלו, צלילות המים, עוצמת אור השמש, אירועי אקלים חריגים כגון גשמים ושיטפונות ועוד.

עדויות מנטיפים וזקיפים במערות

זקיפים ונטיפים נוצרים במערות במשך אלפי ומאות אלפי שנים. תנאי האקלים באים לידי ביטוי בהרכב הכימי ובדפוס השכבות וטבעות הגידול שנוצרו במהלך הבנייה וההתהוות של הזקיפים והנטיפים. חוקרים קובעים את גיל הטבעות באמצעות תיארוך רדיואיזוטופי אורניום-תוריום, ובודקים את עובי הטבעות ואיזוטופים של חמצן כדי לשחזר את תנאי אקלים העבר.

חקר גרגרי אבקה של צמחים

גרגרי אבקה שנשמרו בשכבות קרקע ובגלעיני קרח יכולים לספק מידע על הצמחייה ותנאי האקלים בעבר. צורתם והרכבם של גרגרי האבקה הם ייחודים ואופייניים לכל צמח, וזיהויים מאפשר לחוקרים לשחזר אילו מיני צמחים היו בעבר, מה היו אזורי תפוצתם ומהם תנאי האקלים שאפשרו את קיומם.

עדויות מגלעיני קרח

בועיות אוויר קטנטנות שנכלאו בזמן היווצרות הקרח מהוות מעין "קפסולות זמן". גלעיני הקרח שנקדחו מקרחונים מספקים תיעוד של הרכב האטמוספרה העתיקה לפני מאות או אפילו אלפי שנים, וכן של תנאי הטמפרטורה והמשקעים. בגלעיני הקרח ניתן לראות גם שכבות ברורות של אפר שנוצר מהתפרצויות געשיות ונחת על הקרח.

תיארוך רדיואקטיבי

שיטות תיארוך רבות מבוססות על ניתוח של איזוטופים רדיואקטיביים. פחמן-14, למשל, משמש לקביעת גילו של חומר אורגני, כגון עץ ושרידי צמחים. מידע זה עוזר לבסס תיארוך של ממצאים שונים שנאספים מהשטח לתקופות זמן של עד כמה עשרות אלפי שנים לאחור. תיארוך של תקופות זמן ארוכות יותר, אפילו של מיליוני שנים לפני זמננו, יכול להיעשות באמצעות איזוטופים אחרים, כגון אורניום, תוריום ועופרת, והיחסים ביניהם.

ניתוח איזוטופים

ניתוח איזוטופים יציבים של יסודות כמו חמצן ופחמן יכול גם הוא לשמש לחקר תנאי האקלים בעבר. היחס בין איזוטופים שונים בחומרים כמו קרח, סלעי משקע וטבעות עצים יכול לספק מידע על תנאי הטמפרטורה והמשקעים ששררו בעבר, והוא מקור שימושי ונפוץ מאוד לתיעוד.

מודלים ממוחשבים

מדענים משתמשים במודלים ממוחשבים כדי לדמות את תנאי האקלים ששררו בעבר, בהתבסס על נתוני אמת שנאספו ממקורות המידע השונים. ניתוח השוואתי של נתונים מכמה מקורות ואזורים מאפשר לחוקרים לשחזר תמונה רחבה יותר של תנאי האקלים הקדום, כגון דפוסי אקלים אזוריים וגלובליים. מודלים אלה אף מסייעים בפרשנות של נתוני פליאו-אקלים שנאספו ובהבנת המנגנונים העומדים בבסיס התהליכים האקלימיים שהתרחשו בעבר הקדום, וניתן להשתמש בהם גם לחיזוי תרחישי אקלים עתידיים.

חקר העדויות עתיקות היומין שטמונות בשכבות הקדומות מאפשר לנו ללמוד את ההיסטוריה האקלימית של כדור הארץ מאות עד מיליוני שנים אחורה, ולהשתמש בידע ובמידע שנאספו לשיפור ההיערכות וההתמודדות שלנו עם האתגרים שמציב בפנינו שינוי האקלים.