10 inimtekkeliste kõikumiste juhtumit Maa kliimas

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Pikka aega on Maa kliima kõikunud kümnel erineval põhjusel, sealhulgas orbiidi kõikumised, tektoonilised nihked, evolutsioonilised muutused ja muud tegurid. Nad uputasid planeedi kas jääajal või troopilises kuumuses. Kuidas on need seotud tänapäeva inimtekkeliste kliimamuutustega?

Ajalooliselt on Maa suutnud olla lumepall ja kasvuhoone. Ja kui kliima muutus enne inimese ilmumist, siis kuidas me teame, et täna täheldatavas järsus soojenemises oleme süüdi?

Osaliselt seetõttu, et saame tõmmata selge põhjusliku seose inimtekkeliste süsinikdioksiidi heitkoguste ja 1,28 kraadi Celsiuse järgi globaalse temperatuuri tõusu (mis, muide, jätkub) vahel eelindustriaalsel ajastul. Süsinikdioksiidi molekulid neelavad infrapunakiirgust, mistõttu nende koguse suurenedes atmosfääris säilitavad nad rohkem soojust, mis aurustub planeedi pinnalt.

Samal ajal on paleoklimatoloogid saavutanud suuri edusamme kliimamuutusi viinud protsesside mõistmisel. Siin on kümme loodusliku kliimamuutuse juhtumit – võrreldes praeguse olukorraga.

Päikese tsüklid

Kaal:jahutamine 0, 1-0, 3 kraadi Celsiuse järgi

Ajastus:Päikese aktiivsuse perioodilised langused, mis kestavad 30–160 aastat, mida lahutab mitu sajandit

Iga 11 aasta järel muutub päikese magnetväli ja sellega kaasnevad 11-aastased heledamaks ja hämarduvad tsüklid. Kuid need kõikumised on väikesed ja mõjutavad Maa kliimat vähe.

Palju olulisemad on "suured päikesemiinimumid", kümneaastased päikeseaktiivsuse vähenemise perioodid, mida on viimase 11 000 aasta jooksul esinenud 25 korda. Hiljutine näide, Maunderi miinimum, leidis aset aastatel 1645–1715 ja põhjustas päikeseenergia langemise 0,04–0,08% praegusest keskmisest madalamale. Pikka aega uskusid teadlased, et Maunderi miinimum võib põhjustada "väikese jääaja", külmahoo, mis kestis 15.–19. Kuid pärast seda on selgunud, et see oli liiga lühike ja juhtus valel ajal. Külmahoo põhjustas tõenäoliselt vulkaaniline tegevus.

Viimase poole sajandi jooksul on Päike veidi hämardunud ja Maa soojeneb ning globaalset soojenemist on võimatu seostada taevakehaga.

Vulkaaniline väävel

Kaal:jahutamine 0, 6 - 2 kraadi Celsiuse järgi

Ajastus:vanuses 1 kuni 20 aastat

Aastal 539 või 540 e.m.a. e. El Salvadoris toimus Ilopango vulkaani nii võimas purse, et selle voog ulatus stratosfääri. Seejärel laastasid kogu maailma asulaid külmad suved, põud, nälg ja katk.

Ilopango mastaabis pursked paiskavad stratosfääri peegeldavaid väävelhappepiisku, mis varjavad päikesevalgust ja jahutavad kliimat. Selle tulemusena koguneb merejää, rohkem päikesevalgust peegeldub tagasi kosmosesse ning globaalne jahtumine intensiivistub ja pikeneb.

Ilopango purske järel langes maailma temperatuur 20 aasta jooksul 2 kraadi võrra. Juba meie ajastul jahutas Pinatubo mäe purse Filipiinidel 1991. aastal maailma kliimat 15 kuu jooksul 0,6 kraadi võrra.

Vulkaaniline väävel stratosfääris võib olla laastav, kuid Maa ajaloo mastaabis on selle mõju väike ja ka mööduv.

Lühiajalised kliimakõikumised

Kaal:kuni 0,15 kraadi Celsiuse järgi

Ajastus: 2 kuni 7 aastat

Lisaks hooajalistele ilmastikutingimustele on ka teisi lühiajalisi tsükleid, mis mõjutavad ka sademeid ja temperatuuri. Neist kõige olulisem, El Niño ehk lõunavõnkumine, on perioodiline muutus Vaikse ookeani troopilises ookeanis kahe kuni seitsme aasta jooksul, mis mõjutab sademeid Põhja-Ameerikas. Põhja-Atlandi võnkumisel ja India ookeani dipoolil on tugev piirkondlik mõju. Mõlemad suhtlevad El Niñoga.

Nende tsüklite omavaheline seos on pikka aega takistanud võimet tõestada, et inimtekkelised muutused on statistiliselt olulised, mitte lihtsalt loomuliku varieeruvuse hüpe. Kuid sellest ajast peale on inimtekkelised kliimamuutused astunud palju kaugemale looduslikust ilmamuutusest ja hooajalistest temperatuuridest. 2017. aasta USA riiklikus kliimahinnangus jõuti järeldusele, et "vaatlusandmetel pole veenvaid tõendeid, mis võiksid seletada täheldatud kliimamuutusi looduslike tsüklitega."

Orbitaalsed vibratsioonid

Kaal: ligikaudu 6 kraadi Celsiuse järgi viimase 100 000 aasta 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 teised planeedid muudavad oma suhtelist asukohta. Nende tsükliliste kõikumiste, nn Milankovitši tsüklite tõttu kõigub päikesevalguse hulk keskmistel laiuskraadidel 25% ja kliima muutub. Need tsüklid on toiminud läbi ajaloo, luues vaheldumisi settekihte, mida võib näha kivimites ja väljakaevamistel.

Pleistotseeni ajastul, mis lõppes umbes 11 700 aastat tagasi, saatsid Milankovitši tsüklid planeedi ühte jääaega. Kui Maa orbiidi nihe muutis põhjapoolsed suved keskmisest soojemaks, sulasid Põhja-Ameerikas, Euroopas ja Aasias massiivsed jääkilbid; kui orbiit uuesti nihkus ja suved jälle külmemaks muutusid, kasvasid need kilbid tagasi. Kuna soe ookean lahustab vähem süsihappegaasi, suurenes ja langes atmosfääri sisaldus koos orbiidi võnkumisega, võimendades nende mõju.

Tänapäeval läheneb Maa järjekordsele põhjapoolse päikesevalguse miinimumile, nii et ilma inimtekkeliste süsinikdioksiidi heitmeteta jõuaksime järgmise 1500 aasta jooksul uude jääaega.

Nõrk noor päike

Kaal: puudub kogu temperatuuri mõju

Ajastus: püsiv

Vaatamata lühiajalistele kõikumistele suureneb päikese heledus tervikuna 0,009% miljoni aasta kohta ning alates päikesesüsteemi sünnist 4,5 miljardit aastat tagasi on see suurenenud 48%.

Teadlased usuvad, et noore päikese nõrkusest peaks tulenema, et Maa jäi külmunuks kogu oma eksisteerimise esimese poole. Samal ajal on geoloogid paradoksaalsel kombel avastanud 3,4 miljardi aasta vanused kivimid, mis on tekkinud vees koos lainetega. Varajase Maa ootamatult soe kliima näib olevat tingitud teatud tegurite kombinatsioonist: väiksem maaerosioon, selgem taevas, lühemad päevad ja atmosfääri eriline koostis enne, kui Maa sai hapnikurikka atmosfääri.

Soodsad tingimused Maa eksistentsi teisel poolel, vaatamata päikese heleduse suurenemisele, ei too kaasa paradoksi: Maa ilmastikutermostaat neutraliseerib täiendava päikesevalguse mõju, stabiliseerides Maad.

Süsinikdioksiidi ja ilmastiku termostaat

Kaal: takistab muid muutusi

Ajastus: 100 000 aastat või kauem

Maa kliima peamiseks regulaatoriks on pikka aega olnud süsinikdioksiidi tase atmosfääris, kuna süsinikdioksiid on püsiv kasvuhoonegaas, mis blokeerib soojust, takistades selle tõusmist planeedi pinnalt.

Vulkaanid, moondekivimid ja süsiniku oksüdatsioon erodeeritud setetes paiskavad taevasse süsihappegaasi ning keemilised reaktsioonid silikaatkivimitega eemaldavad atmosfäärist süsinikdioksiidi, moodustades lubjakivi. Nende protsesside tasakaal toimib nagu termostaat, sest kliima soojenedes eemaldavad keemilised reaktsioonid tõhusamalt süsihappegaasi, aeglustades seega soojenemist. Kliima jahenemisel reaktsioonide efektiivsus, vastupidi, väheneb, hõlbustades jahtumist. Järelikult püsis Maa kliima pika aja jooksul suhteliselt stabiilne, pakkudes elamiskõlblikku keskkonda. Eelkõige on keskmine süsihappegaasi tase Päikese heleduse suurenemise tõttu pidevalt langenud.

Siiski kulub sadu miljoneid aastaid, enne kui ilmastikutermostaat reageerib süsinikdioksiidi tõusule atmosfääris. Maa ookeanid neelavad ja eemaldavad liigse süsiniku kiiremini, kuid isegi see protsess võtab aastatuhandeid – ja seda saab peatada, millega kaasneb ookeanide hapestumise oht. Igal aastal eraldab fossiilkütuste põletamine umbes 100 korda rohkem süsihappegaasi kui vulkaanid purskavad – ookeanid ja ilmastikuolud ebaõnnestuvad – seega kliima soojeneb ja ookeanid hapestuvad.

Tektoonilised nihked

Kaal: umbes 30 kraadi Celsiuse järgi viimase 500 miljoni aasta jooksul

Ajastus: miljoneid aastaid

Maakoore maamasside liikumine võib ilmastikutermostaadi aeglaselt uude asendisse nihutada.

Viimase 50 miljoni aasta jooksul on planeet jahtunud, tektooniliste plaatide kokkupõrked suruvad keemiliselt reaktiivseid kivimeid, nagu basalt ja vulkaaniline tuhk, sooja niiskesse troopikasse, suurendades reaktsioonide kiirust, mis tõmbavad taevast süsihappegaasi. Lisaks on viimase 20 miljoni aasta jooksul koos Himaalaja, Andide, Alpide ja teiste mägede tõusuga erosiooni kiirus enam kui kahekordistunud, mis on viinud ilmastikuolude kiirenemiseni. Teine jahtumistrendi kiirendanud tegur oli Lõuna-Ameerika ja Tasmaania eraldumine Antarktikast 35,7 miljonit aastat tagasi. Antarktika ümber on tekkinud uus ookeanivool, mis on intensiivistanud vee ja planktoni ringlust, mis tarbib süsihappegaasi. Selle tulemusena on Antarktika jääkilbid oluliselt kasvanud.

Varem, juura- ja kriidiajastul, rändasid Antarktikas dinosaurused, sest ilma nende mäeaheliketa hoidis suurenenud vulkaaniline aktiivsus süsinikdioksiidi tasemel umbes 1000 miljondikosa (tänapäeval on see 415). Keskmine temperatuur selles jäävabas maailmas oli praegusest 5-9 kraadi Celsiuse järgi kõrgem, merevee tase aga 75 meetrit kõrgem.

Asteroidi juga (Chikshulub)

Kaal: esmalt jahutamine umbes 20 kraadi võrra, seejärel soojenemine 5 kraadi võrra

Ajastus: sajandeid jahtunud, 100 000 aastat soojenemist

Asteroidide Maale kokkupõrgete andmebaas sisaldab 190 kraatrit. Ükski neist ei avaldanud Maa kliimale märgatavat mõju, kui välja arvata asteroid Chikshulub, mis hävitas osa Mehhikost ja tappis 66 miljonit aastat tagasi dinosaurused. Arvutisimulatsioonid näitavad, et Chikshulub on paisanud atmosfääri ülakihtidesse piisavalt tolmu ja väävlit, et varjutada päikesevalgust ja jahutada Maad rohkem kui 20 kraadi Celsiuse järgi ning hapestada ookeane. Planeedil kulus sajandeid, et naasta oma eelmisele temperatuurile, kuid seejärel soojenes see veel 5 kraadi võrra, kuna hävitatud Mehhiko lubjakivist sattus atmosfääri süsihappegaas.

Kuidas vulkaaniline tegevus Indias kliimamuutusi ja massilist väljasuremist mõjutas, on endiselt vastuoluline.

Evolutsioonilised muutused

Kaal: sündmusest sõltuv, jahtumine umbes 5 kraadi Celsiuse järgi hilisel Ordoviitsiumi perioodil (445 miljonit aastat tagasi)

Ajastus: miljoneid aastaid

Mõnikord lähtestab uute eluliikide areng Maa termostaadi. Näiteks umbes 3 miljardit aastat tagasi tekkinud fotosünteetilised tsüanobakterid käivitasid terraformeerumise protsessi, vabastades hapnikku. Nende levimisel suurenes hapnikusisaldus atmosfääris 2,4 miljardit aastat tagasi, samal ajal kui metaani ja süsinikdioksiidi tase langes järsult.200 miljoni aasta jooksul on Maa mitu korda "lumepalliks" muutunud. 717 miljonit aastat tagasi vallandas mikroobidest suurema ookeanielu areng järjekordse lumepallide seeria – antud juhul siis, kui organismid hakkasid ookeani sügavustesse eraldama prügi, võttes atmosfäärist süsinikku ja peites selle sügavustesse.

Kui varaseimad maismaataimed ilmusid umbes 230 miljonit aastat hiljem, Ordoviitsiumi perioodil, hakkasid nad moodustama maa biosfääri, mattes mandritele süsinikku ja ammutades maismaalt toitaineid – need uhtusid ookeanidesse ja stimuleerisid seal ka elu. Need muutused näivad olevat viinud jääajani, mis algas umbes 445 miljonit aastat tagasi. Hiljem, Devoni perioodil, alandas puude areng koos mägede ehitamisega veelgi süsihappegaasi taset ja temperatuuri ning algas paleosoikumiline jääaeg.

Suured tardprovintsid

Kaal: soojeneb 3 kuni 9 kraadi Celsiuse järgi

Ajastus: sadu tuhandeid aastaid

Mandri laava ja maa-aluse magma üleujutused – niinimetatud suured tardprovintsid – on põhjustanud rohkem kui ühe massilise väljasuremise. Need kohutavad sündmused vallandasid Maal mõrvarite arsenali (sealhulgas happevihmad, happeudu, elavhõbedamürgitus ja osoonikihi hõrenemine) ning viisid ka planeedi soojenemiseni, paiskades atmosfääri tohutul hulgal metaani ja süsinikdioksiidi – kiiremini kui nemad. saaks hakkama termostaadi ilmastikumõjudega.

252 miljonit aastat tagasi toimunud Permi katastroofi ajal, mis hävitas 81% mereliikidest, süütas maa-alune magma Siberi kivisöe, tõstis atmosfääri süsihappegaasisisalduse 8000 promillini ja soojendas temperatuuri 5-9 kraadi võrra. Paleotseeni-eotseeni termiline maksimum, väiksem sündmus 56 miljonit aastat tagasi, tekitas Atlandi ookeani põhjaosa naftaväljadelt metaani ja saatis selle taeva poole, soojendades planeeti 5 kraadi Celsiuse järgi ja hapestades ookeani. Seejärel kasvasid Arktika kallastel palmid ja alligaatorid peesitasid. Sarnased fossiilse süsiniku heitkogused leidsid aset triiase perioodi lõpus ja varajases juuras ning lõppesid globaalse soojenemise, ookeani surnud tsoonide ja ookeanide hapestumisega.

Kui mõni neist tundub teile tuttav, on põhjuseks see, et inimtegevusel on tänapäeval sarnased tagajärjed.

Nagu rühm triiase-juura väljasuremise uurijaid märkis aprillis ajakirjas Nature Communications: "Me hindame iga magmaimpulsi poolt atmosfääri paisatud süsinikdioksiidi kogust triiase ajastu lõpus võrreldav inimtekkeliste heitkoguste prognoosiga. 21. sajand."