WHAT IS NOISE, WHAT IS REAL? HOW IS VERIFIED THE CONCENTRATION PEAKS OF CO2 AND METHANE IN ICE CORES?

The presence of CO2 or Methane in ice cores extracted from Antarctic or Greenland is the principal way to verify part of Earth environmental history. The two more important projects at this moment are considered Vostok and Epica projects. Both are a multinational projects. In the Vostok Project  a deep hole of 3.623 meters was made on a glacial lake in a glacial URSS base in Antarctica. In the European Project for Ice Coring in Antarctica (Epica) a hole of 3.734 meters deep was made in the C Dome of Concordia Station ( Coordinates 75°06’S; 123°21’E and  elevation of 3.233 meters over sea level), concluded in January 17, 2006.

The extracted samples of these holes are carefully divided in segments of tenths of centimeters. These segments had his age dated by convenient methods with controlled uncertainty to attend the project objectives.

With these samples dated, many radioisotope analyses (deuterium) were done to calculate the concentration of CO2, Methane and N2O and verify the temperature.

By considering the absolute dating process correct and the concentration values of CO2, Methane and N2O in the samples, it´s possible to estimate macro-variations of whether in the last 650.000 years.

Now we go to the point. Is it correct to say that the concentration of CO2 is now the biggest of all times, by considering only these datas? Certainly not!

If we look the original data (which is open for everybody) on page of NOAA at: http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/icecore/antarctica/domec/domec_epica_data.html

It´s possible that a little, but important aspect are not consider by the people. The interval time scale to observe the palioclimatology variations and the time scale used in the analogue studied events.

 Considering all determination corrects (?), without any problem in chronology process or other related procedures, we see that  the elapsed time between the base and the top of each ice sample is roughly 450 years ( more exactly 300  to 550 years ). As a minimal interval, it is necessary to work with a average of 300 years.

What is the problem in all that? Simple: means properties which varies during 300 years can’t be used to estimate peaks in 30 to 40 years. This is a basic signal analysis problem, the sample rate theorem known by Nyquist-Shanonn. When we desire to reconstruct a signal with “B” frequency spectrum range we need to guaranty “2B” frequency sample of the original signal.

 

For example, if we want to reconstruct the behavior of any variable in an historic period of 50 years, a sample with 25 years is required.

This can be considered filigree, but this care with data is essential and we can’t forget these details when we are talking about extremes values of a signal.

If we are analyzing a maximal point which had happened millions years ago, and once this value is a peak value, is mandatory an inflection point on the curve data. If we had not the adequate sample frequency, the result will be certainly atennueted.

I hope so I’m wrong, because I don’t understand why dozens of researchers use these “ice cores” means data without considerations about the incompatibility of acquisition sample and data utilization for their conclusions. 

To ilustrate the problem, see the following figure.

O que é ruído, o que é real? Como se verificam nos testemunhos de gelo picos de gás CO2 e Metano?

O principal meio de verificar a presença CO₂ ou metano ao logo de parte da história da Terra é feito através de testemunhos de gelo retirados da Antártica ou da Groenlândia. Os dois projetos multinacionais mais importantes que foram levados a cabo neste sentido, foram os de Vostok a o Epica. O Vostok perfurou aproximadamente 3.623 m sobre um lago glacial de mesmo nome situada próximo a uma base glacial da ex-URSS na Antártica  e o Epica, sigla de European Project for Ice Coring in Antarctica, perfurou no Domo C da estação Concórdia (coordenadas 75°06’S; 123°21’E e elevação de 3.233 m sobre o nível do mar) aproximadamente 3.734m, terminando o furo em 17 janeiro 2006.

Retirando cuidadosamente os testemunhos destas perfurações, estes foram divididos em trechos de algumas dezenas de centímetros. Estes trechos foram datados por métodos convenientemente escolhidos com precisão satisfatória para seus objetivos.

De posse destes pequenos segmentos de gelo datados, foram realizadas análises diversas de radioisótopos de deutério para por analogia verificarem a temperatura da Terra, e outras análises para obter a concentração de CO₂, Metano e N₂O.

Considerando toda a datação correta, considerando que as estimativas de CO₂, Metano e N₂O, tem-se uma idéia das macro-variações do clima nos últimos 650.000 anos.

Agora vamos ao que interessa, levantado todos estes dados, pode-se dizer corretamente que a concentração de CO₂ é a maior de todos os tempos? Certamente que não.

Se olharmos os dados originais na página que a NOAA disponibiliza a quem quiser,  http://www.ncdc.noaa.gov/paleo/icecore/antarctica/domec/domec_epica_data.html

Veremos um pequeno detalhe que parece escapar a todos, a escala de tempo dos intervalos de observação palioclimatica e a escala de tempo do evento em que se quer traçar uma analogia.

Considerando certo tudo o que foi determinado, sem discutir as incertezas da datação e outros problemas, vemos que a estimativa de tempo entre o a base e o topo dos testemunhos é de aproximadamente 450 anos (300 anos no mínimo e 550 no máximo), ou seja, se trabalha com um valor médio de 300 anos no mínimo.

Qual o problema disto tudo? Simples, médias de propriedades que variam em 300 anos não podem ser utilizadas para estimar picos de 30 a 40 anos. Isto é um problema de análise de sinal, conhecido como teorema da amostragem de Nyquist–Shannon. Quando se quer reconstruir uma amostra de freqüência B, é necessário garantir uma Taxa de Nyquist de freqüência 2B.

Passando para o presente caso, se quisermos reconstruir uma amostra histórica de período de 50 anos, por exemplo, o nosso padrão de amostragem deve ser de 25 anos.

Poderia-se dizer que isto é um preciosismo, mas este tipo de cuidado quando se trata de valores extremos de um sinal a exigência torna-se excencial.

Se estivermos analisando um máximo pontual que pode ter ocorrido a milhares de anos, e como este valor é máximo há necessariamente um ponto de inflexão na curva, se não for seguida a Taxa de Nyquist, o resultado será CERTAMENTE ATENUADO.

Espero estar errado, pois não compreendo porque dezenas de autores que utilizam os dados médios dos “ice cores” não tenham se dado conta da incompatibilidade da geração dos mesmos com a sua utilização.

Para exemplificar o problema a figura a seguir mostra a comparação entre os dados atuais de Mauna Loa com os dados de Ice Cores.