I lang tid har jordens klima svingt av ti forskjellige grunner, inkludert svingete orbital, tektoniske skift, evolusjonsendringer og andre faktorer. De kastet planeten enten i istider eller i tropisk varme. Hvordan forholder de seg til samtidens menneskeskapte klimaendringer?
Gjennom sin historie har jorden klart å være en snøball og et drivhus. Og hvis klimaet endret seg før mennesket så ut, hvordan vet vi at det er vi som har skylden for den kraftige oppvarmingen vi observerer i dag?
Delvis fordi vi kan trekke en klar årsakssammenheng mellom menneskeskapte karbondioksidutslipp og en økning på 1,28 grader Celsius i den globale temperaturen (som for øvrig fortsetter) over den preindustrielle æra. Karbondioksidmolekyler absorberer infrarød stråling, så når mengden i atmosfæren øker, holder de mer varme, som fordamper fra planetens overflate.
Samtidig har paleoclimatologer gjort store fremskritt med å forstå prosessene som førte til klimaendringer i fortiden. Her er ti tilfeller av naturlige klimaendringer - sammenlignet med dagens situasjon.
Solcykler
Skala: avkjøling med 0,1-0,3 grader celsius
Tidslinje: periodiske fall i solaktivitet fra 30 til 160 år, adskilt av flere århundrer
Salgsfremmende video:
Hvert 11. år endres det solmagnetiske feltet, og med det kommer 11-årige sykluser med lysning og dimming. Men disse svingningene er små og påvirker bare jordas klima ubetydelig.
Mye viktigere er "store solminima", ti års perioder med redusert solaktivitet som har skjedd 25 ganger de siste 11.000 årene. Et nylig eksempel, Maunder minimum, skjedde mellom 1645 og 1715 og fikk solenergi til å falle 0,04% -0,08% under dagens gjennomsnitt. I lang tid trodde forskere at Maunder-minimumet kunne ha forårsaket "Lille istid", en kald snap som varte fra 1400- til 1800-tallet. Men det har siden kommet fram at det var for kort og skjedde til feil tid. Nedkjøling var sannsynligvis forårsaket av vulkansk aktivitet.
Det siste halve århundret har sola blitt svak, og Jorden varmer opp, og det er umulig å knytte den globale oppvarmingen til et himmellegeme.
Vulkansk svovel
Skala: 0,6 - 2 grader kjøling
Tidsramme: fra 1 til 20 år
I 539 eller 540 A. D. e. det var et så kraftig utbrudd av vulkanen Ilopango i El Salvador at plommen nådde stratosfæren. Deretter ødela kalde somre, tørke, hungersnød og pest bosetninger over hele verden.
Utbrudd i Ilopango-skala kaster reflekterende dråper svovelsyre inn i stratosfæren, som screener sollys og kjøler klimaet. Som et resultat bygger havis seg opp, mer sollys reflekteres tilbake i verdensrommet, og den globale avkjøling blir verre og lengre.
Etter utbruddet av Ilopango falt den globale temperaturen med 2 grader i løpet av 20 år. Allerede i vår tid avkjølte utbruddet av Mount Pinatubo på Filippinene i 1991 det globale klimaet med 0,6 grader i 15 måneder.
Vulkansk svovel i stratosfæren kan være ødeleggende, men i omfanget av jordas historie er effekten liten og forbigående.
Kortsiktige klimasvingninger
Skala: opp til 0,15 grader celsius
Tidsramme: fra 2 til 7 år
I tillegg til sesongmessige værforhold, er det andre kortsiktige sykluser som også påvirker nedbør og temperatur. Den viktigste av disse, El Niño eller den sørlige oscillasjonen, er en periodisk endring i sirkulasjonen i det tropiske Stillehavet over en periode på to til syv år som påvirker nedbør i Nord-Amerika. Nordatlantisk oscillasjon og Dipole i Indiahavet har sterk regional innvirkning. Begge samhandler med El Niño.
Innbyrdes sammenheng mellom disse syklusene i lang tid forhindret beviset for at antropogen forandring er statistisk signifikant, og ikke bare et nytt sprang i naturlig variabilitet. Men siden den gang har menneskeskapte klimaendringer gått langt utover naturlig værvariabilitet og sesongmessige temperaturer. Den amerikanske nasjonale klimavurderingen i 2017 konkluderte med at "det ikke er noen avgjørende bevis fra observasjonsdataene som kan forklare de observerte klimaendringene ved naturlige sykluser."
Orbitalvibrasjoner
Målestokk: omtrent 6 grader Celsius i løpet av den siste 100 000-årige syklusen; varierer med geologisk tid
Tidspunkt: Vanlige, overlappende sykluser på 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 og 2.400.000 år
Jordens bane svinger når solen, månen og andre planeter endrer sine relative posisjoner. På grunn av disse konjunktursvingningene, de såkalte Milankovitch-syklusene, svinger mengden av sollys på mellom breddegrader med 25%, og klimaendringene. Disse syklusene har fungert gjennom historien, og skapt vekslende lag av sediment som kan sees i bergarter og utgravninger.
I løpet av Pleistocene-tiden, som tok slutt for rundt 11 700 år siden, sendte Milankovitch-sykluser planeten inn i en av dens istider. Da jordens baneveksling gjorde at de nordlige somrene var varmere enn gjennomsnittet, smeltet massive isark i Nord-Amerika, Europa og Asia; da bane flyttet seg igjen og somrene ble kaldere igjen, vokste disse skjoldene tilbake. Siden det varme havet oppløser mindre karbondioksid, økte atmosfærens innhold og falt i samsvar med svingningene i banen, og forsterket effekten.
I dag nærmer jorden seg et annet minimum av nordlig sollys, så uten menneskeskapte karbondioksidutslipp ville vi komme inn i en ny istid i løpet av de neste 1500 årene.
Svak ung sol
Målestokk: ingen kumulativ temperatureffekt
Tidslinje: permanent
Til tross for kortsiktige svingninger øker solstyrken som helhet med 0,009% per million år, og siden fødselen av solsystemet for 4,5 milliarder år siden, har den økt med 48%.
Forskere mener at fra den unge solens svakhet bør det følge at jorden forble frossent i hele første halvdel av dens eksistens. Samtidig, paradoksalt nok, har geologer oppdaget 3,4 milliarder år gamle steiner dannet i vann med bølger. Det uventet varme klimaet på den tidlige jorda ser ut til å skyldes en eller annen kombinasjon av faktorer: mindre erosjon, klarere himmel, kortere dager og en spesiell atmosfærisk sammensetning før Jorden fikk en oksygenrik atmosfære.
Gunstige forhold i andre halvdel av jordens eksistens, til tross for økningen i solens lysstyrke, fører ikke til et paradoks: Jordens forvitringstermostat motvirker effekten av ekstra sollys og stabiliserer jorden.
Karbondioksid og forvitringstermostat
Målestokk: motvirker andre endringer
Tidslinje: 100 000 år eller lenger
Hovedregulatoren for jordas klima har lenge vært nivået av karbondioksid i atmosfæren, siden karbondioksid er en vedvarende klimagass som blokkerer varme og forhindrer at den stiger fra planetens overflate.
Vulkaner, metamorfe bergarter og karbonoksidasjon i eroderte sedimenter avgir alle karbondioksid til himmelen, og kjemiske reaksjoner med silikatbergarter fjerner karbondioksid fra atmosfæren og danner kalkstein. Balansen mellom disse prosessene fungerer som en termostat, fordi når klimaet varmes opp, er kjemiske reaksjoner mer effektive til å fjerne karbondioksid, og dermed hemme oppvarmingen. Når klimaet avkjøles, reduseres tvert imot reaksjonenes effektivitet, noe som letter kjøling. Jordens klima forble derfor relativt stabilt over lang tid, og ga et beboelig miljø. Spesielt har de gjennomsnittlige karbondioksidnivåene sunket jevnlig som et resultat av den økende lysstyrken til sola.
Imidlertid tar det hundrevis av millioner av år for forvitringstermostaten å reagere på bølgen av karbondioksid i atmosfæren. Jordens hav absorberer og fjerner overflødig karbon raskere, men selv denne prosessen tar årtusener - og kan stoppes, med fare for forsuring av havet. Forbrenning av fossilt brensel avgir hvert år omtrent 100 ganger mer karbondioksid enn vulkaner bryter ut - havene og forvitring mislykkes - så klimaet varmes opp og havene oksiderer.
Tektoniske skift
Skala: omtrent 30 grader celsius de siste 500 millioner årene
Tidslinje: millioner av år
Bevegelsen av jordmassene på jordskorpen kan sakte føre forvitringstermostaten til en ny stilling.
I løpet av de siste 50 millioner årene har planeten avkjølt, tektoniske platekollisjoner som presset kjemisk reaktive bergarter som basalt og vulkansk aske inn i de varme fuktige tropene, og økt frekvensen av reaksjoner som tiltrekker karbondioksid fra himmelen. I tillegg har de siste 20 millioner årene, med Himalaya, Andesfjellene, Alpene og andre fjell, erosjonstakten mer enn doblet seg, noe som har ført til en forverring av forvitring. En annen faktor som akselererte kjølingstrenden var separasjonen av Sør-Amerika og Tasmania fra Antarktis for 35,7 millioner år siden. En ny havstrøm har dannet seg rundt Antarktis, og den har forsterket sirkulasjonen av vann og plankton, som forbruker karbondioksid. Som et resultat har isarkene fra Antarktis vokst betydelig.
Tidligere, under jura- og kritttiden, streifet dinosaurene over Antarktis, fordi uten disse fjellkjedene holdt den økte vulkanske aktiviteten karbondioksid i nivåer i størrelsesorden 1000 deler per million (opp fra 415 i dag). Gjennomsnittstemperaturen i denne isfrie verdenen var 5-9 grader høyere enn den er nå, og havnivået var 75 meter høyere.
Asteroidfall (Chikshulub)
Skala: først avkjøles med omtrent 20 grader celsius, deretter varmes opp med 5 grader celsius
Tidslinje: århundrer med avkjøling, 100 000 års oppvarming
Databasen med asteroidepåvirkninger på jorden inneholder 190 kratre. Ingen av dem hadde en merkbar effekt på jordas klima, med unntak av asteroiden Chikshulub, som ødela en del av Mexico og drepte dinosaurene for 66 millioner år siden. Datasimuleringer viser at Chikshulub har kastet nok støv og svovel i den øvre atmosfæren til å formørke sollys og avkjøle jorden med mer enn 20 grader celsius, samt forsur havene. Det tok planeten århundrer å komme tilbake til sin forrige temperatur, men så varmet den opp ytterligere 5 grader på grunn av inntrengning av karbondioksid fra den ødelagte meksikanske kalksteinen i atmosfæren.
Hvordan vulkansk aktivitet i India påvirket klimaendringer og masseutryddelse er fortsatt kontroversiell.
Evolusjonære endringer
Målestokk: hendelsesavhengig, avkjøling med omtrent 5 grader celsius i den sene ordovikanske perioden (445 millioner år siden)
Tidslinje: millioner av år
Noen ganger vil evolusjonen av nye livsarter tilbakestille jordens termostat. Dermed lanserte fotosyntetiske cyanobakterier, som oppsto for rundt 3 milliarder år siden, prosessen med terraforming og frigjøring av oksygen. Da de spredte seg, økte oksygenet i atmosfæren for 2,4 milliarder år siden, mens metan og karbondioksidnivået falt kraftig. I løpet av 200 millioner år har jorden blitt en "snøball" flere ganger. For 717 millioner år siden utløste utviklingen av livet i havet, større enn mikrober, en annen serie "snøballer" - i dette tilfellet fordi organismer begynte å frigjøre detritus i havdypet, ta karbon fra atmosfæren og gjemme det på dybden.
Da de tidligste landplantene dukket opp omtrent 230 millioner år senere i ordovicium, begynte de å danne jordens biosfære, begravet karbon på kontinentene og utvunnet næringsstoffer fra land - de vasket ut i verdenshavene og stimulerte også livet der. Disse endringene ser ut til å ha ført til istiden, som begynte for rundt 445 millioner år siden. Senere, i Devon-perioden, reduserte utviklingen av trær, kombinert med fjellbygging, ytterligere karbondioksidnivåer og temperaturer, og den paleosoiske istiden begynte.
Store stollende provinser
Målestokk: Oppvarming 3 til 9 grader celsius
Tidslinje: hundretusener av år
Kontinentale flom av lava og underjordisk magma - såkalte store stollende provinser - har resultert i mer enn en masseutryddelse. Disse grufulle hendelsene løsnet et arsenal av mordere på jorden (inkludert surt regn, sur tåke, kvikksølvforgiftning og ozonnedbrytning), og førte også til en oppvarming av planeten, og ga ut enorme mengder metan og karbondioksid i atmosfæren - raskere enn de kunne. håndtere termostatforvitring.
Under Perm-katastrofen for 252 millioner år siden, som ødela 81% av marine arter, satte underjordisk magma fyr på sibirsk kull, løftet karbondioksidinnholdet i atmosfæren til 8000 deler per million og varmet opp temperaturen med 5-9 grader celsius. Paleocene-Eocene Thermal Maximum, en mindre hendelse for 56 millioner år siden, skapte metan i oljefelt i Nord-Atlanteren og sendte den himmelsk, og varmet planeten 5 grader celsius og forsuret havet. Senere vokste palmetrær ved de arktiske breddene og alligatorer solte seg. Tilsvarende utslipp av fossilt karbon skjedde i den sene trias- og tidlige juraperioder - og endte i global oppvarming, døde soner i havet og forsuring av havet.
Hvis noe av dette høres kjent ut for deg, skyldes det at menneskeskapte aktiviteter i dag har lignende konsekvenser.
Som en gruppe triasisk-jura-utryddelse forskere bemerket i april i tidsskriftet Nature Communications: "Vi estimerer mengden karbondioksid som slippes ut i atmosfæren av hver magmapuls på slutten av trias, er sammenlignbar med prognosen for menneskeskapte utslipp for det 21. århundre."
