Жер климатының антропогендік ауытқуының 10 жағдайы

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Ұзақ уақыт бойы Жердің климаты он түрлі себептерге байланысты құбылып отырды, соның ішінде орбиталық ауытқулар, тектоникалық ығысулар, эволюциялық өзгерістер және басқа да факторлар. Олар планетаны мұз дәуірінде немесе тропикалық ыстықта батып кетті. Олардың қазіргі антропогендік климаттың өзгеруімен қандай қатысы бар?

Тарихта Жер қарлы және жылыжай бола білді. Ал егер климат адам пайда болғанға дейін өзгерген болса, онда бүгінгі күннің күрт жылынуына өзіміз кінәлі екенімізді қайдан білеміз?

Ішінара, біз антропогендік көмірқышқыл газының шығарындылары мен индустрияға дейінгі дәуірдегі жаһандық температураның 1,28 градус Цельсий көтерілуі (айтпақшы, бұл жалғасуда) арасында нақты себептік байланыс жасай алатындықтан. Көмірқышқыл газының молекулалары инфрақызыл сәулеленуді сіңіреді, сондықтан олардың атмосферадағы мөлшері артқан сайын олар планетаның бетінен буланатын жылуды көбірек сақтайды.

Сонымен бірге палеоклиматологтар өткендегі климаттың өзгеруіне әкелген процестерді түсінуде үлкен жетістіктерге жетті. Міне, климаттың табиғи өзгеруінің он жағдайы – қазіргі жағдаймен салыстырғанда.

Күн циклдері

Масштаб: салқындату 0, 1-0, 3 градус Цельсий

Уақыты:30-дан 160 жылға дейін созылатын күн белсенділігінің периодтық құлдырауы, бірнеше ғасырлармен бөлінген

Әр 11 жыл сайын күннің магнит өрісі өзгереді және онымен бірге 11 жылдық жарықтандыру және күңгірттену циклдары келеді. Бірақ бұл ауытқулар шамалы және Жер климатына шамалы ғана әсер етеді.

«Үлкен күн минимумдары», соңғы 11 000 жылда 25 рет болған күн белсенділігінің төмендеуінің он жылдық кезеңдері әлдеқайда маңызды. Соңғы мысал, Маундер минимумы 1645 және 1715 жылдар аралығында болды және күн энергиясының ағымдағы орташа деңгейден 0,04% -0,08% төмендеуіне әкелді. Ұзақ уақыт бойы ғалымдар Маундер минимумы 15-19 ғасырларға созылған «кішкентай мұз дәуірін» тудыруы мүмкін деп есептеді. Бірақ содан бері бұл тым қысқа және дұрыс емес уақытта болғаны белгілі болды. Суықтың күрт көтерілуі вулкандық белсенділікке байланысты болуы мүмкін.

Соңғы жарты ғасырда Күн аздап күңгірттенді, ал Жер жылынып жатыр, жаһандық жылынуды аспан денесімен байланыстыру мүмкін емес.

Жанартаулық күкірт

Масштаб: салқындату 0, 6 - 2 градус Цельсий

Уақыты:1 жастан 20 жасқа дейін

539 немесе 540 жж. e. Сальвадордағы Илопанго жанартауының күшті атқылауы болды, оның шлейфі стратосфераға жетті. Кейіннен суық жаз, құрғақшылық, ашаршылық пен оба дүние жүзіндегі елді мекендерді шарпыды.

Илопанго масштабындағы атқылаулар стратосфераға күкірт қышқылының шағылыстыратын тамшыларын лақтырады, олар күн сәулесін экранға шығарады және климатты салқындатады. Нәтижесінде теңіз мұзы жиналып, күн сәулесі ғарышқа көбірек шағылысады және жаһандық салқындау күшейіп, ұзарады.

Илопанго атқылауынан кейін 20 жыл ішінде ғаламдық температура 2 градусқа төмендеді. Біздің дәуіріміздің өзінде 1991 жылы Филиппиндегі Пинатубо тауының атқылауы жаһандық климатты 15 айдың ішінде 0,6 градусқа суытқан.

Стратосферадағы жанартаулық күкірт жойқын болуы мүмкін, бірақ Жер тарихының масштабында оның әсері өте аз және өтпелі.

Қысқа мерзімді климаттық ауытқулар

Масштаб:0,15 градус Цельсийге дейін

Уақыты: 2 жылдан 7 жылға дейін

Маусымдық ауа райы жағдайларынан басқа, жауын-шашын мен температураға әсер ететін басқа да қысқа мерзімді циклдар бар. Олардың ең маңыздысы, Эль-Ниньо немесе Оңтүстік тербеліс, Солтүстік Америкадағы жауын-шашынға әсер ететін тропикалық Тынық мұхитындағы айналымның екі жылдан жеті жылға дейінгі кезеңдегі мерзімді өзгеруі. Солтүстік Атлантикалық тербеліс пен Үнді мұхитының дипольі күшті аймақтық әсерге ие. Екеуі де Эль-Ниньомен араласады.

Бұл циклдердің өзара байланысы табиғи өзгергіштіктің кезекті секірісі емес, антропогендік өзгерістердің статистикалық маңызды екенін дәлелдеуге ұзақ уақыт бойы кедергі келтірді. Бірақ содан бері климаттың антропогендік өзгеруі табиғи ауа-райының құбылмалылығы мен маусымдық температурадан әлдеқайда асып түсті. 2017 жылғы АҚШ-тың Ұлттық климаттық бағалауы «байқалған климаттың өзгеруін табиғи циклдармен түсіндіре алатын бақылау деректерінен нақты дәлелдер жоқ» деген қорытындыға келді.

Орбиталық тербеліс

Масштаб: соңғы 100 000 жылдық циклде шамамен 6 градус Цельсий; геологиялық уақытқа байланысты өзгереді

Уақыты: 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 және 2 400 000 жылды құрайтын тұрақты, қайталанатын циклдар

Күн, Ай және басқа планеталар өзара орналасуын өзгерткенде Жердің орбитасы өзгереді. Осы циклдік ауытқуларға байланысты Миланкович циклдері деп аталатын күн сәулесінің мөлшері орта ендіктерде 25% ауытқиды және климат өзгереді. Бұл циклдар тау жыныстары мен қазбаларда көрінетін шөгінділердің ауыспалы қабаттарын құра отырып, тарих бойы жұмыс істеді.

Шамамен 11 700 жыл бұрын аяқталған плейстоцен дәуірінде Миланкович циклдері планетаны мұз дәуірінің біріне жіберді. Жер орбитасының ауысуы солтүстік жазды орташадан жылы еткенде, Солтүстік Америкадағы, Еуропадағы және Азиядағы жаппай мұз қабаттары еріп кетті; орбита қайтадан ауысып, жаз қайтадан салқындаған кезде, бұл қалқандар қайтадан өсті. Жылы мұхит көмірқышқыл газын азырақ ерітетіндіктен, атмосфераның құрамы орбиталық тербелістерге сәйкес өсіп, олардың әсерін күшейте түсті.

Бүгінгі күні Жер солтүстік күн сәулесінің тағы бір минимумына жақындап қалды, сондықтан антропогендік көмірқышқыл газы шығарындылары болмаса, біз алдағы 1500 жыл немесе одан да көп уақыт ішінде жаңа мұз дәуіріне кірер едік.

Әлсіз жас күн

Масштаб: жалпы температура әсері жоқ

Уақыты: тұрақты

Қысқа мерзімді ауытқуларға қарамастан, тұтастай алғанда күннің жарықтығы миллион жылда 0,009% -ға артады, ал 4,5 млрд жыл бұрын Күн жүйесі пайда болғаннан бері ол 48% -ға өсті.

Ғалымдардың пайымдауынша, жас күннің әлсіздігінен Жер өзінің өмір сүруінің бірінші жартысында қатып қалған. Сонымен қатар, парадоксальды түрде геологтар толқындармен суда пайда болған 3,4 миллиард жыл жастағы тау жыныстарын тапты. Ертедегі Жердің күтпеген жылы климаты кейбір факторлардың үйлесімімен байланысты: жер эрозиясының аз болуы, ашық аспан, күндердің қысқаруы және Жер оттегіге бай атмосфераға ие болғанға дейін атмосфераның ерекше құрамы.

Жердің өмір сүруінің екінші жартысындағы қолайлы жағдайлар, күннің жарықтығының артуына қарамастан, парадоксқа әкелмейді: Жердің атмосфералық термостаты қосымша күн сәулесінің әсеріне қарсы тұрады, Жерді тұрақтандырады.

Көмірқышқыл газы және атмосфералық термостат

Масштаб: басқа өзгерістерге қарсы тұрады

Уақыты: 100 000 жыл немесе одан да көп

Жер климатының негізгі реттеушісі бұрыннан атмосферадағы көмірқышқыл газының деңгейі болып табылады, өйткені көмірқышқыл газы жылуды блоктайтын, оның планетаның бетінен көтерілуіне жол бермейтін тұрақты парниктік газ болып табылады.

Жанартаулар, метаморфтық тау жыныстары және эрозияға ұшыраған шөгінділердегі көміртегі тотығуы барлығы көмірқышқыл газын аспанға шығарады, ал силикат жыныстарымен химиялық реакциялар атмосферадан көмірқышқыл газын алып тастап, әктас түзеді. Бұл процестер арасындағы тепе-теңдік термостат сияқты жұмыс істейді, өйткені климат жылыған кезде химиялық реакциялар көмірқышқыл газын жоюда тиімдірек болады, осылайша жылынуды бәсеңдетеді. Климат салқындаған кезде реакциялардың тиімділігі, керісінше, төмендейді, салқындатуды жеңілдетеді. Демек, ұзақ уақыт бойы Жердің климаты салыстырмалы түрде тұрақты болып, өмір сүруге қолайлы ортаны қамтамасыз етті. Атап айтқанда, көмірқышқыл газының орташа деңгейі Күннің жарықтығының жоғарылауы нәтижесінде тұрақты түрде төмендеді.

Дегенмен, атмосферадағы көмірқышқыл газының көтерілуіне атмосфералық термостаттың әрекет етуі үшін жүздеген миллион жылдар қажет. Жер мұхиттары артық көміртекті тезірек сіңіреді және алып тастайды, бірақ бұл процесс тіпті мыңдаған жылдарға созылады - және мұхиттың қышқылдану қаупімен тоқтатылуы мүмкін. Жыл сайын қазба отындарын жағу жанартаулардың атқылауына қарағанда шамамен 100 есе көп көмірқышқыл газын шығарады - мұхиттар мен ауа райы бұзылады - сондықтан климат қызады және мұхиттар қышқылданады.

Тектоникалық ығысулар

Масштаб: соңғы 500 миллион жыл ішінде шамамен 30 градус Цельсий

Уақыты: миллиондаған жылдар

Жер қыртысының құрлық массаларының қозғалысы атмосфералық термостатты жаңа позицияға баяу жылжытуы мүмкін.

Соңғы 50 миллион жыл ішінде планета салқындап, тектоникалық плиталардың соқтығысуы базальт пен жанартау күлі сияқты химиялық реактивті жыныстарды жылы ылғалды тропиктерге итеріп, аспаннан көмірқышқыл газын тартатын реакциялардың жылдамдығын арттырды. Сонымен қатар, соңғы 20 миллион жыл ішінде Гималай, Анд, Альпі және басқа таулардың көтерілуімен эрозия жылдамдығы екі еседен астамға өсті, бұл ауа райының жылдамдауына әкелді. Салқындау үрдісін жеделдеткен тағы бір фактор 35,7 миллион жыл бұрын Оңтүстік Америка мен Тасманияның Антарктидадан бөлінуі болды. Антарктиданың төңірегінде жаңа мұхит ағысы пайда болып, ол көмірқышқыл газын тұтынатын су мен планктон айналымын күшейтті. Нәтижесінде Антарктиданың мұз қабаттары айтарлықтай өсті.

Бұрын юра және бор кезеңдерінде динозаврлар Антарктидада жүрді, өйткені бұл тау жоталары болмаса, вулкандық белсенділіктің жоғарылауы көмірқышқыл газын миллионға шамамен 1000 бөлік деңгейінде ұстады (бүгінгі күнгі 415-тен). Бұл мұзсыз әлемде орташа температура қазіргіден 5-9 градус Цельсий, теңіз деңгейі 75 метр жоғары болды.

Астероид сарқырамасы (Чикшулуб)

Масштаб: алдымен шамамен 20 градус Цельсий салқындату, содан кейін 5 градус Цельсий жылыну

Уақыты: ғасырлар салқындаған, 100 000 жыл жылыған

Жерге астероидтардың соғуы туралы мәліметтер базасында 190 кратер бар. 66 миллион жыл бұрын Мексиканың бір бөлігін жойып, динозаврларды өлтірген астероид Чикшулубты қоспағанда, олардың ешқайсысы Жер климатына айтарлықтай әсер еткен жоқ. Компьютерлік модельдеу көрсеткендей, Чикшулуб атмосфераның жоғарғы қабатына күн сәулесін түсіріп, жерді 20 градустан астам салқындатып, мұхиттарды қышқылдандыру үшін жеткілікті шаң мен күкіртті тастаған. Планетаның бұрынғы температурасына оралуы үшін бірнеше ғасыр қажет болды, бірақ кейін ол атмосфераға жойылған мексикалық әктас көмірқышқыл газының түсуіне байланысты тағы 5 градусқа дейін жылыды.

Үндістандағы жанартаулық белсенділіктің климаттың өзгеруіне және жаппай жойылуына қалай әсер еткені даулы болып қала береді.

Эволюциялық өзгерістер

Масштаб: оқиғаға байланысты, Ордовик кезеңінің соңғы кезеңінде (445 миллион жыл бұрын) шамамен 5 градус Цельсийге салқындатылды.

Уақыты: миллиондаған жылдар

Кейде тіршіліктің жаңа түрлерінің эволюциясы Жердің термостатын қалпына келтіреді. Мысалы, шамамен 3 миллиард жыл бұрын пайда болған фотосинтетикалық цианобактериялар оттегін бөлу, терраформациялау процесін бастады. Олар тараған кезде атмосферадағы оттегі мөлшері 2,4 миллиард жыл бұрын көбейіп, метан мен көмірқышқыл газының деңгейі күрт төмендеді.200 миллион жыл ішінде Жер бірнеше рет «қарға» айналды. 717 миллион жыл бұрын микробтардан үлкенірек мұхит өмірінің эволюциясы тағы да қарлы шарлардың сериясын тудырды - бұл жағдайда организмдер мұхит тереңдігіне детриттерді шығара бастады, атмосферадан көміртекті алып, оны тереңдікте жасыра бастады.

Құрлықтағы ең алғашқы өсімдіктер шамамен 230 миллион жылдан кейін ордовик дәуірінде пайда болған кезде, олар континенттерге көміртекті көміп, құрлықтан қоректік заттарды алып, жер биосферасын құра бастады - олар мұхиттарға жуылды, сонымен қатар ондағы тіршілікті ынталандырды. Бұл өзгерістер шамамен 445 миллион жыл бұрын басталған мұз дәуіріне әкелген сияқты. Кейінірек, девон дәуірінде ағаштардың эволюциясы тау құрылыстарымен бірге көмірқышқыл газының деңгейі мен температурасын одан әрі төмендетіп, палеозой мұз дәуірі басталды.

Ірі магмалық провинциялар

Масштаб: 3 градустан 9 градусқа дейін жылыну

Уақыты: жүздеген мың жылдар

Лава мен жерасты магмасының континенттік су тасқыны - ірі магмалық провинциялар деп аталатындар - біреуден көп жаппай жойылып кетуге әкелді. Бұл қорқынышты оқиғалар жер бетінде өлтірушілердің арсеналын (соның ішінде қышқыл жаңбыр, қышқыл тұман, сынаппен улану және озон қабатының бұзылуы) шығарды, сонымен қатар планетаның жылынуына әкелді, атмосфераға метан мен көмірқышқыл газының үлкен мөлшерін шығарды - олардан тезірек термостаттың ауа-райына қарсы тұруы мүмкін.

Осыдан 252 миллион жыл бұрын теңіз түрлерінің 81% жойылған Пермь апаты кезінде жер асты магмасы Сібір көмірін өртеп жіберді, атмосферадағы көмірқышқыл газының мөлшері миллионға 8000 бөлікке дейін көтеріліп, температура Цельсий бойынша 5-9 градусқа дейін көтерілді. Палеоцен-эоцендік термиялық максимум, 56 миллион жыл бұрынғы кішірек оқиға, Солтүстік Атлантикадағы мұнай кен орындарынан метан жасап, оны аспанға жіберіп, планетаны Цельсий бойынша 5 градус жылытып, мұхитты қышқылдандырды. Кейіннен Арктика жағалауында пальмалар өсіп, аллигаторлар суға батты. Қазба көміртегінің ұқсас шығарындылары триастың соңында және юраның басында орын алды және жаһандық жылынумен, мұхиттың өлі аймақтарымен және мұхиттың қышқылдануымен аяқталды.

Осының кез келгені сізге таныс болып көрінсе, оның себебі бүгінгі күні антропогендік әрекеттердің осындай салдары бар.

Триас-юра дәуірінің жойылуын зерттеушілер тобы сәуірде Nature Communications журналында атап өткендей: «Біз триастың соңында әрбір магма импульсі арқылы атмосфераға шығарылатын көмірқышқыл газының мөлшерін есептейміз. 21 ғасыр».