Tijdens de laatste ijstijd van de aarde, de temperaturen op de planeet stegen periodiek dramatisch en snel. Gegevens in ijslagen van Groenland en Antarctica laten zien dat deze opwarmingsgebeurtenissen - Dansgaard-Oeschger en Antarctic Isotoop Maximum-gebeurtenissen genoemd - minstens 25 keer hebben plaatsgevonden. Elke keer, in een kwestie van decennia, temperaturen klom 5-10 graden Celsius, daarna weer afgekoeld geleidelijk. Hoewel er verschillende concurrerende theorieën zijn over de nog steeds onverklaarde mechanismen achter deze pieken, een nieuw artikel in het tijdschrift Chaos suggereert dat wiskunde uit de informatietheorie een krachtig hulpmiddel zou kunnen zijn om ze te analyseren en te begrijpen.

"In veel systemen voor een extreme gebeurtenis, informatiedynamiek wordt ontregeld, " zegt Joshua Garland, een postdoctoraal onderzoeker aan het Santa Fe Institute en hoofdauteur van het nieuwe artikel. Bijvoorbeeld, informatietheoretische hulpmiddelen zijn gebruikt om te anticiperen op epileptische gebeurtenissen als gevolg van verstoringen in EEG-metingen.

aanvankelijk, de auteurs verwachtten dat ze vlak voor de opwarming een signaal zouden zien - een destabilisatie in het klimaatrecord vergelijkbaar met die gezien in EEG's vóór de aanval. Maar die signalen zijn nooit verschenen. "Rond deze gebeurtenissen, je hebt dezelfde hoeveelheid informatieproductie, " zegt Garland. En dit, stel de auteurs voor, geeft aan dat Dansgaard-Oeschger en Antarctic Isotoop Maximum-gebeurtenissen hoogstwaarschijnlijk regelmatige en voorspelbare patronen van het klimaat van de laatste ijstijd waren in plaats van de resultaten van onverwachte gebeurtenissen.

In aanvulling, informatietheorie zou kunnen verbeteren hoe wetenschappers accumulatie berekenen - hoeveel sneeuw er in een bepaald jaar is gevallen. "Het is een hele uitdaging. Veel mensen werken hieraan, en ze gebruiken geavanceerde wiskunde, gecombineerd met vakkennis en bekende functies, om de accumulatie te achterhalen, " zegt Garland. Momenteel, fijne pollensignaturen zijn enkele van de beste onderscheidende factoren tussen jaren in ijs dat tienduizenden jaren oud is, gecomprimeerd onder het gewicht van elke volgende sneeuwval. Informatie theorie, en specifiek een statistische benadering genaamd permutatie-entropie, biedt een andere aanpak. "Dit kan een snel en efficiënt hulpmiddel zijn voor de experts om hun werk te bevestigen, ' zegt Garland.

"Als je te maken hebt met een tijdreeks, je wilt weten welke zinvolle informatie aanwezig is. Je wilt het uitpakken en gebruiken, en om geen informatie te gebruiken die niet nuttig is, " zegt Garland. "We hopen dat deze tool wetenschappers kan helpen dit te doen met oude klimaatrecords."

Informatietheorie wordt al gebruikt om anomalieën in het klimaatrecord te identificeren, met name om anomalieën te signaleren die zijn geïntroduceerd tijdens het verzamelen en observeren van de ijskernen.

Dit artikel volgt op twee gerelateerde onderzoeken die zijn gepubliceerd in Entropy and Advances in Intelligent Data Analysis XV.

"Deze informatietheoretische berekeningen zijn niet alleen nuttig om verborgen problemen met de gegevens aan het licht te brengen, maar ook potentieel krachtig in het suggereren van nieuwe en soms verrassende geowetenschap, " schrijven de auteurs in de nieuwe krant.