Jak to můžeme vědět?

Kapitola je sem zařazena ze zjevného důvodu. Srovnáváme klima na Zemi v dobách historických s dneškem, abychom pochopili souvislosti. Třeba vztah množství CO2 a teploty. Čím jdeme v historii Země dál do minulosti, tím mlhavější jsou naše znalosti, čím se blížíme k dnešku, tím více máme o historii klimatu zdrojů, třeba i písemných nebo datových. A víme to díky velmi různorodým vědeckým metodám.
Jedním z problémů dnešního vzdělávání (podle studie PISA k přírodovědné gramotnosti z roku 2015) je to, že žáci neví, jak funguje věda. Nerozumí epistemologii. Možná i proto u nás průměrný obyvatel nerozezná vědeckou informaci od “blábolu”.

Epistemologie (z řeckého epistémé = poznání, vědění) je filozofická disciplína, která se zabývá povahou, původem a hranicemi lidského poznání. Zkoumá otázky jako: Co můžeme vědět? Odkud pochází naše poznání? Kdy je poznání oprávněné? A jak poznáme, že něco víme skutečně a ne jen domněle? Ve vědě pomáhá pochopit, jak vzniká důvěryhodné poznání a proč se vědecké metody opírají o důkazy, opakovatelnost a kritickou diskusi.

Doporučeno pro vyučovací předměty

dějepis, biologie/přírodopis, základy společenských věd, zeměpis/geografie, fyzika, matematika, jazyky

Klíčové pojmy

přímé a nepřímé vědecké metody, proxy data, klimatické modely a scénáře, názory a fakta

Cíle výuky po absolvování tématu

Žák vyjmenuje základní metody výzkumu historie klimatu země. Dokáže je rozdělit na nepřímé metody s využitím proxy dat a na přímé metody.
Žák dokáže vysvětlit proč je důležitá spolupráce mezi vědci napříč obory.

Důkazy o učení

Žák rozliší přímá data od nepřímých proxy dat z vybraného seznamu.
Žák dokáže seřadit historické údaje podle relevance s jakou je máme brát jako potvrzenou informaci.

Související lekce z webu Učím o klimatu

vědecké scénáře / metody výzkumu klimatu
POROZUMĚNÍ SCÉNÁŘŮM VÝVOJE
JAK ZÍSKÁVÁME STARÁ DATA NEJEN O KLIMATU
VLNY VEDER
DLOUHODOBÉ TRENDY V KLIMATU:

fakta a mýty o změně klimatu
FAKTA A MÝTY O ZMĚNĚ KLIMATU
TÝMOVĚ RISKUJ!
Popř. vybrat další lekce z tématu Základní pojmy a data

katastrofické události
VELIKONOČNÍ OSTROV
PROČ ZANIKLA KELTSKÁ CIVILIZACE
THULE TUVALU: PROPOJENÉ SVĚTY
TŘI OSTROVY
ZMĚNA KLIMATU POHLEDEM Z PACIFIKU

jak vypadala příroda a klima v (daleké) minulosti
PAMĚŤ KRAJINY
NÁŠ VZTAH K PŮDĚ
JAK ZÍSKÁVÁME STARÁ DATA NEJEN O KLIMATU
PROMĚNY KLIMATU VE STŘEDOVĚKU A NOVOVĚKU

ledovce, oceány, stoupání a klesání hladiny oceánu
JAK KLIMATICKÁ ZMĚNA OVLIVŇUJE OCEÁNY
LEDOVEC
NA ANTARKTIDĚ TAJOU LEDY
CO MAJÍ SPOLEČNÉHO PEČENÍ A OCEÁNY
CESTOU POKUSU: OCEÁNY A KLIMA

kolísání klimatu
JAK VELKÁ JE ZIMA NA ANTARKTIDĚ

vymírání a vznik nových druhů organismů
DIVUKRÁSNÁ ARKTIDA
KLIMA A ŽELVY

jaké hrozby a příležitosti představuje změna klimatu v přítomnosti
MÉDIA O KLIMATU: HROZBA NEBO PŘÍLEŽITOST

Úkoly pro studenty

1. Jaké informace o prostředí či klimatu jednotlivé metody poskytují?

Dendrochronologie – šířka letokruhů ukazuje vlhkost, teplotu a stresové události (sucho, požár), když se výrobek ze dřeva nebo zachovalý kmen datuje, lze z letokruhů odhadnout průběh klimatu v místě, kde strom rostl.
Glaciologie (ledovcová jádra) – obsahují informace o koncentrace CO₂, prachu… z období, kdy bylo jádro v ledu uvězněno, z množství CO2 se dá odvodit i globální teplota
Speleologie (krápníky) – izotopy a vrstvy prozrazují vývoj srážek a teplot v podzemí.
Sedimentologie – usazeniny v jezerech a rašeliništích ukazují erozní události, přítomnost vody i vegetace.
Palynologie (analýza pylu) – odhaluje složení vegetace a změny ekosystémů v čase.
Písemné a měřené záznamy – konkrétní extrémy počasí, sklizeň, výška hladin řek, sucha, požáry…

2. O jaké metody zkoumání klimatu se můžeme opřít z období vrcholného středověku a o jaké z dob ledových ve čtvrtohorách?

Vrcholný středověk (~1000–1300):

Písemné prameny (kroniky, záznamy o sklizních, ledu, povodních)
Letokruhy (dendrochronologie)
Pylové analýzy ze sedimentů (palynologie)
Záznamy sedimentů z mokřadů či jezer

Doby ledové (pleistocén, čtvrtohory):

Ledovcová jádra (glaciologie) – hlavně mimo naše území
Pylová a mikrobiální analýza sedimentů
Fosilie zvířat a rostlin
Izotopové analýzy kostí

3. Jaké metody výzkumu klimatu v historii můžeme použít na území České republiky a jaké na území Antarktidy?

Česká republika:

Letokruhy z památných stromů, dřevěných památek a staveb
Pylová analýza z rašelinišť a jezerních sedimentů (např. Šumava)
Speleologické výzkumy v Moravském krasu
Historické záznamy (klimatické extrémy, zemědělství, městské kroniky)
Sedimenty z rybníků a říčních niv

Antarktida:

Ledovcová jádra – tisíce metrů hluboké, sahající stovky tisíc let do minulosti
Izotopové analýzy ledu a vzduchových bublin
Mikrofosilie z pobřežních sedimentů
Geofyzikální měření a satelitní data – modelování změn

Rozšiřující úkoly

Přímá a nepřímá data

Z následujících informací vyber proxi data (napřímé důkazy) a přímá data. Žák pracuje samostatně se svými tvrzeními a pak se se sousedem v lavici ujišťuje, že je mají stejně. Případně se musí navzájem shodnout (přesvědčit toho druhého) při neshodě. Následně si úkol vyhodnotíme:

Vytvořte si pracovní list (řádky můžete rozstříhat nebo označit P - přímá, N - nepřímá)

Fotografie téhož místa z různých let – dokumentace ústupu ledovce
Letokruhy stromů – šířka a hustota vypovídají o klimatu v daném roce
Informace o měření teploty oceánu pomocí bóje
Krápníky ve vápencových jeskyních (speleotémy) – záznam srážek a teploty
Měření koncentrace CO₂ v atmosféře – Mauna Loa od roku 1958
Usazeniny v jezerech a mořích (sedimenty) – změny eroze, vegetace, životních podmínek
Denní meteorologické měření teploty – od r. 1752 v Praze Klementinu
Pylová zrna v sedimentech rašelinišť – důkaz o složení vegetace v minulosti
Záznamy o velikosti sklizně v kronikách
Koráli – jejich historické vrstvy a jejich chemické složení – teplota a složení oceánu
Složení vzduchu v kapsách z ledovcových vrtů – odhad teploty a složení atmosféry
Povodňová čára s datem – záznam výjimečně velké povodně
Lidské kosti a jejich izotopové složení
Satelitní snímky krajiny a ledovců – od 70. let 20. století
Fosilie mikroorganismů – indikátory salinity, teploty
Letecké snímkování území – od 30. let 20. století
Prachové vrstvy v půdním profilu – záznam sucha, stepních podmínek
Průmyslová statistika spotřeby uhlí a ropy
Vrstvy prachu a popela v ledovcích – sopečné erupce a sucha
Měření hladiny moře (vodočet)

řešení:

Přímá data: Klíčová vlastnost: data pořízená přímo v daný okamžik daného jevu

Denní meteorologické měření teploty – (od r. 1752 v Praze-Klementinu)
Měření koncentrace CO₂ v atmosféře – (Mauna Loa od roku 1958)
Satelitní snímky krajiny a ledovců – (od 70. let 20. století)
Fotografie téhož místa z různých let – (dokumentace ústupu ledovce)
Záznamy o velikosti sklizně v kronikách
Povodňová čára s datem, záznam výjimečně velké povodně
Letecké snímkování území – (od 30. let 20. století)
Informace o měření teploty oceánu pomoc bóje
Průmyslová statistika spotřeby uhlí a ropy
Měření hladiny moře (vodočet)

Proxy data:

Letokruhy stromů – šířka a hustota vypovídají o klimatu v daném roce
Pylová zrna v sedimentech rašelinišť – důkaz o složení vegetace v minulosti
Složení vzduchu v kapsách z ledovcových vrtů – odhad teploty a složení atmosféry
Krápníky ve vápencových jeskyních (speleotémy) – záznam srážek a teploty
Usazeniny v jezerech a mořích (sedimenty) – změny eroze, vegetace, životních podmínek
Vrstvy prachu a popela v ledovcích – sopečné erupce a sucha
Koráli – jejich historické vrstvy a jejich chemické složení – teplota a složení oceánu
Fosilie mikroorganismů – indikátory salinity, teploty
Prachové vrstvy v půdním profilu – záznam sucha, stepních podmínek
Lidské kosti a jejich izotopové složení

Žebříček poznání – Jak moc tomu věříš?

Zadání pro žáky:
Dostaneš osm různých zdrojů informací o minulém klimatu. Tvým úkolem je:
Seřaď je od nejdůvěryhodnějšího po nejméně důvěryhodný.
(1 = naprosto spolehlivý, 8 = silně subjektivní nebo nepřesný)

Pracovní ke stažení list: TADY

U každého zdroje stručně napiš, proč sis ho zařadil/a právě tak.

Kdy může být méně přesný nebo subjektivní zdroj přesto cenný?
Jaký má význam kombinace více zdrojů?

Zdroje k hodnocení:

Satelitní měření teploty oceánů (od 1970s)
Letokruhy stromů (dendrochronologie) – nepřímý záznam růstu v reakci na klima
Kronika z 15. století – zmínka o velkých mrazech a hladomorech
Lidová píseň o dlouhé zimě a žních na sv. Václava
Denní meteorologická měření teploty (od r. 1752)
Izotopová analýza ledovcového jádra – záznam CO₂ a teplot
Klimatický model IPCC – scénář vývoje teplot do roku 2100
Nález ohořelého dřeva a pylu ve vrstvě sedimentu

Následná diskuse (ve dvojicích nebo celé třídě):

Který typ zdroje ti připadá „nejvědečtější“? Který naopak nejméně?
Může být lidová píseň přesnější než model? (Např. v konkrétní lokalitě?)
Kdy je kombinace více zdrojů výhodnější než jediný „nejpřesnější“?
Je něco, co by se mohlo tvářit důvěryhodně, ale není?

Řešení aktivity: Žebříček poznání
Poznámka: Pořadí 1–8 je doporučené, ale hlavní je argumentace.

Pořadí	Zdroj	Odůvodnění
1	Denní meteorologická měření teploty (od r. 1752)	Přímá, systematická a dlouhodobá měření. Přesná, ověřitelná.
2	Satelitní měření teploty oceánů (od 1970s)	Přímá, globální data – novější, ale přesná a podložená.
3	Izotopová analýza ledovcového jádra	Nepřímá (proxy), ale velmi spolehlivá pro rekonstrukci minulosti v řádu tisíců let.
4	Letokruhy stromů	Nepřímý záznam, ale s vysokým rozlišením (roční přesnost), dobře ověřený.
5	Nález ohořelého dřeva a pylu ve vrstvě sedimentu	Proxy data, dávají informace o konkrétní události (požár, vegetace), ale vyžadují interpretaci.
6	Klimatický model IPCC	Nejde o záznam minulosti, ale predikci budoucnosti; model pracuje s velkým množstvím dat, ale výstup je scénář, nikoliv jistota.
7	Kronika z 15. století	Subjektivní, omezená lokalita, záleží na autorovi; ale může být přesná v konkrétní události.
8	Lidová píseň o dlouhé zimě a žních na sv. Václava	Silně symbolická, přenesená tradice – může odrážet reálnou paměť, ale není přesná ani datovaná.

Příběh

Rok 1965, polární noc na francouzské základně Dumont-d’Urville.
Unavený glaciolog Claude Lorius sáhne po láhvi whisky a do sklenky vhodí kostku právě vyvrtaného antarktického ledu. Když led praská, sklem stoupají drobné perličky. Lorius je hypnotizovaně sleduje a dochází mu, že to není obyčejný vzduch – každá bublinka je časová kapsle, uzavřená v krystalech sněhu před tisíci lety. Spontánní barová chemie se mění v převratnou myšlenku: stačí analyzovat plyn z hlubokých ledových jader a můžeme číst atmosféru i klima dávné minulosti. Z nenápadného šustění perel ve whisky se tak zrodila moderní paleoklimatologie a cesta k odhalení role skleníkových plynů v oteplování planety.