Klima Země se přirozeně mění - ale nyní je všechno jinak

Obsah:

Klima Země se přirozeně mění - ale nyní je všechno jinak
Klima Země se přirozeně mění - ale nyní je všechno jinak
Anonim

Po dlouhou dobu kolísá klima Země z deseti různých důvodů, včetně orbitálních kolísání, tektonických posunů, evolučních změn a dalších faktorů. Ponořili planetu buď v dobách ledových, nebo v tropických vedrech. Jak souvisí se současnou antropogenní změnou klimatu?

a Země ve své historii dokázala být sněhovou koulí a skleníkem. A pokud se klima změnilo před zjevením člověka, jak potom poznáme, že jsme to my, kdo může za prudké oteplování, které dnes pozorujeme?

Částečně proto, že můžeme nakreslit jasný příčinný vztah mezi antropogenními emisemi oxidu uhličitého a nárůstem globální teploty o 1,28 stupně Celsia (který mimochodem pokračuje) v předindustriální éře. Molekuly oxidu uhličitého absorbují infračervené záření, takže jak se jejich množství v atmosféře zvyšuje, zadržují více tepla, které se odpařuje z povrchu planety.

Paleoklimatologové současně udělali velký pokrok v porozumění procesům, které v minulosti vedly ke změně klimatu. Zde je deset případů přirozené změny klimatu - ve srovnání se současným stavem.

Sluneční cykly

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

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

Každých 11 let se sluneční magnetické pole mění a s ním přichází 11leté cykly rozjasňování a stmívání. Tyto výkyvy jsou ale malé a ovlivňují klima Země jen bezvýznamně.

Mnohem důležitější jsou „velká sluneční minima“, desetiletá období snížené sluneční aktivity, která se za posledních 11 000 let vyskytla 25krát. Nedávný příklad, Maunderovo minimum, nastal mezi lety 1645 a 1715 a způsobil pokles sluneční energie o 0,04% až 0,08% pod současný průměr. Vědci dlouhou dobu věřili, že Maunderovo minimum může způsobit „malou dobu ledovou“, studenou zimu, která trvala od 15. do 19. století. Ale od té doby se ukázalo, že to bylo příliš krátké a stalo se to ve špatnou dobu. Chladný výbuch byl zřejmě způsoben sopečnou činností.

Poslední půlstoletí Slunce mírně stmívá a Země se zahřívá a není možné spojit 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. NS. došlo k tak silné erupci sopky Ilopango v Salvadoru, že její oblak dosáhl stratosféry. Následně studená léta, sucho, hladomor a mor zpustošily osady po celém světě.

Erupce v měřítku 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 chlazení je intenzivnější a delší.

Po výbuchu Ilopanga klesla globální teplota za 20 let o 2 stupně. Již v naší době erupce Mount Pinatubo na Filipínách v roce 1991 ochladila globální klima o 0,6 stupně po dobu 15 měsíců.

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

Krátkodobé výkyvy klimatu

Měřítko: až 0, 15 stupňů Celsia

Načasování: od 2 do 7 let

Kromě sezónních povětrnostních podmínek existují i další krátkodobé cykly, které také ovlivňují srážky a teplotu. Nejvýznamnější z nich, El Niño nebo jižní oscilace, je periodická změna v oběhu 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 komunikují s El Niño.

Vzájemný vztah těchto cyklů dlouhodobě brání schopnosti dokázat, že antropogenní změna je statisticky významná, a ne jen další skok v přirozené variabilitě. Od té doby však antropogenní změna klimatu daleko přesahuje přirozenou proměnlivost počasí a sezónní teploty. Americké národní klimatické hodnocení z roku 2017 dospělo k závěru, že „z pozorovacích údajů neexistují žádné přesvědčivé důkazy, které by mohly vysvětlit pozorovanou změnu klimatu přírodními cykly“.

Orbitální vibrace

Měřítko: přibližně 6 stupňů Celsia v posledním cyklu 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 vzájemné polohy. Kvůli těmto cyklickým výkyvům, takzvaným Milankovitchovým cyklům, kolísá množství slunečního světla ve středních zeměpisných šířkách o 25%a mění se klima. Tyto cykly fungovaly v celé historii a vytvářely střídající se vrstvy sedimentů, které lze vidět ve skalách a vykopávkách.

Během pleistocénu, který skončil asi před 11 700 lety, Milankovitchovy cykly poslaly planetu do jedné z jejích ledových dob. Když posun orbity Země způsobil, že byla severní léta teplejší než průměr, roztály masivní ledové pokrývky v Severní Americe, Evropě a Asii; když se oběžná dráha opět posunula a léta se opět ochladila, tyto štíty znovu narostly. Jak teplý oceán rozpouští méně oxidu uhličitého, obsah atmosféry se zvyšoval a klesal souběžně s orbitálními oscilacemi, což zesilovalo jejich účinek.

Dnes se Země blíží k dalšímu minimu severního slunečního světla, takže bez antropogenních emisí oxidu uhličitého bychom v příštích zhruba 1 500 letech vstoupili do nové doby ledové.

Slabé mladé slunce

Měřítko: žádný celkový teplotní účinek

Načasování: trvalý

I 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 vyplývat, že Země zůstala zmrzlá po celou první polovinu své existence. Geologové přitom paradoxně objevili horniny staré 3, 4 miliardy let, vytvořené ve vodě s vlnami. Neočekávaně teplé klima rané Země se zdá být způsobeno nějakou kombinací faktorů: menší eroze půdy, jasnější obloha, kratší dny a zvláštní složení atmosféry, než Země získá atmosféru bohatou na kyslík.

Příznivé podmínky ve druhé polovině existence Země, navzdory nárůstu slunečního jasu, nevedou k paradoxu: termostat Země na zvětrávání působí proti účinkům dalšího slunečního světla a stabilizuje Zemi.

Termostat pro oxid uhličitý a zvětrávání

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 trvalý skleníkový plyn, který blokuje teplo a brání jeho stoupání z povrchu planety.

Sopky, metamorfované horniny a oxidace uhlíku v erodovaných sedimentech vypouštějí do oblohy oxid uhličitý a chemické reakce se silikátovými horninami odstraňují oxid uhličitý z atmosféry a vytvářejí vápenec. Rovnováha mezi těmito procesy funguje jako termostat, protože když se klima zahřívá, chemické reakce jsou při odstraňování oxidu uhličitého účinnější, a tím brání oteplování. Když se klima ochladí, účinnost reakcí naopak klesá, což chlazení usnadňuje. V důsledku toho bylo po dlouhou dobu klima Země relativně stabilní a poskytovalo obyvatelné prostředí. Zejména průměrné hladiny oxidu uhličitého neustále klesaly v důsledku rostoucí jasnosti Slunce.

Trvá však stovky milionů let, než termostat zvětrávání zareaguje na nával oxidu uhličitého v atmosféře. Zemské oceány absorbují a odstraňují přebytečný uhlík rychleji, ale i tento proces trvá tisíciletí - a lze jej zastavit s rizikem okyselení oceánů. Spalování fosilních paliv každoročně vypouští asi 100krát více oxidu uhličitého než vybuchují sopky - oceány a zvětrávání selhávají - klima se tak zahřívá a oceány oxidují.

Tektonické posuny

Měřítko: přibližně 30 stupňů Celsia za posledních 500 milionů let

Načasování: miliony let

Pohyb pevninských hmot zemské kůry může pomalu přesunout zvětrávací termostat do nové polohy.

Planeta se posledních 50 milionů let ochlazuje, srážky tektonických desek tlačí chemicky reaktivní horniny jako 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 Himálaje, And, Alp a dalších hor, se rychlost eroze více než zdvojnásobila, což vedlo ke zrychlenému 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 zintenzivnil oběh vody a planktonu, který spotřebovává oxid uhličitý. Výsledkem je, že ledová pokrývka Antarktidy se výrazně rozrostla.

Dříve, v období jury a křídy, se dinosauři potulovali po Antarktidě, protože bez těchto pohoří udržovala zvýšená sopečná aktivita oxid uhličitý na úrovni řádově 1 000 dílů na milion (oproti dnešním 415). Průměrná teplota v tomto světě bez ledu byla o 5-9 stupňů Celsia vyšší než nyní a hladina moře byla o 75 metrů vyšší.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Měřítko: nejprve se ochladilo asi o 20 stupňů Celsia, poté se oteplilo o 5 stupňů Celsia

Načasování: století ochlazování, 100 000 let oteplování

Databáze dopadů asteroidů na Zemi obsahuje 190 kráterů. Žádný z nich neměl znatelný vliv na zemské klima, s výjimkou asteroidu Chikshulub, který zničil část Mexika a zabil dinosaury před 66 miliony let. Počítačové simulace ukazují, že Chikshulub vrhl do horních vrstev atmosféry dostatek prachu a síry k zatmění slunečního světla, ochlazení Země o více než 20 stupňů Celsia a okyselení oceánů. Planetě trvalo staletí, než se vrátila na předchozí teplotu, ale poté se zahřála o dalších 5 stupňů v důsledku vniknutí oxidu uhličitého ze zničeného mexického vápence do atmosféry.

Jak vulkanická aktivita v Indii ovlivnila změnu klimatu a masové vyhynutí, zůstává kontroverzní.

Evoluční změny

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

Načasování: miliony let

Někdy evoluce nových druhů života resetuje zemský termostat. Fotosyntetické sinice, které vznikly asi před 3 miliardami let, zahájily proces terraformace a uvolňování kyslíku. Jak se šířily, obsah kyslíku v atmosféře před 2,4 miliardami let stoupal, zatímco hladiny metanu a oxidu uhličitého prudce klesaly. V průběhu 200 milionů let se Země několikrát změnila ve „sněhovou kouli“. Před 717 miliony let evoluce oceánského života, většího než mikrobů, spustila další sérii sněhových koulí - v tomto případě, když organismy začaly uvolňovat úlomky do hlubin oceánů, odebírat uhlík z atmosféry a skrývat ho v hloubce.

Když se asi o 230 milionů let později v období ordoviku objevily nejstarší suchozemské rostliny, začaly vytvářet zemskou biosféru, zakopávat uhlík na kontinentech a získávat živiny z pevniny - vyplavily se do oceánů a také stimulovaly život tam. Zdá se, že tyto změny vedly k době ledové, která začala asi před 445 miliony let. Později, v devonu, vývoj stromů, spojený s horskou stavbou, dále snížil hladiny a teploty oxidu uhličitého 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 - mají za následek více než jedno hromadné vyhynutí. Tyto hrozné události rozpoutaly arzenál zabijáků na Zemi (včetně kyselých dešťů, kyselých mlh, otravy rtutí a vyčerpání ozónu) a vedly také k oteplování planety a uvolňování obrovského množství metanu a oxidu uhličitého do atmosféry - rychleji než oni zvládl 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 8 000 promile a zahřálo teplotu o 5–9 stupňů Celsia. Tepelné maximum Paleocene-Eocene, menší událost před 56 miliony let, vytvořila metan v ropných polích v severním Atlantiku a vyslala ho k obloze, oteplení planety o 5 stupňů Celsia a okyselení oceánu. Následně na arktických březích rostly palmy a aligátoři se vyhřívali. Podobné emise fosilního uhlíku se vyskytovaly v pozdním triasu a na počátku jury - a skončily globálním oteplováním, mrtvými zónami oceánů a acidifikací oceánů.

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

Jak uvedla skupina výzkumníků vyhynutí triasu a jury v dubnu v časopise Nature Communications: „Odhadujeme, že množství oxidu uhličitého emitovaného do atmosféry každým magmatickým pulsem na konci triasu je srovnatelné s předpovědí antropogenních emisí pro 21. století."

Doporučuje: