Cổ khí hậu học

Cổ khí hậu học (tiếng Anh: "paleoclimatology" hay "palaeoclimatology") là nghiên cứu về biến đổi trong khí hậu được thực hiện trên quy mô của toàn bộ lịch sử Trái Đất. Nó sử dụng nhiều phương pháp proxy từ Trái Đất và khoa học sự sống để có được dữ liệu được bảo tồn trước đây trong các thứ như đá, trầm tích, dải băng, tree rings, san hô, shells, và microfossils.Sau đó, nó sử dụng các dữ liệu để xác định trạng thái trong quá khứ của các vùng khí hậu khác nhau của Trái Đất và hệ thống khí quyển của nó. Các nghiên cứu về những thay đổi trong quá khứ của môi trường và đa dạng sinh học thường phản ánh về tình hình hiện tại, cụ thể là tác động của khí hậu đến sự tuyệt chủng hàng loạt và phục hồi sinh học.

==Lịch sử==
Lĩnh vực nghiên cứu về cổ khí hậu học bắt đầu vào khoảng đầu thế kỉ 19, khi những khám phá về kỷ băng hà và những thay đổi tự nhiên của khí hậu Trái Đất trong quá khứ đã giúp con người hiểu rõ về Hiệu ứng nhà kính.Những quan sát đầu tiên có dựa trên những cơ sở khoa học là của ông John Hardcastle ở New Zealand, vào năm 1880. Ông ấy ghi chép rằng loess những chất lắng đọng ở phía nam hòn đảo Timaru đã ghi nhận những thay đổi về khí hậu; Ông đã gọi Hoàng thổ là một 'Sổ khí hậu'.

==Tái thiết lập khí hậu cổ đại ==
Các nhà cổ sinh vật học sử dụng nhiều kĩ thuật để suy ra được khí hậu cổ đại.

===Băng===
Những ngọn núi Sông băng và Chỏm băng/Dải băng ở địa cực đã cung cấp nhiều dữ liệu về cổ khí hậu học. Các nghiên cứu về lõi băng trong các tảng băng ở Greenland và Châu Nam Cực đã cung cấp những dữ liệu quý giá về hàng trăm nghìn năm về trước, khoảng 800,000 năm cho dự án của EPICA.

===Dendroclimatology===
Thông tin về khí hậu có thể thu được thông qua sự lý giải về những thay đổi trong sự phát triển của cây. Nói chung, cây phản ứng với những thay đổi của các biến khí hậu bằng cách tăng hoặc làm chậm sự tăng trưởng, điều này thường được phản ảnh bởi sự tăng hay giảm bề dày của vòng sinh trưởng. Tuy nhiên trong một số trường hợp, các loài khác nhau phản ứng với những thay đổi của sự biến đổi khí hậu theo các cách khác nhau. Một bản ghi vòng cây được thiết lập bằng cách tổng hợp thông tin từ nhiều cây sống trong một khu vực cụ thể.

Gỗ già nguyên ven đã không bị phân rã có thể kéo dài thời gian được tính toán bằng cách khớp với sự thay đổi độ sâu của vòng với mẫu vật đương đại. Bằng cách sử dụng phương pháp đó, một số khu vực đã có các thông tin về vòng cây có niên đại vài nghìn năm. Gỗ già không ko xác định được thông tin đương đại có thể được xác định niên đại bằng kỹ thuật carbon phóng xạ. Một vòng cây có thể được sử dụng để xác định thông tin về lượng mưa, nhiệt độ, thủy văn và lửa tương ứng với một khu vực cụ thể.

===Hàm lượng trầm tích===
Trong một khoảng thời gian dài, các nhà địa chất phải tham khảo hồ sơ trầm tích để có giữ liệu.

- Tướng trầm tích: Trong khoảng thời gian dài, dấu vết trên đá có thể có dấu hiệu của hiện tượng Mực nước biển dâng và xuống, những đặc tính như là Cồn cát để xác định. Các nhà khoa học có thể nắm bắt được khí hậu dài hạn bằng cách nghiên cứu vềđá trầm tích đã có hàng tỉ năm trước. Sự phân chia lịch sử Trái Đất thành các thời kỳ riêng biệt chủ yếu dựa trên những thay đổi đã thấy trong các lớp đá trầm tích, là ranh giới chính trong các điều kiện. Thông thường, chúng là những thay đổi lớn trong khí hậu.

===Sclerochronology===
- San hô: "Vòng" san hô cũng tương tự như tree rings ngoại trừ việc chúng phản ứng với một số thử khác như nhiệt độ nước, dòng nước ngọt, sự thay đổi độ pH và tác động của sóng. Từ đó, một số thiết bị có thể xác định được nhiệt độ của bề mặt nước biển và độ mặn của biển từ vài thế kỉ trước. Đồng vị δO của coralline tảo đỏ đã cung cấp một số thông tin hữu ích của sự kết hợp của nhiệt độ bề mặt biển và độ mặn nước biển ở những vùng vĩ độ cao và vùng nhiệt đới, nơi mà kĩ thuật truyền thống bị giới hạn.

===Niên đại và giới hạn===
Một tổ chức đa quốc gia là European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA), đã khoan một lõi băng ở Dome C trên dãi băng ở Đông Nam Cực và lấy một số phần băng ước tính từ khoảng 800,000 năm về trước. Cộng đồng lõi bẳng quốc tế dưới sự bảo trợ của tổ chức International Partnerships in Ice Core Sciences (IPICS), đã xác định một dự án ưu tiên để có được bản ghi về lõi băng lâu đời nhất từ Nam Cực, một bản ghi lõi băng có từ khoảng 1,5 triệu năm trước. Độ sâu đại dương, nguồn gốc của hầu hết các dữ liệu đồng vị, chỉ tồn tại trên các mảng đại dương, cuối cùng bị chìm: đó là vật liệu lâu đời nhất còn lại, khoảng 200 triệu năm tuổi. Những trầm tích già cũng dễ bị bào mòn bởi diagenesis. Những dữ liệu thể hiện một số tính chất đã giảm theo thời gian.

== Các sự kiện khí hậu đáng chú ý trong lịch sử Trái Đất ==
Kiến thức về các sự kiến khí hậu càng giảm khi đi ngược về quá khứ, nhưng đã có một số sự kiến đáng chú ý như:
- Faint young Sun paradox (khởi đầu)
- Huronian glaciation (~2400 Mya Trái Đất bị bao phủ hoàn toàn trong băng có lẽ là do Thảm họa oxy)
- Later Neoproterozoic Snowball Earth (~600 Mya, tiền thân của Sự bùng nổ kỷ Cambri)
- Andean-Saharan glaciation (~450 Mya)
- Carboniferous Rainforest Collapse (~300 Mya)
- Permian–Triassic extinction event (251.4 Mya)
- Oceanic anoxic events (~120 Mya, 93 Mya, và những thứ còn lại)
- Cretaceous–Paleogene extinction event ( Mya)
- Paleocene–Eocene Thermal Maximum (Paleocene–Eocene, 55Mya)
- Younger Dryas/The Big Freeze (~11,000 BC)
- Holocene climatic optimum (~7000–3000 BC)
- Extreme weather events of 535–536 (535–536 AD)
- Medieval Warm Period (900–1300)
- Little Ice Age (1300–1800)
- Year Without a Summer (1816)

==Tái lập khí hậu cổ==
Các nhà cổ khí hậu sử dụng nhiều phương pháp/kỹ thuật khác nhau để xây dựng lại khí hậu trong quá khứ như:

- Nghiên cứu băng hà, các mũ băng ở vùng cực, như ở Greenland và Nam Cực.

- Vòng sinh trưởng thực vật: Thông tin về khí hậu có thể được nhận dạng qua việc nghiên cứu sự thay đổi trong sự phát triển của cây. Một cách tổng quát, cây phản ứng lại các biến đổi khí hậu bằng cách phát triển nhanh hơn hay chậm hơn thể hiện thông quan độ dày hơn hay mỏng hơn của vòng sinh trưởng.

Theo thang thời gian dài hơn, các nhà địa chất học phải sử dụng các dấu hiệu trầm tích để xác định.
- Trầm tích học:

- Tỷ lệ đồng vị
Tỷ lệ đồng vị có thể cung cấp nhiều thông tin khác như , .

Tỷ lệ đồng vị carbon C/C hay trong trầm tích cổ được sử dụng để nghiên cứu dựa trên hiện tượng thực vật thực hiện quang hợp với C dễ hơn. Do đó những sinh vật phù du ở biển như "benthic foraminifera" khi phát triển mạnh thì làm lệch tỷ lệ đồng vị. Nếu các tầng nước đại dương không bị đối lưu pha trộn, thì sự lệch tỷ số này xảy ra trong thời gian dài, và dấu hiệu này được lưu giữ trong các tầng trầm tích biển. (Lynch-Stieglitz et al., 1995)

- Tướng trầm tích: đá ghi lại các dấu hiệu như mực nước biển dâng hoặc rút; đặc trưng là các cồn cát cổ nằm rất xa bờ biển hiện tại hoặc bị nhấn chìm dưới sâu.

- San hô: Vòng san hô cũng tương tự như vòng sinh trưởng của cây cũng phản ánh hiệt độ nước biển cổ và hoạt động của sóng. Từ dữ liệu này, các thiết bị có thể được dùng để suy ra nhiệt độ bề mặt biển và độ mặn của nước biển trong quá khứ trong vài thế kỷ qua.

===Hạn chế===
Tất cả các dấu hiệu đều giảm độ nhất quán theo thời gian lùi về quá khứ. Mẫu lõi băng cổ nhất ở Nam Cực có tuổi 800.000 năm. Các nhà khoa học hiện tại xác định mẫu lõi băng ở cùng vị trí có tuổi 1,2 triệu năm. Ở biển sâu, dựa trên hầu hết các dữ liệu đồng vị các vật liệu còn lại có tuổi 200 triệu năm.

==Tài liệu==
- Karl-Heinz Ludwig: Eine kurze Geschichte des Klimas. Von der Entstehung der Erde bis heute, (A short history of climate, From the evolution of earth till today) Herbst 2006, ISBN 3-406-54746

==Liên kết ngoài==
- A Brief Introduction to History of Climate, an excellent overview by Prof. Richard A Muller of UC Berkley.
- NOAA Paleoclimatology
- AGU Paleoclimatology and climate system dynamics
- Paleoclimatology in the 21st century
- Environmental Literacy Council
- Climate change and Palaeoclimatology News Archive
- The Uplift-Weathering Hypothesis
- NASA's GISS paleoclimate site
- CalPal — Cologne Radiocarbon Calibration & Paleoclimate Research Package
- Rapid Climate Change
- Short history of climate