10 antropogeninių Žemės klimato svyravimų atvejų

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Ilgą laiką Žemės klimatas svyravo dėl dešimties skirtingų priežasčių, įskaitant orbitos svyravimus, tektoninius poslinkius, evoliucinius pokyčius ir kitus veiksnius. Jie paskandino planetą per ledynmečius arba atogrąžų karštyje. Kaip jie susiję su šiuolaikine antropogenine klimato kaita?

Istoriškai Žemė sugebėjo būti sniego gniūžtė ir šiltnamis. Ir jei klimatas pasikeitė prieš atsirandant žmogui, tai kaip žinoti, kad dėl šiandien stebimo staigaus atšilimo kalti esame mes?

Iš dalies todėl, kad galime nubrėžti aiškų priežastinį ryšį tarp antropogeninio anglies dioksido išmetimo ir 1,28 laipsnio Celsijaus pasaulinės temperatūros kilimo (kuris, beje, ir toliau tęsiasi) ikiindustrinėje epochoje. Anglies dioksido molekulės sugeria infraraudonąją spinduliuotę, todėl didėjant jų kiekiui atmosferoje jos sulaiko daugiau šilumos, kuri išgaruoja nuo planetos paviršiaus.

Tuo pačiu metu paleoklimatologai padarė didelę pažangą, suprasdami procesus, kurie praeityje lėmė klimato kaitą. Pateikiame dešimt natūralios klimato kaitos atvejų – lyginant su esama situacija.

Saulės ciklai

Skalė:vėsinimas 0, 1-0, 3 laipsnių Celsijaus

Laikas:periodiniai saulės aktyvumo kritimai, trunkantys nuo 30 iki 160 metų, atskirti keliais šimtmečiais

Kas 11 metų saulės magnetinis laukas keičiasi, o kartu su juo ateina 11 metų šviesėjimo ir pritemdymo ciklai. Tačiau šie svyravimai yra nedideli ir įtakoja Žemės klimatą tik nežymiai.

Daug svarbesni yra „didieji saulės minimumai“– dešimties metų sumažėjusio saulės aktyvumo laikotarpiai, pasireiškę 25 kartus per pastaruosius 11 000 metų. Naujausias pavyzdys, Maunder minimumas, įvyko 1645–1715 m. ir dėl to saulės energija sumažėjo 0,04–0,08 % žemiau dabartinio vidurkio. Ilgą laiką mokslininkai manė, kad Maunderio minimumas gali sukelti „mažąjį ledynmetį“– šaltį, trukusį nuo XV iki XIX a. Tačiau vėliau paaiškėjo, kad tai buvo per trumpa ir įvyko netinkamu laiku. Greičiausiai šaltį sukėlė vulkaninė veikla.

Pastarąjį pusšimtį metų Saulė šiek tiek blėso, o Žemė šyla, o globalinio atšilimo neįmanoma susieti su dangaus kūnu.

Vulkaninė siera

Skalė:atvėsus 0,6 – 2 laipsniais Celsijaus

Laikas:nuo 1 iki 20 metų

539 ar 540 m. e. Salvadore įvyko toks galingas Ilopango ugnikalnio išsiveržimas, kad jo stulpas pasiekė stratosferą. Vėliau šaltos vasaros, sausra, badas ir maras nusiaubė viso pasaulio gyvenvietes.

Ilopango masto išsiveržimai išmeta į stratosferą atspindinčius sieros rūgšties lašelius, kurie užstoja saulės šviesą ir vėsina klimatą. Dėl to kaupiasi jūros ledas, daugiau saulės spindulių atsispindi atgal į kosmosą, o pasaulinis vėsimas sustiprėja ir užsitęsia.

Po Ilopango išsiveržimo pasaulinė temperatūra per 20 metų nukrito 2 laipsniais. Jau mūsų laikais 1991 metais Filipinuose išsiveržęs Pinatubo kalnas 15 mėnesių laikotarpiui atšaldė pasaulinį klimatą 0,6 laipsnio.

Vulkaninė siera stratosferoje gali būti pražūtinga, tačiau Žemės istorijos mastu jos poveikis yra nedidelis ir trumpalaikis.

Trumpalaikiai klimato svyravimai

Skalė:iki 0,15 laipsnių šilumos

Laikas: nuo 2 iki 7 metų

Be sezoninių oro sąlygų, yra ir kitų trumpalaikių ciklų, kurie taip pat turi įtakos kritulių kiekiui ir temperatūrai. Svarbiausias iš jų, El Niño arba Pietų osciliacija, yra periodiškas Ramiojo vandenyno atogrąžų vandenyno cirkuliacijos pokytis per dvejus–septynerius metus, turintis įtakos kritulių kiekiui Šiaurės Amerikoje. Šiaurės Atlanto osciliacija ir Indijos vandenyno dipolis turi stiprų regioninį poveikį. Abu bendrauja su El Ninjo.

Šių ciklų tarpusavio ryšys jau seniai trukdė įrodyti, kad antropogeniniai pokyčiai yra statistiškai reikšmingi, o ne tik dar vienas natūralaus kintamumo šuolis. Tačiau nuo to laiko antropogeninė klimato kaita gerokai viršijo natūralų oro kintamumą ir sezonines temperatūras. 2017 m. JAV nacionalinis klimato vertinimas padarė išvadą, kad „nėra įtikinamų stebėjimų duomenų įrodymų, kurie galėtų paaiškinti stebimą klimato kaitą natūraliais ciklais“.

Orbitos vibracijos

Skalė: maždaug 6 laipsniai Celsijaus per pastarąjį 100 000 metų ciklą; kinta priklausomai nuo geologinio laiko

Laikas: reguliarūs, persidengiantys ciklai: 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 ir 2 400 000 metų

Žemės orbita svyruoja, kai Saulė, Mėnulis ir kitos planetos keičia savo santykinę padėtį. Dėl šių ciklinių svyravimų, vadinamųjų Milankovitch ciklų, saulės šviesos kiekis vidutinėse platumose svyruoja 25%, o klimatas keičiasi. Šie ciklai veikė per visą istoriją, sukurdami kintamus nuosėdų sluoksnius, kuriuos galima pamatyti uolienose ir kasinėjimuose.

Pleistoceno eroje, kuri baigėsi maždaug prieš 11 700 metų, Milankovitch ciklai nusiuntė planetą į vieną iš ledynmečių. Kai dėl Žemės orbitos poslinkio šiaurinės vasaros tapo šiltesnės nei vidutiniškai, Šiaurės Amerikoje, Europoje ir Azijoje ištirpo masyvūs ledo sluoksniai; kai orbita vėl pasislinko ir vasaros vėl tapo šaltesnės, šie skydai vėl išaugo. Kadangi šiltas vandenynas ištirpdo mažiau anglies dioksido, atmosferos kiekis padidėjo ir sumažėjo kartu su orbitos svyravimais, sustiprindamas jų poveikį.

Šiandien Žemė artėja prie kito šiaurinės saulės šviesos minimumo, todėl be antropogeninės anglies dioksido emisijos per artimiausius 1500 metų įžengtume į naują ledynmetį.

Silpna jauna saulė

Skalė: jokio bendro temperatūros poveikio

Laikas: nuolatinis

Nepaisant trumpalaikių svyravimų, visos saulės ryškumas per milijoną metų padidėja 0,009%, o nuo Saulės sistemos atsiradimo prieš 4,5 milijardo metų padidėjo 48%.

Mokslininkai mano, kad dėl jaunos saulės silpnumo Žemė išliko užšalusi visą pirmąją savo egzistavimo pusę. Paradoksalu, tačiau geologai atrado 3,4 milijardo metų amžiaus uolienas, susidariusias vandenyje su bangomis. Atrodo, kad netikėtai šiltą ankstyvosios Žemės klimatą lėmė tam tikras veiksnių derinys: mažesnė žemės erozija, giedresnis dangus, trumpesnės dienos ir ypatinga atmosferos sudėtis, kol Žemėje atmosfera buvo prisotinta deguonimi.

Palankios sąlygos antroje Žemės gyvavimo pusėje, nepaisant saulės ryškumo padidėjimo, nesukelia paradokso: Žemės atmosferos termostatas atsveria papildomos saulės šviesos poveikį, stabilizuodamas Žemę.

Anglies dioksido ir oro temperatūros termostatas

Skalė: neutralizuoja kitus pokyčius

Laikas: 100 000 metų ar ilgiau

Pagrindinis Žemės klimato reguliatorius jau seniai buvo anglies dioksido lygis atmosferoje, nes anglies dioksidas yra patvarios šiltnamio efektą sukeliančios dujos, kurios blokuoja šilumą ir neleidžia jai pakilti nuo planetos paviršiaus.

Vulkanai, metamorfinės uolienos ir anglies oksidacija erozuotose nuosėdose išskiria anglies dioksidą į dangų, o cheminės reakcijos su silikatinėmis uolienomis pašalina anglies dvideginį iš atmosferos ir susidaro kalkakmenis. Pusiausvyra tarp šių procesų veikia kaip termostatas, nes atšilus klimatui cheminės reakcijos efektyviau pašalina anglies dvideginį ir taip sulėtina atšilimą. Atvėsus klimatui, reakcijų efektyvumas, priešingai, mažėja, o tai palengvina aušinimą. Vadinasi, ilgą laiką Žemės klimatas išliko gana stabilus ir sudarė sąlygas gyventi. Visų pirma, vidutinis anglies dioksido lygis nuolat mažėjo dėl didėjančio Saulės ryškumo.

Tačiau prireikia šimtų milijonų metų, kol atmosferos termostatas sureaguos į anglies dioksido antplūdį atmosferoje. Žemės vandenynai greičiau sugeria ir pašalina anglies perteklių, tačiau net ir šis procesas užtrunka tūkstantmečius – ir gali būti sustabdytas, kylant vandenynų rūgštėjimo rizikai. Kiekvienais metais deginant iškastinį kurą išmetama apie 100 kartų daugiau anglies dvideginio nei išsiveržia ugnikalniai – vandenynai ir atmosferos sąlygos sugenda – todėl klimatas įkaista, o vandenynai rūgštėja.

Tektoniniai poslinkiai

Skalė: maždaug 30 laipsnių Celsijaus per pastaruosius 500 milijonų metų

Laikas: milijonus metų

Žemės plutos sausumos masių judėjimas gali lėtai perkelti oro sąlygų termostatą į naują padėtį.

Per pastaruosius 50 milijonų metų planeta vėsta, tektoninių plokščių susidūrimai stumia chemiškai reaktyvias uolienas, tokias kaip bazaltas ir vulkaniniai pelenai, į šiltus drėgnus tropikus, padidindami reakcijų, kurios pritraukia iš dangaus anglies dvideginį, greitį. Be to, per pastaruosius 20 milijonų metų, kylant Himalajams, Andams, Alpėms ir kitiems kalnams, erozijos greitis išaugo daugiau nei dvigubai, o tai lėmė atmosferos greitį. Kitas veiksnys, paspartinęs aušinimo tendenciją, buvo Pietų Amerikos ir Tasmanijos atsiskyrimas nuo Antarktidos prieš 35,7 mln. Aplink Antarktidą susiformavo nauja vandenyno srovė, suaktyvėjusi vandens ir planktono cirkuliacija, sunaudojanti anglies dvideginį. Dėl to Antarktidos ledo sluoksniai gerokai išaugo.

Anksčiau, juros ir kreidos periodais, dinozaurai klajojo Antarktidoje, nes be šių kalnų masyvų dėl padidėjusio ugnikalnio aktyvumo anglies dvideginio kiekis buvo apie 1000 milijonų dalių (šiandien jų yra 415). Vidutinė temperatūra šiame be ledo pasaulyje buvo 5–9 laipsniais aukštesnė nei dabar, o jūros lygis – 75 metrais aukštesnis.

Asteroido krioklys (Chikshulub)

Skalė: iš pradžių atšaldoma apie 20 laipsnių, po to atšyla 5 laipsniais pagal Celsijų

Laikas: šimtmečių atšalimo, 100 000 metų atšilimo

Asteroidų smūgių į Žemę duomenų bazėje yra 190 kraterių. Nė vienas iš jų neturėjo pastebimos įtakos Žemės klimatui, išskyrus asteroidą Chikshulub, kuris prieš 66 milijonus metų sunaikino dalį Meksikos ir nužudė dinozaurus. Kompiuteriniai modeliai rodo, kad Čikšulubas išmetė pakankamai dulkių ir sieros į viršutinius atmosferos sluoksnius, kad užtemtų saulės šviesą ir atvėsintų Žemę daugiau nei 20 laipsnių Celsijaus bei parūgštintų vandenynus. Planetai prireikė šimtmečių, kad sugrįžtų į ankstesnę temperatūrą, tačiau vėliau ji sušilo dar 5 laipsniais dėl anglies dvideginio patekimo iš sunaikinto Meksikos kalkakmenio į atmosferą.

Kaip ugnikalnių veikla Indijoje paveikė klimato pokyčius ir masinį išnykimą, tebėra prieštaringa.

Evoliuciniai pokyčiai

Skalė: Priklausomai nuo įvykio, atvėsimas maždaug 5 laipsniais Celsijaus vėlyvuoju Ordoviko periodu (prieš 445 mln. metų)

Laikas: milijonus metų

Kartais naujų gyvybės rūšių evoliucija iš naujo nustatys Žemės termostatą. Pavyzdžiui, fotosintetinės cianobakterijos, atsiradusios maždaug prieš 3 milijardus metų, pradėjo reljefo formavimosi procesą, išskirdamos deguonį. Jiems plintant deguonies kiekis atmosferoje didėjo prieš 2,4 milijardo metų, o metano ir anglies dioksido lygis smarkiai sumažėjo. Per 200 milijonų metų Žemė kelis kartus virto „sniego gniūžte“. Prieš 717 milijonų metų vandenyno gyvybės, didesnės už mikrobus, evoliucija sukėlė dar vieną sniego gniūžčių seriją – šiuo atveju organizmai pradėjo išleisti nuolaužas į vandenyno gelmes, paimdami anglį iš atmosferos ir paslėpdami ją gelmėse.

Kai ankstyviausi sausumos augalai pasirodė maždaug po 230 milijonų metų, Ordoviko laikotarpiu, jie pradėjo formuoti žemės biosferą, palaidodami anglį žemynuose ir ištraukdami maistines medžiagas iš žemės – jie nusiplovė į vandenynus ir taip pat skatino ten gyvybę. Atrodo, kad šie pokyčiai lėmė ledynmetį, prasidėjusį maždaug prieš 445 mln. Vėliau, devono laikotarpiu, medžių evoliucija kartu su kalnų statyba dar labiau sumažino anglies dvideginio kiekį ir temperatūrą, prasidėjo paleozojaus ledynmetis.

Didelės magminės provincijos

Skalė: sušils nuo 3 iki 9 laipsnių šilumos

Laikas: šimtus tūkstančių metų

Žemyniniai lavos ir požeminės magmos potvyniai – vadinamosios didžiosios magminės provincijos – sukėlė ne vieną masinį išnykimą. Šie siaubingi įvykiai išlaisvino Žemėje žudikų arsenalą (įskaitant rūgštų lietų, rūgštų rūką, apsinuodijimą gyvsidabriu ir ozono sluoksnio nykimą), taip pat paskatino planetos atšilimą, į atmosferą išmetant didžiulius kiekius metano ir anglies dioksido – greičiau nei jie. gali valdyti termostato oro sąlygas.

Per Permės katastrofą prieš 252 milijonus metų, sunaikinusią 81% jūrų rūšių, požeminė magma padegė Sibiro anglį, padidino anglies dvideginio kiekį atmosferoje iki 8000 milijoninių dalių ir temperatūrą sušildė 5-9 laipsniais Celsijaus. Paleoceno-eoceno terminis maksimumas, mažesnis įvykis prieš 56 milijonus metų, sukūrė metaną iš naftos telkinių Šiaurės Atlante ir išsiuntė jį į dangų, sušildydamas planetą 5 laipsniais Celsijaus ir parūgštindamas vandenyną. Vėliau Arkties pakrantėse augo palmės ir kaitinosi aligatoriai. Panašus iškastinės anglies išmetimas įvyko vėlyvajame triaso ir ankstyvojo juros periode ir baigėsi visuotiniu atšilimu, vandenynų negyvomis zonomis ir vandenynų rūgštėjimu.

Jei kas nors iš to jums atrodo pažįstamas, taip yra todėl, kad šiandieninė antropogeninė veikla turi panašių pasekmių.

Kaip balandžio mėn. žurnale Nature Communications pažymėjo grupė triaso ir juros periodo išnykimo tyrinėtojų: „Mes apskaičiavome, kiek anglies dioksido, kurį į atmosferą išskiria kiekvienas magmos impulsas triaso pabaigoje, yra panašus į antropogeninių teršalų išmetimo į atmosferą prognozę. XXI amžius“.