10 slučajeva antropogenih fluktuacija Zemljine klime

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

Zemljina klima je dugo vremena varirala iz deset različitih razloga, uključujući titranje orbite, tektonske pomake, evolucijske promjene i druge čimbenike. Potopili su planet ili u ledena doba ili u tropsku vrućinu. Kako se odnose na suvremene antropogene klimatske promjene?

Povijesno gledano, Zemlja je uspjela biti snježna gruda i staklenik. A ako se klima promijenila prije pojave čovjeka, kako onda znati da smo mi sami krivi za naglo zatopljenje koje danas promatramo?

Djelomično zato što možemo povući jasnu uzročnu vezu između antropogenih emisija ugljičnog dioksida i porasta globalne temperature od 1,28 stupnjeva Celzija (koji se, usput rečeno, nastavlja) tijekom predindustrijske ere. Molekule ugljičnog dioksida apsorbiraju infracrveno zračenje, pa kako se njihova količina u atmosferi povećava, zadržavaju više topline, koja isparava s površine planeta.

Istovremeno, paleoklimatolozi su napravili veliki napredak u razumijevanju procesa koji su doveli do klimatskih promjena u prošlosti. Evo deset slučajeva prirodnih klimatskih promjena – u usporedbi sa sadašnjom situacijom.

Solarni ciklusi

Razmjer:hlađenje za 0, 1-0, 3 stupnja Celzijusa

Vrijeme:periodični padovi sunčeve aktivnosti koji traju od 30 do 160 godina, razdvojeni nekoliko stoljeća

Svakih 11 godina mijenja se sunčevo magnetsko polje, a s njim dolaze 11-godišnji ciklusi posvjetljenja i zatamnjivanja. Ali te su fluktuacije male i samo neznatno utječu na klimu Zemlje.

Puno važniji su "veliki solarni minimumi", desetogodišnja razdoblja smanjene sunčeve aktivnosti koja su se dogodila 25 puta tijekom proteklih 11.000 godina. Nedavni primjer, Maunderov minimum, dogodio se između 1645. i 1715. i uzrokovao je pad sunčeve energije za 0,04% -0,08% ispod trenutnog prosjeka. Dugo su znanstvenici vjerovali da bi Maunderov minimum mogao uzrokovati "Malo ledeno doba", zahlađenje koje je trajalo od 15. do 19. stoljeća. No otad se pokazalo da je to bilo prekratko i da se dogodilo u krivo vrijeme. Zahlađenje je najvjerojatnije uzrokovano vulkanskom aktivnošću.

Posljednjih pola stoljeća Sunce se lagano smanjivalo, a Zemlja se zagrijava, a globalno zagrijavanje nemoguće je povezati s nebeskim tijelom.

Vulkanski sumpor

Razmjer:hlađenje za 0, 6 - 2 stupnja Celzijusa

Vrijeme:od 1 do 20 godina

Godine 539. ili 540. god. e. došlo je do tako snažne erupcije vulkana Ilopango u El Salvadoru da je njegov perjanik stigao do stratosfere. Nakon toga, hladna ljeta, suša, glad i kuga poharali su naselja diljem svijeta.

Erupcije na skali Ilopanga bacaju reflektirajuće kapljice sumporne kiseline u stratosferu, koje zaklanjaju sunčevu svjetlost i hlade klimu. Kao rezultat toga, morski led se nakuplja, više sunčeve svjetlosti se reflektira natrag u svemir, a globalno hlađenje je pojačano i produljeno.

Nakon erupcije Ilopanga, globalna temperatura pala je za 2 stupnja tijekom 20 godina. Već u naše doba, erupcija planine Pinatubo na Filipinima 1991. godine ohladila je globalnu klimu za 0,6 stupnjeva u razdoblju od 15 mjeseci.

Vulkanski sumpor u stratosferi može biti razoran, ali na ljestvici Zemljine povijesti, njegov učinak je malen i također prolazan.

Kratkoročne klimatske fluktuacije

Razmjer:do 0,15 stupnjeva Celzija

Vrijeme: od 2 do 7 godina

Osim sezonskih vremenskih uvjeta, postoje i drugi kratkotrajni ciklusi koji također utječu na padaline i temperaturu. Najznačajniji od njih, El Niño ili Južna oscilacija, periodična je promjena cirkulacije u tropskom Tihom oceanu tijekom razdoblja od dvije do sedam godina koja utječe na oborine u Sjevernoj Americi. Sjevernoatlantska oscilacija i dipol Indijskog oceana imaju snažan regionalni utjecaj. Obojica komuniciraju s El Niñom.

Međusobna povezanost ovih ciklusa dugo je ometala mogućnost dokazivanja da je antropogena promjena statistički značajna, a ne samo još jedan skok u prirodnoj varijabilnosti. No od tada su antropogene klimatske promjene daleko odmakle dalje od prirodnih vremenskih varijabilnosti i sezonskih temperatura. Američka nacionalna klimatska procjena iz 2017. zaključila je da "nema uvjerljivih dokaza iz podataka promatranja koji bi mogli objasniti opažene klimatske promjene prirodnim ciklusima."

Orbitalne vibracije

Razmjer: približno 6 stupnjeva Celzija u posljednjih 100 000 godina ciklusa; varira s geološkim vremenom

Vrijeme: redoviti, preklapajući ciklusi od 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 i 2.400.000 godina

Zemljina orbita fluktuira kada Sunce, Mjesec i drugi planeti mijenjaju svoj relativni položaj. Zbog ovih cikličkih kolebanja, tzv. Milankovitchevi ciklusa, količina sunčeve svjetlosti fluktuira na srednjim geografskim širinama za 25%, a klima se mijenja. Ovi ciklusi su djelovali kroz povijest, stvarajući naizmjenične slojeve sedimenta koji se mogu vidjeti u stijenama i iskopinama.

Tijekom pleistocenske ere, koja je završila prije oko 11.700 godina, Milankovitchevi ciklusi poslali su planet u jedno od svojih ledenih doba. Kada je pomak Zemljine orbite učinio sjeverna ljeta toplijima od prosjeka, masivni ledeni pokrivači u Sjevernoj Americi, Europi i Aziji su se otopili; kad se orbita ponovno pomaknula i ljeta su ponovno postala hladnija, ovi su štitovi ponovno izrasli. Kako topli ocean otapa manje ugljičnog dioksida, sadržaj atmosfere se povećavao i smanjivao u skladu s orbitalnim oscilacijama, pojačavajući njihov učinak.

Danas se Zemlja približava još jednom minimumu sjevernog sunčevog svjetla, pa bismo bez antropogenih emisija ugljičnog dioksida ušli u novo ledeno doba u sljedećih 1500 godina.

Slabo mlado sunce

Razmjer: nema totalnog temperaturnog učinka

Vrijeme: trajna

Usprkos kratkotrajnim fluktuacijama, svjetlina Sunca u cjelini raste za 0,009% na milijun godina, a od rođenja Sunčevog sustava prije 4,5 milijardi godina povećala se za 48%.

Znanstvenici smatraju da iz slabosti mladog sunca treba proizlaziti da je Zemlja ostala zaleđena cijelu prvu polovicu svog postojanja. Istovremeno, paradoksalno, geolozi su otkrili stijene stare 3,4 milijarde godina, nastale u vodi s valovima. Čini se da je neočekivano topla klima rane Zemlje posljedica neke kombinacije čimbenika: manje erozije zemlje, jasnijeg neba, kraćih dana i posebnog sastava atmosfere prije nego što je Zemlja dobila atmosferu bogatu kisikom.

Povoljni uvjeti u drugoj polovici postojanja Zemlje, unatoč povećanju sunčeve svjetlosti, ne dovode do paradoksa: Zemljin termostat protiv vremenskih uvjeta suprotstavlja se učincima dodatne sunčeve svjetlosti, stabilizirajući Zemlju.

Termostat za ugljični dioksid i vremenske uvjete

Razmjer: suprotstavlja se drugim promjenama

Vrijeme: 100.000 godina ili duže

Glavni regulator Zemljine klime dugo je bio razina ugljičnog dioksida u atmosferi, budući da je ugljični dioksid postojani staklenički plin koji blokira toplinu, sprječavajući je da se podigne s površine planeta.

Vulkani, metamorfne stijene i oksidacija ugljika u erodiranim sedimentima ispuštaju ugljični dioksid u nebo, a kemijske reakcije sa silikatnim stijenama uklanjaju ugljični dioksid iz atmosfere, stvarajući vapnenac. Ravnoteža između ovih procesa djeluje poput termostata, jer kada se klima zagrije, kemijske reakcije su učinkovitije u uklanjanju ugljičnog dioksida i na taj način usporavaju zagrijavanje. Kada se klima ohladi, učinkovitost reakcija se, naprotiv, smanjuje, olakšavajući hlađenje. Posljedično, tijekom dugog vremenskog razdoblja, Zemljina klima je ostala relativno stabilna, pružajući okoliš pogodan za život. Konkretno, prosječne razine ugljičnog dioksida stalno su opadale kao rezultat sve veće svjetline Sunca.

Međutim, potrebne su stotine milijuna godina da termostat za vremenske uvjete reagira na porast ugljičnog dioksida u atmosferi. Zemljini oceani brže apsorbiraju i uklanjaju višak ugljika, ali čak i ovaj proces traje tisućljećima – i može se zaustaviti, uz rizik od zakiseljavanja oceana. Svake godine izgaranje fosilnih goriva emitira oko 100 puta više ugljičnog dioksida nego što eruptiraju vulkani – oceani i vremenski uvjeti ne uspijevaju – pa se klima zagrijava i oceani zakiseljaju.

Tektonski pomaci

Razmjer: približno 30 stupnjeva Celzija u posljednjih 500 milijuna godina

Vrijeme: milijuna godina

Kretanje kopnenih masa zemljine kore može polako premjestiti termostat za vremenske uvjete u novi položaj.

Posljednjih 50 milijuna godina planet se hladio, sudari tektonskih ploča gurali su kemijski reaktivne stijene poput bazalta i vulkanskog pepela u tople vlažne tropske krajeve, povećavajući stopu reakcija koje privlače ugljični dioksid s neba. Osim toga, tijekom posljednjih 20 milijuna godina, s porastom Himalaja, Anda, Alpa i drugih planina, stopa erozije se više nego udvostručila, što je dovelo do ubrzanja trošenja. Drugi čimbenik koji je ubrzao trend hlađenja bilo je odvajanje Južne Amerike i Tasmanije od Antarktika prije 35,7 milijuna godina. Oko Antarktika se stvorila nova oceanska struja koja je pojačala cirkulaciju vode i planktona koji troši ugljični dioksid. Kao rezultat toga, ledeni pokrivači Antarktika značajno su narasli.

Ranije, tijekom razdoblja jure i krede, dinosauri su lutali Antarktikom, jer je bez ovih planinskih lanaca povećana vulkanska aktivnost držala ugljični dioksid na razinama od oko 1000 dijelova na milijun (prema 415 danas). Prosječna temperatura u ovom svijetu bez leda bila je 5-9 stupnjeva Celzija viša nego sada, a razina mora bila je 75 metara viša.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Razmjer: prvo hlađenje za oko 20 stupnjeva Celzija, zatim zagrijavanje za 5 stupnjeva Celzija

Vrijeme: stoljeća zahlađenja, 100 000 godina zatopljenja

Baza podataka o udarima asteroida na Zemlju sadrži 190 kratera. Niti jedan od njih nije imao primjetan utjecaj na klimu Zemlje, osim asteroida Chikshulub koji je prije 66 milijuna godina uništio dio Meksika i ubio dinosaure. Računalne simulacije pokazuju da je Chikshulub bacio dovoljno prašine i sumpora u gornju atmosferu da pomrači sunčevu svjetlost i ohladi Zemlju za više od 20 stupnjeva Celzija i zakiseli oceane. Planetu su trebala stoljećima da se vrati na prijašnju temperaturu, no onda se zagrijao za još 5 stupnjeva zbog prodiranja ugljičnog dioksida iz uništenog meksičkog vapnenca u atmosferu.

Kako je vulkanska aktivnost u Indiji utjecala na klimatske promjene i masovno izumiranje ostaje kontroverzno.

Evolucijske promjene

Razmjer: ovisno o događaju, hlađenje za oko 5 stupnjeva Celzija u kasnom ordovicijskom razdoblju (prije 445 milijuna godina)

Vrijeme: milijuna godina

Ponekad će evolucija novih vrsta života resetirati Zemljin termostat. Na primjer, fotosintetske cijanobakterije, koje su nastale prije oko 3 milijarde godina, pokrenule su proces teraformiranja, oslobađajući kisik. Kako su se širili, sadržaj kisika u atmosferi se povećavao prije 2,4 milijarde godina, dok su razine metana i ugljičnog dioksida naglo pale. Tijekom 200 milijuna godina Zemlja se nekoliko puta pretvorila u "snježnu grudu". Prije 717 milijuna godina, evolucija oceanskog života, većeg od mikroba, pokrenula je još jednu seriju snježnih gruda - u ovom slučaju, kada su organizmi počeli ispuštati detritus u oceanske dubine, uzimajući ugljik iz atmosfere i skrivajući ga u dubinama.

Kada su se najranije kopnene biljke pojavile oko 230 milijuna godina kasnije u razdoblju Ordovicija, počele su formirati zemljinu biosferu, zakopavajući ugljik na kontinentima i izvlačeći hranjive tvari iz kopna - isprale su se u oceane i također potaknule život tamo. Čini se da su te promjene dovele do ledenog doba, koje je počelo prije oko 445 milijuna godina. Kasnije, u devonskom razdoblju, evolucija drveća, zajedno s izgradnjom planina, dodatno je smanjila razine i temperature ugljičnog dioksida, te je počelo paleozojsko ledeno doba.

Velike magmatske provincije

Razmjer: zagrijavanje od 3 do 9 stupnjeva Celzija

Vrijeme: stotinama tisuća godina

Kontinentalne poplave lave i podzemne magme - takozvane velike magmatske provincije - dovele su do više od jednog masovnog izumiranja. Ovi strašni događaji oslobodili su arsenal ubojica na Zemlji (uključujući kiselu kišu, kiselu maglu, trovanje živom i oštećenje ozona), a također su doveli do zagrijavanja planeta, ispuštajući ogromne količine metana i ugljičnog dioksida u atmosferu - brže nego što su mogao se nositi s vremenskim utjecajima termostata.

Tijekom katastrofe u Permu prije 252 milijuna godina, koja je uništila 81% morskih vrsta, podzemna magma je zapalila sibirski ugljen, podigla sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi na 8000 dijelova na milijun i zagrijala temperaturu za 5-9 stupnjeva Celzija. Paleocensko-eocenski termalni maksimum, manji događaj prije 56 milijuna godina, stvorio je metan iz naftnih polja u sjevernom Atlantiku i poslao ga prema nebu, zagrijavajući planet za 5 stupnjeva Celzija i zakiseljavajući ocean. Nakon toga, palme su rasle na arktičkim obalama i aligatori su se grijali. Slične emisije fosilnog ugljika dogodile su se u kasnom trijasu i ranoj juri - i završile su globalnim zagrijavanjem, mrtvim zonama oceana i zakiseljavanjem oceana.

Ako vam išta od ovoga zvuči poznato, to je zato što današnje antropogene aktivnosti imaju slične posljedice.

Kao što je skupina istraživača izumiranja trijasa i jure primijetila u travnju u časopisu Nature Communications: "Procjenjujemo da je količina ugljičnog dioksida emitiranog u atmosferu svakim impulsom magme na kraju trijasa usporediva s prognozom antropogenih emisija za 21. stoljeće."