Zemská klíma už dlho kolísala z desiatich rôznych dôvodov, vrátane orbitálnych vlniek, tektonických posunov, evolučných zmien a ďalších faktorov. Vrhli planétu buď v dobe ľadovej alebo v tropickom horúčave. Ako súvisia so súčasnou antropogénnou zmenou klímy?
Počas celej svojej histórie sa Zemi darilo byť snehovou guľou a skleníkom. A ak sa klíma zmenila pred objavením človeka, ako vieme, že za ostré otepľovanie, ktoré dnes pozorujeme, nesieme vinu my?
Čiastočne preto, že môžeme vyvodiť jasný kauzálny vzťah medzi antropogénnymi emisiami oxidu uhličitého a nárastom globálnej teploty o 1,28 stupňa Celzia (ktorý mimochodom pokračuje) v období pred industrializáciou. Molekuly oxidu uhličitého absorbujú infračervené žiarenie, takže keď sa ich množstvo v atmosfére zvyšuje, zadržiavajú viac tepla, ktoré sa vyparuje z povrchu planéty.
Zároveň paleoklimatológovia urobili veľké kroky v porozumení procesov, ktoré v minulosti viedli k zmene podnebia. Tu je desať prípadov prirodzenej zmeny podnebia - v porovnaní so súčasnou situáciou.
Solárne cykly
Stupnica: ochladenie na 0,1 - 0,3 stupňov Celzia
Časová os: periodické poklesy slnečnej aktivity v rozmedzí od 30 do 160 rokov, oddelené niekoľkými storočiami
Propagačné video:
Každých 11 rokov sa solárne magnetické pole mení a so sebou prichádza 11-ročné cykly zjasnenia a stmievania. Tieto fluktuácie sú však malé a ovplyvňujú klímu Zeme len nepatrne.
Oveľa dôležitejšie sú „veľké solárne minimá“, desaťročné obdobia zníženej slnečnej aktivity, ku ktorým došlo za posledných 11 000 rokov 25-krát. Posledný príklad, Maunderovo minimum, sa vyskytol medzi rokmi 1645 a 1715 a spôsobil pokles slnečnej energie o 0,04% -0,08% pod súčasný priemer. Vedci sa dlho domnievali, že Maunderovo minimum mohlo spôsobiť „malú dobu ľadovú“, chladnú ranu, ktorá trvala od 15. do 19. storočia. Odvtedy sa však ukázalo, že bolo príliš krátke a stalo sa v nesprávnom čase. Chladenie bolo pravdepodobne spôsobené sopečnou aktivitou.
Za posledné polstoročie bolo Slnko mierne stlmené a Zem sa zahrieva a globálne otepľovanie nie je možné spojiť s nebeským telom.
Sopečná síra
Stupnica: chladenie 0,6 - 2 ° C
Časový rámec: od 1 do 20 rokov
V roku 539 alebo 540 A. D. e. v Salvádore došlo k tak silnej erupcii sopky Ilopango, že jej oblak dosiahol stratosféru. Následne po celom svete zlikvidovali osady studené letá, sucho, hladomor a mor.
Erupcie Ilopango vrhajú reflexné kvapky kyseliny sírovej do stratosféry, ktorá chráni slnečné svetlo a chladí podnebie. V dôsledku toho sa hromadí morský ľad, viac slnečného svetla sa odráža späť do vesmíru a globálne chladenie sa zhoršuje a predlžuje.
Po erupcii Ilopango klesla globálna teplota za 20 rokov o 2 stupne. Už v našej dobe erupcia hory Pinatubo na Filipínach v roku 1991 ochladila globálnu klímu o 0,6 stupňa počas 15 mesiacov.
Sopečná síra vo stratosfére môže byť devastujúca, ale na stupnici dejín Zeme je jej účinok malý a prechodný.
Krátkodobé výkyvy podnebia
Stupnica: do 0,15 stupňov Celzia
Časový rámec: od 2 do 7 rokov
Okrem sezónnych poveternostných podmienok existujú aj ďalšie krátkodobé cykly, ktoré tiež ovplyvňujú zrážky a teplotu. Najvýznamnejšou z nich, El Niño alebo južná oscilácia, je pravidelná zmena obehu v tropickom Tichom oceáne počas dvoch až siedmich rokov, ktorá ovplyvňuje zrážky v Severnej Amerike. Severoatlantická oscilácia a dipól Indického oceánu majú výrazný regionálny vplyv. Obaja interagujú s El Niñom.
Prepojenie týchto cyklov po dlhú dobu bránilo dôkazu, že antropogénna zmena je štatisticky významná, a nielen ďalší skok v prirodzenej variabilite. Odvtedy však antropogénna zmena podnebia ďaleko presiahla prirodzenú premenlivosť počasia a sezónne teploty. Národné hodnotenie USA o klíme z roku 2017 dospelo k záveru, že „z pozorovaní neexistuje presvedčivý dôkaz, ktorý by mohol vysvetliť pozorovanú zmenu podnebia prírodnými cyklami“.
Orbitálne vibrácie
Stupnica: približne 6 stupňov Celzia za posledný 100 000-ročný cyklus; líši sa v závislosti od geologického času
Načasovanie: pravidelné, prekrývajúce sa cykly 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 a 2 400 000 rokov
Orbita Zeme kolíše, keď Slnko, Mesiac a iné planéty menia svoje relatívne polohy. V dôsledku týchto cyklických výkyvov, tzv. Milankovitových cyklov, množstvo slnečného svetla kolíše v stredných zemepisných šírkach o 25% a zmeny podnebia. Tieto cykly fungujú v priebehu histórie a vytvárajú striedavé vrstvy sedimentu, ktoré je možné vidieť v horninách a výkopoch.
Počas obdobia pleistocénu, ktoré sa skončilo asi pred 11 700 rokmi, poslali Milankovitské cykly planétu do jedného zo svojich ľadovcov. Keď zemský pohyb na obežnej dráhe spôsobil, že severné letá boli teplejšie ako priemer, roztopili sa obrovské ľadové štíty v Severnej Amerike, Európe a Ázii; keď sa obežná dráha opäť posunula a letá sa opäť ochladili, tieto štíty rástli späť. Pretože teplý oceán rozpúšťa menej oxidu uhličitého, atmosférický obsah sa zvýšil a klesal v zhode s orbitálnymi osciláciami, čím sa zosilnil ich účinok.
Dnes sa Zem blíži k ďalšiemu minimu severného slnečného žiarenia, takže bez antropogénnych emisií oxidu uhličitého by sme vstúpili do novej doby ľadovej približne o ďalších 1500 rokov.
Mdlé mladé slnko
Stupnica: žiadny kumulatívny teplotný efekt
Časová os: trvalá
Napriek krátkodobým výkyvom sa jas slnka ako celku zvyšuje o 0,009% na milión rokov a od narodenia slnečnej sústavy pred 4,5 miliardami rokov sa zvýšil o 48%.
Vedci sa domnievajú, že zo slabosti mladého slnka by malo vyplývať, že Zem zostala po celú prvú polovicu svojej existencie zamrznutá. Geológovia zároveň paradoxne objavili 3,4 miliardy rokov staré kamene tvorené vo vode s vlnami. Neočakávane teplá klíma skorej Zeme sa zdá byť spôsobená niektorými kombináciami faktorov: menšou eróziou pôdy, jasnejšou oblohou, kratšími dňami a konkrétnym zložením atmosféry predtým, ako Zem získala atmosféru bohatú na kyslík.
Priaznivé podmienky v druhej polovici existencie Zeme, napriek zvýšeniu jasu slnka, nevedú k paradoxu: meteorologický termostat Zeme pôsobí proti účinkom ďalšieho slnečného žiarenia a stabilizuje Zem.
Oxid uhličitý a termostat na poveternostné podmienky
Mierka: pôsobí proti iným zmenám
Časová os: 100 000 alebo viac rokov
Hlavným regulátorom zemskej klímy je už dlho hladina oxidu uhličitého v atmosfére, pretože oxid uhličitý je perzistentný skleníkový plyn, ktorý blokuje teplo a zabraňuje tak stúpaniu z povrchu planéty.
Sopky, metamorfované horniny a oxidácia uhlíka v erodovaných sedimentoch všetky emitujú oxid uhličitý do neba a chemické reakcie so silikátovými horninami odstraňujú oxid uhličitý z atmosféry za vzniku vápenca. Rovnováha medzi týmito procesmi funguje ako termostat, pretože keď sa klíma zahreje, chemické reakcie sú účinnejšie pri odstraňovaní oxidu uhličitého, a tým bránia otepľovaniu. Keď sa klíma ochladí, účinnosť reakcií naopak klesá, čo uľahčuje chladenie. V dôsledku toho zostala zemská klíma po dlhú dobu relatívne stabilná a zabezpečovala obývateľné prostredie. Najmä priemerné hladiny oxidu uhličitého neustále klesajú v dôsledku zvyšujúceho sa jasu Slnka.
Trvá to však stovky miliónov rokov, kým poveternostný termostat reaguje na nárast oxidu uhličitého v atmosfére. Oceány Zeme absorbujú a odstraňujú prebytočný uhlík rýchlejšie, ale aj tento proces trvá tisícročia - a môže byť zastavený, s rizikom acidifikácie oceánov. Pri spaľovaní fosílnych palív sa každý rok emituje asi 100-krát viac oxidu uhličitého, ako vybuchujú sopky - zlyhávajú oceány a poveternostné podmienky - klíma sa preto zahreje a oceány sa oxidujú.
Tektonické zmeny
Stupnica: približne 30 stupňov Celzia za posledných 500 miliónov rokov
Časová os: milióny rokov
Pohyb pozemských hmôt zemskej kôry môže pomaly posunúť termostat do novej polohy.
Za posledných 50 miliónov rokov sa planéta ochladzovala, kolekcie tektonických platní tlačili chemicky reaktívne horniny ako čadič a sopečný popol do teplých vlhkých trópov, čím sa zvyšovala rýchlosť reakcií, ktoré vytiahli z oblohy oxid uhličitý. Okrem toho za posledných 20 miliónov rokov, s príchodom Himalájí, Ánd, Álp a ďalších hôr, sa miera erózie viac ako zdvojnásobila, čo viedlo k zrýchleniu poveternostných podmienok. Ďalším faktorom, ktorý urýchlil trend ochladzovania, bolo oddelenie Južnej Ameriky a Tasmánie od Antarktídy pred 35,7 miliónmi rokov. Okolo Antarktídy sa vytvoril nový morský prúd, ktorý zintenzívnil obeh vody a planktónu, ktorý spotrebúva oxid uhličitý. Výsledkom je, že ľadové pokrývky Antarktídy významne vzrástli.
Skôr, v období jury a kriedy, dinosaury potulovali Antarktídu, pretože bez týchto horských pásiem udržiavala zvýšená sopečná aktivita oxid uhličitý na hladinách približne 1 000 častíc na milión (od dnešných 415). Priemerná teplota v tomto svete bez ľadu bola o 5 až 9 stupňov Celzia vyššia ako v súčasnosti a hladina mora bola o 75 metrov vyššia.
Vodopády Asteroid (Chikshulub)
Stupnica: najskôr ochladenie na približne 20 stupňov Celzia, potom zahriatie na 5 stupňov Celzia
Časová os: storočia chladenia, 100 000 rokov otepľovania
Databáza dopadov asteroidov na Zem obsahuje 190 kráterov. Žiadny z nich nemal viditeľný vplyv na zemskú klímu, s výnimkou asteroidu Chikshulub, ktorý zničil časť Mexika a zabil dinosaurov pred 66 miliónmi rokov. Počítačové simulácie ukazujú, že Čikšulub vrhol dosť prachu a síry do hornej atmosféry, aby zakryl slnečné svetlo a ochladil Zem o viac ako 20 stupňov Celzia, ako aj okyslenie oceánov. Trvalo storočia, kým sa vrátila na svoju predchádzajúcu teplotu, ale potom sa zahriala ďalších 5 stupňov kvôli vniknutiu oxidu uhličitého zo zničeného mexického vápenca do atmosféry.
Ako sopečná aktivita v Indii ovplyvnila zmenu podnebia a hromadné vyhynutie, je stále kontroverzné.
Evolučné zmeny
Mierka: v závislosti od udalosti, ochladenie asi o 5 stupňov Celzia na konci ordovického obdobia (pred 445 miliónmi rokov)
Časová os: milióny rokov
Evolúcia nových druhov života niekedy obnoví termostat Zeme. Fotosyntetické cyanobaktérie, ktoré vznikli asi pred 3 miliardami rokov, začali proces terraformovania a uvoľňovania kyslíka. Keď sa šíria, kyslík v atmosfére vzrástol pred 2,4 miliardami rokov, zatiaľ čo hladiny metánu a oxidu uhličitého prudko poklesli. V priebehu 200 miliónov rokov sa Zem niekoľkokrát zmenila na „snehovú guľu“. Pred 717 miliónmi rokov vyvolal vývoj oceánskeho života, väčší ako mikróby, ďalšiu sériu „snehových gúľ“- v tomto prípade preto, že organizmy začali uvoľňovať detritus do hlbín oceánu, pričom z atmosféry odstraňovali uhlík a hlboko ho skrývali.
Keď sa najstaršie rastlinné rastliny objavili približne o 230 miliónov rokov neskôr v ordoviku, začali vytvárať biosféru Zeme, pochovávali uhlík na kontinentoch a získavali živiny z pôdy - umývali sa v oceánoch a stimulovali tam aj život. Zdá sa, že tieto zmeny viedli k dobe ľadovej, ktorá sa začala asi pred 445 miliónmi rokov. Neskôr, v devónskom období, sa začal vývoj stromov spojený s budovaním hôr, čím sa znížili hladiny oxidu uhličitého a teploty a začala sa doba paleozoiky.
Veľké vyvýšené provincie
Stupnica: Zahrievanie 3 až 9 stupňov Celzia
Časová os: stovky tisíc rokov
Kontinentálne záplavy lávy a podzemných magmat - takzvané veľké vyvýšené provincie - vyústili do viac ako jedného hromadného vyhynutia. Tieto príšerné udalosti spustili arzenál vrahov na Zemi (vrátane kyslého dažďa, kyslej hmly, otravy ortuťou a vyčerpania ozónu) a tiež viedli k otepľovaniu planéty a uvoľňovaniu obrovského množstva metánu a oxidu uhličitého do atmosféry - rýchlejšie, ako dokázali. rukoväť zvetrávania termostatu.
Počas katastrofy Perm pred 252 miliónmi rokov, ktoré zničili 81% morských druhov, podzemná magma spustila paľbu na sibírske uhlie, zvýšila obsah oxidu uhličitého v atmosfére na 8 000 častíc na milión a ohriala teplotu o 5 až 9 stupňov Celzia. Termálne maximum paleocénu a eocénu, menšia udalosť pred 56 miliónmi rokov, vytvorilo metán v ropných poliach v severnom Atlantiku a poslal ho do neba, zahrial planétu na 5 stupňov Celzia a okyslil oceán. Neskôr na arktických pobrežiach rástli palmy a aligátory sa vyhrievali. Podobné emisie fosílneho uhlíka sa vyskytli v neskorom triasovom a ranom jurymskom období - a skončili globálnym otepľovaním, mŕtvymi zónami v oceáne a okyslením oceánov.
Ak vám niečo znie povedome, je to preto, že antropogénne činnosti majú dnes podobné následky.
Ako uviedla skupina výskumníkov triasu a jury, ktoré v apríli v Nature Communications uviedli: „Odhadujeme, že množstvo oxidu uhličitého emitovaného do atmosféry každým magmatickým pulzom na konci triasu je porovnateľné s predpoveďou antropogénnych emisií pre 21. storočie.““