Zemlje je podnebje nihalo iz desetih različnih razlogov, vključno z orbitalnimi nihanji, tektonskimi premiki, evolucijskimi spremembami in drugimi dejavniki. Planet so potopili bodisi v ledeni dobi bodisi v tropski vročini. Kako se nanašajo na sodobne antropogene podnebne spremembe?
V svoji zgodovini je Zemlja uspela biti snežna krogla in rastlinjak. In če se je podnebje spremenilo pred pojavom človeka, kako potem vemo, da smo mi krivi za ostro segrevanje, ki ga opažamo danes?
Deloma zato, ker lahko narišemo jasno vzročno zvezo med antropogenimi emisijami ogljikovega dioksida in 1,28 stopinj Celzija v celotni predindustrijski dobi (ki se mimogrede nadaljuje). Molekule ogljikovega dioksida absorbirajo infrardeče sevanje, tako da se njihova količina v atmosferi poveča, zadržijo več toplote, ki izhlapi s površine planeta.
Obenem so paleoklimatologi močno napredovali pri razumevanju procesov, ki so v preteklosti privedli do podnebnih sprememb. Tu je deset primerov naravnih podnebnih sprememb - v primerjavi s sedanjimi razmerami.
Sončni cikli
Lestvica: hlajenje za 0,1-0,3 stopinje Celzija
Časovni trak: občasno upada sončna aktivnost od 30 do 160 let, ločeno z več stoletij
Promocijski video:
Vsakih 11 let se sončno magnetno polje spreminja, z njim pa prihajajo 11-letni cikli svetlenja in zatemnitve. Toda ta nihanja so majhna in vplivajo na podnebje Zemlje le nepomembno.
Veliko pomembnejši so "veliki sončni minimi", desetletna obdobja zmanjšane sončne aktivnosti, ki so se v zadnjih 11.000 letih pojavila 25-krat. Nedavni primer, minimum Maunder, se je zgodil med letoma 1645 in 1715, zaradi česar je sončna energija padla za 0,04% -0,08% pod sedanjim povprečjem. Znanstveniki so dolgo časa verjeli, da bi Maunderjev minimum lahko povzročil "Malo ledeno dobo", hladno pupo, ki je trajala od 15. do 19. stoletja. Toda od takrat se je pokazalo, da je bil prekratek in se je zgodil ob nepravem času. Hlajenje je najverjetneje povzročilo vulkansko delovanje.
Zadnje pol stoletja Sonce rahlo zatemni in Zemlja se segreva, zato je globalnega segrevanja z nebesnim telesom nemogoče povezati.
Vulkansko žveplo
Lestvica: 0,6 - 2 stopinji Celzija
Časovni okvir: od 1 do 20 let
Leta 539 ali 540 A. D. e. v Salvadorju je prišlo do tako močnega izbruha vulkana Ilopango, da je njegov pljusk dosegel stratosfero. Nato so naselja po vsem svetu opustošila hladna poletja, suša, lakota in kuga.
Izbruhi na lestvici Ilopango v stratosfero vržejo odsevne kapljice žveplove kisline, ki zasijejo sončno svetlobo in ohladijo podnebje. Posledično se nabira morski led, več sončne svetlobe se odbija nazaj v vesolje, globalno hlajenje pa postaja slabše in daljše.
Po izbruhu Ilopanga je svetovna temperatura v 20 letih padla za 2 stopinji. Že v naši dobi je izbruh gore Pinatubo na Filipinih leta 1991 globalno podnebje ohlajal za 0,6 stopinje v 15 mesecih.
Vulkansko žveplo v stratosferi je lahko uničujoče, vendar je na lestvici Zemljine zgodovine njegov učinek majhen in tudi minljiv.
Kratkoročna nihanja podnebja
Lestvica: do 0,15 stopinje Celzija
Časovni okvir: od 2 do 7 let
Poleg sezonskih vremenskih razmer obstajajo tudi drugi kratkoročni cikli, ki vplivajo tudi na padavine in temperaturo. Najpomembnejša od teh, El Niño ali Južno nihanje, je občasna sprememba kroženja v tropskem Tihem oceanu v obdobju dveh do sedmih let, ki vpliva na padavine v Severni Ameriki. Severnoatlantsko nihanje in dipol Indijskega oceana imata močan regionalni vpliv. Oba sodelujeta z El Niño.
Medsebojna povezanost teh ciklov je dolgo časa preprečevala dokaz, da je antropogena sprememba statistično pomembna in ne le še en preskok naravne spremenljivosti. Toda od takrat so antropogene podnebne spremembe daleč presegle naravne vremenske spremenljivosti in sezonske temperature. Nacionalna ocena podnebja v ZDA za leto 2017 je zaključila, da "iz opazovalnih podatkov ni prepričljivih dokazov, ki bi lahko razložili opažene podnebne spremembe z naravnimi cikli".
Orbitalne vibracije
Lestvica: približno 6 stopinj Celzija v zadnjih 100.000-letnem ciklu; se razlikuje glede na geološki čas
Časovni razpored: redni cikli prekrivanja 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 in 2.400.000 let
Zemljina orbita niha, ko Sonce, Luna in drugi planeti spremenijo svoj relativni položaj. Zaradi teh cikličnih nihanj, tako imenovanih ciklov Milankoviča, količina sončne svetlobe niha na srednjih širinah za 25% in podnebne spremembe. Ti cikli so delovali skozi vso zgodovino in so ustvarili izmenične plasti usedlin, ki jih je mogoče opaziti v kamninah in izkopavanjih.
Med pleistocensko dobo, ki se je končala pred približno 11.700 leti, so Milankovičevi cikli planet poslali v eno od svojih ledenih obdobij. Ko se je zaradi spremembe Zemljine orbite severno poletje segrelo od povprečja, so se v Severni Ameriki, Evropi in Aziji stopile velike ledene plošče; ko se je orbita spet premaknila in poletja spet postajala hladnejša, so se ti ščiti spet povečali. Ker topli ocean raztaplja manj ogljikovega dioksida, se je vsebnost atmosfere povečala in padla v sozvočju z orbitalnimi nihanji, kar je povečalo njihov učinek.
Danes se Zemlji približuje še en minimum severne sončne svetlobe, zato bi brez antropogenih izpustov ogljikovega dioksida v naslednjih 1.500 letih stopili v novo ledeno dobo.
Slabo mlado sonce
Lestvica: brez kumulativnega temperaturnega učinka
Časovna premica: stalna
Kljub kratkoročnim nihanjem se svetlost sonca kot celote poveča za 0,009% na milijon let, od rojstva sončnega sistema pa pred 4,5 milijarde let, se je povečala za 48%.
Znanstveniki menijo, da bi iz slabosti mladega sonca moralo izhajati, da je Zemlja ostala zamrznjena celotno prvo polovico svojega obstoja. Hkrati, paradoksalno, so geologi odkrili 3,4 milijarde let staro kamenje, oblikovano v vodi z valovi. Zdi se, da je nepričakovano toplo podnebje zgodnje Zemlje posledica neke kombinacije dejavnikov: manj erozije zemlje, jasnejše nebo, krajši dnevi in posebna sestava ozračja, preden je Zemlja dobila ozračje, bogato s kisikom.
Ugodne razmere v drugi polovici obstoja Zemlje kljub večji sončni svetlobi ne privedejo do paradoksa: zemeljski vremenski termostat preprečuje učinke dodatne sončne svetlobe in stabilizira Zemljo.
Termostat z ogljikovim dioksidom in vremenskimi vplivi
Lestvica: preprečuje druge spremembe
Časovna premica: 100.000 let ali več
Glavni regulator Zemljinega podnebja je že dolgo raven ogljikovega dioksida v atmosferi, saj je ogljikov dioksid obstojen toplogredni plin, ki blokira toploto in preprečuje, da bi se dvigal s površine planeta.
Vulkani, metamorfne kamnine in oksidacija ogljika v erodiranih usedlinah vsebujejo ogljikov dioksid v nebo, kemične reakcije s silikatnimi kamninami pa odstranjujejo ogljikov dioksid iz ozračja in tvorijo apnenec. Ravnotežje med temi procesi deluje kot termostat, ker so kemične reakcije, ko se segreje, učinkovitejše pri odstranjevanju ogljikovega dioksida in tako zavirajo segrevanje. Ko se klima ohladi, se učinkovitost reakcij, nasprotno, zmanjša, kar olajša hlajenje. Posledično je podnebje na Zemlji v daljšem časovnem obdobju ostalo razmeroma stabilno in je zagotavljalo bivalno okolje. Zlasti povprečne ravni ogljikovega dioksida nenehno upadajo zaradi vse večje svetlosti Sonca.
Vendar pa je potrebnih sto milijonov let, da se termostat za vremenske vplive odzove na skok ogljikovega dioksida v atmosferi. Zemeljski oceani hitreje absorbirajo in odstranjujejo presežek ogljika, toda tudi ta postopek traja tisočletja - in ga je mogoče ustaviti s tveganjem zakisanja oceanov. Vsako leto sežiganje fosilnih goriv sprosti približno 100-krat več ogljikovega dioksida, kot izbruhnejo vulkani - oceani in vremenske razmere ne uspejo - zato se podnebje segreje in oceani oksidirajo.
Tektonski premiki
Lestvica: približno 30 stopinj Celzija v zadnjih 500 milijonih let
Časovna premica: milijoni let
Gibanje kopenskih mas zemeljske skorje lahko počasi premakne termostat za vremenske vplive v nov položaj.
Zadnjih 50 milijonov let se planet hladi, tektonski trki plošč so potiskali kemično reaktivne kamnine, kot sta bazalt in vulkanski pepel, v tople vlažne trope in povečali hitrost reakcij, ki iz neba vlečejo ogljikov dioksid. Poleg tega se je v zadnjih 20 milijonih let s porastom Himalaj, Andov, Alp in drugih gora stopnja erozije več kot podvojila, kar je vodilo do pospeševanja vremenskih razmer. Drugi dejavnik, ki je pospešil trend hlajenja, je bila ločitev Južne Amerike in Tasmanije od Antarktike pred 35,7 milijona let. Okoli Antarktike se je oblikoval nov oceanski tok, ki je okrepil kroženje vode in planktona, ki porablja ogljikov dioksid. Kot rezultat tega so ledene ploskev Antarktike znatno narasle.
Prej, v jurskem in krednem obdobju, so dinozavri gostovali po Antarktiki, ker je brez teh gorskih območij povečana vulkanska aktivnost ohranjala ogljikov dioksid na ravni približno 1.000 delov na milijon (danes več kot 415). Povprečna temperatura v tem svetu brez ledu je bila za 5-9 stopinj Celzija višja kot zdaj, morska gladina pa 75 metrov višja.
Asteroidni slapovi (Chikshulub)
Lestvica: najprej ohlajanje za približno 20 stopinj Celzija, nato ogrevanje za 5 stopinj Celzija
Časovna premica: stoletja ohlajanja, 100.000 let segrevanja
Baza podatkov o vplivih asteroida na Zemljo vsebuje 190 kraterjev. Noben od njih ni imel opaznega vpliva na zemeljsko podnebje, razen asteroida Chikshulub, ki je uničil del Mehike in ubil dinozavre pred 66 milijoni let. Računalniške simulacije kažejo, da je Chikshulub vrgel dovolj prahu in žvepla v zgornjo atmosfero, da bi sonce osvetlil in ohladil Zemljo za več kot 20 stopinj Celzija, pa tudi zakisel oceane. Planetu je bilo potrebno stoletja, da se je vrnil na svojo prejšnjo temperaturo, potem pa se je zaradi vstopa ogljikovega dioksida iz uničenega mehiškega apnenca v ozračje segrelo še za pet stopinj.
Kako vulkanske aktivnosti v Indiji vplivajo na podnebne spremembe in množično izumrtje, ostaja sporno.
Evolucijske spremembe
Lestvica: odvisno od dogodkov, ohlajanje za približno 5 stopinj Celzija v poznem ordovicijskem obdobju (pred 445 milijoni let)
Časovna premica: milijoni let
Včasih bo razvoj novih vrst življenja ponastavil zemeljski termostat. Tako so fotosintetske cianobakterije, ki so nastale pred približno tremi milijardami let, sprožile proces teoblikovanja in sproščajo kisik. Ko so se širile, se je kisik v atmosferi povečal pred 2,4 milijarde let, medtem ko sta se raven metana in ogljikovega dioksida močno zmanjšala. V 200 milijonih let se je Zemlja večkrat spremenila v "snežno kepo". Pred 717 milijoni let je evolucija oceanskega življenja, večja od mikrobov, sprožila še eno vrsto "snežnih kroglic" - v tem primeru zato, ker so organizmi začeli sproščati detrit v globine oceanov, pri čemer so v ozračje odvzeli ogljik in ga skrivali v globino.
Ko so se približno 230 milijonov let pozneje v ordovicijskem obdobju pojavile najzgodnejše kopenske rastline, so začeli oblikovati zemeljsko biosfero, na celinah zakopavali ogljik in črpali hranila iz zemlje - umivali so se v oceane in tam tudi spodbudili življenje. Kaže, da so te spremembe pripeljale do ledene dobe, ki se je začela pred približno 445 milijoni let. Kasneje, v devonskem obdobju, je evolucija dreves skupaj z gorskimi stavbami še znižala raven ogljikovega dioksida in temperature in začela se je paleozojska ledena doba.
Velike magnetne pokrajine
Lestvica: Ogrevanje 3 do 9 stopinj Celzija
Časovna premica: sto tisoč let
Kontinentalne poplave lave in podzemne magme - tako imenovane velike magnetne pokrajine - so povzročile več kot eno množično izumrtje. Ti grozni dogodki so sprostili arsenal morilcev na Zemlji (vključno s kislim dežjem, kislinsko meglo, zastrupitvijo z živo srebro in ozonskim orožjem), poleg tega pa so privedli do segrevanja planeta in v ozračje izpustili ogromne količine metana in ogljikovega dioksida - hitreje, kot bi lahko. ročaj termostata.
Med Permsko katastrofo pred 252 milijoni let, ki je uničila 81% morskih vrst, je podzemna magma zažgala sibirski premog, dvignila vsebnost ogljikovega dioksida v ozračju na 8000 delov na milijon in temperaturo ogrela za 5-9 stopinj Celzija. Paleocensko-eocenski toplotni maksimum, manjši dogodek pred 56 milijoni let, je ustvaril metan na naftnih poljih v severnem Atlantiku in ga poslal v nebo, ogrevanje planeta za 5 stopinj Celzija in zakisel ocean. Kasneje so palme rasle na arktičnih obalah in aligatorji so se košali. Podobne emisije fosilnega ogljika so se zgodile v poznem triasnem in zgodnjem jurskem obdobju - končale pa so se v globalnem segrevanju, mrtvih conah v oceanu in zakisanju oceanov.
Če se vam kaj od tega zdi znano, je zato, ker imajo antropogene dejavnosti danes podobne posledice.
Kot je aprila v Nature Communications opazila skupina raziskovalcev iz triasno-jurskega iztrebljanja, "ocenjujemo, da je količina ogljikovega dioksida, oddanega v ozračje z vsakim magmatskim impulzom na koncu triasaka, primerljiva z napovedjo antropogenih emisij za 21. stoletje."