10 fall av antropogena fluktuationer i jordens klimat

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Under en lång tid har jordens klimat fluktuerat av tio olika anledningar, inklusive orbitala wobblingar, tektoniska förskjutningar, evolutionära förändringar och andra faktorer. De störtade planeten antingen i istider eller i tropisk värme. Hur relaterar de till samtida antropogena klimatförändringar?

Historiskt sett har jorden lyckats vara en snöboll och ett växthus. Och om klimatet förändrades innan människans framträdande, hur vet vi då att det är vi som är skyldiga till den kraftiga uppvärmningen som vi observerar idag?

Dels för att vi kan dra ett tydligt orsakssamband mellan antropogena koldioxidutsläpp och en 1,28 grader Celsius ökning av den globala temperaturen (som för övrigt fortsätter) under den förindustriella eran. Koldioxidmolekyler absorberar infraröd strålning, så när deras mängd i atmosfären ökar håller de kvar mer värme, som avdunstar från planetens yta.

Samtidigt har paleoklimatologer gjort stora framsteg i att förstå de processer som ledde till klimatförändringar tidigare. Här är tio fall av naturliga klimatförändringar – jämfört med dagens situation.

Solcykler

Skala:kylning med 0, 1-0, 3 grader Celsius

Tidpunkt:periodiska fall i solaktivitet som varar från 30 till 160 år, åtskilda av flera århundraden

Vart 11:e år ändras solens magnetfält, och med det följer 11-åriga cykler av ljusning och dämpning. Men dessa fluktuationer är små och påverkar jordens klimat endast obetydligt.

Mycket viktigare är de "stora solminima", tioårsperioder av minskad solaktivitet som har inträffat 25 gånger under de senaste 11 000 åren. Ett färskt exempel, Maunderminimum, inträffade mellan 1645 och 1715 och fick solenergin att sjunka 0,04% -0,08% under det nuvarande genomsnittet. Länge trodde forskare att Maunder-minimum kunde orsaka "Lilla istiden", en köldknäck som varade från 1400- till 1800-talet. Men det har sedan framkommit att det var för kort och skedde vid fel tidpunkt. Köldknäppet orsakades med största sannolikhet av vulkanisk aktivitet.

Under det senaste halvseklet har solen blivit svagt nedtonad, och jorden värms upp, och det är omöjligt att associera global uppvärmning med en himlakropp.

Vulkaniskt svavel

Skala:kylning med 0, 6 - 2 grader Celsius

Tidpunkt:från 1 till 20 år

År 539 eller 540 e. Kr. e. det var ett så kraftigt utbrott av vulkanen Ilopango i El Salvador att dess plym nådde stratosfären. Därefter härjade kalla somrar, torka, svält och pest bosättningar runt om i världen.

Utbrott i skalan av Ilopango kastar reflekterande droppar av svavelsyra in i stratosfären, som avskärmar solljus och kyler klimatet. Som ett resultat byggs havsisen upp, mer solljus reflekteras tillbaka ut i rymden och den globala kylningen intensifieras och förlängs.

Efter utbrottet av Ilopango sjönk den globala temperaturen med 2 grader under 20 år. Redan under vår tid kylde utbrottet av Mount Pinatubo i Filippinerna 1991 det globala klimatet med 0,6 grader under en period av 15 månader.

Vulkaniskt svavel i stratosfären kan vara förödande, men i omfattningen av jordens historia är dess effekt liten och också övergående.

Kortsiktiga klimatfluktuationer

Skala:upp till 0,15 grader Celsius

Tidpunkt: från 2 till 7 år

Utöver säsongsbetonade väderförhållanden finns det andra kortsiktiga cykler som också påverkar nederbörd och temperatur. Den mest betydande av dessa, El Niño eller Southern Oscillation, är en periodisk förändring i cirkulationen i det tropiska Stilla havet under en period på två till sju år som påverkar nederbörden i Nordamerika. Den nordatlantiska oscillationen och Indiska oceanens dipol har en stark regional påverkan. Båda interagerar med El Niño.

Sambandet mellan dessa cykler har länge hindrat förmågan att bevisa att antropogen förändring är statistiskt signifikant, och inte bara ytterligare ett steg i naturlig variabilitet. Men sedan dess har antropogena klimatförändringar gått långt bortom naturliga vädervariationer och säsongsbetonade temperaturer. 2017 års US National Climate Assessment drog slutsatsen att "det finns inga avgörande bevis från observationsdata som kan förklara den observerade klimatförändringen genom naturliga cykler."

Orbitala vibrationer

Skala: cirka 6 grader Celsius under den senaste 100 000-årscykeln; varierar med geologisk tid

Tidpunkt: regelbundna, överlappande cykler på 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 och 2 400 000 år

Jordens omloppsbana fluktuerar när solen, månen och andra planeter ändrar sina relativa positioner. På grund av dessa cykliska fluktuationer, de så kallade Milankovitch-cyklerna, fluktuerar mängden solljus på medelbreddgrader med 25 % och klimatet förändras. Dessa cykler har fungerat genom historien och skapat omväxlande lager av sediment som kan ses i stenar och utgrävningar.

Under Pleistocene eran, som slutade för cirka 11 700 år sedan, skickade Milankovitch-cykler planeten in i en av dess istider. När jordens omloppsförskjutning gjorde nordliga somrar varmare än genomsnittet, smälte massiva inlandsisar i Nordamerika, Europa och Asien; när banan skiftade igen och somrarna blev kallare igen, växte dessa sköldar tillbaka. När det varma havet löser upp mindre koldioxid, ökade atmosfärens innehåll och föll i samklang med orbitalsoscillationerna, vilket förstärkte deras effekt.

Idag närmar sig jorden ytterligare ett minimum av nordligt solljus, så utan antropogena koldioxidutsläpp skulle vi gå in i en ny istid under de närmaste 1 500 åren eller så.

Svag ung sol

Skala: ingen total temperatureffekt

Tidpunkt: permanent

Trots kortvariga fluktuationer ökar solens ljusstyrka som helhet med 0,009 % per miljon år, och sedan solsystemets födelse för 4,5 miljarder år sedan har den ökat med 48 %.

Forskare tror att från den unga solens svaghet borde det följa att jorden förblev frusen under hela den första hälften av sin existens. Paradoxalt nog har geologer samtidigt upptäckt bergarter i åldern 3,4 miljarder år, bildade i vatten med vågor. Det oväntat varma klimatet på den tidiga jorden verkar bero på någon kombination av faktorer: mindre landerosion, klarare himmel, kortare dagar och en speciell sammansättning av atmosfären innan jorden fick en syrerik atmosfär.

Gynnsamma förhållanden under andra hälften av jordens existens, trots ökningen av solens ljusstyrka, leder inte till en paradox: jordens vädertermostat motverkar effekterna av ytterligare solljus och stabiliserar jorden.

Koldioxid- och vädertermostat

Skala: motverkar andra förändringar

Tidpunkt: 100 000 år eller längre

Den huvudsakliga regulatorn av jordens klimat har länge varit nivån av koldioxid i atmosfären, eftersom koldioxid är en ihållande växthusgas som blockerar värme och hindrar den från att stiga från planetens yta.

Vulkaner, metamorfa bergarter och koloxidation i eroderade sediment släpper alla ut koldioxid till himlen, och kemiska reaktioner med silikatstenar tar bort koldioxid från atmosfären och bildar kalksten. Balansen mellan dessa processer fungerar som en termostat, för när klimatet värms upp är kemiska reaktioner effektivare för att ta bort koldioxid och därmed bromsa uppvärmningen. När klimatet svalnar minskar effektiviteten i reaktionerna tvärtom, vilket underlättar nedkylningen. Följaktligen förblev jordens klimat under en lång tidsperiod relativt stabilt, vilket gav en beboelig miljö. I synnerhet har de genomsnittliga koldioxidnivåerna stadigt sjunkit som ett resultat av solens ökande ljusstyrka.

Det tar dock hundratals miljoner år för vädertermostaten att reagera på ökningen av koldioxid i atmosfären. Jordens hav absorberar och tar bort överflödigt kol snabbare, men även denna process tar årtusenden – och kan stoppas, med risk för havsförsurning. Varje år släpper förbränning av fossila bränslen ut cirka 100 gånger mer koldioxid än vad vulkaner får utbrott – haven och vittringen misslyckas – så klimatet värms upp och haven försuras.

Tektoniska skiftningar

Skala: cirka 30 grader Celsius under de senaste 500 miljoner åren

Tidpunkt: miljoner år

Rörelsen av jordskorpans landmassor kan långsamt flytta vädertermostaten till ett nytt läge.

Under de senaste 50 miljoner åren har planeten svalnat, tektoniska plattkollisioner driver kemiskt reaktiva stenar som basalt och vulkanaska in i de varma fuktiga tropikerna, vilket ökar reaktionshastigheten som lockar koldioxid från himlen. Dessutom, under de senaste 20 miljoner åren, med uppkomsten av Himalaya, Anderna, Alperna och andra berg, har erosionshastigheten mer än fördubblats, vilket har lett till en acceleration av vittringen. En annan faktor som påskyndade kylningstrenden var separationen av Sydamerika och Tasmanien från Antarktis för 35,7 miljoner år sedan. En ny havsström har bildats runt Antarktis, och den har intensifierat cirkulationen av vatten och plankton, som förbrukar koldioxid. Som ett resultat har Antarktis inlandsisar växt avsevärt.

Tidigare, under jura- och kritaperioden, strövade dinosaurier i Antarktis, för utan dessa bergskedjor höll den ökade vulkaniska aktiviteten koldioxiden på nivåer av cirka 1 000 ppm (upp från 415 idag). Medeltemperaturen i denna isfria värld var 5-9 grader Celsius högre än den är nu, och havsnivån var 75 meter högre.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Skala: först kylning med cirka 20 grader Celsius, sedan uppvärmning med 5 grader Celsius

Tidpunkt: århundraden av kylning, 100 000 år av uppvärmning

Databasen över asteroidnedslag på jorden innehåller 190 kratrar. Ingen av dem hade någon märkbar effekt på jordens klimat, med undantag för asteroiden Chikshulub, som förstörde en del av Mexiko och dödade dinosaurierna för 66 miljoner år sedan. Datorsimuleringar visar att Chikshulub har kastat tillräckligt med damm och svavel i den övre atmosfären för att förmörka solljuset och kyla jorden med mer än 20 grader Celsius och försura haven. Det tog planeten århundraden att återgå till sin tidigare temperatur, men sedan värmdes den upp ytterligare 5 grader på grund av inträngningen av koldioxid från den förstörda mexikanska kalkstenen i atmosfären.

Hur vulkanisk aktivitet i Indien påverkade klimatförändringar och massutrotning är fortfarande kontroversiellt.

Evolutionära förändringar

Skala: händelseberoende, kylning med cirka 5 grader Celsius under den sena Ordoviciumperioden (445 miljoner år sedan)

Tidpunkt: miljoner år

Ibland kommer utvecklingen av nya arter av liv att återställa jordens termostat. Till exempel, fotosyntetiska cyanobakterier, som uppstod för cirka 3 miljarder år sedan, startade processen att terraforma, frigöra syre. När de spred sig ökade syrehalten i atmosfären för 2,4 miljarder år sedan, samtidigt som halterna av metan och koldioxid sjönk kraftigt. Under loppet av 200 miljoner år har jorden förvandlats till en "snöboll" flera gånger. För 717 miljoner år sedan utlöste havslivets utveckling, större än mikrober, ännu en serie snöbollar - i det här fallet när organismer började släppa ut skräp i havets djup, tog kol från atmosfären och gömde det på djupet.

När de tidigaste landväxterna dök upp cirka 230 miljoner år senare under den ordoviciska perioden började de bilda jordens biosfär, grävde ner kol på kontinenterna och utvann näringsämnen från land – de sköljde ut i haven och stimulerade även livet där. Dessa förändringar verkar ha lett till istiden, som började för cirka 445 miljoner år sedan. Senare, under devonperioden, sänkte utvecklingen av träd, i kombination med bergsbyggande, ytterligare koldioxidnivåer och temperaturer, och den paleozoiska istiden började.

Stora magmatiska provinser

Skala: uppvärmning från 3 till 9 grader Celsius

Tidpunkt: hundratusentals år

Kontinentala översvämningar av lava och underjordisk magma - de så kallade stora magmatiska provinserna - har resulterat i mer än en massutrotning. Dessa fruktansvärda händelser släppte lös en arsenal av mördare på jorden (inklusive surt regn, sur dimma, kvicksilverförgiftning och ozonnedbrytning), och ledde också till en uppvärmning av planeten, vilket släppte ut enorma mängder metan och koldioxid i atmosfären - snabbare än de kunde hantera termostatvittring.

Under Perm-katastrofen för 252 miljoner år sedan, som förstörde 81 % av marina arter, satte underjordisk magma eld på sibiriskt kol, höjde koldioxidhalten i atmosfären till 8 000 ppm och värmde upp temperaturen med 5-9 grader Celsius. Thermal Maximum från Paleocene-Eocen, en mindre händelse för 56 miljoner år sedan, skapade metan från oljefält i Nordatlanten och skickade det mot himlen, värmde planeten 5 grader Celsius och försurade havet. Därefter växte palmer på de arktiska stränderna och alligatorer solade sig. Liknande utsläpp av fossilt kol inträffade i slutet av trias och tidiga jura - och slutade i global uppvärmning, havsdöda zoner och havsförsurning.

Om något av detta låter bekant för dig är det för att antropogena aktiviteter idag har liknande konsekvenser.

Som en grupp trias-jura-utrotningsforskare noterade i april i tidskriften Nature Communications: "Vi uppskattar att mängden koldioxid som släpps ut i atmosfären av varje magmapuls i slutet av trias är jämförbar med prognosen för antropogena utsläpp för 2000-talet."