10 slučajeva antropogenih fluktuacija Zemljine klime

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

Dugo vremena, klima na Zemlji je fluktuirala iz deset različitih razloga, uključujući kolebanje orbite, tektonske pomake, evolucijske promjene i druge faktore. Potopili su planetu ili u ledena doba ili u tropsku vrućinu. Kako se oni odnose na savremene antropogene klimatske promjene?

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

Djelomično zato što možemo povući jasnu uzročnu vezu između antropogenih emisija ugljičnog dioksida i porasta globalne temperature od 1,28 stepeni Celzijusa (koji se, uzgred budi rečeno, nastavlja) u predindustrijskoj eri. Molekuli ugljičnog dioksida apsorbiraju infracrveno zračenje, pa kako se njihova količina u atmosferi povećava, zadržavaju više topline, koja isparava s površine planete.

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

Solarni ciklusi

Skala:hlađenje za 0,1-0,3 stepena Celzijusa

Tajming:periodični padovi sunčeve aktivnosti koji traju od 30 do 160 godina, razdvojeni sa nekoliko vekova

Svakih 11 godina, solarno magnetno polje se mijenja, a sa njim dolaze 11-godišnji ciklusi osvjetljenja i zatamnjivanja. Ali ove fluktuacije su male i samo neznatno utiču na klimu Zemlje.

Mnogo važniji su "veliki solarni minimumi", desetogodišnji periodi smanjene solarne aktivnosti koji su se dogodili 25 puta u proteklih 11.000 godina. Nedavni primjer, Maunderov minimum, dogodio se između 1645. i 1715. godine i uzrokovao je pad solarne energije za 0,04% -0,08% ispod trenutnog prosjeka. Naučnici su dugo vremena vjerovali da bi Maunderov minimum mogao uzrokovati "malo ledeno doba", zahlađenje koje je trajalo od 15. do 19. vijeka. Ali od tada se pokazalo da je to bilo prekratko i da se dogodilo u pogrešno vrijeme. Zahlađenje je najvjerovatnije uzrokovano vulkanskom aktivnošću.

Poslednjih pola veka Sunce se lagano zatamnilo, a Zemlja se zagreva i nemoguće je povezati globalno zagrevanje sa nebeskim telom.

Vulkanski sumpor

Skala:hlađenje za 0,6 - 2 stepena Celzijusa

Tajming:od 1 do 20 godina

Godine 539. ili 540. n.e. 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 širom 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 produženo.

Nakon erupcije Ilopanga, globalna temperatura je pala za 2 stepena tokom 20 godina. Već u našoj eri, erupcija planine Pinatubo na Filipinima 1991. godine ohladila je globalnu klimu za 0,6 stepeni u periodu od 15 mjeseci.

Vulkanski sumpor u stratosferi može biti razoran, ali na skali Zemljine istorije, njegov efekat je mali i takođe prolazan.

Kratkoročne klimatske fluktuacije

Skala:do 0,15 stepeni Celzijusa

Tajming: od 2 do 7 godina

Pored sezonskih vremenskih uslova, postoje i drugi kratkotrajni ciklusi koji takođe utiču na padavine i temperaturu. Najznačajniji od njih, El Niño ili Južna oscilacija, je periodična promjena cirkulacije u tropskom Tihom okeanu u periodu od dvije do sedam godina koja utiče na padavine u Sjevernoj Americi. Sjevernoatlantska oscilacija i dipol Indijskog oceana imaju snažan regionalni utjecaj. Obojica komuniciraju sa El Ninjoom.

Međusobna povezanost ovih ciklusa dugo je ometala mogućnost dokazivanja da je antropogena promjena statistički značajna, a ne samo još jedan skok u prirodnoj varijabilnosti. Ali od tada, antropogene klimatske promjene su iskoračile daleko dalje od prirodnih vremenskih varijabilnosti i sezonskih temperatura. Američka Nacionalna klimatska procjena iz 2017. zaključila je da "nema uvjerljivih dokaza iz podataka opservacija koji bi mogli objasniti uočene klimatske promjene prirodnim ciklusima."

Orbitalne vibracije

Skala: približno 6 stepeni Celzijusa u posljednjih 100.000 godina ciklusa; varira s geološkim vremenom

Tajming: redovni, preklapajući ciklusi od 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 i 2.400.000 godina

Zemljina orbita fluktuira kada Sunce, Mjesec i druge planete mijenjaju svoje relativne položaje. Zbog ovih cikličkih fluktuacija, tzv. Milankovićevih ciklusa, količina sunčeve svjetlosti fluktuira na srednjim geografskim širinama za 25% i klimatske promjene. Ovi ciklusi su funkcionisali kroz istoriju, stvarajući naizmjenične slojeve sedimenta koji se mogu vidjeti u stijenama i iskopinama.

Tokom pleistocenske ere, koja se završila prije oko 11.700 godina, Milankovičevi ciklusi doveli su planetu u jedno od svojih ledenih doba. Kada je pomak Zemljine orbite učinio da su ljeta na sjeveru toplija od prosjeka, masivni ledeni pokrivači u Sjevernoj Americi, Evropi i Aziji su se otopili; kada se orbita ponovo pomerila i leta su ponovo postala hladnija, ovi štitovi su ponovo izrasli. Kako topli okean 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 sjeverne sunčeve svjetlosti, tako da bismo bez antropogenih emisija ugljičnog dioksida ušli u novo ledeno doba u sljedećih 1.500 godina.

Slabo mlado sunce

Skala: nema totalnog temperaturnog efekta

Tajming: trajno

Uprkos kratkotrajnim fluktuacijama, sjaj Sunca u celini raste za 0,009% na milion godina, a od rođenja Sunčevog sistema pre 4,5 milijardi godina, povećan je za 48%.

Naučnici smatraju da bi iz slabosti mladog sunca trebalo proizaći da je Zemlja ostala zaleđena cijelu prvu polovinu svog postojanja. Istovremeno, paradoksalno, geolozi su otkrili stijene stare 3,4 milijarde godina koje su nastale u vodi uz pomoć valova. Čini se da je neočekivano topla klima rane Zemlje posljedica neke kombinacije faktora: manje erozije zemlje, jasnijeg neba, kraćih dana i posebnog sastava atmosfere prije nego što je Zemlja dobila atmosferu bogatu kisikom.

Povoljni uslovi u drugoj polovini postojanja Zemlje, uprkos povećanju sunčeve svetlosti, ne dovode do paradoksa: Zemljin termostat protiv vremenskih uslova suprotstavlja efekte dodatne sunčeve svetlosti, stabilizujući Zemlju.

Termostat za ugljični dioksid i vremenske uvjete

Skala: suprotstavlja se drugim promjenama

Tajming: 100.000 godina ili duže

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

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, formirajući krečnjak. Ravnoteža između ovih procesa funkcioniše kao termostat, jer kada se klima zagreje, hemijske reakcije su efikasnije u uklanjanju ugljen-dioksida i na taj način usporavaju zagrevanje. Kada se klima ohladi, efikasnost reakcija se, naprotiv, smanjuje, olakšavajući hlađenje. Shodno tome, tokom dugog vremenskog perioda, klima na Zemlji je ostala relativno stabilna, pružajući životnu sredinu. Konkretno, prosječni nivoi ugljičnog dioksida su u stalnom opadanju kao rezultat povećanja sjaja Sunca.

Međutim, potrebne su stotine miliona godina da termostat za vremenske uslove reaguje na nalet ugljen-dioksida u atmosferi. Zemljini okeani brže apsorbiraju i uklanjaju višak ugljika, ali čak i ovaj proces traje milenijumima - i može se zaustaviti, uz rizik od zakiseljavanja oceana. Svake godine, sagorevanje fosilnih goriva emituje oko 100 puta više ugljen-dioksida nego što eruptiraju vulkani - okeani i vremenske prilike ne uspevaju - pa se klima zagreva i okeani zakiseljaju.

Tektonski pomaci

Skala: približno 30 stepeni Celzijusa u proteklih 500 miliona godina

Tajming: milionima godina

Kretanje kopnenih masa zemljine kore može polako pomjeriti termostat za vremenske utjecaje na novi položaj.

U posljednjih 50 miliona godina, planeta se hladila, 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, u proteklih 20 miliona godina, s porastom Himalaja, Anda, Alpa i drugih planina, stopa erozije se više nego udvostručila, što je dovelo do ubrzanja trošenja. Još jedan faktor koji je ubrzao trend hlađenja bilo je odvajanje Južne Amerike i Tasmanije od Antarktika prije 35,7 miliona godina. Oko Antarktika se stvorila nova oceanska struja koja je pojačala cirkulaciju vode i planktona koji troše ugljični dioksid. Kao rezultat toga, ledeni pokrivači Antarktika značajno su porasli.

Ranije, tokom perioda jure i krede, dinosaurusi su lutali Antarktikom, jer bez ovih planinskih lanaca, povećana vulkanska aktivnost držala je ugljični dioksid na nivoima od oko 1.000 dijelova na milion (u odnosu na 415 danas). Prosječna temperatura u ovom svijetu bez leda bila je 5-9 stepeni Celzijusa viša nego sada, a nivo mora je bio 75 metara viši.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Skala: prvo hlađenje za oko 20 stepeni Celzijusa, a zatim zagrijavanje za 5 stepeni Celzijusa

Tajming: vekovi zahlađenja, 100.000 godina zagrevanja

Baza podataka o udarima asteroida na Zemlju sadrži 190 kratera. Nijedan od njih nije imao primjetan uticaj na klimu Zemlje, osim asteroida Chikshulub, koji je uništio dio Meksika i ubio dinosauruse prije 66 miliona godina. Kompjuterske simulacije pokazuju da je Čikšulub bacio dovoljno prašine i sumpora u gornju atmosferu da pomrači sunčevu svjetlost i ohladi Zemlju za više od 20 stepeni Celzijusa i zakiseli okeane. Planeti su bili potrebni stoljeći da se vrati na prethodnu temperaturu, ali se onda zagrijala za još 5 stepeni zbog prodiranja ugljičnog dioksida iz uništenog meksičkog krečnjaka u atmosferu.

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

Evolucijske promjene

Skala: zavisno od događaja, hlađenje za oko 5 stepeni Celzijusa u kasnom ordovicijskom periodu (prije 445 miliona godina)

Tajming: milionima 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 nivoi metana i ugljičnog dioksida naglo opali. Tokom 200 miliona godina, Zemlja se nekoliko puta pretvorila u "snježnu grudvu". Prije 717 miliona godina, evolucija okeanskog života, većeg od mikroba, pokrenula je još jednu seriju snježnih gruda - u ovom slučaju, kada su organizmi počeli ispuštati detritus u dubine okeana, uzimajući ugljik iz atmosfere i skrivajući ga u dubinama.

Kada su se najranije kopnene biljke pojavile oko 230 miliona godina kasnije u periodu Ordovicija, počele su da formiraju Zemljinu biosferu, zakopavajući ugljenik na kontinentima i izvlačeći hranljive materije iz kopna - isprale su se u okeane i takođe stimulisale život tamo. Čini se da su ove promjene dovele do ledenog doba, koje je počelo prije oko 445 miliona godina. Kasnije, u devonskom periodu, evolucija drveća, zajedno sa izgradnjom planina, dodatno je smanjila nivoe ugljičnog dioksida i temperature, i počelo je paleozojsko ledeno doba.

Velike magmatske provincije

Skala: zagrevanje od 3 do 9 stepeni Celzijusa

Tajming: stotinama hiljada godina

Kontinentalne poplave lave i podzemne magme - takozvane velike magmatske provincije - dovele su do više od jednog masovnog izumiranja. Ovi strašni događaji su oslobodili arsenal ubica na Zemlji (uključujući kisele kiše, kiselu maglu, trovanje živom i oštećenje ozona), a također su doveli do zagrijavanja planete, oslobađajući ogromne količine metana i ugljičnog dioksida u atmosferu - brže nego što su mogao da se nosi sa vremenskim uticajima termostata.

Tokom katastrofe u Permu prije 252 miliona godina, koja je uništila 81% morskih vrsta, podzemna magma je zapalila sibirski ugalj, podigla sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi na 8.000 dijelova na milion i zagrijala temperaturu za 5-9 stepeni Celzijusa. Paleocensko-eocenski termalni maksimum, manji događaj prije 56 miliona godina, stvorio je metan iz naftnih polja u sjevernom Atlantiku i poslao ga prema nebu, zagrijavajući planetu za 5 stepeni Celzijusa 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 nešto od ovoga zvuči poznato, to je zato što današnje antropogene aktivnosti imaju slične posljedice.

Kao što je grupa istraživača trijasko-jurskog izumiranja primijetila u aprilu u časopisu Nature Communications: "Procjenjujemo da je količina ugljičnog dioksida emitiranog u atmosferu svakim impulsom magme na kraju trijasa uporediva s prognozom antropogenih emisija za 21. vek."