For rundt 60 år siden begynte David Keeling å svinge seg opp langs siden av Mauna Loa. På 11, 135 fot over havet stoppet han ved en liten, grå betongbygning - det eneste tegnet på menneskeliv blant miles og miles av lavaberg, bortsett fra et uthus omtrent 50 meter fra bygningen. Keeling, en 30 år gammel forsker fra California, hadde opprinnelig gitt seg et navn i vitenskapssamfunnet ved å utvikle en unik metode for prøvetaking av karbondioksid, som hadde avslørt noen spennende mønstre - nemlig at den atmosfæriske konsentrasjonen av karbondioksid var relativt ensartet over hele den nordlige halvkule, i gjennomsnitt omtrent 310 deler per million. Nå kom han til toppen av verdens største vulkan for å sjekke inn på et nytt prosjekt som han håpet ville forandre måten det vitenskapelige samfunnet målte atmosfærisk karbondioksid på.
Keeling hadde havnet på Hawaii etter Harry Wexler, direktør for det amerikanske værbuets avdeling for meteorologisk forskning. Noen år tidligere hadde Keeling flydd til Washington, DC for å møte Wexler, og hadde i løpet av noen timer overbevist regissøren om å fullstendig gjennomgå Weather Bureau's karbonmåleprogram. Det verden trengte, hevdet Keeling, var noen få avsidesliggende steder rundt om i verden, som kontinuerlig målte svingninger i mengden karbondioksid som gikk inn i eller forlater atmosfæren.
Keeling fikk sitt ønske, selv om Wexler ikke nødvendigvis fikk sitt: I stedet for å melde seg inn i Weather Bureau, inntok Keeling en stilling ved Scripps Institution of Oceanography, og passerte et vindufritt kontor ved Naval Observatory for havbrisen i San Diego. Men Keeling og Wexler opprettholdt et profesjonelt forhold, slik at både Scripps og den føderale regjeringen hadde en hånd i målingsprogrammet som ble satt opp i Mauna Loa - et offentlig og privat partnerskap som vil fortsette i flere tiår. I mars 1958 begynte de første kontinuerlige målingene av karbondioksid ved observatoriet; måneder senere, i november, besøkte Keeling stedet for første gang.
Selv bare måneder inn i programmet ga overvåkningen på Mauna Loa allerede revolusjonerende resultater. I november, da Keeling først la den svingete vandringen opp i vulkanen, viste målingene at konsentrasjonen av karbondioksid økte - sakte, men jevnt. I sommermånedene skjedde det motsatte med karbondioksidkonsentrasjoner som falt. Mønsteret gjentok seg, nesten nøyaktig, i løpet av det andre året av målinger. Keeling var fascinert.
"Vi var vitne til for første gang, " skrev han i sin selvbiografi, "naturens trekker CO2 ut av luften for plantevekst om sommeren og returnerte den hver påfølgende vinter." De hadde i det vesentlige tatt et bilde av den nordlige halvkule å trekke og slippe pusten - utånding av karbondioksid da skogene ble nakne om vinteren, og innånding når bladene kom tilbake hver sommer.
Det sesongbaserte opptaket og frigjøringen av karbondioksid skulle vise seg å være bare ett av de fantastiske fenomenene illustrert av målingene ved Mauna Loa. I løpet av de neste 60 årene ville observatoriets data avdekke noe langt mer uhyggelig i atmosfæren: en rask økning av karbondioksid i atmosfæren, forårsaket av forbrenning av fossilt brensel.
"Hvis menneskeslekten overlever inn i det tjueførste århundre med den enorme befolkningsøkningen som nå virker uunngåelig, " sa Keeling under en tale som presenterte sin forskning for American Philosophical Society i 1969, "folket som lever da, sammen med deres andre problemer, kan også møte trusselen om klimaforandringer som følge av en ukontrollert økning av atmosfærisk CO2 fra fossilt brensel. "
Den opprinnelige strukturen til Mauna Loa-observatoriet, kalt Keeling-bygningen. (Ted Coran) For rundt 400 000 år siden brøt en vulkan under vann overflaten av Stillehavet. I de neste hundre tusen årene fortsatte vulkanen å raste ut i sykliske sporer, og vokste raskt til den steg 13.680 fot over havet. Lava rant ned langs sidene av fjellet, og etter hvert herdet det seg for å danne majoriteten av Big Island of Hawaii. For de innfødte Hawaiianerne som først befolket øya, ble vulkanen kjent som Mauna Loa, eller Long Mountain - noe som tyder på de gradvise bakkene som omfatter rundt 19.000 kubikk miles, noe som gjør den til den største vulkanen i verden. I 1951 åpnet et lite værobservatorium - kalt Mauna Loa Summit Observatory - på toppmøtet, resultatet av en allianse mellom det amerikanske værbureauet, parken, den amerikanske marinen og fengselsarbeidere, som brukte år på å snekre viklingen vei som skulle føre til toppen av vulkanen. Fire år senere ble Mauna Loa-observatoriet bygget noen tusen meter ned fra vulkanen fra den opprinnelige toppstrukturen; i dag er det fortsatt en av de viktigste observasjonsstasjonene i verden.
Mauna Loa-observatoriet har endret seg lite siden Keeling gjorde sitt første besøk i 1968. En andre bygning ble med i den opprinnelige strukturen i 1997, og anlegget har innendørs VVS, noe som gjør uthuset for det meste foreldet, i det minste for besøkende. Andre prosjekter konkurrerer nå om forskningstid på observatoriet; over 70 prosjekter, spisset av institusjoner over hele kloden, måler rundt 250 atmosfæriske bestanddeler, fra aerosoler til solstråling. Men det er fortsatt observatoriets kontinuerlige karbonmålinger - den lengste løpingen i verden - som vekker mest oppmerksomhet. I dag er grafen basert på disse målingene i stor grad kjent med et annet navn: Keeling Curve, som Thomas J. Barton, en tidligere president i American Chemical Society, kalte "et ikon for moderne vitenskap."
Karbonmålingene ved observatoriet er hentet fra prøver av luft tatt på toppen av et 130 fots tårn, en struktur påfallende malplassert i et miljø ufruktbart med noe som er høyere enn en enetasjes bygning. Hundre og tretti fot opp er luften stort sett fri for lokal forurensning som noen ganger kan føres opp på fjellet av et inversjonslag som dannes når solen varmer fjellet, og trekker luft opp fra lavere høyder på dagtid og ned om natten . Fra tårnet trekker to linjer luftprøver inn i et lite rom i observatoriets andre bygning. I dag kjører både NOAA og Scripps samtidig måleprogrammer ved Mauna Loa og bruker de samme luftprøvene, men med litt forskjellige teknikker (NOAA startet sitt overvåkningsprogram på 70-tallet, og har stasjoner satt opp over hele verden, fra Mauna Loa til Barrow, Alaska til Sydpolen).
Den originale enheten brukt av Charles Keeling for å måle atmosfæriske konsentrasjoner av karbondioksid. (Ted Coran) Keeling døde i 2005, men hans arv er håndgripelig i hele observatoriet, fra den dedikerte plakaten på utsiden av den opprinnelige bygningen til den opprinnelige karbonmåleinstrumentet innblandet i pleksiglass i den andre bygningens gang. Hans innflytelse er imidlertid kanskje mest bemerkelsesverdig i programmets dedikasjon til nøye måling og kalibrering. Timeprøver braketteres med 15 minutters kalibrering på hver side, og en times lang kalibrering blir utført hver 25. time. De resulterende målingene blir også kjørt gjennom et dataprogram som flagger all data fra noe som helst - alt med for mye svingning, eller en høyere verdi enn forventet - for manuell godkjenning. All data samlet blir også sammenlignet med 15 andre laboratorier rundt om i verden, og NOAA- og Scripps-programmene undersøker regelmessig resultatene mot hverandre. Vanligvis er forskjellen så ubetydelig at den praktisk talt ikke eksisterer.
"Hvis du ser på CO2-plottet i Mauna Loa, er forskjellen mellom [Scripps] -programmet og vårt program mindre enn tykkelsen på linjen på tomten, " sier Pieter Tans, leder for Carbon Cycle Greenhouse Gases Group i Global Monitoring Division of NOAAs Earth System Research Laboratory. "Det er ekte kvalitetssikring."
Mauna Loa-observatoriet. (Ted Coran) Men Keels arv fra omhyggelige målinger er ikke den eneste grunnen til at forskere ved både NOAA og Scripps går så langt for å sikre at resultatene deres er uante. Siden Keeling først presenterte funnene sine for American Philosophical Society i 1968, har konklusjonen om at atmosfærisk karbondioksid i økende grad først og fremst skyldes menneskets handlinger blitt et av de mest polariserende fagene i amerikansk politikk. Nesten en fjerdedel av amerikanerne mener at det ikke er noen solid bevis på at jorden har blitt varmere de siste tiårene, mens nesten 30 prosent av amerikanerne ikke ser på global oppvarming som et alvorlig problem.
I løpet av den samme tidsperioden har karbondioksid kommet inn i atmosfæren med en alarmerende høy hastighet - raskere enn noen annen tid i registrert historie. På samme tid har planeten sett et fantastisk løp av rekordstore temperaturstrekninger, med 10 av de varmeste årene på rekord som skjedde etter 1998. Nylig passerte målingen av atmosfærisk karbondioksid ved Mauna Loa 400 deler per million, en 42 prosent økning fra preindustrial nivå. Å sørge for at antallet deres er ubestridelig er ikke bare god vitenskap, men også beskyttelse mot de truende vindene i et stormende politisk klima.
For all den politiske striden som omgir menneskeskapte klimaendringer, er forskerne som har ansvaret for å samle inn dataene på Mauna Loa nesten kaldpolitiske. Både Tans og Ralph Keeling - David Keelsels sønn, som overtok Scripps-delen av programmet etter farens død - ser deres rolle ikke så mye som å påvirke politikken, men samle viktige data.
"Jeg kom inn på dette feltet ikke for å endre politikk, men for å oppdage ting om jorden, og jeg fortsetter å se det som min viktigste motivasjon, " sier Ralph Keeling. "Jeg tror at prosessen med å finne ut hva samfunnet skal gjøre og hvordan å gjøre endringer fremdeles krever at mennesker som meg bare er faktainnsamling." Resten, sier han og Tans, er opp til verdens politiske beslutningstakere.
Mens den yngre Keeling kanskje tror på å holde politikk utenfor vitenskapen, hindrer det ikke at vitenskapen blir påvirket av politikk. Minst halvparten av partnerskapets finansiering - NOAA-delen - kommer fra den føderale regjeringen, som har gjort overturer flere ganger de siste årene for å kutte finansiering for ikke-værrelatert NOAA-forskning. De politiske vagariene er blant annet det som gjør partnerskapet med Scripps så uvurderlig for kontinuiteten i programmet, forklarer Tans.
"Det er mulig at en fremtidig president eller kongress bestemmer at klimaendringene er et skritt, og vi kommer til å begrense NOAAs program, " sier han. “Så det er også en forsikring mot slike vagarer. Vi vil ikke at Mauna Loa-posten skal avvikles, så det er viktig at ikke ett laboratorium, men forskjellige laboratorier i forskjellige land, alle gjør dette. ”
Utsikt over Mauna Kea fra toppen av Mauna Loa-observatoriet. (Ted Coran) Å sikre konstant finansiering av Scripps-delen av programmet er ikke uten dets fallgruver. Langtidsobservasjonsstudier, forklarer Keeling, er ofte herkomst fra føderale byråer, som ofte har en mer forutsigbar strøm av finansiering for prosjekter på en utvidet tidslinje. For private etater er fokus ofte på ny oppdagelse - ikke kontinuerlig overvåking av et kjent fenomen.
"Utfordringen er at det er en forventning, som et konsept for hva vitenskapsforetaket skal handle om, at du skal dra et sted og gjøre et funn, og så skal du dra til et annet sted og gjøre et nytt funn, " sier Keeling . ”Det var et problem min far sto overfor, og på en måte må samfunnet som er engasjert i dette fortsette å svare. Svaret er at vi ikke bare studerer det samme om og om igjen - vi ser på jorden i en tid med ekstraordinær endring, og det ville være veldig uforsvarlig og rart å bare slå av informasjonsflyten. ”
Hvis noe, kan den konstante overvåkingen av atmosfærisk karbondioksid ved Mauna Loa ha gått inn i en viktig ny fase - overvåking av global innsats for å dempe forurensning av klimagasser. I desember møttes nesten 200 nasjoner i Paris og ble enige om å ta i bruk innsats som hadde som mål å holde verden godt under 2 grader celsius av oppvarming - konsensusgrensen for når konsekvensene av klimaendringer ville bli virkelig, virkelig ille. Miljøvernere og klimaforskere applauderte generelt avtalen, men det var et hovedpoeng med bekymring: Hvordan ville verden vite om land holdt seg til løftene? Hvordan kunne vi være sikre på at avtalen faktisk virket?
Det er der NOAAs Tans mener at karbonmåleprogrammet kan være nyttig - og der han ser programmet gå, i det minste delvis, i fremtiden.
”Det må være en måte å objektivt verifisere i hvilken grad disse retningslinjene faktisk er vellykkede. Vi har tenkt lenge på hvordan vi kan gjøre dette, hvordan vi kan gjøre målinger på en slik måte at hvis et politisk mål er 20 prosent mindre utslipp på 10 år, kan vi faktisk måle det fra atmosfæren? ”Tans sier.
NOAAs forskere har øvd på å måle kjente metankilder over hele USA for å prøve å måle og kvantifisere reduksjoner i klimagassutslipp. Nå vender de oppmerksomheten mot karbondioksid i byer, prøver å utforme en metode som kan fange opp endringer i karbonutslipp på bynivå, og til og med finne ut om karbon kommer fra en naturlig kilde, eller fra forbrenning av fossilt brensel .
For et prosjekt som har brukt mer enn halvparten av forrige århundre med å plotte menneskehetens farlige innflytelse på klimaet, er det et håpefullt perspektiv. "Hvis Paris-avtalen bærer frukt og fører til reduksjon i utslipp, vil vi begynne å se den dukke opp i Mauna Loa-posten, og det vil være en ny oppdagelse - vi vil se at mennesker bøyer kurven, " sier Ralph Keeling sier. "Jeg er ivrig etter å holde det i gang for å vise at det er en kontrollbryter som vi kan utøve."
