10 prípadov antropogénnych výkyvov v klíme Zeme

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Klíma Zeme po dlhú dobu kolísala z desiatich rôznych dôvodov, vrátane kolísania obežnej dráhy, tektonických posunov, evolučných zmien a ďalších faktorov. Planétu ponorili buď do ľadových dôb, alebo do tropických horúčav. Ako súvisia so súčasnými antropogénnymi klimatickými zmenami?

Historicky sa Zemi podarilo byť snehovou guľou a skleníkom. A ak sa klíma zmenila ešte pred objavením sa človeka, ako potom vieme, že za prudké otepľovanie, ktoré dnes pozorujeme, môžeme práve my?

Čiastočne preto, že môžeme načrtnúť jasný kauzálny vzťah medzi antropogénnymi emisiami oxidu uhličitého a nárastom globálnej teploty o 1,28 stupňa Celzia (ktorý mimochodom pokračuje) v predindustriálnej ére. Molekuly oxidu uhličitého pohlcujú infračervené žiarenie, takže so zvyšujúcim sa množstvom v atmosfére zadržiavajú viac tepla, ktoré sa odparuje z povrchu planéty.

Paleoklimatológovia zároveň urobili veľký pokrok v pochopení procesov, ktoré v minulosti viedli k zmene klímy. Tu je desať prípadov prirodzenej zmeny klímy – v porovnaní so súčasnou situáciou.

Slnečné cykly

Mierka:ochladenie o 0, 1-0, 3 stupne Celzia

Načasovanie:periodické poklesy slnečnej aktivity trvajúce od 30 do 160 rokov oddelené niekoľkými storočiami

Každých 11 rokov sa slnečné magnetické pole mení a s tým prichádzajú 11-ročné cykly zjasňovania a stmievania. Ale tieto výkyvy sú malé a ovplyvňujú klímu Zeme len nevýznamne.

Oveľa dôležitejšie sú „veľké slnečné minimá“, desaťročné obdobia zníženej slnečnej aktivity, ktoré sa vyskytli 25-krát za posledných 11 000 rokov. Nedávny príklad, Maunderovo minimum, nastal 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 môže spôsobiť „malú dobu ľadovú“, chladné obdobie, ktoré trvalo od 15. do 19. storočia. Odvtedy sa však ukázalo, že to bolo príliš krátke a stalo sa to v nesprávny čas. Ochladenie bolo s najväčšou pravdepodobnosťou spôsobené sopečnou činnosťou.

Posledné polstoročie sa Slnko mierne stmieva a Zem sa otepľuje a nie je možné spájať globálne otepľovanie s nebeským telesom.

Sopečná síra

Mierka:ochladenie o 0, 6 - 2 stupne Celzia

Načasovanie:od 1 do 20 rokov

V roku 539 alebo 540 n.l. e. v Salvádore došlo k takej mohutnej erupcii sopky Ilopango, že jej oblak sa dostal až do stratosféry. Následne chladné letá, suchá, hlad a mor pustošili osady po celom svete.

Erupcie na úrovni Ilopanga vrhajú reflexné kvapôčky kyseliny sírovej do stratosféry, ktoré clonia slnečné svetlo a ochladzujú klímu. V dôsledku toho sa vytvára morský ľad, viac slnečného svetla sa odráža späť do vesmíru a globálne ochladzovanie sa zintenzívňuje a predlžuje.

Po erupcii Ilopanga klesla globálna teplota za 20 rokov o 2 stupne. Už za našich čias erupcia vrchu Pinatubo na Filipínach v roku 1991 ochladila globálnu klímu o 0,6 stupňa na obdobie 15 mesiacov.

Sopečná síra v stratosfére môže byť zničujúca, ale v rozsahu histórie Zeme je jej účinok nepatrný a tiež prechodný.

Krátkodobé výkyvy klímy

Mierka:do 0,15 stupňov Celzia

Načasovanie: od 2 do 7 rokov

Okrem sezónnych poveternostných podmienok existujú aj ďalšie krátkodobé cykly, ktoré ovplyvňujú aj zrážky a teplotu. Najvýznamnejšia z nich, El Niño alebo Južná oscilácia, je periodická zmena cirkulácie v tropickom Tichom oceáne počas obdobia dvoch až siedmich rokov, ktorá ovplyvňuje zrážky v Severnej Amerike. Severoatlantická oscilácia a dipól Indického oceánu majú silný regionálny vplyv. Obaja interagujú s El Niño.

Vzájomný vzťah týchto cyklov dlho bránil schopnosti dokázať, že antropogénna zmena je štatisticky významná, a nie len ďalším skokom v prirodzenej variabilite. Odvtedy však antropogénna zmena klímy ďaleko prekročila prirodzenú variabilitu počasia a sezónne teploty. Národné hodnotenie klímy v USA z roku 2017 dospelo k záveru, že „neexistujú žiadne presvedčivé dôkazy z pozorovacích údajov, ktoré by mohli vysvetliť pozorované klimatické zmeny prirodzenými cyklami“.

Orbitálne vibrácie

Mierka: približne 6 stupňov Celzia za posledných 100 000 rokov; sa mení s geologickým časom

Načasovanie: pravidelné, prekrývajúce sa cykly 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 a 2 400 000 rokov

Dráha Zeme kolíše, keď Slnko, Mesiac a iné planéty menia svoju vzájomnú polohu. V dôsledku týchto cyklických výkyvov, takzvaných Milankovičových cyklov, množstvo slnečného svetla kolíše v stredných zemepisných šírkach o 25 % a klimatické zmeny. Tieto cykly fungovali počas celej histórie a vytvárali striedavé vrstvy sedimentu, ktoré možno vidieť v skalách a vykopávkach.

Počas pleistocénnej éry, ktorá sa skončila asi pred 11 700 rokmi, poslali Milankovičove cykly planétu do jednej z ľadových dôb. Keď posun obežnej dráhy Zeme spôsobil, že letá na severe boli teplejšie ako priemer, masívne ľadové štíty v Severnej Amerike, Európe a Ázii sa roztopili; keď sa obežná dráha opäť posunula a letá sa opäť ochladili, tieto štíty opäť narástli. Keď teplý oceán rozpúšťa menej oxidu uhličitého, obsah atmosféry sa zvyšuje a klesá v súlade s orbitálnymi osciláciami, čím sa ich účinok zosilňuje.

Dnes sa Zem približuje k ďalšiemu minimu severného slnečného žiarenia, takže bez antropogénnych emisií oxidu uhličitého by sme v najbližších približne 1500 rokoch vstúpili do novej doby ľadovej.

Slabé mladé slnko

Mierka: žiadny celkový teplotný efekt

Načasovanie: trvalé

Napriek krátkodobým výkyvom sa jas slnka ako celku zvyšuje o 0,009 % za milión rokov a od zrodu 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 zamrznutá počas celej prvej polovice svojej existencie. Paradoxne zároveň geológovia objavili horniny staré 3,4 miliardy rokov, ktoré vznikli vo vode vlnami. Zdá sa, že neočakávane teplé podnebie ranej Zeme je spôsobené nejakou kombináciou faktorov: menšia erózia pôdy, jasnejšia obloha, kratšie dni a špeciálne zloženie atmosféry predtým, ako Zem získala atmosféru bohatú na kyslík.

Priaznivé podmienky v druhej polovici existencie Zeme, napriek zvýšeniu jasu slnka, nevedú k paradoxu: Zemský termostat proti poveternostným vplyvom pôsobí proti účinkom dodatočného slnečného žiarenia a stabilizuje Zem.

Oxid uhličitý a termostat proti poveternostným vplyvom

Mierka: pôsobí proti iným zmenám

Načasovanie: 100 000 rokov alebo dlhšie

Hlavným regulátorom zemskej klímy je už dlho hladina oxidu uhličitého v atmosfére, keďže oxid uhličitý je perzistentný skleníkový plyn, ktorý blokuje teplo a bráni mu stúpať z povrchu planéty.

Sopky, metamorfované horniny a oxidácia uhlíka v erodovaných sedimentoch vypúšťajú do neba oxid uhličitý a chemické reakcie so silikátovými horninami odstraňujú oxid uhličitý z atmosféry a vytvárajú vápenec. Rovnováha medzi týmito procesmi funguje ako termostat, pretože keď sa klíma oteplí, chemické reakcie sú účinnejšie pri odstraňovaní oxidu uhličitého, čím sa otepľovanie spomaľuje. Keď sa klíma ochladí, účinnosť reakcií naopak klesá, čím sa ochladenie uľahčuje. V dôsledku toho zostala počas dlhého časového obdobia klíma Zeme relatívne stabilná a poskytovala obývateľné prostredie. Najmä priemerné hladiny oxidu uhličitého neustále klesajú v dôsledku zvyšujúcej sa jasnosti Slnka.

Trvá však stovky miliónov rokov, kým termostat proti poveternostným vplyvom zareaguje na nárast oxidu uhličitého v atmosfére. Zemské oceány rýchlejšie absorbujú a odstraňujú prebytočný uhlík, no aj tento proces trvá tisícročia – a dá sa zastaviť, s rizikom acidifikácie oceánov. Každý rok sa pri spaľovaní fosílnych palív uvoľní asi 100-krát viac oxidu uhličitého ako pri erupciách sopiek – oceány a zvetrávanie zlyhávajú – takže sa klíma zahrieva a oceány okysľujú.

Tektonické posuny

Mierka: približne 30 stupňov Celzia za posledných 500 miliónov rokov

Načasovanie: milióny rokov

Pohyb pevninskej masy zemskej kôry môže pomaly posunúť termostat proti zvetrávaniu do novej polohy.

Za posledných 50 miliónov rokov sa planéta ochladzuje, zrážky tektonických platní vytláčajú chemicky reaktívne horniny, ako je čadič a sopečný popol, do teplých vlhkých trópov, čím sa zvyšuje rýchlosť reakcií, ktoré priťahujú oxid uhličitý z oblohy. Navyše, za posledných 20 miliónov rokov, so vzostupom Himalájí, Ánd, Álp a iných pohorí, sa rýchlosť erózie viac ako zdvojnásobila, čo viedlo k zrýchleniu zvetrávania. Ďalším faktorom, ktorý urýchlil trend ochladzovania, bolo oddelenie Južnej Ameriky a Tasmánie od Antarktídy pred 35,7 miliónmi rokov. Okolo Antarktídy sa vytvoril nový oceánsky prúd, ktorý zintenzívnil cirkuláciu vody a planktónu, ktorý spotrebúva oxid uhličitý. V dôsledku toho sa ľadové štíty Antarktídy výrazne zväčšili.

Predtým, v období jury a kriedy, sa dinosaury potulovali po Antarktíde, pretože bez týchto pohorí zvýšená sopečná činnosť udržala oxid uhličitý na úrovni asi 1000 častíc na milión (v porovnaní so 415 dnes). Priemerná teplota v tomto svete bez ľadu bola o 5-9 stupňov Celzia vyššia ako teraz a hladina mora bola o 75 metrov vyššia.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Mierka: najprv ochladenie asi o 20 stupňov Celzia, potom oteplenie o 5 stupňov Celzia

Načasovanie: storočia ochladzovania, 100 000 rokov otepľovania

Databáza dopadov asteroidov na Zem obsahuje 190 kráterov. Žiadna z nich nemala citeľný vplyv na klímu Zeme, s výnimkou asteroidu Chikshulub, ktorý pred 66 miliónmi rokov zničil časť Mexika a zabil dinosaurov. Počítačové simulácie ukazujú, že Chikshulub vrhol do hornej atmosféry dostatok prachu a síry na zatmenie slnečného svetla a ochladenie Zeme o viac ako 20 stupňov Celzia a okyslenie oceánov. Planéte trvalo stáročia, kým sa vrátila na svoju predchádzajúcu teplotu, no potom sa zohriala o ďalších 5 stupňov v dôsledku prieniku oxidu uhličitého zo zničeného mexického vápenca do atmosféry.

Ako sopečná činnosť v Indii ovplyvnila zmenu klímy a masové vymieranie, zostáva kontroverzné.

Evolučné zmeny

Mierka: závislé od udalosti, ochladenie asi o 5 stupňov Celzia v neskorom ordoviku (pred 445 miliónmi rokov)

Načasovanie: milióny rokov

Niekedy evolúcia nových druhov života resetuje zemský termostat. Napríklad fotosyntetické sinice, ktoré vznikli asi pred 3 miliardami rokov, spustili proces terraformovania, pričom sa uvoľnil kyslík. Ako sa šírili, obsah kyslíka v atmosfére sa pred 2,4 miliardami rokov zvyšoval, zatiaľ čo hladiny metánu a oxidu uhličitého prudko klesli. V priebehu 200 miliónov rokov sa Zem niekoľkokrát zmenila na „snehovú guľu“. Pred 717 miliónmi rokov vývoj oceánskeho života, väčšieho ako mikróby, spustil ďalšiu sériu snehových gúľ - v tomto prípade, keď organizmy začali uvoľňovať detritus do hlbín oceánu, odoberali uhlík z atmosféry a ukrývali ho v hĺbkach.

Keď sa asi o 230 miliónov rokov neskôr v období ordoviku objavili najskoršie suchozemské rastliny, začali vytvárať zemskú biosféru, pochovávali uhlík na kontinentoch a získavali živiny z pevniny – vyplavili sa do oceánov a tiež tam stimulovali život. Zdá sa, že tieto zmeny viedli k dobe ľadovej, ktorá začala asi pred 445 miliónmi rokov. Neskôr, v období devónu, evolúcia stromov spojená s budovaním hôr ďalej znížila hladinu oxidu uhličitého a teploty a začala paleozoická doba ľadová.

Veľké magmatické provincie

Mierka: oteplenie z 3 na 9 stupňov Celzia

Načasovanie: státisíce rokov

Kontinentálne záplavy lávy a podzemnej magmy – takzvané veľké magmatické provincie – mali za následok viac ako jedno hromadné vyhynutie. Tieto hrozné udalosti uvoľnili na Zemi arzenál zabijakov (vrátane kyslých dažďov, kyslej hmly, otravy ortuťou a poškodzovania ozónovej vrstvy) a tiež viedli k otepľovaniu planéty, pričom sa do atmosféry uvoľnilo obrovské množstvo metánu a oxidu uhličitého – rýchlejšie ako oni. mohol zvládnuť zvetrávanie termostatu.

Počas permskej katastrofy pred 252 miliónmi rokov, ktorá zničila 81 % morských druhov, podzemná magma zapálila sibírske uhlie, zvýšila obsah oxidu uhličitého v atmosfére na 8 000 častíc na milión a zvýšila teplotu o 5 až 9 stupňov Celzia. Paleocénno-eocénne tepelné maximum, menšia udalosť pred 56 miliónmi rokov, vytvorila metán z ropných polí v severnom Atlantiku a poslala ho k oblohe, čím zohriala planétu o 5 stupňov Celzia a okyslila oceán. Následne na arktických brehoch rástli palmy a vyhrievali sa aligátory. Podobné emisie fosílneho uhlíka sa vyskytli na konci triasu a na začiatku jury - a skončili globálnym otepľovaním, mŕtvymi zónami oceánov a acidifikáciou oceánov.

Ak vám niečo z toho znie povedome, je to preto, že podobné dôsledky majú dnes aj antropogénne aktivity.

Ako poznamenala skupina výskumníkov v oblasti triasovo-jurského vyhynutia v apríli v časopise Nature Communications: „Odhadujeme množstvo oxidu uhličitého emitovaného do atmosféry každým pulzom magmy na konci triasu je porovnateľné s predpoveďou antropogénnych emisií pre 21. storočie."