Pikka aega on Maa kliima kõikunud kümnel erineval põhjusel, sealhulgas orbitaalvõlvid, tektoonilised nihked, evolutsioonimuutused ja muud tegurid. Nad sukeldusid planeedi kas jääajasse või troopilisse kuuma. Kuidas on need seotud tänapäevase inimtekkeliste kliimamuutustega?
Kogu oma ajaloo vältel on Maa suutnud olla lumepall ja kasvuhoone. Ja kui kliima muutus enne inimese ilmumist, siis kuidas me teame, et täna jälgitavas järsus soojenemises on süüdi meie?
Osaliselt seetõttu, et suudame leida selge põhjusliku seose inimtekkeliste süsinikdioksiidi heitkoguste ja globaalse temperatuuri 1,28-kraadise temperatuuri tõusu (mis muide jätkub) eel-industriaalajastu vältel. Süsinikdioksiidi molekulid neelavad infrapunakiirgust, nii et kui nende hulk atmosfääris suureneb, säilitavad nad rohkem soojust, mis aurustub planeedi pinnalt.
Samal ajal on paleoklimatoloogid teinud suuri samme minevikus kliimamuutustele viinud protsesside mõistmisel. Siin on kümme loodusliku kliimamuutuse juhtumit - võrreldes praeguse olukorraga.
Päikesetsüklid
Skaala: jahutamine 0,1–0,3 kraadi Celsiuse järgi
Ajaskaala: päikese aktiivsuse perioodiline langus ulatub 30–160 aastani, eraldatuna mitme sajandiga
Reklaamvideo:
Iga 11 aasta tagant muutub päikese magnetväli ja koos sellega suurenevad heleduse ja tuhmuse 11-aastased tsüklid. Kuid need kõikumised on väikesed ja mõjutavad Maa kliimat vaid ebaoluliselt.
Palju olulisemad on "suured päikese miinimumid", kümneaastased päikeseaktiivsuse perioodid, mis on viimase 11 000 aasta jooksul 25 korda aset leidnud. Värskeim näide - Maunderi miinimum - leidis aset vahemikus 1645–1715 ja põhjustas päikeseenergia languse 0,04% –0,08% alla praeguse keskmise. Pikka aega uskusid teadlased, et Maunderi miinimum võis põhjustada "väikese jääaja", külma süna, mis kestis 15. kuni 19. sajandini. Kuid sellest ajast on selgunud, et see oli liiga lühike ja juhtus valel ajal. Jahutuse põhjustas tõenäoliselt vulkaaniline aktiivsus.
Viimane pool sajandit on Päike veidi tuhmunud ja Maa soojeneb ning globaalset soojenemist pole võimalik seostada taevakehaga.
Vulkaaniline väävel
Skaala: 0,6 - 2 kraadi Celsiuse järgi
Ajakava: 1 kuni 20 aastat
Aastal 539 või 540 A. D. e. El Salvadoris toimus Ilopango vulkaani nii võimas purse, et selle känn jõudis stratosfääri. Seejärel laastasid külmad suved, põud, näljahädad ja katk asulaid kogu maailmas.
Ilopango ulatusega pursked viskavad stratosfääri peegeldavad väävelhappetilgad, mis varjutavad päikesevalgust ja jahutavad kliimat. Selle tagajärjel koguneb merejää, rohkem päikesevalgust peegeldub kosmosesse ja globaalne jahtumine süveneb veelgi.
Pärast Ilopango purset langes globaalne temperatuur 20 aasta jooksul 2 kraadi. Juba meie ajastul jahutas Pinatubo mäe puhang Filipiinidel 1991. aastal globaalset kliimat 15 kuu jooksul 0,6 kraadi.
Vulkaaniline väävel stratosfääris võib olla laastav, kuid Maa ajaloo mastaabis on selle mõju väike ja ka mööduv.
Lühiajalised kliimamuutused
Skaala: kuni 0,15 kraadi
Ajakava: 2 kuni 7 aastat
Lisaks hooajalistele ilmastikuoludele on ka muid lühiajalisi tsüklit, mis mõjutavad ka sademeid ja temperatuuri. Neist kõige olulisem, nimelt El Niño ehk Lõunaosktsioon, on troopilises Vaikse ookeani ringluses perioodiline muutus kahe kuni seitsme aasta jooksul, mis mõjutab Põhja-Ameerika sademeid. Põhja-Atlandi võnkumisel ja India ookeani dipoolil on tugev piirkondlik mõju. Mõlemad suhtlevad El Niñoga.
Nende tsüklite omavaheline seos takistas pikka aega tõestamist, et inimtekkelised muutused on statistiliselt olulised, mitte ainult järjekordne hüpe loodusliku varieeruvuse osas. Kuid sellest ajast peale on inimtekkelised kliimamuutused jõudnud kaugemale looduslike ilmastiku muutuste ja hooajaliste temperatuuride piiridest. USA 2017. aasta riiklikus kliimamuutuste hinnangus järeldati, et "vaatluste põhjal pole veenvaid tõendeid, mis selgitaksid täheldatud kliimamuutusi looduslike tsüklitega".
Orbitaalvibratsioon
Skaala: umbes 6 kraadi Celsiuse järgi viimase 100 000-aastase tsükli jooksul; varieerub sõltuvalt geoloogilisest ajast
Ajastus: Regulaarsed kattuvad tsüklid 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 ja 2 400 000 aastat
Maa orbiit kõigub, kui Päike, Kuu ja muud planeedid muudavad oma suhtelisi positsioone. Nendest tsüklilistest kõikumistest, nn Milankovitchi tsüklitest, kõigub päikesevalguse hulk laiuskraadide keskosas 25% ja kliima muutub. Need tsüklid on läbi ajaloo toiminud, luues vahelduvaid settekihte, mida võib näha kivimites ja kaevamistel.
Pleistotseeni ajastul, mis lõppes umbes 11 700 aastat tagasi, saatsid Milankovitchi tsüklid planeedi ühte jääaega. Kui Maa orbiidi nihe muutis põhja suved keskmisest soojemaks, sulasid Põhja-Ameerikas, Euroopas ja Aasias massilised jäälehed; kui orbiit jälle nihkus ja suved muutusid jälle külmemaks, kasvasid need kilbid tagasi. Kuna soe ookean lahustab vähem süsinikdioksiidi, suurenes atmosfääri sisaldus ja langes koos orbitaalsete võngetega, võimendades nende mõju.
Täna läheneb Maa veel ühele põhjapoolse päikesevalguse miinimumile, nii et ilma inimtekkeliste süsinikdioksiidi heitkogusteta saaksime järgmise 1500 aasta jooksul uue jääaja.
Nõrk noor päike
Skaala: kumulatiivne temperatuuriefekt puudub
Ajaskaala: püsiv
Lühiajalistest kõikumistest hoolimata suureneb päikese heledus tervikuna 0,009% miljoni aasta kohta ja alates päikesesüsteemi sünnist 4,5 miljardit aastat tagasi on see suurenenud 48%.
Teadlaste arvates tuleks noore päikese nõrkusest järeldada, et Maa oli külmunud kogu oma olemasolu esimese poole. Samal ajal on geoloogid paradoksaalselt avastanud lainetega vees moodustunud 3,4 miljardit aastat vanu kive. Varase Maa ootamatult soe kliima näib olevat tingitud mingist tegurite kombinatsioonist: väiksem maa erosioon, selgem taevas, lühemad päevad ja atmosfääri eriline koostis enne seda, kui Maa sai hapnikurikka atmosfääri.
Maakera eksistentsi teises pooles olevad soodsad tingimused, vaatamata päikese heleduse suurenemisele, paradoksi ei põhjusta: Maa ilmastikutermostaat neutraliseerib täiendava päikesevalguse mõju, stabiliseerides Maad.
Süsinikdioksiid ja ilmastiku termostaat
Skaala: neutraliseerib muid muudatusi
Ajaskaala: 100 000 aastat või kauem
Maa kliima peamiseks reguleerijaks on pikka aega olnud süsihappegaasi tase atmosfääris, kuna süsinikdioksiid on püsiv kasvuhoonegaas, mis blokeerib kuumust, takistades selle tõusmist planeedi pinnalt.
Vulkaanid, moondekivimid ja süsiniku oksüdeerumine erodeeritud setetes eraldavad kõik taevasse süsinikdioksiidi ning keemiliste reaktsioonide abil silikaatkivimitega eemaldatakse atmosfäärist süsinikdioksiid, moodustades lubjakivi. Nende protsesside vaheline tasakaal toimib nagu termostaat, sest kui kliima soojeneb, on keemilised reaktsioonid tõhusamad süsinikdioksiidi eemaldamiseks, takistades seega soojenemist. Kliima jahtumisel väheneb reaktsioonide efektiivsus, vastupidiselt, hõlbustades jahutamist. Järelikult püsis Maa kliima pika aja jooksul suhteliselt stabiilsena, pakkudes elamiskõlblikku keskkonda. Eelkõige on süsinikdioksiidi keskmised tasemed pidevalt langenud Päikese suureneva heleduse tõttu.
Kuid ilmastikutermostaadi reageerimine atmosfääri süsinikdioksiidi lisandumisele võtab sadu miljoneid aastaid. Maa ookeanid absorbeerivad ja eemaldavad liigse süsiniku kiiremini, kuid isegi see protsess võtab aastatuhandeid - ja selle saab peatada ookeani hapestumise riskiga. Igal aastal eraldub fossiilsete kütuste põletamisel umbes 100 korda rohkem süsinikdioksiidi kui vulkaanid purskavad - ookeanid ja ilmastikuolud ebaõnnestuvad -, nii et kliima soojeneb ja ookeanid oksüdeeruvad.
Tektoonilised nihked
Skaala: umbes 500 kraadi Celsiuse järgi viimase 500 miljoni aasta jooksul
Ajaskaala: miljonid aastad
Maapõue maapealsete masside liikumine võib ilmastiku termostaadi aeglaselt viia uude asendisse.
Viimase 50 miljoni aasta jooksul on planeet jahtunud, tektooniliste plaatide kokkupõrked on surunud keemiliselt reageerivad kivimid nagu basalt ja vulkaaniline tuhk sooja niiskesse troopikasse, suurendades taevast süsinikdioksiidi meelitavate reaktsioonide kiirust. Lisaks on viimase 20 miljoni aasta jooksul, Himaalaja, Andide, Alpide ja teiste mägede tulekuga, erosiooni määr enam kui kahekordistunud, mis on viinud ilmastiku kiirenemiseni. Teine jahutustrendi kiirendanud tegur oli Lõuna-Ameerika ja Tasmaania eraldamine Antarktikast 35,7 miljonit aastat tagasi. Antarktika ümber on moodustunud uus ookeanivool ning see on hoogustanud vee ja planktoni ringlust, mis tarbib süsihappegaasi. Selle tulemusel on Antarktika jäälehed märkimisväärselt kasvanud.
Varem, juura- ja kriidiajal, rändasid dinosaurused Antarktikas, sest ilma nende mäeaheliketa püsis suurenenud vulkaaniline aktiivsus süsinikdioksiidi tasemel umbes 1000 osa miljoni kohta (tänapäeval on see arv 415). Keskmine temperatuur selles jäävabas maailmas oli 5-9 kraadi Celsiuse järgi kõrgem kui praegu, ja merepind oli 75 meetrit kõrgem.
Asteroidi juga (Chikshulub)
Skaala: esmalt jahutatakse umbes 20 kraadi, seejärel soojendatakse 5 kraadi
Ajaskaala: sajandeid kestnud jahutamine, 100 000 aastat soojenemist
Maakera asteroidide mõjude andmebaas sisaldab 190 kraatrit. Ühelgi neist ei olnud Maa kliimale märgatavat mõju, välja arvatud asteroid Chikshulub, mis hävitas osa Mehhikost ja tappis dinosaurused 66 miljonit aastat tagasi. Arvutisimulatsioonid näitavad, et Chikshulub on heitnud ülemisse atmosfääri piisavalt tolmu ja väävlit, et varjata päikesevalgust ja jahutada Maad enam kui 20 kraadi Celsiuse järgi, samuti hapestada ookeane. Planeedil kulus oma varasema temperatuurini naasmist sajandeid, kuid siis soojenes see veel 5 kraadi, kuna Mehhiko paekivist tuli süsinikdioksiidi atmosfääri.
Kuidas Indias vulkaaniline tegevus kliimamuutusi ja massilist väljasuremist mõjutas, on endiselt vaieldav.
Evolutsioonilised muutused
Skaala: sündmustest sõltuv, jahutamine umbes 5 kraadi Celsiuse järgi hilisel Ordoviitsiumi perioodil (445 miljonit aastat tagasi)
Ajaskaala: miljonid aastad
Mõnikord lähtestab uute eluliikide evolutsioon Maa termostaadi. Niisiis, fotosünteetilised sinivetikad, mis tekkisid umbes 3 miljardit aastat tagasi, käivitasid terraformimise protsessi, vabastades hapniku. Nende levimisel suurenes hapniku sisaldus atmosfääris 2,4 miljardit aastat tagasi, samal ajal kui metaani ja süsinikdioksiidi tase langes järsult. 200 miljoni aasta jooksul on Maa mitu korda muutunud lumepalliks. 717 miljonit aastat tagasi vallandas mikroobidest suurem ookeanielu evolutsioon veel ühe seeria "lumepalle" - sel juhul seetõttu, et organismid hakkasid vabastama detritust ookeani sügavustesse, võttes atmosfäärist süsinikku ja varjates seda sügavusel.
Kui varasemad maismaataimed ilmusid Ordoviitsiumi perioodil umbes 230 miljonit aastat hiljem, hakkasid nad moodustama maa biosfääri, mattes mandritel süsinikku ja eraldades maalt toitaineid - nad pesid ookeanidesse ja ergutasid seal ka elu. Näib, et need muudatused viisid jääajani, mis algas umbes 445 miljonit aastat tagasi. Hiljem, devoni perioodil, vähendas puude areng koos mägede ehitusega süsinikdioksiidi taset ja temperatuure veelgi ning algas paleosoikumide jääaeg.
Suured tuld provintsid
Skaala: soojeneb 3–9 kraadi
Ajaskaala: sadu tuhandeid aastaid
Mandrilava laava ja maa-aluse magma üleujutused - nn suured tardprovintsid - on põhjustanud rohkem kui ühe massilise väljasuremise. Need kohutavad sündmused vallandasid Maa peal tapjate arsenali (sealhulgas happevihmad, happeline udu, elavhõbeda mürgistus ja osooni kahanemine) ning viisid ka planeedi soojenemiseni, vabastades atmosfääri tohutul hulgal metaani ja süsinikdioksiidi - kiiremini kui nad suutsid. käitlema termostaadi ilmastikuolusid.
252 miljonit aastat tagasi Permi katastroofi ajal, mis hävitas 81% mereliikidest, süütas maa-alune magma Siberi kivisüsi, tõstis atmosfääri süsinikdioksiidi sisalduse 8000 osani miljoni kohta ja soojendas temperatuuri 5-9 kraadi Celsiuse järgi. Paleocene-Eocene Thermal Maximum, väiksem sündmus 56 miljonit aastat tagasi, lõi Atlandi ookeani põhjaosas naftaväljades metaani ja saatis taeva poole, soojendades planeeti 5 kraadi Celsiuse järgi ja hapestades ookeani. Hiljem kasvasid Arktika kallastel palmipuud ja alligaatorid peesitasid. Sarnased fossiilse süsiniku emissioonid ilmnesid Triassi lõpuajal ja varajases Juura perioodil - ning lõppesid globaalse soojenemise, surnud tsoonide ja ookeani hapestumisega.
Kui see kõik teile kõlab tuttavalt, on selle põhjuseks see, et tänapäeval on inimtekkelisel tegevusel sarnased tagajärjed.
Nagu Triassi-Jurassilise väljasuremise teadlaste rühm märkis aprillis ajakirjas Nature Communications: "Meie hinnangul on Triassicu lõpus iga magmaimpulsi atmosfääri paisatud süsinikdioksiidi kogus võrreldav 21. sajandi inimtekkeliste heitmete prognoosiga."
