10 antropogēno svārstību gadījumi Zemes klimatā

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

Ilgu laiku Zemes klimats ir svārstījies desmit dažādu iemeslu dēļ, tostarp orbītas svārstības, tektoniskās nobīdes, evolūcijas izmaiņas un citi faktori. Viņi iegremdēja planētu ledus laikmetā vai tropiskā karstumā. Kā tās ir saistītas ar mūsdienu antropogēnajām klimata pārmaiņām?

Vēsturiski Zeme ir spējusi būt kā sniega bumba un siltumnīca. Un, ja klimats mainījās pirms cilvēka parādīšanās, tad kā mēs zinām, ka tieši mēs esam vainojami krasajā sasilšanā, ko novērojam šodien?

Daļēji tāpēc, ka mēs varam izdarīt skaidru cēloņsakarību starp antropogēnajām oglekļa dioksīda emisijām un globālās temperatūras pieaugumu 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 guvuši lielus panākumus, izprotot procesus, kas pagātnē izraisīja klimata pārmaiņas. Šeit ir desmit dabisko klimata pārmaiņu gadījumi – salīdzinot ar pašreizējo situāciju.

Saules cikli

Mērogs:dzesēšana par 0, 1-0, 3 grādiem pēc Celsija

Laiks:periodiski saules aktivitātes kritumi, kas ilgst no 30 līdz 160 gadiem, ko atdala vairāki gadsimti

Ik pēc 11 gadiem saules magnētiskais lauks mainās, un līdz ar to nāk 11 gadu gaišuma un aptumšošanas cikli. Taču šīs svārstības ir nelielas un Zemes klimatu ietekmē tikai nenozīmīgi.

Daudz svarīgāki ir "lielie saules minimumi", desmit gadu periodi ar samazinātu saules aktivitāti, kas pēdējo 11 000 gadu laikā notikuši 25 reizes. Nesenais piemērs, Maundera minimums, radās laikā no 1645. līdz 1715. gadam un izraisīja saules enerģijas samazināšanos par 0,04–0,08% zem pašreizējā vidējā līmeņa. Zinātnieki ilgu laiku uzskatīja, ka Maundera minimums var izraisīt "mazo ledus laikmetu", aukstumu, kas ilga no 15. līdz 19. gadsimtam. Taču kopš tā laika ir atklājies, ka tas bija pārāk īss un noticis nepareizā laikā. Aukstumu, visticamāk, izraisīja vulkāna darbība.

Pēdējo pusgadsimtu Saule ir nedaudz aptumšojusies, Zeme sasilst, un globālo sasilšanu nav iespējams saistīt ar debess ķermeni.

Vulkāniskais sērs

Mērogs:dzesēšana par 0, 6 - 2 grādiem pēc Celsija

Laiks:no 1 līdz 20 gadiem

539. vai 540. gadā p.m.ē. e. Salvadorā notika tik spēcīgs vulkāna Ilopango izvirdums, ka tā strūklas sasniedza stratosfēru. Pēc tam aukstās vasaras, sausums, bads un mēris izpostīja apdzīvotās vietas visā pasaulē.

Ilopango mēroga izvirdumi stratosfērā izmet atstarojošus sērskābes pilienus, kas aizsprosto saules gaismu un atdzesē klimatu. Rezultātā uzkrājas jūras ledus, vairāk saules gaismas atstarojas atpakaļ kosmosā, un globālā atdzišana tiek pastiprināta un ilgstoša.

Pēc Ilopango izvirduma globālā temperatūra 20 gadu laikā pazeminājās par 2 grādiem. Jau mūsu laikmetā Pinatubo kalna izvirdums Filipīnās 1991. gadā uz 15 mēnešiem atdzesēja pasaules klimatu par 0,6 grādiem.

Vulkāniskais sērs stratosfērā var būt postošs, taču Zemes vēstures mērogā tā ietekme ir niecīga un arī pārejoša.

Īslaicīgas klimata svārstības

Mērogs:līdz 0,15 grādiem pēc Celsija

Laiks: no 2 līdz 7 gadiem

Papildus sezonālajiem laika apstākļiem ir arī citi īslaicīgi cikli, kas ietekmē arī nokrišņu daudzumu un temperatūru. Nozīmīgākā no tām, El Niño jeb Dienvidu svārstības, ir periodiskas cirkulācijas 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 jau sen ir kavējusi spēju pierādīt, ka antropogēnās izmaiņas ir statistiski nozīmīgas, nevis tikai kārtējais dabiskās mainīguma lēciens. Bet kopš tā laika antropogēnās klimata pārmaiņas ir pārsniegušas dabisko laika apstākļu mainīgumu un sezonālo temperatūru. 2017. gada ASV nacionālajā klimata novērtējumā secināts, ka "no novērojumu datiem nav pārliecinošu pierādījumu, kas varētu izskaidrot novērotās klimata pārmaiņas ar dabiskajiem cikliem".

Orbitālās vibrācijas

Mērogs: aptuveni 6 grādi pēc Celsija pēdējo 100 000 gadu ciklā; mainās atkarībā no ģeoloģiskā laika

Laiks: regulāri, pārklājas cikli 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 un 2 400 000 gadu

Zemes orbīta svārstās, kad Saule, Mēness un citas planētas maina relatīvās pozīcijas. Šo ciklisko svārstību, tā saukto Milankoviča ciklu, dēļ saules gaismas daudzums vidējos platuma grādos svārstās par 25%, kā arī mainās klimats. Šie cikli ir darbojušies visā vēsturē, radot mainīgus nogulumu slāņus, kurus var redzēt klintīs un izrakumos.

Pleistocēna laikmetā, kas beidzās pirms aptuveni 11 700 gadiem, Milankoviča cikli nosūtīja planētu vienā no tās ledus laikmetiem. Kad Zemes orbītas maiņa padarīja ziemeļu vasaras siltākas par vidējo, masīvās ledus segas Ziemeļamerikā, Eiropā un Āzijā izkusa; kad orbīta atkal mainījās un vasaras atkal kļuva aukstākas, šie vairogi atkal pieauga. Tā kā siltais okeāns izšķīdina mazāk oglekļa dioksīda, atmosfēras saturs palielinājās un samazinājās vienlaikus ar orbītas svārstībām, pastiprinot to ietekmi.

Šodien Zeme tuvojas kārtējam ziemeļu saules gaismas minimumam, tāpēc bez antropogēnajām oglekļa dioksīda emisijām mēs tuvāko 1500 gadu laikā ieietu jaunā ledus laikmetā.

Vāja jauna saule

Mērogs: nav kopējās temperatūras ietekmes

Laiks: pastāvīgs

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 vajadzētu izrietēt, ka Zeme palika sasalusi visu savas pastāvēšanas pirmo pusi. Tajā pašā laikā, paradoksālā kārtā, ģeologi ir atklājuši 3,4 miljardus gadu vecus iežus, kas veidojušies ūdenī ar viļņiem. Šķiet, ka agrīnās Zemes negaidīti siltais klimats ir saistīts ar zināmu faktoru kombināciju: mazāka zemes erozija, skaidrākas debesis, īsākas dienas un īpašs atmosfēras sastāvs, pirms Zeme ieguva ar skābekli bagātu atmosfēru.

Labvēlīgi apstākļi Zemes pastāvēšanas otrajā pusē, neskatoties uz saules spožuma palielināšanos, nerada paradoksu: Zemes laika apstākļu termostats neitralizē papildu saules gaismas ietekmi, stabilizējot Zemi.

Oglekļa dioksīda un laikapstākļu termostats

Mērogs: neitralizē citas izmaiņas

Laiks: 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 tam pacelties no planētas virsmas.

Vulkāni, metamorfie ieži un oglekļa oksidēšanās erodētos nogulumos izdala oglekļa dioksīdu debesīs, un ķīmiskās reakcijas ar silikāta akmeņiem izvada oglekļa dioksīdu no atmosfēras, veidojot kaļķakmeni. Līdzsvars starp šiem procesiem darbojas kā termostats, jo, klimatam sasilstot, ķīmiskās reakcijas efektīvāk izvada oglekļa dioksīdu, tādējādi palēninot sasilšanu. Kad klimats atdziest, reakciju efektivitāte, gluži pretēji, samazinās, veicinot dzesēšanu. Līdz ar to ilgākā laika periodā Zemes klimats saglabājās samērā stabils, nodrošinot apdzīvojamu vidi. Jo īpaši vidējais oglekļa dioksīda līmenis ir nepārtraukti samazinājies pieaugošā Saules spilgtuma dēļ.

Tomēr ir nepieciešami simtiem miljonu gadu, lai laikapstākļu termostats reaģētu uz oglekļa dioksīda pieplūdumu atmosfērā. Zemes okeāni ātrāk absorbē un izvada lieko oglekli, taču pat šis process ilgst tūkstošiem gadu, un to var apturēt, radot okeāna paskābināšanās risku. Katru gadu fosilā kurināmā dedzināšana izdala aptuveni 100 reižu vairāk oglekļa dioksīda nekā izplūst vulkāni – okeāni un laikapstākļi sabojājas – tāpēc klimats uzsilst un okeāni paskābina.

Tektoniskās nobīdes

Mērogs: aptuveni 30 grādi pēc Celsija pēdējo 500 miljonu gadu laikā

Laiks: miljoniem gadu

Zemes garozas sauszemes masu kustība var lēnām pārvietot laikapstākļu termostatu jaunā pozīcijā.

Pēdējos 50 miljonus gadu planēta ir atdzisusi, tektonisko plākšņu sadursmes, kas ķīmiski reaģējošus iežus, piemēram, bazalts un vulkāniskos pelnus, iespiež siltajos mitrajos tropos, palielinot reakciju ātrumu, kas piesaista oglekļa dioksīdu no debesīm. Turklāt pēdējo 20 miljonu gadu laikā, pieaugot Himalajiem, Andiem, Alpiem un citiem kalniem, erozijas ātrums ir vairāk nekā divkāršojies, izraisot laika apstākļu paātrināšanos. Vēl viens faktors, kas paātrināja dzesēšanas tendenci, bija Dienvidamerikas un Tasmānijas atdalīšana no Antarktīdas pirms 35,7 miljoniem gadu. Ap Antarktīdu izveidojusies jauna okeāna straume, kas pastiprinājusi ūdens un planktona cirkulāciju, kas patērē oglekļa dioksīdu. Rezultātā Antarktīdas ledus segas ir ievērojami pieaugušas.

Agrāk, juras un krīta periodos, dinozauri klejoja Antarktīdā, jo bez šīm kalnu grēdām vulkāniskās aktivitātes palielināšanās noturēja oglekļa dioksīda līmeni aptuveni 1000 daļās uz miljonu (šodien tas ir 415). Vidējā temperatūra šajā bezledus pasaulē bija par 5-9 grādiem pēc Celsija augstāka nekā tagad, bet jūras līmenis bija par 75 metriem augstāks.

Asteroīdu ūdenskritums (Chikshulub)

Mērogs: vispirms atdziest par aptuveni 20 grādiem pēc Celsija, tad sasilšana par 5 grādiem pēc Celsija

Laiks: gadsimtiem ilga atdzišana, 100 000 gadu sasilšana

Asteroīdu triecienu datu bāzē uz Zemi ir 190 krāteri. Nevienam no tiem nebija manāmas ietekmes uz Zemes klimatu, izņemot asteroīdu Chikshulub, kas iznīcināja daļu Meksikas un nogalināja dinozaurus pirms 66 miljoniem gadu. Datorsimulācijas liecina, ka Čikšulubs ir izmetis pietiekami daudz putekļu un sēra atmosfēras augšējos slāņos, lai aptumšotu saules gaismu un atdzesētu Zemi par vairāk nekā 20 grādiem pēc Celsija un paskābinātu okeānus. Bija vajadzīgi gadsimti, lai planēta atgrieztos pie iepriekšējās temperatūras, bet pēc tam tā sasilusi vēl par 5 grādiem, jo atmosfērā no iznīcinātā Meksikas kaļķakmens nonāca oglekļa dioksīds.

Tas, kā vulkāniskā darbība Indijā ietekmēja klimata pārmaiņas un masveida izzušanu, joprojām ir pretrunīga.

Evolūcijas izmaiņas

Mērogs: Atkarīgs no notikuma, atdzišana par aptuveni 5 grādiem pēc Celsija vēlā Ordovika periodā (pirms 445 miljoniem gadu)

Laiks: miljoniem gadu

Dažreiz jaunu dzīvības sugu attīstība atiestatīs Zemes termostatu. Piemēram, fotosintētiskās zilaļģes, kas radās pirms aptuveni 3 miljardiem gadu, uzsāka teraformācijas procesu, atbrīvojot skābekli. Tiem izplatoties, skābekļa saturs atmosfērā pirms 2,4 miljardiem gadu palielinājās, bet metāna un oglekļa dioksīda līmenis strauji samazinājās.200 miljonu gadu laikā Zeme vairākas reizes ir pārvērtusies par "sniega bumbu". Pirms 717 miljoniem gadu okeāna dzīvības evolūcija, kas ir lielāka par mikrobiem, izraisīja vēl vienu sniega bumbiņu sēriju - šajā gadījumā organismi sāka izdalīt detrītu okeāna dzīlēs, paņemot oglekli no atmosfēras un paslēpjot to dziļumā.

Kad aptuveni 230 miljonus gadu vēlāk ordovika periodā parādījās agrākie sauszemes augi, tie sāka veidot zemes biosfēru, apglabājot kontinentos oglekli un no zemes izraujot barības vielas – tie ieskalojās okeānos un arī rosināja tur dzīvību. Šķiet, ka šīs izmaiņas ir novedušas pie ledus laikmeta, kas sākās apmēram pirms 445 miljoniem gadu. Vēlāk, devona periodā, koku evolūcija kopā ar kalnu apbūvi vēl vairāk samazināja oglekļa dioksīda līmeni un temperatūru, un sākās paleozoiskais ledus laikmets.

Lielas magmainās provinces

Mērogs: iesils no 3 līdz 9 grādiem pēc Celsija

Laiks: simtiem tūkstošu gadu

Kontinentālie lavas un pazemes magmas plūdi - tā sauktās lielās magmainās provinces - ir izraisījuši vairāk nekā vienu masveida izzušanu. Šie šausmīgie notikumi uz Zemes palaida vaļā slepkavu arsenālu (tostarp skābo lietus, skābo miglu, saindēšanos ar dzīvsudrabu un ozona slāņa samazināšanos), kā arī izraisīja planētas sasilšanu, atmosfērā izlaižot milzīgu metāna un oglekļa dioksīda daudzumu – ātrāk nekā tie varētu tikt galā ar termostata laikapstākļiem.

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. Paleocēna-eocēna termiskais maksimums, mazāks notikums pirms 56 miljoniem gadu, radīja metānu no naftas laukiem Atlantijas okeāna ziemeļdaļā un nosūtīja to debesīs, sasildot planētu par 5 grādiem pēc Celsija un paskābinot okeānu. Pēc tam Arktikas krastos auga palmas, un aligatori gozējās. Līdzīgas fosilā oglekļa emisijas notika triasa beigās un agrīnajā juras laikmetā, un tās beidzās ar globālo sasilšanu, okeāna mirušajām zonām un okeāna paskābināšanos.

Ja kaut kas no tā jums šķiet pazīstams, tas ir tāpēc, ka antropogēnajām darbībām mūsdienās ir līdzīgas sekas.

Kā aprīlī žurnālā Nature Communications atzīmēja triasa un juras laikmeta izzušanas pētnieku grupa: "Mēs novērtējam oglekļa dioksīda daudzumu, ko atmosfērā emitē katrs magmas impulss triasa perioda beigās, ir salīdzināms ar antropogēno emisiju prognozi šim periodam. 21. gadsimts."