Преди около 60 години Дейвид Кийлинг започна да се навива на страната на Мауна Лоа. На 11 135 фута над морското равнище той се спря на малка, сива бетонна сграда - единственият признак на човешкия живот сред километри и километри лава скала, встрани от пристройка на около 50 метра от сградата. Килинг, 30-годишен учен от Калифорния, първоначално си направи име в научната общност, като създаде уникален метод за вземане на проби от въглероден диоксид, който разкри някои интригуващи модели - а именно, че атмосферната концентрация на въглероден диоксид е сравнително равномерно в цялото северно полукълбо, средно около 310 части на милион. Сега той стигна до върха на най-големия вулкан в света, за да се запознае с нов проект, който се надяваше да промени начина, по който научната общност измерва атмосферния въглероден двуокис.
Килинг се озова в Хаваи по молба на Хари Векслер, директор на отдела за метеорологични изследвания на Бюрото за метеорологични условия на САЩ. Няколко години по-рано Кийлинг беше отлетял във Вашингтон, за да се срещне с Уекслер и за период от няколко часа бе убедил директора да преработи изцяло програмата за измерване на въглеродните условия на Weather Bureau. Това, от което се нуждае светът, аргументира се Килинг, са няколко отдалечени места, създадени по целия свят, които непрекъснато измерват колебанията в количеството въглероден диоксид, който навлиза или излиза от атмосферата.
Кийлинг получи желанието си, дори ако Уекслер не е задължително да постигне своето: Вместо да се присъедини към Бюрото за времето, Кийлинг зае позиция в института по океанография на Скрипс, минавайки над офис без прозорци в Военноморската обсерватория за океанския бриз на Сан Диего. Но Килинг и Уекслер поддържаха професионални отношения, позволявайки както на Скрипс, така и на федералното правителство да участват в програмата за измерване, създадена в Мауна Лоа - публично и частно партньорство, което ще продължи десетилетия. През март 1958 г. в обсерваторията започват първите непрекъснати измервания на въглероден диоксид; месеци по-късно, през ноември, Килинг посети сайта за първи път.
Дори само месеци в програмата, мониторингът в Mauna Loa вече даваше революционни резултати. През ноември, когато Килинг за първи път направи навиващия поход на вулкана, измерванията показаха, че концентрацията на въглероден диоксид нараства - бавно, но стабилно. Тогава през летните месеци се случи точно обратното, като концентрациите на въглероден диоксид спаднаха. Моделът се повтаря почти точно през втората година на измерванията. Килинг беше очарован.
„Свидетели сме за първи път“, пише той в автобиографията си, „природата изтегля CO2 от въздуха за растеж на растенията през лятото и го връща всяка следваща зима.“ По същество те бяха заснели снимка на северното полукълбо. черпене и освобождаване на дъха - издишване на въглероден диоксид, когато горите се оголиха за зимата и вдишвайки, тъй като листата се връщаха всяко лято.
Сезонното поемане и отделяне на въглероден диоксид би се оказало само едно от изумителните явления, илюстрирани от измерванията в Мауна Лоа. През следващите 60 години данните на обсерваторията ще разкрият нещо далеч по-зловещо в атмосферата: бързо увеличаване на въглеродния диоксид в атмосферата, причинено от изгарянето на изкопаеми горива.
„Ако човешката раса оцелее през двадесет и първи век с огромното увеличение на населението, което сега изглежда неизбежно“, казва Килинг по време на реч, представяща своите изследвания пред Американското философско дружество през 1969 г., „хората, които живеят тогава, заедно с другите си беди, също може да се изправи пред заплахата от климатични промени, породени от неконтролирано увеличаване на атмосферния CO2 от изкопаеми горива. "
Оригиналната структура на обсерваторията Мауна Лоа, наречена сградата Килинг. (Тед Коран) Преди около 400 000 години подводен вулкан разбива повърхността на Тихия океан. През следващите няколкостотин хиляди години вулканът продължи да изригва в циклични изблици, като бързо нарастваше, докато не се издигна на около 13 680 фута над морето. Лавата се стичаше по страните на планината, в крайна сметка се втвърди, за да образува по-голямата част от Големия остров на Хаваите. За местните хавайци, които за първи път населяват острова, вулканът става известен като Мауна Лоа или Дългата планина - показателно за постепенните му склонове, които обхващат около 19 000 кубически мили, което го прави най-големият вулкан в света. През 1951 г. на срещата бе открита малка метеорологична обсерватория - наречена обсерватория на върха в Мауна Лоа - резултат от съюз между американското бюро за метеорологични условия, парковата служба, американския флот и работниците в затворите, които прекарваха години, издълбавайки криволичието път, който би довел до върха на вулкана. Четири години по-късно Обсерваторията Мауна Лоа е построена на няколко хиляди фута надолу от вулкана от първоначалната структура на върха; днес тя остава една от най-важните наблюдателни станции в света.
Обсерваторията Мауна Лоа се промени малко, тъй като Килинг направи първото си посещение през 1968 г. Втора сграда се присъедини към първоначалната структура през 1997 г., а съоръжението има вътрешен водопровод, което прави външната сграда предимно остаряла, поне за посетители. Други проекти сега се състезават за време за изследвания в обсерваторията; над 70 проекта, оглавявани от институции по целия свят, измерват около 250 атмосферни съставки, от аерозоли до слънчева радиация. Но все пак най-много внимание привличат непрекъснатите измервания на въглеродните емисии - най-дълго работещите в света. Днес графиката, базирана на тези измервания, до голяма степен е известна с друго име: Кривата на Килинг, която Томас Дж. Бартън, бивш президент на Американското химическо общество, нарече „икона на съвременната наука“.
Измерванията на въглерода в обсерваторията се черпят от проби въздух, взет на върха на 130-футова кула, структура, очевидно не на място в безплодна среда на нещо по-високо от едноетажна сграда. Сто и тридесет фута нагоре, въздухът до голяма степен е без локално замърсяване, което понякога може да бъде пренесено планината от инверсионен слой, който се образува, когато слънцето затопли планината, извличайки въздух от по-ниска надморска височина през деня и надолу през нощта, От кулата две линии черпят проби от въздух в малка стая във втората сграда на обсерваторията. Днес и NOAA, и Scripps изпълняват едновременни измервателни програми в Мауна Лоа, използвайки едни и същи проби на въздух, но с малко по-различни техники (NOAA започна своята програма за мониторинг през 70-те години и има станции, създадени по целия свят, от Mauna Loa до Barrow, Аляска до Южния полюс).
Оригиналното устройство, използвано от Чарлз Килинг за измерване на атмосферни концентрации на въглероден диоксид. (Тед Коран) Килинг почина през 2005 г., но наследството му е осезаемо в цялата обсерватория, от специалната плоча от външната страна на оригиналната сграда до оригиналното устройство за измерване на въглерод, поставено в плексиглас в коридора на втората сграда. Неговото влияние е може би най-забележимо в посвещението на програмата към внимателното измерване и калибриране. Часовите проби се подсилват с 15 минути калибриране от всяка страна, а на всеки 25-ти час се провежда едночасово калибриране. Получените измервания също се извършват чрез компютърна програма, която маркира всички външни данни - всичко с твърде много колебания или по-висока от очакваната стойност - за ръчно одобрение. Всички събрани данни се сравняват и с 15 други лаборатории по света, а програмите NOAA и Scripps редовно проверяват резултатите си един срещу друг. Обикновено разликата е толкова незначителна, че на практика не съществува.
„Ако погледнете парцела на CO2 в Mauna Loa, разликата между [Scripps] програмата и нашата програма е по-малка от дебелината на линията на парцела“, казва Питер Танс, ръководител на групата на парникови газове Carbon Cycle отдел за глобално наблюдение на лабораторията за изследване на земната система на NOAA. „Това е истинско осигуряване на качеството.“
Комплексът на обсерваторията Мауна Лоа. (Тед Коран) Но наследството на Килинг от щателни измервания не е единствената причина, че изследователите както в NOAA, така и в Scripps се стремят да постигнат толкова голяма дължина, за да гарантират, че резултатите им са неминуеми. След като Килинг за първи път представи своите открития пред Американското философско дружество през 1968 г., изводът, че атмосферният въглероден диоксид все повече се дължи предимно на действията на човечеството, се превърна в един от най-поляризиращите субекти в американската политика. Почти една четвърт от американците смятат, че няма солидни доказателства, че Земята става по-топла през последните няколко десетилетия, докато почти 30 процента от американците не гледат на глобалното затопляне като на сериозен проблем.
През същия период въглеродният диоксид навлиза в атмосферата с тревожно висока скорост - по-бързо от всеки друг период от записаната история. В същото време планетата е забелязала зашеметяващ цикъл от рекордни температурни разтягания, като 10 от най-топлите години на запис са настъпили след 1998 г. Наскоро измерването на атмосферния въглероден диоксид в Мауна Лоа премина 400 части на милион, 42 процентно увеличение от прединдустриалните нива. Да се гарантира, че техният брой е безспорен, не е само добра наука, но и защита срещу заплашителните ветрове на бурен политически климат.
Все пак, за всички политически раздори, които заобикалят антропогенните промени в климата, изследователите, които отговарят за събирането на данните в Мауна Лоа, са почти студено аполитични. И Танс, и Ралф Килинг - синът на Дейвид Килинг, който пое частта от програмата на Скриптс след смъртта на баща си - виждат тяхната роля не толкова като влияние върху политиката, а събиране на важни данни.
„Влязох в тази област не за да променя политиката, а за да открия неща за Земята и продължавам да виждам това като моя основна мотивация“, казва Ралф Килинг. „Мисля, че процесът на намиране на това какво трябва да прави обществото и как да прави промени все още изисква хора като мен, които са просто събиране на факти.“ Останалото, той и Танс, казват, зависи от политиците на света.
Докато по-младият Килинг може да вярва в избягването на политиката от науката, това не спира науката да бъде повлияна от политиката. Поне половината от финансирането на партньорството - частта NOAA - идва от федералното правителство, което направи няколко пъти през последните няколко години, за да намали финансирането за изследвания, свързани с атмосферните влияния на NOAA. Тези политически капризи, наред с други неща, са това, което прави партньорството със Scripps толкова безценно за приемствеността на програмата, обяснява Танс.
„Възможно е бъдещият президент или Конгресът да реши, че изменението на климата е измама и ние ще ограничим програмата на NOAA“, казва той. „Значи това е и гаранция срещу подобни капризи. Не бихме искали записът на Mauna Loa да бъде прекратен, така че е важно не една лаборатория, а различни лаборатории в различни страни да правят това. "
Изглед към Мауна Кеа от върха на Обсерваторията Мауна Лоа. (Тед Коран) Гарантирането на постоянно финансиране за частта от програмата Scripps също не е без нейните клопки. Дългосрочните проучвания за наблюдение, обяснява Килинг, често са произход на федералните агенции, които често разполагат с по-предвидим поток от финансиране на проекти в удължен срок. За частните агенции фокусът често е върху нови открития, а не непрекъснато наблюдение на известно явление.
„Предизвикателството е, че има очакване, като концепция за това, което трябва да бъде научното предприятие, да отидете на едно място и да направите откритие, а след това да отидете на друго място и да направите друго откритие“, казва Килинг, „Това беше проблем, с който се сблъска баща ми, и по начин обществото, което се занимава с това, трябва да продължава да отговаря. Отговорът е, че ние не просто изучаваме едно и също нещо отново и отново - ние гледаме Земята във време на изключителна промяна и би било много безотговорно и странно просто да изключим потока от информация. "
Ако не друго, постоянният мониторинг на атмосферния въглероден диоксид в Мауна Лоа може да навлезе в важна нова фаза - наблюдение на глобалните усилия за ограничаване на замърсяването с парникови газове. През декември близо 200 нации се срещнаха в Париж и се съгласиха да предприемат усилия, насочени към поддържане на света под 2 градуса по Целзий, - ограничението за консенсус за това кога последствията от изменението на климата ще станат наистина, наистина много лоши. Природозащитниците и климатолозите като цяло аплодираха споразумението, но имаше една основна причина за безпокойство: как светът ще знае, ако страните се придържат към своите обещания? Как бихме могли да сме сигурни, че споразумението действително действа?
Точно там Танът на NOAA смята, че програмата за измерване на въглерод може да бъде полезна - и той вижда, че програмата ще бъде поне отчасти в бъдеще.
„Трябва да има някакъв начин за обективна проверка доколко тези политики са действително успешни. Дълго мислихме как да направим това, как можем да направим измервания по такъв начин, че ако целта на политиката е 20 процента по-малко емисии за 10 години, можем ли действително да измерим това от атмосферата? “ казва.
Изследователите на NOAA практикуват измерване на известни източници на метан в САЩ, за да се опитат да измерят и количествено да намалят емисиите на парникови газове. Сега те насочват вниманието си към въглеродния диоксид в градовете, опитвайки се да измислят метод, който може да отчете промените в въглеродните емисии на градско ниво и дори да определи дали този въглерод идва от естествен източник или от изгарянето на изкопаеми горива,
За проект, който е прекарал повече от половината от миналия век, замисляйки опасното влияние на човечеството върху климата, това е обнадеждаваща перспектива. „Ако Парижкото споразумение даде плод и доведе до намаляване на емисиите, ще започнем да виждаме това, което се появява в записа на Мауна Лоа, и това ще бъде ново откритие - ще видим, че хората извиват кривата“, Ралф Килинг казва. "Нетърпелив съм да продължа да показвам, че има контролно копче, което можем да упражним."
