10 tapausta ihmisen aiheuttamista vaihteluista maapallon ilmastossa

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Maapallon ilmasto on pitkään vaihdellut kymmenestä eri syystä, mukaan lukien kiertoradan heilahtelut, tektoniset siirtymät, evoluutiomuutokset ja muut tekijät. He syöksyivät planeetan joko jääkaudella tai trooppisessa kuumuudessa. Miten ne liittyvät nykyajan ihmisen aiheuttamaan ilmastonmuutokseen?

Historiallisesti maapallo on onnistunut olemaan lumipallo ja kasvihuone. Ja jos ilmasto muuttui ennen ihmisen ilmestymistä, niin mistä tiedämme, että juuri me olemme syyllisiä tänään havaitsemaanmme jyrkäseen lämpenemiseen?

Osittain siksi, että voimme vetää selkeän syy-yhteyden ihmisen aiheuttamien hiilidioksidipäästöjen ja 1,28 celsiusasteen maapallon lämpötilan nousun (joka muuten jatkuu) välille esiteollisen aikakauden aikana. Hiilidioksidimolekyylit absorboivat infrapunasäteilyä, joten niiden määrän ilmakehässä kasvaessa ne säilyttävät enemmän lämpöä, joka haihtuu planeetan pinnalta.

Samaan aikaan paleoklimatologit ovat edistyneet suuresti ilmastonmuutokseen johtaneiden prosessien ymmärtämisessä. Tässä kymmenen tapausta luonnollisesta ilmastonmuutoksesta - nykytilanteeseen verrattuna.

Auringon syklit

Mittakaava:jäähdytys 0, 1-0, 3 celsiusastetta

Ajoitus:Auringon aktiivisuuden säännölliset laskut, jotka kestävät 30–160 vuotta, joita erottaa useita vuosisatoja

Auringon magneettikenttä muuttuu 11 vuoden välein, ja sen mukana tulee 11 vuoden kirkastumis- ja himmennysjakso. Mutta nämä vaihtelut ovat pieniä ja vaikuttavat maapallon ilmastoon vain merkityksettömästi.

Paljon tärkeämpiä ovat "suuret aurinkominimit", kymmenen vuoden jaksot, joissa auringon aktiivisuus on vähentynyt ja joita on esiintynyt 25 kertaa viimeisten 11 000 vuoden aikana. Tuore esimerkki, Maunderin minimi, tapahtui vuosina 1645–1715 ja sai aurinkoenergian putoamaan 0,04–0,08 prosenttia nykyisen keskiarvon alapuolelle. Tiedemiehet uskoivat pitkään, että Maunderin minimi voisi aiheuttaa "pienen jääkauden", 1400- ja 1800-luvulla kestäneen kylmän hetken. Mutta sittemmin on käynyt ilmi, että se oli liian lyhyt ja tapahtui väärään aikaan. Pakkanen johtui todennäköisesti vulkaanisesta toiminnasta.

Viimeisen puolen vuosisadan ajan Aurinko on himmentynyt hieman ja maapallo lämpenee, eikä ilmaston lämpenemistä voida yhdistää taivaankappaleeseen.

Vulkaaninen rikki

Mittakaava:jäähtyy 0,6 - 2 astetta

Ajoitus:1-20 vuoden iästä

Vuonna 539 tai 540 jKr. e. El Salvadorissa tapahtui niin voimakas Ilopango-tulivuoren purkaus, että sen tulva ylsi stratosfääriin. Myöhemmin kylmät kesät, kuivuus, nälänhätä ja rutto tuhosivat siirtokuntia ympäri maailmaa.

Ilopangon mittakaavan purkaukset heittävät stratosfääriin heijastavia rikkihappopisaroita, jotka suojaavat auringonvaloa ja viilentävät ilmastoa. Tämän seurauksena merijäätä kertyy, enemmän auringonvaloa heijastuu takaisin avaruuteen ja globaali jäähtyminen voimistuu ja pitkittyy.

Ilopangon purkauksen jälkeen maapallon lämpötila putosi 2 astetta 20 vuodessa. Jo meidän aikakautemme Pinatubo-vuoren purkaus Filippiineillä vuonna 1991 jäähdytti maapallon ilmastoa 0,6 astetta 15 kuukaudeksi.

Stratosfäärin vulkaaninen rikki voi olla tuhoisaa, mutta maapallon historian mittakaavassa sen vaikutus on pieni ja myös ohimenevä.

Lyhytaikaiset ilmastonvaihtelut

Mittakaava:jopa 0,15 astetta

Ajoitus: 2-7 vuotta

Vuodenaikojen sääolosuhteiden lisäksi on muitakin lyhytaikaisia jaksoja, jotka vaikuttavat myös sateeseen ja lämpötilaan. Merkittävin niistä, El Niño eli eteläinen oscillaatio, on trooppisella Tyynellämerellä 2–7 vuoden aikana tapahtuva kiertokulku, joka vaikuttaa sademäärään Pohjois-Amerikassa. Pohjois-Atlantin oskillaatiolla ja Intian valtameren dipolilla on vahva alueellinen vaikutus. Molemmat ovat vuorovaikutuksessa El Niñon kanssa.

Näiden syklien keskinäinen suhde on pitkään estänyt kykyä todistaa, että antropogeeninen muutos on tilastollisesti merkitsevä, eikä vain uusi harppaus luonnollisessa vaihtelussa. Mutta siitä lähtien ihmisen aiheuttama ilmastonmuutos on edennyt paljon luonnollisen säävaihtelun ja vuodenaikojen lämpötilojen ulkopuolelle. Yhdysvaltain vuoden 2017 kansallisessa ilmastoarvioinnissa todettiin, että "havaintotiedoista ei ole ratkaisevaa näyttöä, joka selittäisi havaitun ilmastonmuutoksen luonnollisilla kiertokuluilla".

Orbitaaliset värähtelyt

Mittakaava: noin 6 celsiusastetta viimeisen 100 000 vuoden aikana; vaihtelee geologisen ajan mukaan

Ajoitus: säännölliset, päällekkäiset syklit 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 ja 2 400 000 vuotta

Maan kiertorata vaihtelee, kun aurinko, kuu ja muut planeetat muuttavat suhteellista sijaintiaan. Näistä suhdannevaihteluista, ns. Milankovitch-syklistä johtuen auringonvalon määrä vaihtelee keskileveysasteilla 25 % ja ilmastonmuutos. Nämä syklit ovat toimineet läpi historian luoden vuorottelevia sedimenttikerroksia, jotka voidaan nähdä kivissä ja kaivauksissa.

Pleistoseenin aikana, joka päättyi noin 11 700 vuotta sitten, Milankovitchin syklit lähettivät planeetan johonkin sen jääkaudesta. Kun Maan kiertoradan muutos teki pohjoisista kesistä keskimääräistä lämpimämpiä, massiiviset jääpeitteet Pohjois-Amerikassa, Euroopassa ja Aasiassa sulivat; kun kiertorata vaihtui ja kesät taas kylmenivät, nämä kilvet kasvoivat takaisin. Kun lämmin valtameri liuottaa vähemmän hiilidioksidia, ilmakehän pitoisuus kasvoi ja laski yhdessä kiertoradan värähtelyjen kanssa, mikä voimistaa niiden vaikutusta.

Nykyään maapallo lähestyy toista pohjoisen auringonvalon minimiä, joten ilman ihmisen aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä astuisimme uuteen jääkauteen seuraavan noin 1 500 vuoden aikana.

Heikko nuori aurinko

Mittakaava: ei kokonaislämpötilavaikutusta

Ajoitus: pysyvä

Lyhytaikaisista heilahteluista huolimatta auringon kirkkaus kokonaisuutena kasvaa 0,009 % miljoonassa vuodessa, ja aurinkokunnan syntymästä 4,5 miljardia vuotta sitten se on kasvanut 48 %.

Tiedemiehet uskovat, että nuoren auringon heikkoudesta pitäisi seurata, että maapallo pysyi jäässä koko olemassaolonsa ensimmäisen puoliskon ajan. Samaan aikaan, paradoksaalisesti, geologit ovat löytäneet 3,4 miljardia vuotta vanhoja kiviä, jotka ovat muodostuneet vedessä aalloilla. Varhaisen Maan yllättävän lämmin ilmasto näyttää johtuvan joistakin tekijöiden yhdistelmästä: vähemmän maaeroosiota, selkeämmät taivas, lyhyemmät päivät ja ilmakehän erityinen koostumus ennen kuin Maa sai happirikkaan ilmakehän.

Maan olemassaolon jälkipuoliskolla vallitsevat suotuisat olosuhteet auringon kirkkauden lisääntymisestä huolimatta eivät johda paradoksiin: Maan säätermostaatti vastustaa ylimääräisen auringonvalon vaikutuksia vakauttaen maapalloa.

Hiilidioksidi- ja säätermostaatti

Mittakaava: vastustaa muita muutoksia

Ajoitus: 100 000 vuotta tai kauemmin

Maan ilmaston pääsäätelijä on pitkään ollut ilmakehän hiilidioksidin taso, koska hiilidioksidi on pysyvä kasvihuonekaasu, joka estää lämpöä nousemasta planeetan pinnalta.

Tulivuoret, metamorfiset kivet ja hiilen hapettuminen erodoituneissa sedimenteissä vapauttavat kaikki hiilidioksidia taivaalle, ja kemialliset reaktiot silikaattikivien kanssa poistavat hiilidioksidia ilmakehästä muodostaen kalkkikiveä. Näiden prosessien välinen tasapaino toimii kuin termostaatti, sillä ilmaston lämmetessä kemialliset reaktiot poistavat tehokkaammin hiilidioksidia, mikä hidastaa lämpenemistä. Ilmaston jäähtyessä reaktioiden tehokkuus päinvastoin heikkenee, mikä helpottaa jäähtymistä. Näin ollen maapallon ilmasto pysyi pitkän ajan suhteellisen vakaana ja tarjosi asumiskelpoisen ympäristön. Erityisesti keskimääräiset hiilidioksiditasot ovat laskeneet tasaisesti auringon kirkkauden lisääntymisen seurauksena.

Kestää kuitenkin satoja miljoonia vuosia, ennen kuin säätermostaatti reagoi ilmakehän hiilidioksidin nousuun. Maan valtameret imevät ja poistavat ylimääräistä hiiltä nopeammin, mutta tämäkin prosessi kestää vuosituhansia - ja se voidaan pysäyttää, jolloin valtamerten happamoitumisen riski on olemassa. Joka vuosi fossiilisten polttoaineiden polttaminen vapauttaa noin 100 kertaa enemmän hiilidioksidia kuin tulivuoret purkautuvat - valtameret ja sää pettävät - joten ilmasto lämpenee ja valtameret happamoivat.

Tektoniset siirtymät

Mittakaava: noin 30 celsiusastetta viimeisen 500 miljoonan vuoden aikana

Ajoitus: miljoonia vuosia

Maankuoren maamassojen liike voi siirtää säätermostaatin hitaasti uuteen asentoon.

Viimeiset 50 miljoonaa vuotta planeetta on jäähtynyt, tektonisten levyjen törmäykset työntäneet kemiallisesti reaktiivisia kiviä, kuten basalttia ja vulkaanista tuhkaa lämpimiin kosteisiin tropiikoihin, mikä lisää hiilidioksidia taivaalta houkuttelevia reaktioita. Lisäksi viimeisen 20 miljoonan vuoden aikana, Himalajan, Andien, Alppien ja muiden vuorten nousun myötä, eroosion nopeus on yli kaksinkertaistunut, mikä on johtanut sään kiihtymiseen. Toinen jäähtymistrendiä nopeuttanut tekijä oli Etelä-Amerikan ja Tasmanian irtautuminen Etelämantereesta 35,7 miljoonaa vuotta sitten. Etelämantereen ympärille on muodostunut uusi valtamerivirta, joka on tehostanut veden ja hiilidioksidia kuluttavan planktonin kiertoa. Tämän seurauksena Etelämantereen jääpeitteet ovat kasvaneet merkittävästi.

Aiemmin jura- ja liitukauden aikana dinosaurukset vaelsivat Etelämantereella, koska ilman näitä vuoristoja lisääntynyt vulkaaninen aktiivisuus piti hiilidioksidin tasolla noin 1000 miljoonasosaa (nykyään 415). Keskilämpötila tässä jäättömässä maailmassa oli 5-9 celsiusastetta nykyistä korkeampi ja merenpinta 75 metriä korkeampi.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Mittakaava: ensin jäähtyy noin 20 celsiusastetta, sitten lämpenee 5 celsiusastetta

Ajoitus: vuosisatoja jäähtymistä, 100 000 vuotta lämpenemistä

Tietokanta asteroidien törmäyksistä Maahan sisältää 190 kraatteria. Millään niistä ei ollut havaittavaa vaikutusta maapallon ilmastoon, lukuun ottamatta Chikshulub-asteroidia, joka tuhosi osan Meksikosta ja tappoi dinosaurukset 66 miljoonaa vuotta sitten. Tietokonesimulaatiot osoittavat, että Chikshulub on heittänyt tarpeeksi pölyä ja rikkiä ylempään ilmakehään pimentämään auringonvaloa ja jäähdyttämään maapalloa yli 20 celsiusasteella ja happamoittamaan valtameriä. Kesti vuosisatoja palata aiempaan lämpötilaansa, mutta sitten se lämpeni vielä 5 astetta tuhoutuneen Meksikon kalkkikiven hiilidioksidin pääsyn vuoksi ilmakehään.

Miten tulivuoren toiminta Intiassa vaikutti ilmastonmuutokseen ja massasukupuuttoon, on edelleen kiistanalaista.

Evoluutiomuutokset

Mittakaava: tapahtumariippuvainen, jäähtyminen noin 5 celsiusastetta myöhään Ordovikiassa (445 miljoonaa vuotta sitten)

Ajoitus: miljoonia vuosia

Joskus uusien lajien kehittyminen nollaa Maan termostaatin. Esimerkiksi fotosynteettiset syanobakteerit, jotka syntyivät noin 3 miljardia vuotta sitten, käynnistivät terraformaatioprosessin, joka vapauttaa happea. Niiden levitessä ilmakehän happipitoisuus kasvoi 2,4 miljardia vuotta sitten, kun taas metaanin ja hiilidioksidin määrät laskivat jyrkästi.200 miljoonan vuoden aikana maapallo on muuttunut "lumipalloksi" useita kertoja. 717 miljoonaa vuotta sitten mikrobeja suuremman valtameren elämän evoluutio laukaisi jälleen uuden sarjan lumipalloja – tässä tapauksessa eliöt alkoivat vapauttaa likaa valtameren syvyyksiin, ottamalla hiiltä ilmakehästä ja piilottaen sen syvyyksissä.

Kun varhaisimmat maakasvit ilmestyivät noin 230 miljoonaa vuotta myöhemmin ordovikian kaudella, ne alkoivat muodostaa maapallon biosfääriä hautaamalla hiiltä mantereille ja eristäen ravinteita maasta - ne huuhtoutuivat valtameriin ja kiihdyttivät myös elämää siellä. Nämä muutokset näyttävät johtaneen jääkauteen, joka alkoi noin 445 miljoonaa vuotta sitten. Myöhemmin, devonikaudella, puiden evoluutio yhdistettynä vuoristorakentamiseen alensi edelleen hiilidioksiditasoja ja lämpötiloja, ja paleotsoinen jääkausi alkoi.

Suuret vulkaaniset maakunnat

Mittakaava: lämpenee 3-9 celsiusastetta

Ajoitus: satoja tuhansia vuosia

Mannerten laava- ja maanalaiset magmatulvat - niin sanotut suuret vulkaaniset maakunnat - ovat johtaneet useampaan kuin yhteen massasukupuuttoon. Nämä hirvittävät tapahtumat päästivät valloilleen tappajien arsenaalin Maan päällä (mukaan lukien happosateet, hapan sumu, elohopeamyrkytykset ja otsonikato) ja johtivat myös planeetan lämpenemiseen, jolloin ilmakehään vapautui valtavia määriä metaania ja hiilidioksidia - nopeammin kuin ne. kestäisi termostaatin sään.

Permin katastrofissa 252 miljoonaa vuotta sitten, joka tuhosi 81 % meren lajeista, maanalainen magma sytytti tuleen Siperian hiilen, nosti ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden 8 000 miljoonasosaan ja lämmitti lämpötilaa 5-9 celsiusastetta. Paleoseeni-eoseeni Thermal Maximum, pienempi tapahtuma 56 miljoonaa vuotta sitten, loi metaania öljykentiltä Pohjois-Atlantilla ja lähetti sen taivaaseen lämmittäen planeettaa 5 celsiusastetta ja happamoittaen valtameren. Myöhemmin arktisilla rannoilla kasvoi palmuja ja alligaattorit paistattelivat. Samanlaisia fossiilisen hiilen päästöjä esiintyi myöhäisellä triaskaudella ja varhaisella jurakaudella - ja ne päättyivät ilmaston lämpenemiseen, valtamerten kuolleisiin vyöhykkeisiin ja valtamerten happamoimiseen.

Jos jokin näistä kuulostaa tutulta, se johtuu siitä, että ihmisen toimilla on nykyään samanlaisia seurauksia.

Kuten ryhmä trias-jura-aikaisia sukupuuttoon liittyviä tutkijoita totesi huhtikuussa Nature Communications -lehdessä: "Arvioimme kunkin magmapulssin ilmakehään vapautuvan hiilidioksidin määrän triaskauden lopussa, mikä on verrattavissa ihmisen aiheuttamien päästöjen ennusteeseen. 21. vuosisadalla."