Ilgu laiku Zemes klimats ir svārstījies desmit dažādu iemeslu dēļ, ieskaitot orbītas viļņus, tektoniskās nobīdes, evolūcijas izmaiņas un citus faktorus. Viņi plunges planētu vai nu ledus laikmetā, vai tropu karstumā. Kā tās ir saistītas ar mūsdienu antropogēnām klimata izmaiņām?
Visu savu vēsturi Zemei ir izdevies būt sniega pikas un siltumnīca. Un, ja klimats mainījās pirms cilvēka parādīšanās, tad kā lai mēs zinām, ka tieši straujajā sasilšanā, ko šodien novērojam, ir vainīgi mēs?
Daļēji tāpēc, ka mēs varam izveidot skaidru cēloņsakarību starp antropogēno oglekļa dioksīda emisiju un pasaules temperatūras paaugstināšanos par 1,28 grādiem pēc Celsija (kas, starp citu, turpinās) pirmsindustriālajā laikmetā. Oglekļa dioksīda molekulas absorbē infrasarkano starojumu, tāpēc, palielinoties to daudzumam atmosfērā, tās saglabā vairāk siltuma, kas iztvaiko no planētas virsmas.
Tajā pašā laikā paleoklimatologi ir daudz paveikuši, lai izprastu procesus, kas pagātnē izraisīja klimata pārmaiņas. Šeit ir desmit dabisko klimata izmaiņu gadījumi - salīdzinājumā ar pašreizējo situāciju.
Saules cikli
Mērogs: dzesēšana par 0,1–0,3 grādiem pēc Celsija
Laika skala: periodiski samazinās saules aktivitāte no 30 līdz 160 gadiem, atdalot vairākus gadsimtus
Reklāmas video:
Katru 11 gadu laikā mainās saules magnētiskais lauks, un līdz ar to nāk 11 gadu gaišs un aptumšojošs cikls. Bet šīs svārstības ir nelielas un tikai nedaudz ietekmē Zemes klimatu.
Daudz svarīgāki ir "lielie Saules minimumi", samazinātas Saules aktivitātes desmit gadu periodi, kas pēdējo 11 000 gadu laikā ir notikuši 25 reizes. Nesenais piemērs - Maundera minimums - notika no 1645. līdz 1715. gadam un izraisīja saules enerģijas samazināšanos par 0,04% –0,08% zem pašreizējā vidējā līmeņa. Ilgu laiku zinātnieki uzskatīja, ka Maundera minimums varēja izraisīt "Mazo ledus laikmetu" - aukstu snapu, kas ilga no 15. līdz 19. gadsimtam. Bet kopš tā laika ir atklājies, ka tas bija pārāk īss un notika nepareizā laikā. Dzesēšanu, visticamāk, izraisīja vulkāniskās aktivitātes.
Pēdējo pusgadsimtu saule ir nedaudz blāvusi, un Zeme sasilst, un globālo sasilšanu nav iespējams saistīt ar debess ķermeni.
Vulkāniskais sērs
Mērogs: 0,6 - 2 grādi pēc Celsija
Laika periods: no 1 līdz 20 gadiem
539. vai 540. gadā A. D. e. Salvadorā notika tik spēcīgs vulkāna Ilopango izvirdums, ka tā straume sasniedza stratosfēru. Pēc tam aukstas vasaras, sausums, bads un mēris izpostīja apdzīvotās vietas visā pasaulē.
Ilopango mēroga izvirdumi stratosfērā izmet atstarojošus sērskābes pilienus, kas aizsedz saules gaismu un atdzesē klimatu. Tā rezultātā uzkrājas jūras ledus, vairāk saules gaismas tiek atspoguļoti atpakaļ kosmosā, un globālā dzesēšana pasliktinās un ilgāk.
Pēc Ilopango izvirduma 20 gadu laikā pasaules temperatūra pazeminājās par 2 grādiem. Jau mūsu laikmetā Pinatubo kalna izvirdums Filipīnās 1991. gadā 15 mēnešus atdzesēja pasaules klimatu par 0,6 grādiem.
Vulkāna sērs stratosfērā var būt postošs, taču Zemes vēstures mērogā tā ietekme ir niecīga un arī īslaicīga.
Īstermiņa klimata svārstības
Mērogs: līdz 0,15 grādiem pēc Celsija
Laika periods: no 2 līdz 7 gadiem
Papildus sezonāliem laika apstākļiem ir arī citi īstermiņa cikli, kas ietekmē arī nokrišņu daudzumu un temperatūru. Nozīmīgākais no tiem, El Niño jeb Dienvidu svārstības, ir periodiskas aprites izmaiņas tropiskajā Klusajā okeānā divu līdz septiņu gadu laikā, kas ietekmē nokrišņu daudzumu Ziemeļamerikā. Ziemeļatlantijas svārstībām un Indijas okeāna dipolam ir spēcīga reģionālā ietekme. Abi mijiedarbojas ar El Niño.
Šo ciklu savstarpējā saistība ilgu laiku neļāva pierādīt, ka antropogēnās izmaiņas ir statistiski nozīmīgas, nevis tikai kārtējais dabiskās mainības lēciens. Kopš tā laika antropogēnās klimata izmaiņas ir ievērojami pārsniegušas dabisko laika apstākļu mainīgumu un sezonālo temperatūru. 2017. gada ASV Nacionālajā klimata novērtējumā tika secināts, ka "no novērojumiem nav pārliecinošu pierādījumu, kas varētu izskaidrot novērotās klimata izmaiņas ar dabiskiem cikliem".
Orbītas vibrācijas
Mērogs: aptuveni 6 grādi pēc Celsija pēdējā 100 000 gadu cikla laikā; mainās atkarībā no ģeoloģiskā laika
Laiks: Regulāri, pārklājoši cikli 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 un 2 400 000 gadu laikā
Zemes orbīta svārstās, kad Saule, Mēness un citas planētas maina to relatīvās pozīcijas. Sakarā ar šīm cikliskajām svārstībām, tā saucamajiem Milankovitch cikliem, saules gaismas daudzums vidējos platuma griezumos svārstās par 25%, un mainās klimats. Šie cikli ir darbojušies visā vēsturē, veidojot mainīgus nogulumu slāņus, kurus var redzēt klintīs un izrakumos.
Pleistocēna laikmetā, kas beidzās pirms aptuveni 11 700 gadiem, Milankovitch cikli nosūtīja planētu vienā no tās ledus laikmetiem. Kad Zemes orbītas nobīde padarīja ziemeļu vasaras siltākas nekā vidēji, masīvās ledus kārtas Ziemeļamerikā, Eiropā un Āzijā izkusa; kad orbīta atkal mainījās un vasaras atkal kļuva vēsākas, šie vairogi atkal auga. Tā kā siltais okeāns izšķīdina mazāk oglekļa dioksīda, atmosfēras saturs palielinājās un samazinājās vienlaicīgi ar orbītas svārstībām, pastiprinot to iedarbību.
Šodien Zeme tuvojas vēl vienam ziemeļu saules gaismas minimumam, tāpēc bez antropogēno oglekļa dioksīda izmešu mēs nākamajos 1500 gados varētu sākties jauns ledus laikmets.
Vāja jauna saule
Skala: nav kumulatīvas temperatūras ietekmes
Laika skala: pastāvīga
Neskatoties uz īslaicīgām svārstībām, saules spilgtums kopumā palielinās par 0,009% uz miljonu gadu, un kopš Saules sistēmas dzimšanas pirms 4,5 miljardiem gadu tas ir palielinājies par 48%.
Zinātnieki uzskata, ka no jaunās saules vājuma jāseko tam, ka Zeme visu pastāvēšanas pirmo pusi palika sasalusi. Tajā pašā laikā, paradoksāli, ģeologi ir atklājuši 3,4 miljardus gadu vecus akmeņus, kas veidojušies ūdenī ar viļņiem. Negaidīti siltais agrīnās Zemes klimats, šķiet, ir saistīts ar dažām faktoru kombinācijām: mazāku zemes eroziju, skaidrākām debesīm, īsākām dienām un īpašu atmosfēras sastāvu, pirms Zeme ieguva ar skābekli bagātu atmosfēru.
Labvēlīgi apstākļi Zemes pastāvēšanas otrajā pusē, neraugoties uz saules spilgtuma palielināšanos, neizraisa paradoksu: Zemes izturīgais termostats neitralizē papildu saules starus, stabilizējot Zemi.
Oglekļa dioksīds un termostats atmosfēras iedarbībai
Mērogs: neitralizē citas izmaiņas
Laika skala: 100 000 gadu vai ilgāk
Galvenais Zemes klimata regulators jau sen ir bijis oglekļa dioksīda līmenis atmosfērā, jo oglekļa dioksīds ir noturīga siltumnīcefekta gāze, kas bloķē siltumu, neļaujot tai pacelties no planētas virsmas.
Vulkāni, metamorfa ieži un oglekļa oksidēšanās noārdītos nogulumos debesīs izdala oglekļa dioksīdu, un ķīmiskās reakcijas ar silikāta iežiem oglekļa dioksīdu izvada no atmosfēras, veidojot kaļķakmeni. Šo procesu līdzsvars darbojas kā termostats, jo, klimatam sasilstot, ķīmiskās reakcijas ir efektīvākas oglekļa dioksīda noņemšanā, tādējādi kavējot sasilšanu. Kad klimats atdziest, reakciju efektivitāte, gluži pretēji, samazinās, atvieglojot atdzišanu. Līdz ar to Zemes klimats ilgu laiku bija samērā stabils, nodrošinot apdzīvojamu vidi. Jo īpaši vidējais oglekļa dioksīda līmenis ir nepārtraukti pazeminājies pieaugošās Saules spilgtuma dēļ.
Tomēr paiet simtiem miljonu gadu, līdz termostats, kas ietekmē laika apstākļus, reaģē uz oglekļa dioksīda pieaugumu atmosfērā. Zemes okeāni ātrāk absorbē un noņem oglekļa pārpalikumu, taču pat šis process ilgst gadu tūkstošus - un to var apturēt, radot okeāna paskābināšanās risku. Katru gadu fosilā kurināmā dedzināšana izdala apmēram 100 reizes vairāk oglekļa dioksīda nekā vulkāni izvirdumā - okeāni un laika apstākļi neizdodas - tāpēc klimats sakarst un okeāni oksidējas.
Tektoniskās maiņas
Mērogs: aptuveni 30 grādi pēc Celsija pēdējos 500 miljonos gadu
Laika skala: miljoniem gadu
Zemes garozas sauszemes masu kustība var lēnām pārvietot laika apstākļu termostatu jaunā stāvoklī.
Pēdējos 50 miljonus gadu planēta dzesē, notiek tektonisko plākšņu sadursmes, kas ķīmiski reaģējošos iežus, piemēram, bazalta un vulkāniskos pelnus, iespiež siltajos mitrajos tropos, palielinot reakcijas ātrumu, kas piesaista oglekļa dioksīdu no debesīm. Turklāt pēdējo 20 miljonu gadu laikā, iestājoties Himalajiem, Andiem, Alpiem un citiem kalniem, erozijas ātrums ir vairāk nekā divkāršojies, un tas ir izraisījis laika apstākļu paātrināšanos. Vēl viens faktors, kas paātrināja atdzišanas tendenci, bija Dienvidamerikas un Tasmānijas atdalīšana no Antarktīdas pirms 35,7 miljoniem gadu. Ap Antarktīdu ir izveidojusies jauna okeāna straume, un tā ir pastiprinājusi ūdens un planktona, kas patērē oglekļa dioksīdu, apriti. Tā rezultātā Antarktīdas ledus loksnes ir ievērojami palielinājušās.
Agrāk, jura un krīta laikā, dinozauri klejoja Antarktīdā, jo bez šīm kalnu grēdām paaugstinātā vulkāna aktivitāte saglabāja oglekļa dioksīda līmeni apmēram 1000 daļās uz miljonu (vairāk nekā no 415 šodien). Vidējā temperatūra šajā brīvajā pasaulē bija par 5-9 grādiem pēc Celsija augstāka nekā tagad, un jūras līmenis bija par 75 metriem augstāks.
Asteroīdu ūdenskritumi (Chikshulub)
Mērogs: vispirms atdzesē par aptuveni 20 grādiem pēc Celsija, pēc tam sasilda par 5 grādiem pēc Celsija
Laika skala: gadsimtiem ilga atdzišana, 100 000 gadu sasilšana
Asteroīdu ietekmes uz Zemi datu bāzē ir 190 krāteri. Nevienam no viņiem nebija manāmas ietekmes uz Zemes klimatu, izņemot asteroīdu Chikshulub, kurš iznīcināja daļu Meksikas un nogalināja dinozaurus pirms 66 miljoniem gadu. Datorsimulācijas rāda, ka Čikshulubs atmosfēras augšējā daļā ir izmetis pietiekami daudz putekļu un sēra, lai aizēnotu saules gaismu un atdzesētu Zemi par vairāk nekā 20 grādiem pēc Celsija, kā arī paskābinātu okeānus. Planētai vajadzēja gadsimtiem ilgi atgriezties iepriekšējā temperatūrā, bet pēc tam tā sasilda vēl par 5 grādiem, pateicoties oglekļa dioksīda nokļūšanai atmosfērā no iznīcinātā Meksikas kaļķakmens.
Joprojām diskutabls ir tas, kā vulkāniskās aktivitātes Indijā ietekmēja klimata pārmaiņas un masveida izmiršanu.
Evolūcijas izmaiņas
Mērogs: atkarīgs no notikumiem, atdzišana par aptuveni 5 grādiem pēc Celsija vēlajā Ordoviča periodā (pirms 445 miljoniem gadu)
Laika skala: miljoniem gadu
Dažreiz jaunu dzīvības sugu evolūcija atiestatīs Zemes termostatu. Tādējādi fotosintētiskās zilaļģes, kas radās apmēram pirms 3 miljardiem gadu, uzsāka teritorijas veidošanās procesu, atbrīvojot skābekli. Viņiem izplatoties, skābekļa daudzums atmosfērā palielinājās pirms 2,4 miljardiem gadu, bet metāna un oglekļa dioksīda līmenis strauji kritās. 200 miljonu gadu laikā Zeme vairākas reizes ir pārvērtusies par "sniega bumbiņu". Pirms 717 miljoniem gadu okeāna dzīves evolūcija, kas bija lielāka par mikrobiem, izraisīja vēl vienu "sniega bumbiņu" sēriju - šajā gadījumā tāpēc, ka organismi sāka izdalīt detrītu okeāna dziļumā, paņemot oglekli no atmosfēras un slēpjot to dziļumā.
Kad agrākie sauszemes augi parādījās apmēram 230 miljonus gadu vēlāk Ordoviča periodā, viņi sāka veidot zemes biosfēru, aprakt oglekli kontinentos un iegūt barības vielas no zemes - viņi mazgājās okeānos un arī stimulēja dzīvi tur. Šķiet, ka šīs izmaiņas noveda pie ledus laikmeta, kas sākās apmēram pirms 445 miljoniem gadu. Vēlāk, devona periodā, koku evolūcija apvienojumā ar kalnu apbūvi vēl vairāk samazināja oglekļa dioksīda līmeni un temperatūru, un sākās paleozoiskā ledus laikmets.
Lielas muļķīgas provinces
Skala: sasilšana no 3 līdz 9 grādiem pēc Celsija
Laika skala: simtiem tūkstošu gadu
Lavas un pazemes magmas kontinentālie plūdi - tā dēvētās lielās muļķīgās provinces - ir izraisījuši vairāk nekā vienu masveida izdzēšanu. Šie šausminošie notikumi atklāja slepkavu arsenālu uz Zemes (ieskaitot skābo lietu, skābo miglu, saindēšanos ar dzīvsudrabu un ozona noārdīšanos), kā arī izraisīja planētas sasilšanu, atmosfērā izlaižot milzīgu daudzumu metāna un oglekļa dioksīda - ātrāk nekā viņi varēja. rīkoties ar termostatu.
Permas katastrofas laikā pirms 252 miljoniem gadu, kas iznīcināja 81% jūras sugu, pazemes magma aizdedzināja Sibīrijas ogles, paaugstināja oglekļa dioksīda saturu atmosfērā līdz 8000 daļām uz miljonu un sasildīja temperatūru par 5-9 grādiem pēc Celsija. Paleocena-eocēna termiskais maksimums, kas bija mazāks notikums pirms 56 miljoniem gadu, izveidoja metānu naftas laukos Ziemeļatlantijā un nosūtīja to debesīs, sasildot planētu 5 grādos pēc Celsija un paskābinot okeānu. Vēlāk Arktikas krastos izauga palmas un aligatori cepās. Līdzīgas fosilā oglekļa emisijas notika vēlā triasa un agrīnā jura laikos - un beidzās ar globālo sasilšanu, okeāna mirušajām zonām un okeāna paskābināšanos.
Ja kaut kas no tā jums izklausās pazīstams, tas notiek tāpēc, ka antropogēnām darbībām mūsdienās ir līdzīgas sekas.
Kā trihāzijas-juras laikmeta ekstinkcijas pētnieku grupa aprīlī žurnālā Nature Communications atzīmēja: "Mēs novērtējam, ka oglekļa dioksīda daudzums, ko atmosfērā izstaro katrs magmas impulss trijotnes beigās, ir salīdzināms ar prognozētajām antropogēnajām emisijām 21. gadsimtā."