La historia de nuestro clima está escrita en hielo. Leerla es una cuestión de descifrar las complejas señales extraídas de decenas de miles de años de isótopos acumulados congelados a millas debajo de la superficie de la Antártida.
Al dar sentido a la gran cantidad de información empaquetada en un núcleo de hielo, los científicos enfrentan un desafío forense: la mejor manera de separar la información útil de los corruptos.
Un nuevo artículo publicado en la revista entropía muestra cómo las herramientas de la teoría de la información, una rama de la ciencia de la complejidad, pueden abordar este desafío al localizar rápidamente partes de los datos que requieren mayor investigación.
"Con este tipo de datos, tenemos oportunidades limitadas para hacerlo bien", dice Joshua Garland, un matemático del Instituto Santa Fe que trabaja con 68,000 años de datos del Núcleo de hielo de la División de la Capa de Hielo Antártica Occidental. "Extrayendo elEl procesamiento y procesamiento de datos requiere cientos de personas y toneladas de procesamiento y análisis. Debido a las limitaciones de recursos, los núcleos replicados son raros ".
Para cuando Garland y su equipo obtuvieron los datos, habían pasado más de 10 años desde la perforación inicial del núcleo de hielo hasta la publicación del conjunto de datos que contenía. El núcleo de hielo de dos millas se extrajo durante cinco temporadas desde2007-2012, por equipos de las múltiples universidades financiadas por la National Science Foundation. Desde el campamento en la Antártida Occidental, el núcleo se empaquetó, luego se envió a las instalaciones de la National Science Foundation Ice Core en Colorado, y finalmente a la Universidad de ColoradoEn el Laboratorio de isótopos estables del Instituto de Investigación Ártica y Alpina, una instalación de procesamiento de última generación ayudó a los científicos a extraer los registros de isótopos de agua del hielo.
El resultado es un conjunto de datos complejo y altamente resuelto. En comparación con los datos anteriores del núcleo de hielo, que permitieron el análisis cada 5 centímetros, el núcleo WAIS Divide permite el análisis a una resolución milimétrica.
"Una de las cosas más interesantes de la investigación sobre el núcleo de hielo en la última década es que hemos desarrollado estos sistemas de laboratorio para analizar el hielo en alta resolución", dice Tyler Jones, paleoclimatólogo de la Universidad de Colorado Boulder ".atrás estábamos limitados en nuestra capacidad de analizar el clima porque no podíamos obtener suficientes puntos de datos, o si pudiéramos tomaría demasiado tiempo. Estas nuevas técnicas nos han dado millones de puntos de datos, lo cual es bastante difícil de manejar e interpretar sinalgunos avances nuevos en nuestro procesamiento [de datos] "
En núcleos anteriores, Garland señala que décadas, incluso siglos, se agregaron en un solo punto. Los datos de WAIS, por el contrario, a veces dan más de cuarenta puntos de datos por año. Pero a medida que los científicos se mueven para analizar los datos en escalas de tiempo más cortas, incluso pequeñas anomalías pueden ser problemáticas.
"A medida que los datos de grano fino están disponibles, se pueden realizar análisis de grano fino", señala Garland. "Pero también hace que el análisis sea susceptible a anomalías de grano fino".
Para identificar rápidamente qué anomalías requieren más investigación, el equipo utiliza técnicas teóricas de información para medir cuánta complejidad aparece en cada punto de la secuencia de tiempo. Un aumento repentino en la complejidad podría significar que hubo un evento climático importante e inesperado,como un súper volcán, o que hubo un problema en los datos o en la tubería de procesamiento de datos.
"Este tipo de anomalía sería invisible sin un análisis detallado y detallado de los datos, que llevaría muchos meses realizar un experto humano", dice Elizabeth Bradley, científica de la computación delUniversidad de Colorado Boulder y Profesor Externo en el Instituto Santa Fe. "Aunque la teoría de la información no puede decirnos la causa subyacente de una anomalía, podemos usar estas técnicas para marcar rápidamente los segmentos del conjunto de datos que deberían ser investigados por paleoclimateexpertos "
Ella compara el conjunto de datos del núcleo de hielo con una búsqueda en Google que devuelve un millón de páginas. "No es que no pudieras pasar por esos millones de páginas", dice Bradley. "Pero imagina si tuvieras una técnica que pudiera apuntar hacia ellos que eran potencialmente significativos? "Al analizar grandes conjuntos de datos del mundo real, la teoría de la información puede detectar diferencias en los datos que indican un error de procesamiento o un evento climático significativo.
en su entropía artículo, los científicos detallan cómo utilizaron la teoría de la información para identificar y reparar un tramo problemático de datos del núcleo de hielo original. Su investigación eventualmente provocó un nuevo muestreo del núcleo de hielo de archivo, el muestreo más largo de un núcleo de hielo de alta resoluciónhasta la fecha. Cuando esa parte del hielo se volvió a muestrear y reprocesar, el equipo pudo resolver un pico anómalo en la entropía de hace aproximadamente 5.000 años.
"Es de vital importancia hacer bien esta área", señala Garland, "porque contiene información climática desde los albores de la civilización humana".
"Creo que el cambio climático es el problema más apremiante que jamás haya enfrentado la humanidad, y los núcleos de hielo son, sin duda, el mejor registro del clima de la Tierra desde hace cientos de miles de años", dice Jones. "La teoría de la información nos ayuda a analizar los datos paraasegúrese de que lo que estamos lanzando al mundo es el mejor y más seguro producto que podamos "
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Materiales proporcionado por Instituto Santa Fe . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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