10 případů antropogenních výkyvů zemského klimatu

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Zemské klima po dlouhou dobu kolísalo z deseti různých důvodů, včetně orbitálních kolísání, tektonických posunů, evolučních změn a dalších faktorů. Ponořili planetu buď do doby ledové, nebo do tropického vedra. Jak souvisí se současnou antropogenní změnou klimatu?

Historicky se Zemi podařilo být sněhovou koulí a skleníkem. A pokud se klima změnilo před objevením člověka, jak pak víme, že jsme to my, kdo můžeme za prudké oteplování, které dnes pozorujeme?

Částečně proto, že můžeme vyvodit jasnou příčinnou souvislost mezi antropogenními emisemi oxidu uhličitého a nárůstem globální teploty o 1,28 stupně Celsia (který mimochodem pokračuje) během předindustriální éry. Molekuly oxidu uhličitého pohlcují infračervené záření, takže jak se jejich množství v atmosféře zvyšuje, zadržují více tepla, které se odpařuje z povrchu planety.

Paleoklimatologové zároveň udělali velký pokrok v pochopení procesů, které v minulosti vedly ke změně klimatu. Zde je deset případů přirozené změny klimatu – v porovnání se současnou situací.

Sluneční cykly

Měřítko:ochlazení o 0, 1-0, 3 stupně Celsia

Načasování:periodické poklesy sluneční aktivity trvající 30 až 160 let, oddělené několika stoletími

Každých 11 let se sluneční magnetické pole mění a s tím přicházejí 11leté cykly zjasňování a stmívání. Tyto výkyvy jsou ale malé a ovlivňují klima Země jen nevýznamně.

Mnohem důležitější jsou „velká sluneční minima“, desetiletá období snížené sluneční aktivity, ke kterým došlo 25krát za posledních 11 000 let. Nedávný příklad, Maunderovo minimum, nastal mezi lety 1645 a 1715 a způsobil pokles sluneční energie o 0,04 % -0,08 % pod současný průměr. Dlouhou dobu se vědci domnívali, že Maunderovo minimum může způsobit „malou dobu ledovou“, chladné období, které trvalo od 15. do 19. století. Od té doby se ale ukázalo, že to bylo příliš krátké a stalo se to ve špatnou dobu. Chladné počasí bylo s největší pravděpodobností způsobeno vulkanickou činností.

Poslední půlstoletí se Slunce mírně stmívá a Země se otepluje a nelze spojovat globální oteplování s nebeským tělesem.

Sopečná síra

Měřítko:ochlazení o 0, 6 - 2 stupně Celsia

Načasování:od 1 do 20 let

V roce 539 nebo 540 n. l. E. došlo v Salvadoru k tak silné erupci sopky Ilopango, že její oblak dosáhl až do stratosféry. Následně chladná léta, sucha, hladomor a mor zpustošily osady po celém světě.

Erupce na úrovni Ilopanga vrhají do stratosféry reflexní kapičky kyseliny sírové, které stíní sluneční světlo a ochlazují klima. V důsledku toho se hromadí mořský led, více slunečního světla se odráží zpět do vesmíru a globální ochlazování se zintenzivňuje a prodlužuje.

Po erupci Ilopanga klesla globální teplota během 20 let o 2 stupně. Již v naší éře erupce sopky Mount Pinatubo na Filipínách v roce 1991 ochladila globální klima o 0,6 stupně na dobu 15 měsíců.

Sopečná síra ve stratosféře může být zničující, ale v měřítku historie Země je její účinek nepatrný a také přechodný.

Krátkodobé výkyvy klimatu

Měřítko:až 0,15 stupňů Celsia

Načasování: od 2 do 7 let

Kromě sezónních povětrnostních podmínek existují další krátkodobé cykly, které také ovlivňují srážky a teplotu. Nejvýznamnější z nich, El Niño nebo Jižní oscilace, je periodická změna cirkulace v tropickém Tichém oceánu po dobu dvou až sedmi let, která ovlivňuje srážky v Severní Americe. Severoatlantická oscilace a dipól Indického oceánu mají silný regionální dopad. Oba interagují s El Niño.

Vzájemný vztah těchto cyklů dlouho bránil schopnosti prokázat, že antropogenní změna je statisticky významná, a ne jen dalším skokem v přirozené variabilitě. Od té doby však antropogenní změna klimatu pokročila daleko za přirozenou proměnlivost počasí a sezónní teploty. Americké národní hodnocení klimatu z roku 2017 dospělo k závěru, že „neexistuje žádný přesvědčivý důkaz z pozorovacích dat, který by mohl vysvětlit pozorovanou změnu klimatu přirozenými cykly“.

Orbitální vibrace

Měřítko: přibližně 6 stupňů Celsia za posledních 100 000 let; se mění s geologickým časem

Načasování: pravidelné, překrývající se cykly 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 a 2 400 000 let

Oběžná dráha Země kolísá, když Slunce, Měsíc a další planety mění svou vzájemnou polohu. V důsledku těchto cyklických výkyvů, tzv. Milankovičových cyklů, kolísá množství slunečního záření ve středních zeměpisných šířkách o 25 % a dochází ke změnám klimatu. Tyto cykly fungovaly v průběhu historie a vytvářely střídající se vrstvy sedimentu, které lze vidět ve skalách a vykopávkách.

Během pleistocénní éry, která skončila asi před 11 700 lety, poslaly Milankovičovy cykly planetu do jedné z jejích ledových dob. Když posun zemské oběžné dráhy způsobil, že severní léta byla teplejší než průměr, roztály masivní ledové příkrovy v Severní Americe, Evropě a Asii; když se oběžná dráha znovu posunula a léta se opět ochladila, tyto štíty znovu narostly. Jak teplý oceán rozpouští méně oxidu uhličitého, atmosférický obsah se zvyšuje a klesá v souladu s orbitálními oscilacemi, což zesiluje jejich účinek.

Dnes se Země blíží dalšímu minimu severního slunečního záření, takže bez antropogenních emisí oxidu uhličitého bychom v příštích zhruba 1500 letech vstoupili do nové doby ledové.

Slabé mladé slunce

Měřítko: žádný celkový teplotní efekt

Načasování: trvalý

Přes krátkodobé výkyvy se jas Slunce jako celku zvyšuje o 0,009 % za milion let a od zrodu sluneční soustavy před 4,5 miliardami let se zvýšil o 48 %.

Vědci se domnívají, že ze slabosti mladého slunce by mělo plynout, že Země zůstala zamrzlá po celou první polovinu své existence. Geologové přitom paradoxně objevili horniny staré 3,4 miliardy let, vzniklé ve vodě pomocí vln. Zdá se, že neočekávaně teplé klima rané Země je způsobeno nějakou kombinací faktorů: menší eroze země, jasnější obloha, kratší dny a zvláštní složení atmosféry předtím, než Země získala atmosféru bohatou na kyslík.

Příznivé podmínky v druhé polovině existence Země, i přes nárůst jasu slunce, nevedou k paradoxu: zemský termostat proti povětrnostním vlivům působí proti účinkům dodatečného slunečního záření a stabilizuje Zemi.

Oxid uhličitý a termostat proti povětrnostním vlivům

Měřítko: působí proti jiným změnám

Načasování: 100 000 let nebo déle

Hlavním regulátorem zemského klimatu je již dlouho hladina oxidu uhličitého v atmosféře, protože oxid uhličitý je perzistentní skleníkový plyn, který blokuje teplo a brání mu stoupat z povrchu planety.

Sopky, metamorfované horniny a oxidace uhlíku v erodovaných sedimentech vypouštějí do nebe oxid uhličitý a chemické reakce se silikátovými horninami odstraňují oxid uhličitý z atmosféry a tvoří vápenec. Rovnováha mezi těmito procesy funguje jako termostat, protože když se klima otepluje, chemické reakce účinněji odstraňují oxid uhličitý, a tím oteplování zpomalují. Když se klima ochladí, účinnost reakcí naopak klesá, což chlazení usnadňuje. V důsledku toho zůstávalo zemské klima po dlouhou dobu relativně stabilní a poskytovalo obyvatelné prostředí. Zejména průměrné hladiny oxidu uhličitého neustále klesají v důsledku zvyšující se jasnosti Slunce.

Trvá však stovky milionů let, než termostat proti povětrnostním vlivům zareaguje na nárůst oxidu uhličitého v atmosféře. Zemské oceány rychleji absorbují a odstraňují přebytečný uhlík, ale i tento proces trvá tisíciletí – a lze jej zastavit s rizikem okyselení oceánů. Každý rok se při spalování fosilních paliv uvolňuje asi 100krát více oxidu uhličitého než při výbuchu sopek – oceány a zvětrávání selhávají – takže se klima ohřívá a oceány okyselují.

Tektonické posuny

Měřítko: přibližně 30 stupňů Celsia za posledních 500 milionů let

Načasování: miliony let

Pohyb zemských mas zemské kůry může pomalu posunout termostat zvětrávání do nové polohy.

Posledních 50 milionů let se planeta ochlazuje, srážky tektonických desek vytlačují chemicky reaktivní horniny, jako je čedič a sopečný popel, do teplých vlhkých tropů, čímž se zvyšuje rychlost reakcí, které přitahují oxid uhličitý z oblohy. Navíc za posledních 20 milionů let, se vzestupem Himalájí, And, Alp a dalších hor, se rychlost eroze více než zdvojnásobila, což vedlo k urychlení zvětrávání. Dalším faktorem, který urychlil trend ochlazování, bylo oddělení Jižní Ameriky a Tasmánie od Antarktidy před 35,7 miliony let. Kolem Antarktidy se vytvořil nový oceánský proud, který zesílil cirkulaci vody a planktonu, který spotřebovává oxid uhličitý. V důsledku toho výrazně narostly ledové příkrovy Antarktidy.

Dříve, v období jury a křídy, se dinosauři potulovali po Antarktidě, protože bez těchto horských pásem udržovala zvýšená sopečná aktivita oxid uhličitý na úrovni asi 1000 ppm (z dnešních 415). Průměrná teplota v tomto světě bez ledu byla o 5-9 stupňů Celsia vyšší než nyní a hladina moře byla o 75 metrů výše.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Měřítko: nejprve ochlazení asi o 20 stupňů Celsia, poté oteplení o 5 stupňů Celsia

Načasování: století ochlazení, 100 000 let oteplení

Databáze dopadů asteroidů na Zemi obsahuje 190 kráterů. Žádný z nich neměl znatelný vliv na zemské klima, s výjimkou asteroidu Chikshulub, který před 66 miliony let zničil část Mexika a zabil dinosaury. Počítačové simulace ukazují, že Chikshulub vrhl do horní atmosféry dostatek prachu a síry, aby zastínil sluneční světlo a ochladil Zemi o více než 20 stupňů Celsia a okyselil oceány. Planetě trvalo celá staletí, než se vrátila na svou předchozí teplotu, ale poté se o dalších 5 stupňů oteplila kvůli vnikání oxidu uhličitého ze zničeného mexického vápence do atmosféry.

Jak sopečná činnost v Indii ovlivnila změnu klimatu a masové vymírání, zůstává kontroverzní.

Evoluční změny

Měřítko: závislé na události, ochlazení asi o 5 stupňů Celsia v pozdním ordoviku (před 445 miliony let)

Načasování: miliony let

Někdy evoluce nových druhů života resetuje zemský termostat. Například fotosyntetické sinice, které vznikly asi před 3 miliardami let, zahájily proces terraformace, kdy se uvolnil kyslík. Jak se šířily, obsah kyslíku v atmosféře se před 2,4 miliardami let zvyšoval, zatímco hladiny metanu a oxidu uhličitého prudce klesly. V průběhu 200 milionů let se Země několikrát proměnila ve „sněhovou kouli“. Před 717 miliony let spustila evoluce oceánského života, většího než mikroby, další sérii sněhových koulí – v tomto případě, když organismy začaly uvolňovat do hlubin oceánu detritus, odebíraly uhlík z atmosféry a schovávaly ho v hloubkách.

Když se asi o 230 milionů let později v ordovickém období objevily nejstarší suchozemské rostliny, začaly tvořit zemskou biosféru, pohřbívat uhlík na kontinentech a získávat živiny z pevniny – smývaly se do oceánů a také tam stimulovaly život. Zdá se, že tyto změny vedly k době ledové, která začala asi před 445 miliony let. Později, v období devonu, evoluce stromů, spojená se stavbou hor, dále snížila hladinu oxidu uhličitého a teploty a začala paleozoická doba ledová.

Velké magmatické provincie

Měřítko: oteplení od 3 do 9 stupňů Celsia

Načasování: stovky tisíc let

Kontinentální záplavy lávy a podzemního magmatu – takzvané velké magmatické provincie – měly za následek nejedno hromadné vymírání. Tyto strašné události rozpoutaly na Zemi arzenál zabijáků (včetně kyselých dešťů, kyselé mlhy, otravy rtutí a poškozování ozónové vrstvy) a také vedly k oteplování planety, kdy se do atmosféry uvolňovalo obrovské množství metanu a oxidu uhličitého – rychleji než oni. mohl zvládnout zvětrávání termostatu.

Během permské katastrofy před 252 miliony let, která zničila 81 % mořských druhů, podzemní magma zapálilo sibiřské uhlí, zvýšilo obsah oxidu uhličitého v atmosféře na 8000 ppm a zvýšilo teplotu o 5-9 stupňů Celsia. Paleocén-eocén tepelné maximum, menší událost před 56 miliony let, vytvořil metan z ropných polí v severním Atlantiku a poslal jej k nebi, oteplil planetu o 5 stupňů Celsia a okyselil oceán. Následně na arktických březích rostly palmy a aligátoři se vyhřívali. K podobným emisím fosilního uhlíku došlo na konci triasu a na začátku jury – a skončily globálním oteplováním, mrtvými zónami oceánů a acidifikací oceánů.

Pokud vám něco z toho zní povědomě, je to proto, že dnešní antropogenní aktivity mají podobné důsledky.

Jak skupina výzkumníků vymírání triasu a jury poznamenala v dubnu v časopise Nature Communications: „Odhadujeme množství oxidu uhličitého emitovaného do atmosféry každým pulzem magmatu na konci triasu je srovnatelné s prognózou antropogenních emisí pro 21. století."