10 случая на антропогенни колебания в климата на Земята

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

От дълго време климатът на Земята се колебае поради десет различни причини, включително колебания на орбитата, тектонски измествания, еволюционни промени и други фактори. Те потопиха планетата или в ледникови периоди, или в тропическа жега. Как се свързват те със съвременното антропогенно изменение на климата?

В исторически план Земята е успяла да бъде снежна топка и оранжерия. И ако климатът се е променил преди появата на човека, тогава как да разберем, че ние сме виновни за рязкото затопляне, което наблюдаваме днес?

Отчасти защото можем да очертаем ясна причинно-следствена връзка между антропогенните емисии на въглероден диоксид и повишаването на глобалната температура с 1,28 градуса по Целзий (което, между другото, продължава) през прединдустриалната ера. Молекулите на въглеродния диоксид абсорбират инфрачервеното лъчение, така че с увеличаване на количеството им в атмосферата те задържат повече топлина, която се изпарява от повърхността на планетата.

В същото време палеоклиматолозите са постигнали голям напредък в разбирането на процесите, довели до изменението на климата в миналото. Ето десет случая на естествено изменение на климата – в сравнение със сегашната ситуация.

Слънчеви цикли

мащаб: охлаждане с 0, 1-0, 3 градуса по Целзий

Време: периодични спадове на слънчевата активност с продължителност от 30 до 160 години, разделени от няколко века

На всеки 11 години слънчевото магнитно поле се променя и с него идват 11-годишни цикли на изсветляване и затъмняване. Но тези колебания са малки и влияят незначително на климата на Земята.

Много по-важни са "големите слънчеви минимуми", десетгодишни периоди на намалена слънчева активност, които са се случили 25 пъти през последните 11 000 години. Един скорошен пример, минимумът на Маундер, се случи между 1645 и 1715 г. и доведе до спад на слънчевата енергия с 0,04% -0,08% под текущата средна стойност. Дълго време учените вярваха, че минимумът на Маундер може да причини „Малката ледникова епоха“, застудяване, продължило от 15-ти до 19-ти век. Но оттогава се оказа, че е било твърде кратко и се е случило в неподходящия момент. Застудяването най-вероятно е причинено от вулканична дейност.

През последния половин век Слънцето леко затъмнява и Земята се затопля и е невъзможно да се свърже глобалното затопляне с небесно тяло.

Вулканична сяра

мащаб: охлаждане с 0, 6 - 2 градуса по Целзий

Време: от 1 до 20 години

През 539 или 540 г. сл. Хр. д. имаше толкова мощно изригване на вулкана Илопанго в Салвадор, че струята му достигна стратосферата. Впоследствие студени лета, суша, глад и чума опустошават селища по света.

Изригвания от мащаба на Илопанго хвърлят отразяващи капчици сярна киселина в стратосферата, които екранират слънчевата светлина и охлаждат климата. В резултат на това се натрупва морски лед, повече слънчева светлина се отразява обратно в космоса и глобалното охлаждане се засилва и удължава.

След изригването на Илопанго глобалната температура спадна с 2 градуса за 20 години. Още в нашата ера изригването на връх Пинатубо във Филипините през 1991 г. охлади глобалния климат с 0,6 градуса за период от 15 месеца.

Вулканичната сяра в стратосферата може да бъде опустошителна, но в мащаба на историята на Земята нейният ефект е малък и също преходен.

Краткосрочни климатични колебания

мащаб: до 0,15 градуса по Целзий

Време: от 2 до 7 години

В допълнение към сезонните метеорологични условия, има и други краткосрочни цикли, които също влияят на валежите и температурата. Най-значимият от тях, Ел Ниньо или Южното трептене, е периодична промяна в циркулацията в тропическия Тих океан за период от две до седем години, която се отразява на валежите в Северна Америка. Северноатлантическото трептене и диполът на Индийския океан имат силно регионално въздействие. И двамата взаимодействат с Ел Ниньо.

Взаимовръзката на тези цикли дълго време възпрепятства възможността да се докаже, че антропогенната промяна е статистически значима, а не просто още един скок в естествената променливост. Но оттогава антропогенното изменение на климата е надхвърлило естествената променливост на времето и сезонните температури. Националната оценка на климата на САЩ от 2017 г. заключава, че „няма убедителни доказателства от данните от наблюдения, които биха могли да обяснят наблюдаваното изменение на климата чрез естествени цикли“.

Орбитални вибрации

мащаб: приблизително 6 градуса по Целзий през последния цикъл от 100 000 години; варира в зависимост от геоложкото време

Време: редовни, припокриващи се цикли от 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 и 2 400 000 години

Орбитата на Земята се колебае, когато Слънцето, Луната и други планети променят относителните си позиции. Поради тези циклични колебания, така наречените цикли на Миланкович, количеството слънчева светлина се колебае в средните географски ширини с 25% и климатът се променя. Тези цикли са действали през цялата история, създавайки редуващи се слоеве от седимент, които могат да се видят в скали и разкопки.

По време на плейстоценската епоха, която приключи преди около 11 700 години, циклите на Миланкович изпратиха планетата в една от нейните ледникови епохи. Когато изместването на орбитата на Земята направи северното лято по-топло от средното, масивните ледени покривки в Северна Америка, Европа и Азия се стопиха; когато орбитата отново се измести и лятото отново стана по-студено, тези щитове израснаха отново. Тъй като топлият океан разтваря по-малко въглероден диоксид, атмосферното съдържание се увеличава и намалява в унисон с орбиталните трептения, засилвайки техния ефект.

Днес Земята се приближава до друг минимум на северната слънчева светлина, така че без антропогенни емисии на въглероден диоксид, ние бихме навлезли в нова ледникова епоха през следващите около 1500 години.

Слабо младо слънце

мащаб: няма тотален температурен ефект

Време: постоянен

Въпреки краткосрочните колебания, яркостта на слънцето като цяло се увеличава с 0,009% на милион години, а от раждането на Слънчевата система преди 4,5 милиарда години се е увеличила с 48%.

Учените смятат, че от слабостта на младото слънце следва, че Земята е останала замръзнала през цялата първа половина от своето съществуване. В същото време, парадоксално, геолозите са открили скали на възраст 3,4 милиарда години, образувани във вода с вълни. Неочаквано топлият климат на ранната Земя изглежда се дължи на някаква комбинация от фактори: по-малко ерозия на земята, по-ясно небе, по-кратки дни и специален състав на атмосферата, преди Земята да получи богата на кислород атмосфера.

Благоприятните условия през втората половина на съществуването на Земята, въпреки увеличаването на яркостта на слънцето, не водят до парадокс: термостатът за изветряне на Земята противодейства на ефектите на допълнителната слънчева светлина, стабилизирайки Земята.

Термостат за въглероден диоксид и атмосферни влияния

мащаб: противодейства на други промени

Време: 100 000 години или повече

Основният регулатор на климата на Земята отдавна е нивото на въглероден диоксид в атмосферата, тъй като въглеродният диоксид е устойчив парников газ, който блокира топлината, предотвратявайки издигането й от повърхността на планетата.

Вулканите, метаморфните скали и въглеродното окисляване в ерозирани седименти отделят въглероден диоксид в небето, а химичните реакции със силикатни скали премахват въглеродния диоксид от атмосферата, образувайки варовик. Балансът между тези процеси работи като термостат, тъй като когато климатът се затопли, химическите реакции са по-ефективни за отстраняване на въглеродния диоксид, като по този начин забавят затоплянето. Когато климатът се охлади, ефективността на реакциите, напротив, намалява, улеснявайки охлаждането. Следователно, за дълъг период от време климатът на Земята остава относително стабилен, осигурявайки среда, годна за обитаване. По-специално, средните нива на въглероден диоксид постоянно намаляват в резултат на нарастващата яркост на Слънцето.

Въпреки това са необходими стотици милиони години, за да може термостатът за атмосферни влияния да реагира на вълната на въглероден диоксид в атмосферата. Океаните на Земята абсорбират и отстраняват излишния въглерод по-бързо, но дори този процес отнема хилядолетия - и може да бъде спрян с риск от вкисляване на океана. Всяка година изгарянето на изкопаеми горива отделя около 100 пъти повече въглероден диоксид, отколкото изригването на вулкани - океаните и атмосферните влияния се провалят - така че климатът се нагрява и океаните се вкисляват.

Тектонски измествания

мащаб: приблизително 30 градуса по Целзий през последните 500 милиона години

Време: милиони години

Движението на земните маси на земната кора може бавно да премести термостата за изветряне в нова позиция.

През последните 50 милиона години планетата се охлаждаше, сблъсъците на тектонските плочи изтласкваха химически реактивни скали като базалт и вулканична пепел в топлите влажни тропици, увеличавайки скоростта на реакциите, които привличат въглероден диоксид от небето. Освен това, през последните 20 милиона години, с издигането на Хималаите, Андите, Алпите и други планини, скоростта на ерозия се е удвоила повече от два пъти, което води до ускоряване на изветрянето. Друг фактор, който ускори тенденцията за охлаждане, е отделянето на Южна Америка и Тасмания от Антарктида преди 35,7 милиона години. Около Антарктида се образува ново океанско течение, което засили циркулацията на вода и планктон, които консумират въглероден диоксид. В резултат на това ледените покривки на Антарктида са нараснали значително.

По-рано, през юрския и кредния период, динозаврите са обикаляли Антарктида, тъй като без тези планински вериги повишената вулканична активност поддържаше въглеродния диоксид на нива от около 1000 части на милион (в сравнение с 415 днес). Средната температура в този свободен от лед свят беше с 5-9 градуса по Целзий по-висока от сега, а морското равнище беше със 75 метра по-високо.

Астероидният водопад (Чикшулуб)

мащаб: първо охлаждане с около 20 градуса по Целзий, след което затопляне с 5 градуса по Целзий

Време: векове охлаждане, 100 000 години затопляне

Базата данни за астероидни удари върху Земята съдържа 190 кратера. Нито един от тях не е имал забележим ефект върху климата на Земята, с изключение на астероида Чикшулуб, който унищожи част от Мексико и уби динозаврите преди 66 милиона години. Компютърните симулации показват, че Чикшулуб е хвърлил достатъчно прах и сяра в горните слоеве на атмосферата, за да затъмни слънчевата светлина и да охлади Земята с повече от 20 градуса по Целзий и да подкисели океаните. На планетата бяха необходими векове, за да се върне към предишната си температура, но след това се затопли с още 5 градуса поради навлизането на въглероден диоксид от разрушения мексикански варовик в атмосферата.

Как вулканичната активност в Индия е повлияла на изменението на климата и масовото изчезване остава спорен.

Еволюционни промени

мащаб: зависи от събитието, охлаждане с около 5 градуса по Целзий в късния ордовикски период (преди 445 милиона години)

Време: милиони години

Понякога еволюцията на нови видове живот ще нулира земния термостат. Например, фотосинтетичните цианобактерии, възникнали преди около 3 милиарда години, стартираха процеса на тераформиране, освобождавайки кислород. Тъй като те се разпространяват, съдържанието на кислород в атмосферата се увеличава преди 2,4 милиарда години, докато нивата на метан и въглероден диоксид рязко намаляват. В продължение на 200 милиона години Земята се е превърнала в „снежна топка“няколко пъти. Преди 717 милиона години еволюцията на живота в океана, по-голям от микробите, предизвика още една серия снежни топки - в този случай, когато организмите започнаха да отделят детрит в океанските дълбини, вземайки въглерод от атмосферата и го скривайки в дълбочини.

Когато най-ранните сухоземни растения се появяват около 230 милиона години по-късно в периода на Ордовик, те започват да формират земната биосфера, заравяйки въглерод на континентите и извличайки хранителни вещества от сушата - те се измиват в океаните и също така стимулират живота там. Тези промени изглежда са довели до ледниковата епоха, която започва преди около 445 милиона години. По-късно, през девонския период, еволюцията на дърветата, съчетана с изграждането на планини, допълнително намалява нивата и температурите на въглероден диоксид и започва палеозойската ледникова епоха.

Големи магматични провинции

мащаб: затопляне от 3 до 9 градуса по Целзий

Време: стотици хиляди години

Континенталните наводнения от лава и подземна магма - така наречените големи магматични провинции - са довели до повече от едно масово изчезване. Тези ужасни събития отприщиха арсенал от убийци на Земята (включително киселинен дъжд, киселинна мъгла, отравяне с живак и разрушаване на озоновия слой), а също така доведоха до затопляне на планетата, отделяйки огромни количества метан и въглероден диоксид в атмосферата - по-бързо от тях може да се справи с атмосферните влияния на термостата.

По време на катастрофата в Перм преди 252 милиона години, която унищожи 81% от морските видове, подземната магма запали сибирските въглища, повиши съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата до 8000 части на милион и затопли температурата с 5-9 градуса по Целзий. Палеоцен-еоценският топлинен максимум, по-малко събитие преди 56 милиона години, създаде метан от петролни находища в Северния Атлантик и го изпрати нагоре, затопляйки планетата с 5 градуса по Целзий и подкиселявайки океана. Впоследствие по бреговете на Арктика израснаха палми и алигаторите се грееха. Подобни емисии на изкопаем въглерод се случиха в късния триас и началото на юра - и завършиха с глобално затопляне, мъртви зони на океана и подкиселяване на океана.

Ако нещо от това ви звучи познато, то е защото антропогенните дейности днес имат подобни последици.

Както група изследователи на триасско-юрско изчезване отбелязаха през април в списание Nature Communications: „Ние оценяваме количеството въглероден диоксид, излъчено в атмосферата от всеки импулс на магма в края на триаса, е сравнимо с прогнозата за антропогенни емисии за 21-ви век."