p A história do nosso clima está escrita no gelo. Lê-lo é uma questão de decifrar os sinais complexos extraídos de dezenas de milhares de anos de isótopos acumulados congelados quilômetros abaixo da superfície da Antártica. p Ao entender a enorme quantidade de informações acumuladas em um núcleo de gelo, os cientistas enfrentam um desafio forense:a melhor forma de separar as informações úteis das corruptas.

p Um novo artigo publicado na revista Entropia mostra como ferramentas da teoria da informação, um ramo da ciência da complexidade, pode enfrentar esse desafio localizando rapidamente as partes dos dados que requerem investigação adicional.

p "Com este tipo de dados, temos oportunidades limitadas de acertar, "diz Joshua Garland, um matemático do Instituto Santa Fé que trabalha com 68, 000 anos de dados do Núcleo de Gelo da Divisão do Manto de Gelo da Antártica Ocidental. "Extrair o gelo e processar os dados leva centenas de pessoas, e toneladas de processamento e análise. Por causa das restrições de recursos, núcleos replicados são raros. "

p Quando Garland e sua equipe conseguiram os dados, mais de 10 anos se passaram desde a perfuração inicial do núcleo de gelo até a publicação do conjunto de dados que ele continha. O núcleo de gelo de duas milhas foi extraído ao longo de cinco temporadas de 2007-2012, por equipes de várias universidades financiadas pela National Science Foundation. Do acampamento de campo na Antártica Ocidental, o núcleo foi embalado, em seguida, enviado para a National Science Foundation Ice Core Facility no Colorado, e finalmente para a Universidade do Colorado. No Stable Isotope Lab do Institute of Arctic and Alpine Research, uma instalação de processamento de última geração ajudou os cientistas a extrair registros de isótopos de água do gelo.

p O resultado é altamente resolvido, conjunto de dados complexo. Em comparação com os dados anteriores do núcleo de gelo, que permitia a análise a cada 5 centímetros, o núcleo WAIS Divide permite análises em resolução milimétrica.

p "Uma das coisas interessantes sobre a pesquisa de núcleos de gelo na última década é que desenvolvemos esses sistemas de laboratório para analisar o gelo em alta resolução, "diz Tyler Jones, paleoclimatologista da University of Colorado Boulder. "Há um bom tempo, éramos limitados em nossa capacidade de analisar o clima porque não conseguíamos pontos de dados suficientes, ou se pudéssemos, demoraria muito. Essas novas técnicas nos deram milhões de pontos de dados, que é bastante difícil de gerenciar e interpretar sem alguns novos avanços em nosso processamento [de dados]. "

p Nos núcleos anteriores, Garland observa que décadas, mesmo séculos, foram agregados em um único ponto. Os dados WAIS, por contraste, às vezes dá mais de quarenta pontos de dados por ano. Mas, à medida que os cientistas se movem para analisar os dados em escalas de tempo mais curtas, mesmo pequenas anomalias podem ser problemáticas.

p "À medida que dados mais refinados se tornam disponíveis, análises refinadas podem ser realizadas, "Garland observa." Mas também torna a análise suscetível a anomalias de baixa granularidade. "

p Para identificar rapidamente quais anomalias exigem investigação adicional, a equipe usa técnicas teóricas da informação para medir quanta complexidade aparece em cada ponto na sequência de tempo. Um aumento repentino na complexidade pode significar que houve um grande, evento climático inesperado, como um super vulcão, ou que houve um problema nos dados ou no pipeline de processamento de dados.

p "Este tipo de anomalia seria invisível sem uma análise altamente detalhada, refinado, análise ponto a ponto dos dados, que levaria muitos meses para um especialista humano realizar, "diz Elizabeth Bradley, um cientista da computação na University of Colorado Boulder e professor externo no Santa Fe Institute. "Mesmo que a teoria da informação não possa nos dizer a causa subjacente de uma anomalia, podemos usar essas técnicas para sinalizar rapidamente os segmentos do conjunto de dados que devem ser investigados por especialistas em paleoclima. "

p Ela compara o conjunto de dados do núcleo de gelo a uma pesquisa do Google que retorna um milhão de páginas. "Não é que você não pudesse passar por aqueles milhões de páginas, "Bradley diz." Mas imagine se você tivesse uma técnica que pudesse apontar você para aquelas que são potencialmente significativas? conjuntos de dados do mundo real, a teoria da informação pode detectar diferenças nos dados que sinalizam um erro de processamento ou um evento climático significativo.

p Em seus Entropia papel, os cientistas detalham como usaram a teoria da informação para identificar e reparar um trecho problemático de dados do núcleo de gelo original. Sua investigação acabou levando a uma reamostragem do núcleo de gelo do arquivo - a mais longa reamostragem de um núcleo de gelo de alta resolução até hoje. Quando essa parte do gelo foi reamostrada e reprocessada, a equipe foi capaz de resolver um pico anômalo na entropia de aproximadamente 5, 000 anos atrás.

p "É de vital importância acertar esta área, "Garland observa, "porque contém informações sobre o clima desde o início da civilização humana."

p “Acho que a mudança climática é o problema mais urgente que a humanidade enfrenta, e núcleos de gelo são, sem dúvida, o melhor registro do clima da Terra remontando a centenas de milhares de anos, "diz Jones." A teoria da informação nos ajuda a filtrar os dados para ter certeza de que o que estamos lançando para o mundo é o melhor e mais seguro produto que podemos. "