10 kes turun naik antropogenik dalam iklim Bumi

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Untuk masa yang lama, iklim Bumi telah berubah-ubah untuk sepuluh sebab yang berbeza, termasuk goyangan orbit, anjakan tektonik, perubahan evolusi dan faktor lain. Mereka menjunam planet ini sama ada pada zaman ais atau dalam cuaca panas tropika. Bagaimanakah ia berkaitan dengan perubahan iklim antropogenik kontemporari?

Dari segi sejarah, Bumi telah berjaya menjadi bola salji dan rumah hijau. Dan jika iklim berubah sebelum kemunculan manusia, maka bagaimana kita tahu bahawa kitalah yang harus dipersalahkan atas pemanasan mendadak yang kita perhatikan hari ini?

Sebahagiannya kerana kita boleh melukis hubungan sebab akibat yang jelas antara pelepasan karbon dioksida antropogenik dan kenaikan 1.28 darjah Celsius dalam suhu global (yang, secara kebetulan, berterusan) sepanjang era pra-industri. Molekul karbon dioksida menyerap sinaran inframerah, jadi apabila jumlahnya di atmosfera meningkat, mereka mengekalkan lebih banyak haba, yang menyejat dari permukaan planet.

Pada masa yang sama, ahli paleoklimatologi telah membuat kemajuan besar dalam memahami proses yang membawa kepada perubahan iklim pada masa lalu. Berikut adalah sepuluh kes perubahan iklim semula jadi - berbanding keadaan semasa.

Kitaran suria

Skala:penyejukan sebanyak 0, 1-0, 3 darjah Celsius

Masa:penurunan berkala dalam aktiviti suria yang berlangsung dari 30 hingga 160 tahun, dipisahkan oleh beberapa abad

Setiap 11 tahun, medan magnet suria berubah, dan disertai kitaran 11 tahun pencerahan dan peredupan. Tetapi turun naik ini adalah kecil dan menjejaskan iklim Bumi hanya secara tidak ketara.

Lebih penting ialah "minima suria besar", tempoh sepuluh tahun penurunan aktiviti suria yang telah berlaku 25 kali dalam tempoh 11,000 tahun yang lalu. Contoh terbaru, minimum Maunder, berlaku antara 1645 dan 1715 dan menyebabkan tenaga suria turun 0.04% -0.08% di bawah purata semasa. Untuk masa yang lama, saintis percaya bahawa minimum Maunder boleh menyebabkan "Zaman Ais Kecil", satu kejadian sejuk yang berlangsung dari abad ke-15 hingga ke-19. Tetapi sejak itu muncul bahawa ia terlalu singkat dan berlaku pada masa yang salah. Kesan sejuk berkemungkinan besar disebabkan oleh aktiviti gunung berapi.

Selama setengah abad yang lalu, Matahari telah sedikit malap, dan Bumi semakin panas, dan adalah mustahil untuk mengaitkan pemanasan global dengan badan angkasa.

Sulfur gunung berapi

Skala:penyejukan sebanyak 0, 6 - 2 darjah Celsius

Masa:dari 1 hingga 20 tahun

Pada 539 atau 540 A. D. e. terdapat letusan kuat gunung berapi Ilopango di El Salvador sehingga kepulannya mencapai stratosfera. Selepas itu, musim panas yang sejuk, kemarau, kebuluran dan wabak memusnahkan penempatan di seluruh dunia.

Letusan pada skala Ilopango membuang titisan reflektif asid sulfurik ke dalam stratosfera, yang menapis cahaya matahari dan menyejukkan iklim. Akibatnya, ais laut terkumpul, lebih banyak cahaya matahari dipantulkan kembali ke angkasa dan penyejukan global dipergiatkan dan berpanjangan.

Selepas letusan Ilopango, suhu global menurun sebanyak 2 darjah dalam tempoh 20 tahun. Sudah dalam era kita, letusan Gunung Pinatubo di Filipina pada tahun 1991 menyejukkan iklim global sebanyak 0.6 darjah untuk tempoh 15 bulan.

Sulfur gunung berapi di stratosfera boleh memusnahkan, tetapi pada skala sejarah Bumi, kesannya adalah kecil dan juga sementara.

Turun naik iklim jangka pendek

Skala:sehingga 0, 15 darjah Celsius

Masa: dari 2 hingga 7 tahun

Selain keadaan cuaca bermusim, terdapat kitaran jangka pendek lain yang turut mempengaruhi hujan dan suhu. Yang paling ketara, El Niño atau Oscillation Selatan, ialah perubahan berkala dalam peredaran di Lautan Pasifik tropika dalam tempoh dua hingga tujuh tahun yang menjejaskan hujan di Amerika Utara. Ayunan Atlantik Utara dan Dipole Lautan Hindi mempunyai kesan serantau yang kuat. Kedua-duanya berinteraksi dengan El Niño.

Perkaitan antara kitaran ini telah lama menghalang keupayaan untuk membuktikan bahawa perubahan antropogenik adalah signifikan secara statistik, dan bukan hanya satu lagi lonjakan dalam kebolehubahan semula jadi. Tetapi sejak itu, perubahan iklim antropogenik telah melangkah jauh melangkaui kebolehubahan cuaca semula jadi dan suhu bermusim. Penilaian Iklim Kebangsaan AS 2017 menyimpulkan bahawa "tidak ada bukti konklusif daripada data pemerhatian yang boleh menjelaskan perubahan iklim yang diperhatikan oleh kitaran semula jadi."

Getaran orbit

Skala: kira-kira 6 darjah Celsius dalam kitaran 100,000 tahun yang lalu; berbeza mengikut masa geologi

Masa: kitaran tetap, bertindih 23,000, 41,000, 100,000, 405,000 dan 2,400,000 tahun

Orbit Bumi berubah-ubah apabila Matahari, Bulan dan planet lain menukar kedudukan relatifnya. Disebabkan turun naik kitaran ini, apa yang dipanggil kitaran Milankovitch, jumlah cahaya matahari turun naik pada latitud pertengahan sebanyak 25%, dan perubahan iklim. Kitaran ini telah beroperasi sepanjang sejarah, mencipta lapisan sedimen berselang-seli yang boleh dilihat dalam batuan dan penggalian.

Semasa era Pleistosen, yang berakhir kira-kira 11,700 tahun yang lalu, kitaran Milankovitch menghantar planet ini ke salah satu zaman aisnya. Apabila peralihan orbit Bumi menjadikan musim panas utara lebih panas daripada purata, kepingan ais besar di Amerika Utara, Eropah, dan Asia cair; apabila orbit beralih lagi dan musim panas menjadi lebih sejuk lagi, perisai ini tumbuh semula. Apabila lautan panas melarutkan kurang karbon dioksida, kandungan atmosfera meningkat dan jatuh serentak dengan ayunan orbit, menguatkan kesannya.

Hari ini, Bumi menghampiri satu lagi minimum cahaya matahari utara, jadi tanpa pelepasan karbon dioksida antropogenik, kita akan memasuki zaman ais baharu dalam 1,500 tahun akan datang atau lebih.

Matahari muda yang lemah

Skala: tiada kesan suhu keseluruhan

Masa: kekal

Walaupun turun naik jangka pendek, kecerahan matahari secara keseluruhan meningkat sebanyak 0.009% setiap juta tahun, dan sejak kelahiran sistem suria 4.5 bilion tahun yang lalu, ia telah meningkat sebanyak 48%.

Para saintis percaya bahawa dari kelemahan matahari muda, ia harus mengikuti bahawa Bumi kekal beku untuk keseluruhan separuh pertama kewujudannya. Pada masa yang sama, secara paradoks, ahli geologi telah menemui batuan berusia 3.4 bilion tahun, terbentuk dalam air dengan ombak. Iklim Bumi awal yang tidak disangka-sangka nampaknya disebabkan oleh beberapa kombinasi faktor: hakisan tanah yang kurang, langit yang lebih cerah, hari yang lebih pendek dan komposisi atmosfera yang istimewa sebelum Bumi mendapat atmosfera yang kaya dengan oksigen.

Keadaan yang menggalakkan pada separuh kedua kewujudan Bumi, walaupun peningkatan kecerahan matahari, tidak membawa kepada paradoks: termostat luluhawa Bumi mengatasi kesan cahaya matahari tambahan, menstabilkan Bumi.

Karbon dioksida dan termostat luluhawa

Skala: menentang perubahan lain

Masa: 100,000 tahun atau lebih lama

Pengawal selia utama iklim Bumi telah lama menjadi tahap karbon dioksida di atmosfera, kerana karbon dioksida adalah gas rumah hijau berterusan yang menghalang haba, menghalangnya daripada naik dari permukaan planet.

Gunung berapi, batu metamorf dan pengoksidaan karbon dalam sedimen terhakis semuanya mengeluarkan karbon dioksida ke langit, dan tindak balas kimia dengan batu silikat mengeluarkan karbon dioksida dari atmosfera, membentuk batu kapur. Keseimbangan antara proses ini berfungsi seperti termostat, kerana apabila iklim menjadi panas, tindak balas kimia lebih berkesan untuk mengeluarkan karbon dioksida, sekali gus memperlahankan pemanasan. Apabila iklim menjadi sejuk, kecekapan tindak balas, sebaliknya, berkurangan, memudahkan penyejukan. Akibatnya, dalam jangka masa yang panjang, iklim Bumi kekal secara relatif stabil, menyediakan persekitaran yang boleh didiami. Khususnya, purata paras karbon dioksida telah semakin berkurangan akibat daripada peningkatan kecerahan Matahari.

Walau bagaimanapun, ia mengambil masa ratusan juta tahun untuk termostat luluhawa bertindak balas terhadap lonjakan karbon dioksida di atmosfera. Lautan bumi menyerap dan mengeluarkan karbon berlebihan dengan lebih cepat, tetapi proses ini mengambil masa beribu tahun - dan boleh dihentikan, dengan risiko pengasidan lautan. Setiap tahun, pembakaran bahan api fosil mengeluarkan kira-kira 100 kali lebih banyak karbon dioksida daripada gunung berapi yang meletus - lautan dan luluhawa gagal - jadi iklim menjadi panas dan lautan menjadi berasid.

Peralihan tektonik

Skala: kira-kira 30 darjah Celsius sejak 500 juta tahun yang lalu

Masa: berjuta tahun

Pergerakan jisim daratan kerak bumi secara perlahan-lahan boleh menggerakkan termostat luluhawa ke kedudukan baharu.

Selama 50 juta tahun yang lalu, planet ini telah menyejukkan, perlanggaran plat tektonik menolak batuan reaktif secara kimia seperti basalt dan abu gunung berapi ke kawasan tropika lembap yang hangat, meningkatkan kadar tindak balas yang menarik karbon dioksida dari langit. Di samping itu, sepanjang 20 juta tahun yang lalu, dengan kebangkitan Himalaya, Andes, Alps dan gunung-gunung lain, kadar hakisan telah meningkat lebih daripada dua kali ganda, yang membawa kepada pecutan luluhawa. Faktor lain yang mempercepatkan aliran penyejukan ialah pemisahan Amerika Selatan dan Tasmania dari Antartika 35.7 juta tahun yang lalu. Arus lautan baharu telah terbentuk di sekitar Antartika, dan ia telah meningkatkan peredaran air dan plankton, yang menggunakan karbon dioksida. Akibatnya, lapisan ais Antartika telah berkembang dengan ketara.

Terdahulu, semasa zaman Jurassic dan Cretaceous, dinosaur berkeliaran di Antartika, kerana tanpa banjaran gunung ini, peningkatan aktiviti gunung berapi mengekalkan karbon dioksida pada paras kira-kira 1,000 bahagian per juta (meningkat daripada 415 hari ini). Purata suhu di dunia bebas ais ini adalah 5-9 darjah Celsius lebih tinggi daripada sekarang, dan paras laut adalah 75 meter lebih tinggi.

Air Terjun Asteroid (Chikshulub)

Skala: mula-mula menyejukkan kira-kira 20 darjah Celsius, kemudian memanaskan sebanyak 5 darjah Celsius

Masa: berabad-abad penyejukan, 100,000 tahun pemanasan

Pangkalan data kesan asteroid di Bumi mengandungi 190 kawah. Tiada satu pun daripada mereka mempunyai kesan ketara terhadap iklim Bumi, kecuali asteroid Chikshulub, yang memusnahkan sebahagian Mexico dan membunuh dinosaur 66 juta tahun yang lalu. Simulasi komputer menunjukkan bahawa Chikshulub telah membuang habuk dan sulfur yang cukup ke atmosfera atas untuk gerhana matahari dan menyejukkan Bumi lebih daripada 20 darjah Celsius dan mengasidkan lautan. Planet ini mengambil masa berabad-abad untuk kembali ke suhu sebelumnya, tetapi kemudian ia memanaskan lagi 5 darjah disebabkan oleh kemasukan karbon dioksida daripada batu kapur Mexico yang musnah ke atmosfera.

Bagaimana aktiviti gunung berapi di India menjejaskan perubahan iklim dan kepupusan besar-besaran masih menjadi kontroversi.

Perubahan evolusi

Skala: bergantung kepada peristiwa, menyejukkan kira-kira 5 darjah Celsius dalam tempoh Ordovician lewat (445 juta tahun yang lalu)

Masa: berjuta tahun

Kadangkala evolusi spesies hidupan baharu akan menetapkan semula termostat Bumi. Sebagai contoh, cyanobacteria fotosintetik, yang timbul kira-kira 3 bilion tahun yang lalu, melancarkan proses terraforming, membebaskan oksigen. Semasa ia merebak, kandungan oksigen di atmosfera meningkat 2.4 bilion tahun yang lalu, manakala paras metana dan karbon dioksida menurun dengan mendadak. Sepanjang 200 juta tahun, Bumi telah bertukar menjadi "bola salji" beberapa kali. 717 juta tahun yang lalu, evolusi kehidupan laut, lebih besar daripada mikrob, mencetuskan satu lagi siri bola salji - dalam kes ini, apabila organisma mula melepaskan detritus ke dalam lautan, mengambil karbon dari atmosfera dan menyembunyikannya di kedalaman.

Apabila tumbuhan darat terawal muncul kira-kira 230 juta tahun kemudian dalam tempoh Ordovician, mereka mula membentuk biosfera bumi, menimbus karbon di benua dan mengekstrak nutrien dari tanah - mereka dibasuh ke lautan dan juga merangsang kehidupan di sana. Perubahan ini nampaknya telah membawa kepada Zaman Ais, yang bermula kira-kira 445 juta tahun yang lalu. Kemudian, dalam tempoh Devon, evolusi pokok, ditambah dengan bangunan gunung, mengurangkan lagi tahap dan suhu karbon dioksida, dan Zaman Ais Paleozoik bermula.

Wilayah igneus yang besar

Skala: pemanasan dari 3 hingga 9 darjah Celsius

Masa: beratus ribu tahun

Banjir benua lahar dan magma bawah tanah - yang dipanggil wilayah igneus besar - telah mengakibatkan lebih daripada satu kepupusan besar-besaran. Peristiwa dahsyat ini melancarkan senjata pembunuh di Bumi (termasuk hujan asid, kabus asid, keracunan merkuri dan penipisan ozon), dan juga membawa kepada pemanasan planet, membebaskan sejumlah besar metana dan karbon dioksida ke atmosfera - lebih cepat daripada mereka. boleh mengendalikan luluhawa termostat.

Semasa bencana Perm 252 juta tahun yang lalu, yang memusnahkan 81% spesies marin, magma bawah tanah membakar arang Siberia, meningkatkan kandungan karbon dioksida di atmosfera kepada 8,000 bahagian per juta dan memanaskan suhu sebanyak 5-9 darjah Celsius. Maksimum Termal Paleocene-Eocene, peristiwa yang lebih kecil 56 juta tahun yang lalu, mencipta metana daripada medan minyak di Atlantik Utara dan menghantarnya ke langit, menghangatkan planet 5 darjah Celsius dan mengasidkan lautan. Selepas itu, pokok palma tumbuh di pantai Artik dan buaya berjemur. Pelepasan karbon fosil yang serupa berlaku pada Triassic lewat dan Jurassic awal - dan berakhir dengan pemanasan global, zon mati lautan dan pengasidan lautan.

Jika mana-mana perkara ini terdengar biasa kepada anda, ini adalah kerana aktiviti antropogenik hari ini mempunyai akibat yang sama.

Sebagai sekumpulan penyelidik kepupusan Triassic-Jurassic mencatat pada bulan April dalam jurnal Nature Communications: "Kami menganggarkan jumlah karbon dioksida yang dipancarkan ke atmosfera oleh setiap nadi magma pada akhir Triassic adalah setanding dengan ramalan pelepasan antropogenik untuk abad ke-21."