La historia de nuestro clima está escrita en hielo. Leerlo es cuestión de descifrar las complejas señales extraídas de decenas de miles de años de isótopos acumulados congelados a millas por debajo de la superficie de la Antártida.

Al dar sentido a la enorme cantidad de información empaquetada en un núcleo de hielo, Los científicos enfrentan un desafío forense:cuál es la mejor manera de separar la información útil de la corrupta.

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, puede abordar este desafío al concentrarse rápidamente en partes de los datos que requieren una mayor investigación.

"Con este tipo de datos, tenemos oportunidades limitadas para hacerlo bien, "dice Joshua Garland, matemático del Instituto Santa Fe que trabaja con 68, 000 años de datos de la capa de hielo de la Antártida occidental Divide el núcleo de hielo. "Para extraer el hielo y procesar los datos se necesitan cientos de personas, y toneladas de procesamiento y análisis. Debido a las limitaciones de recursos, los núcleos replicados son raros. "

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 entre 2007 y 2012, por equipos de las múltiples universidades financiadas por la National Science Foundation. Desde el campamento en la Antártida occidental, el núcleo estaba empaquetado, luego enviado a la Instalación de Núcleo de Hielo de la Fundación Nacional de Ciencias en Colorado, y finalmente a la Universidad de Colorado. En 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 registros de isótopos de agua del hielo.

El resultado es un altamente resuelto, conjunto de datos complejo. En comparación con los datos de núcleos de hielo anteriores, lo que permitió el análisis cada 5 centímetros, el núcleo WAIS Divide permite el análisis con una resolución milimétrica.

"Uno de los aspectos más interesantes de la investigación de núcleos 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. "Hace bastante tiempo, estábamos limitados en nuestra capacidad para analizar el clima porque no podíamos obtener suficientes puntos de datos, o si pudiéramos, llevaría demasiado tiempo. Estas nuevas técnicas nos han proporcionado millones de puntos de datos, lo cual es bastante difícil de manejar e interpretar sin algunos nuevos avances en nuestro procesamiento [de datos] ".

En núcleos anteriores, Garland señala que décadas, incluso siglos, se agregaron en un solo punto. Los datos WAIS, por el contrario, a veces da 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 las pequeñas anomalías pueden ser problemáticas.

"A medida que se disponga de datos detallados, se pueden realizar análisis de grano fino, "Garland señala." Pero también hace que el análisis sea susceptible a anomalías detalladas ".

Para identificar rápidamente qué anomalías requieren una mayor investigación, el equipo utiliza técnicas de teoría de la 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 mayor, evento climático inesperado, como un supervolcán, o que hubo un problema en los datos o en el proceso de procesamiento de datos.

"Este tipo de anomalía sería invisible sin un de grano fino análisis punto por punto de los datos, que a un experto humano le llevaría muchos meses realizar, "dice Elizabeth Bradley, un científico informático en la Universidad 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 utilizar estas técnicas para marcar rápidamente los segmentos del conjunto de datos que deberían ser investigados por expertos en paleoclima ".

Ella compara el conjunto de datos del núcleo de hielo con una búsqueda de Google que devuelve un millón de páginas. "No es que no pudieras pasar por esos millones de páginas, ", Dice Bradley." Pero imagínese si tuviera una técnica que pudiera apuntar hacia las que eran potencialmente significativas ". conjuntos de datos del mundo real, La teoría de la información puede detectar diferencias en los datos que indiquen un error de procesamiento o un evento climático significativo.

En su Entropía papel, 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 finalmente provocó un nuevo muestreo del núcleo de hielo de archivo, el remuestreo más largo de un núcleo de hielo de alta resolución hasta la fecha. Cuando esa porción del hielo se volvió a muestrear y reprocesar, el equipo pudo resolver un pico anómalo en la entropía de aproximadamente 5, Hace 000 años.

"Es de vital importancia acertar en esta área, "Garland señala, "porque contiene información climática de los albores de la civilización humana".

"Creo que el cambio climático es el problema más urgente al que se ha enfrentado la humanidad, y los núcleos de hielo son sin duda el mejor registro del clima de la Tierra que se remonta a cientos de miles de años, "dice Jones." La teoría de la información nos ayuda a examinar los datos para asegurarnos de que lo que estamos lanzando al mundo es el mejor y más seguro producto que podemos ".