Maapallon ilmasto on vaihdellut pitkään kymmenestä eri syystä, mukaan lukien kiertoradan huojunta, tektoniset muutokset, evoluutio muutokset ja muut tekijät. He romahtivat planeetan joko jääkaudella tai trooppisessa kuumuudessa. Kuinka ne liittyvät nykyaikaiseen antropogeeniseen ilmastomuutokseen?
Maa on koko historiansa aikana onnistunut olemaan lumipallo ja kasvihuone. Ja jos ilmasto muuttui ennen ihmisen ilmestymistä, niin miten me tiedämme, että juuri me olemme syyllisiä tänään havaittuun voimakkaaseen lämpenemiseen?
Osittain siksi, että voimme tehdä selvän syy-yhteyden ihmisen hiilidioksidipäästöjen ja maailmanlaajuisen lämpötilan 1,28 asteen Celsius-asteen nousun (joka muuten jatkuu) välillä esiteolliseen aikaan. Hiilidioksidimolekyylit absorboivat infrapunasäteilyä, joten kun niiden määrä ilmakehässä kasvaa, ne pidättävät enemmän lämpöä, joka haihtuu planeetan pinnalta.
Samaan aikaan paleoklimatologit ovat edistyneet huomattavasti ilmastomuutokseen johtaneiden prosessien ymmärtämisessä. Tässä on kymmenen tapausta luonnollisesta ilmastomuutoksesta - verrattuna nykytilanteeseen.
Aurinkosyklit
Asteikko: jäähdytys 0,1 - 0,3 astetta
Aikajana: auringon aktiivisuuden määrälliset laskut välillä 30-160 vuotta, joita erottaa useat vuosisadat
Mainosvideo:
Jokaisen 11 vuoden välein auringon magneettikenttä muuttuu, ja sen mukana tulee 11-vuotiset vaalennus- ja himmennysjaksot. Mutta nämä vaihtelut ovat pieniä ja vaikuttavat maapallon ilmastoon vain merkityksettömästi.
Paljon tärkeämpiä ovat "suuret aurinkominimit", kymmenen vuoden ajanjaksot, jolloin aurinkoaktiivisuus on vähentynyt ja joita on tapahtunut 25 kertaa viimeisen 11 000 vuoden aikana. Äskettäinen esimerkki, Maunder-minimi, tapahtui vuosina 1645 - 1715 ja aiheutti aurinkoenergian pudotuksen 0,04% -0,08% nykyisen keskiarvon alapuolelle. Pitkäksi ajaksi tutkijat uskoivat, että Maunder-minimi olisi saattanut aiheuttaa "pienen jääkauden", kylmän napsahduksen, joka kesti 15-15. Vuosisadalta. Mutta sen jälkeen on käynyt ilmi, että se oli liian lyhyt ja tapahtui väärään aikaan. Jäähdytyksen aiheutti todennäköisesti tulivuoren toiminta.
Viimeisen puolen vuosisadan aikana aurinko on hiukan himmentynyt ja maapallo lämpenee, ja maapallon lämpenemistä on mahdotonta yhdistää taivaankappaleeseen.
Vulkaaninen rikki
Asteikko: 0,6 - 2 astetta jäähdyttäen
Aika: 1 - 20 vuotta
Vuonna 539 tai 540 A. D. e. El Salvadorissa oli niin voimakas tulivuori Ilopango, että sen tulva saavutti stratosfäärin. Myöhemmin kylmät kesät, kuivuus, nälänhätä ja rutto tuhosivat siirtokuntia ympäri maailmaa.
Ilopango-mittaiset purkaukset heittävät stratosfääriin heijastavia rikkihappopisaroita, jotka suojaavat auringonvaloa ja jäähdyttävät ilmastoa. Seurauksena on merijäämän kerääntyminen, enemmän auringonvaloa heijastuu takaisin avaruuteen ja maailmanlaajuinen jäähdytys pahenee ja pidempi.
Ilopangon purkauksen jälkeen maapallon lämpötila laski 2 astetta 20 vuoden aikana. Pinatubon vuorenpurkaus Filippiineillä vuonna 1991 jäähdytti jo aikakautemme maailmanlaajuista ilmastoa 0,6 astetta 15 kuukaudeksi.
Vulkaaninen rikki stratosfäärissä voi olla tuhoisa, mutta maapallon historian mittakaavassa sen vaikutus on pieni ja myös ohimenevä.
Lyhytaikaiset ilmastovaihtelut
Asteikko: korkeintaan 0,15 celsiusastetta
Aika: 2–7 vuotta
Kausiluonteisten sääolosuhteiden lisäksi on myös muita lyhytaikaisia jaksoja, jotka vaikuttavat myös sateisiin ja lämpötilaan. Näistä merkittävin, El Niño tai eteläinen värähtely, on trooppisen Tyynenmeren liikkeessä tapahtuva säännöllinen muutos kahden tai seitsemän vuoden aikana, joka vaikuttaa Pohjois-Amerikan sateisiin. Pohjois-Atlantin värähtelyllä ja Intian valtameren dipolilla on voimakas alueellinen vaikutus. Molemmat ovat vuorovaikutuksessa El Niñon kanssa.
Näiden syklien välinen suhde pitkään estänyt todisteen siitä, että ihmisen toiminnan muutos on tilastollisesti merkitsevä, eikä pelkästään uutta hyppyä luonnollisessa vaihtelussa. Siitä lähtien ihmisen ilmastonmuutos on kuitenkin siirtynyt huomattavasti luonnollisten säävaihtelujen ja vuodenaikojen lämpötilojen ulkopuolelle. Yhdysvaltain vuoden 2017 kansallisessa ilmaston arvioinnissa todettiin, että "havainnointitiedoista ei ole olemassa vakuuttavia todisteita, jotka voisivat selittää havaitun ilmastomuutoksen luonnollisilla syklillä".
Kiertoradan värähtelyt
Asteikko: noin 6 celsiusastetta viimeisen 100 000 vuoden jakson aikana; vaihtelee geologisen ajan mukaan
Ajoitus: Säännölliset, päällekkäiset jaksot 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. Näiden suhdannevaihteluiden, ns. Milankovitch-syklien, vuoksi auringonvalon määrä vaihtelee keskipituusasteilla 25% ja ilmasto muuttuu. Nämä syklit ovat toimineet koko historian ajan, ja ne ovat luoneet vuorotellen sedimenttikerroksia, jotka näkyvät kallioissa ja kaivauksissa.
Pleistokeenikaudella, joka päättyi noin 11 700 vuotta sitten, Milankovitch-syklit lähettivät planeetan johonkin sen jääkaudesta. Kun maapallon kiertorata muutti pohjoiset kesät keskimääräistä lämpimämmäksi, massiiviset jäälevyt Pohjois-Amerikassa, Euroopassa ja Aasiassa sulanutvat; kun kiertorata muutti uudelleen ja kesät tulivat taas kylmemmiksi, nämä kilvet kasvoivat takaisin. Koska lämmin valtameri liuottaa vähemmän hiilidioksidia, ilmakehän pitoisuus nousi ja laski yhdessä kiertoradan värähtelyjen kanssa, vahvistaen niiden vaikutusta.
Nykyään maa lähestyy toista vähimmäistasoa pohjoista auringonvaloa, joten ilman ihmisen toiminnan aiheuttamia hiilidioksidipäästöjä olemme siirtymässä uudelle jääkaudelle seuraavien 1500 vuoden aikana.
Heikko nuori aurinko
Asteikko: ei kumulatiivista lämpötilavaikutusta
Aikajana: pysyvä
Lyhytaikaisista vaihtelusta huolimatta koko auringon kirkkaus kasvaa 0,009% miljoonaa vuotta kohti, ja aurinkojärjestelmän syntymän jälkeen 4,5 miljardia vuotta sitten se on lisääntynyt 48%.
Tutkijoiden mielestä nuoren auringon heikkoudesta tulisi seurata sitä, että maa pysyi jäätyneenä koko olemassaolon ensimmäisen puoliskon ajan. Samanaikaisesti paradoksaalisesti geologit ovat löytäneet 3,4 miljardia vuotta vanhoja kiviä, jotka ovat muodostuneet veteen aaltojen avulla. Varhaisen maapallon odottamattoman lämmin ilmasto näyttää johtuvan tietyistä yhdistelmistä tekijöitä: vähemmän maan eroosioita, selkeämpi taivas, lyhyemmät päivät ja ilmakehän erityinen koostumus ennen kuin Maa sai happea sisältävän ilmakehän.
Suotuisat olosuhteet maapallon olemassaolon jälkipuoliskolla, auringon kirkkauden lisääntymisestä huolimatta, eivät johda paradoksiin: Maapallon säänkestävä termostaatti estää lisäauringonvalon vaikutuksia ja vakauttaa maan.
Hiilidioksidi ja säätermostaatti
Asteikko: estää muita muutoksia
Aikajana: 100 000 vuotta tai pidempi
Maapallon ilmaston tärkein säätelijä on jo pitkään ollut ilmakehän hiilidioksidin taso, koska hiilidioksidi on pysyvä kasvihuonekaasu, joka estää lämpöä estäen sen nousua planeetan pinnalta.
Tulivuoret, metamorfiset kivet ja erodioituneissa sedimenteissä syntyvä hiilen hapettuminen päästävät kaikki taivaaseen hiilidioksidia, ja kemialliset reaktiot silikaattirokkien kanssa poistavat hiilidioksidin ilmakehästä muodostaen kalkkikiveä. Tasapaino näiden prosessien välillä toimii kuin termostaatti, koska kun ilmasto lämpenee, kemialliset reaktiot poistavat hiilidioksidin tehokkaammin ja estävät siten lämpenemistä. Ilmaston jäähtyessä reaktioiden tehokkuus päinvastoin heikkenee helpottaen jäähdytystä. Tämän seurauksena maapallon ilmasto pysyi pitkän ajanjakson aikana suhteellisen vakaana tarjoamalla elinympäristön. Erityisesti keskimääräiset hiilidioksiditasot ovat jatkuvasti laskeneet auringon kirkkauden lisääntymisen seurauksena.
Kuitenkin kestää satoja miljoonia vuosia, ennen kuin säätermostaatti reagoi ilmakehän hiilidioksidivirtaan. Maan valtameret imevät ja poistavat ylimääräisen hiilen nopeammin, mutta jopa tämä prosessi vie vuosituhansia - ja se voidaan pysäyttää merien happamoitumisen riskillä. Joka vuosi fossiilisten polttoaineiden palaminen päästää noin 100 kertaa enemmän hiilidioksidia kuin tulivuoret purkautuvat - valtameret ja säänkestävyys epäonnistuvat - joten ilmasto lämpenee ja valtameret hapettuvat.
Tektoniset muutokset
Asteikko: noin 30 celsiusastetta viimeisen 500 miljoonan vuoden aikana
Aikajana: miljoonia vuosia
Maapallon maamerkkien liikkuminen voi siirtää säätermostaatin hitaasti uuteen asentoon.
Viimeisen 50 miljoonan vuoden ajan planeetta on jäähtynyt, tektonisten levyjen törmäykset työntäneet kemiallisesti reaktiivisia kiviä, kuten basalttia ja vulkaanista tuhkaa, lämpimään kosteaan tropiikkaan, lisääen reaktioiden nopeutta, jotka vetävät hiilidioksidia taivaalta. Lisäksi viimeisen 20 miljoonan vuoden aikana, kun Himalaja, Andit, Alpit ja muut vuoret ovat nousseet, eroosionopeus on yli kaksinkertaistunut, mikä johtaa sääolojen kiihtymiseen. Toinen tekijä, joka kiihdytti jäähdytyssuuntausta, oli Etelä-Amerikan ja Tasmanian erottaminen Antarktikasta 35,7 miljoonaa vuotta sitten. Etelämantereen ympärille on muodostunut uusi valtamerivirta, joka on tehostanut hiilidioksidia kuluttavan veden ja planktonin kiertoa. Seurauksena Antarktiksen jäälevyt ovat kasvaneet huomattavasti.
Aikaisemmin juura- ja liitukauden aikana dinosaurukset vaelsivat Etelämantereella, koska ilman näitä vuoristoja lisääntynyt vulkaaninen aktiivisuus piti hiilidioksidin tasoa noin 1000 miljoonasosaa (nykyisen 415: n tasoon verrattuna). Keskimääräinen lämpötila tässä jäättömässä maailmassa oli 5–9 astetta korkeampi kuin nyt, ja merenpinta oli 75 metriä korkeampi.
Asteroidi Falls (Chikshulub)
Asteikko: ensin jäähdytys noin 20 asteella, sitten lämmittäminen 5 asteella
Aikajana: vuosisatojen jäähdytys, 100 000 vuotta lämpenemistä
Maan asteroidi-iskujen tietokanta sisältää 190 kraatteria. Yhdelläkään niistä ei ollut havaittavissa olevaa vaikutusta maan ilmastoon, paitsi asteroidi Chikshulub, joka tuhosi osan Meksikosta ja tappoi dinosaurukset 66 miljoonaa vuotta sitten. Tietokonesimulaatiot osoittavat, että Chikshulub on heittänyt tarpeeksi pölyä ja rikkiä yläkehän ilmakehään hämärtää auringonvaloa ja jäähdyttää Maata yli 20 celsiusastetta, samoin kuin happamoittaa valtameriä. Planeetalla kului vuosisatoja palata entiseen lämpötilaansa, mutta sitten se lämpeni vielä viisi astetta johtuen hiilidioksidin pääsystä tuhoutuneelta Meksikon kalkkikiveltä ilmakehään.
Kuinka Intian tulivuoren toiminta vaikutti ilmastonmuutokseen ja joukkotuhojen sukupuuttoon, on edelleen kiistanalainen.
Evolutionaariset muutokset
Asteikko: tapahtumista riippuvainen, jäähtyminen noin 5 celsiusastetta myöhäisellä Ordovicin ajanjaksolla (445 miljoonaa vuotta sitten)
Aikajana: miljoonia vuosia
Joskus uusien eläinlajien kehitys nollaa maan termostaatin. Niinpä noin 3 miljardia vuotta sitten syntyneet fotosynteettiset syanobakteerit käynnistivät maanmuodostusprosessin vapauttaen happea. Niiden leviämisen myötä ilmakehän happi kasvoi 2,4 miljardia vuotta sitten, kun taas metaani- ja hiilidioksiditasot laskivat voimakkaasti. 200 miljoonan vuoden aikana maasta on tullut "lumipallo" useita kertoja. 717 miljoonaa vuotta sitten valtamerten elämän kehitys, joka oli suurempi kuin mikrobit, laukaisi toisen sarjan "lumipalloja" - tässä tapauksessa, koska organismit alkoivat vapauttaa detritusia valtameren syvyyksiin ottaen hiiltä ilmakehästä ja piilottamalla sen syvyyteen.
Kun varhaisimmat land kasvit ilmestyivät noin 230 miljoonaa vuotta myöhemmin Ordovicin aikana, ne alkoivat muodostaa maan biosfääriä hautaamalla hiiltä mantereille ja uuttamalla ravinteita maasta - ne pestiin valtamereihin ja stimuloivat siellä myös elämää. Nämä muutokset näyttävät johtaneen jääkauteen, joka alkoi noin 445 miljoonaa vuotta sitten. Myöhemmin, devonilaisella ajanjaksolla, puiden kehitys yhdessä vuoristorakennuksen kanssa laski hiilidioksiditasoja ja lämpötiloja entisestään, ja paleozojainen jääkausi alkoi.
Suuret tuntemattomat maakunnat
Asteikko: Lämpeneminen 3–9 astetta
Aikajana: satoja tuhansia vuosia
Manner-laava- ja maanalaisen magman tulvat - niin kutsutut suuret mätät provinssit - ovat johtaneet useampaan kuin yhteen joukon sukupuuttoon. Nämä hirvittävät tapahtumat vapauttivat tappajien arsenaalin maan päällä (mukaan lukien hapan sade, happosumu, elohopeamyrkytys ja otsonin heikkeneminen), ja johtivat myös planeetan lämpenemiseen vapauttaen ilmakehään valtavia määriä metaania ja hiilidioksidia - nopeammin kuin mahdollista. käsitellä termostaatin säänkestävyyttä.
Permin katastrofin aikana 252 miljoonaa vuotta sitten, joka tuhosi 81% meren lajeista, maanalainen magma sytytti Siperian kivihiilen, nosti ilmakehän hiilidioksidipitoisuus 8 000 miljoonaan osaan ja lämmitti lämpötilan 5-9 celsiusastetta. Paleocene-Eocene Thermal Maximum, pienempi tapahtuma 56 miljoonaa vuotta sitten, loi metaanin Pohjois-Atlantin öljykenttiin ja lähetti sen taivasta kohti, lämmittäen planeettaa 5 astetta ja happamoittaen merta. Myöhemmin palmuja kasvatettiin arktisella rannalla ja alligaattorit leivät. Samanlaisia fossiilisen hiilen päästöjä tapahtui myöhäisillä triassisilla ja varhaisilla juura-aikoina - ja päättyivät ilmaston lämpenemiseen, kuolleisiin vyöhykkeisiin meressä ja valtamerten happamoitumiseen.
Jos jokin tämä kuulostaa sinulle tutulta, se johtuu siitä, että ihmisten toiminnalla on nykyään samanlaisia seurauksia.
Kuten ryhmä triassisia-juuraisia sukupuuttoon liittyviä tutkijoita totesi huhtikuussa Nature Communications -lehdessä: "Arvioimme, että jokaisen magmapulssin vaikutuksesta ilmakehään vapautuvan hiilidioksidin määrä on triassisen vuoden lopulla verrattavissa ihmisen toiminnan aiheuttamiin päästöihin 2000-luvulla."