Dataset: Vývoj koncentrace CO₂ a O₂ v atmosféře

Keelingova křivka, rok 1958–současnost

Zdroj

Scripps Institution of Oceanography

Popis

C. D. Keeling, S. C. Piper, R. B. Bacastow, M. Wahlen, T. P. Whorf, M. Heimann, and H. A. Meijer, Exchanges of atmospheric CO2 and 13CO2 with the terrestrial biosphere and oceans from 1978 to 2000. I. Global aspects, SIO Reference Series, No. 01-06, Scripps Institution of Oceanography, San Diego, 88 pages, 2001. http://escholarship.org/uc/item/09v319r9

Odkaz

https://scrippsco2.ucsd.edu/data/atmospheric_co2/primary_mlo_co2_record.html

DOI

http://doi.org/10.6075/J08W3BHW

Licence

CC BY 4.0 (viz informace o licenci)

Data pochází z instrumentálního měření na Mauna Loa na Havaji. Používá se pro ně velmi přesné manometricky kalibrované spektroskopické měření, které vyvinul Charles Keeling. Konstrukci měřicích přístrojů i příběh Charlese Keelinga podrobně popisuje článek v Analytical Chemistry: Charles David Keeling and the Story of Atmospheric CO₂ Measurements. V odebraných vzorcích vzduchu se sleduje nejen koncentrace CO₂ v jednotkách ppm, ale i isotopické složení uhlíku (poměr zastoupení ¹²C, ¹³C a ¹⁴C). Toto složení pomáhá určit, z jakého zdroje uhlík pochází, zda ze spalování fosilních paliv, z dýchání rostlin, ze sopky apod. Přesnost měřených hodnot je ± 0.1 ppm (podle původního Keelingova článku i podle Mezinárodního ústavu pro míry a váhy). Názorně metodu měření přibližuje popularizační video Ralpha Keelinga.

Datová sada obsahuje jen měsíční průměry měření, detailní denní a týdenní průměry jsou ke stažení zvlášť na stránce měřící stanice. Při počítání průměrných hodnot je časová řada očištěna o měření, která se výrazně odchylují od okolních měření. Takové odchylky bývají způsobeny vlivem ostrovní vegetace z nižší nadmořské výšky (některá odpoledne k měřící stanici zavane tento vzduch s nižší koncentrací CO₂), případně vyšší sopečnou aktivitou (která naopak koncentraci CO₂ zvyšuje). Stejně tak bývají některé hodnoty zpětně aktualizovány kvůli rekalibraci referenčních plynů a dalším kontrolám kvality. Další informace o zpracování měřených dat najdete v článku na webových stránkách ústavu.

Kompozitní dataset Scripps, posledních 2000 let

Zdroj

Scripps Institution of Oceanography

Popis

MacFarling Meure, C. et al., 2006: Law Dome CO2, CH4 and N2O ice core records extended to 2000 years BP. Geophysical Research Letters, 33.

Odkaz

https://scrippsco2.ucsd.edu/data/atmospheric_co2/icecore_merged_products.html

DOI

https://doi.org/10.1029/2006GL026152

Licence

CC BY 4.0 (viz informace o licenci)

Tento dataset je složen ze dvou měření:

• Keelingovo měření z Mauna Loa (od roku 1958, viz výše) a z jižního pólu (od roku 1957, viz stránka stanice).
• Měření historických koncentrací za posledních 2000 let z ledovcových vrtů v oblasti Law Dome ve východní Antarktidě (66°46′08″S, 112°48′28″E). Měření byla prováděna postupně z různých vrtů, proto je nejvíce vzorků pro nejbližších 200 let, o něco méně vzorků pro předchozích 1000 let a nejméně vzorků z prvního tisíciletí našeho letopočtu.

Historické koncentrace jsou měřeny stejnou metodou jako Keelingovo měření výše. Jen vzorky vzduchu jsou odlišné, jde o vzduch zachycený v bublinkách v ledu. Stáří vzduchu je určeno hloubkou a radioizotopovým datováním.

Jsou současná měření a historická data srovnatelná? Měřené hodnoty z bublinek v ledu antarktického ledovce a současná měření se velmi přesně překrývají. Zároveň historická data z různých ledovců (Antarktida, Grónsko, horské ledovce) jsou vysoce konzistentní. Jediným omezením ledovcových dat je, že získaná koncentrace odpovídá zhruba desetiletému klouzavému průměru koncentrací, kvůli difuzi vzduchu v pomalu tuhnoucích vrchních vrstvách firnu.

Kompozitní dataset EPICA, posledních 800 000 let

Zdroj

NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration)

Popis

Bereiter, B., Eggleston, S., Schmitt, J., Nehrbass‐Ahles, C., Stocker, T. F., Fischer, H., Kipfstuhl, S., and Chappellaz, J. ( 2015), Revision of the EPICA Dome C CO2 record from 800 to 600 kyr before present, Geophys. Res. Lett., 42, 542– 549.

Odkaz

https://www.ncei.noaa.gov/access/paleo-search/study/17975

DOI

https://doi.org/10.1002/2014GL061957

Licence

zdarma k použití, vyžaduje odkázání zdroje (viz informace o licenci)

V rámci projektu EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) byly získány nejstarší vzorky ledu pro měření koncentrace CO₂ v rámci tohoto datasetu. Ty pocházejí ze dvou vrtů na Antarktidě:

• Epica-DML, u německé Kohnovy stanice (75°00′06″S; 00°04′04″E, hloubka vrtu 2 774 m).
• Dome C, u francouzsko-italské stanice Concordia (75°06′04″S; 123°20′52″E, hloubka vrtu 3 270 m).

Tento dataset je ovšem složen z měření z mnohem více ledovcových vrtů z dalších výzkumných projektů:

• Law Dome, viz dataset SCRIPPS výše.
• WAIS, měřený v rámci amerického výzkumného projektu v západní Antarktidě (79°28′04.8″S; 112°05′09.6″W, hloubka vrtu 3 405 m).
• Siple Dome, měřený v rámci amerického výzkumného projektu v Zemi Marie Byrdové (81°39′15″S 149°00′18″W, hloubka vrtu 974 m).
• TALDICE, měřený v rámci evropského výzkumného projektu v oblasti Talos Dome (72°49′40″S 159°11′00″E, hloubka vrtu 1620 m).
• Vostok, měřený od sedmdesátých let u sovětské polární stanice Vostok (78°27′50″S 106°50′15″E, hloubka nejhlubšího vrtu z roku 1996 je 3623 m).

Přestože mnohé z vrtů obsahují záznamy z širšího časového období, tento dataset je složen následujícím způsobem (níže používané „BP“ je zkratka pro before present a odkazuje pro roky před rokem 1950):

• -51–2000 let BP: Law Dome (Rubino et al., 2013, MacFarling Meure et al., 2006),
• 2–11 tisíc let BP: Dome C (Monnin et al., 2001 + 2004),
• 11–22 tisíc let BP: WAIS (Marcott et al., 2014), od těchto měření je odečteno 4 ppm pro vyvážení systematické chyby měření,
• 22–40 tisíc let BP: Siple Dome (Ahn et al., 2014),
• 40–60 tisíc let BP: TALDICE (Bereiter et al., 2012),
• 60–115 tisíc let BP: E-DML (Bereiter et al., 2012),
• 105–155 tisíc let BP: Dome C Sublimation (Schneider et al., 2013),
• 155–393 tisíc let BP: Vostok (Petit et al., 1999),
• 393–611 tisíc let BP: Dome C (Siegenthaler et al., 2005),
• 612–800 tisíc let BP: Dome C (Bereiter et al., 2014).

Koncentrace O₂ na Mauna Loa, rok 1989–současnost

Zdroj

Scripps Institution of Oceanography

Popis

Scripps O₂ Program, Atmospheric Oxygen Research.

Odkaz

https://scrippso2.ucsd.edu/data/mlo.html

Licence

CC BY 4.0 (viz informace o licenci)

Tento dataset pochází z instrumentálního měření na sopce Mauna Loa na Havaji. Metodu pro velmi přesné měření koncentrací O₂ objevil v roce 1988 Ralph Keeling, syn Charlese Keelinga, a podrobně ji popsal ve své disertační práci. Tato metoda spočívá v interferometrickém měření indexu lomu vzduchu, který je závislý na poměru koncentrací kyslíku a dusíku. Tento dataset tedy technicky obsahuje měření poměru koncentrace O₂/N₂ a je udáván ve formě relativního rozdílu vůči referenčnímu vzorku přibližně z poloviny osmdesátých let (vynásobené milionem, proto je označována „per meg“). Přesnou definici této jednotky včetně převodu na ppm najdete na stránkách Scrippsova O2 programu. Podle těchto instrukcí jsme také převedli tato naměřená data na jednotky ppm, abychom je mohli srovnat s růstem koncentrace CO₂.