10 gevallen van antropogene schommelingen in het klimaat op aarde

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Lange tijd fluctueerde het klimaat op aarde om tien verschillende redenen, waaronder orbitale schommelingen, tektonische verschuivingen, evolutionaire veranderingen en andere factoren. Ze dompelden de planeet onder in ijstijden of in tropische hitte. Hoe verhouden ze zich tot de hedendaagse antropogene klimaatverandering?

Historisch gezien is de aarde erin geslaagd een sneeuwbal en een broeikas te zijn. En als het klimaat is veranderd voordat de mens verscheen, hoe weten we dan dat wij verantwoordelijk zijn voor de scherpe opwarming die we vandaag waarnemen?

Deels omdat we een duidelijk causaal verband kunnen leggen tussen antropogene kooldioxide-emissies en een stijging van de mondiale temperatuur met 1,28 graad Celsius (die overigens doorgaat) in het pre-industriële tijdperk. Kooldioxidemoleculen absorberen infrarode straling, dus naarmate hun hoeveelheid in de atmosfeer toeneemt, houden ze meer warmte vast, die van het aardoppervlak verdampt.

Tegelijkertijd hebben paleoklimatologen grote vooruitgang geboekt bij het begrijpen van de processen die in het verleden tot klimaatverandering hebben geleid. Hier zijn tien gevallen van natuurlijke klimaatverandering - vergeleken met de huidige situatie.

zonnecycli

Schaal:koeling met 0, 1-0, 3 graden Celsius

tijdstip:periodieke dalingen in zonneactiviteit van 30 tot 160 jaar, gescheiden door enkele eeuwen

Elke 11 jaar verandert het magnetische veld van de zon, en daarmee komen 11-jarige cycli van oplichten en dimmen. Maar deze schommelingen zijn klein en beïnvloeden het klimaat op aarde slechts onbeduidend.

Veel belangrijker zijn de "grote zonneminima", perioden van tien jaar waarin de zonneactiviteit 25 keer is afgenomen in de afgelopen 11.000 jaar. Een recent voorbeeld, het Maunder-minimum, vond plaats tussen 1645 en 1715 en zorgde ervoor dat zonne-energie 0,04% -0,08% onder het huidige gemiddelde daalde. Lange tijd geloofden wetenschappers dat het Maunder-minimum de "Kleine IJstijd" zou kunnen veroorzaken, een koudegolf die duurde van de 15e tot de 19e eeuw. Maar inmiddels is gebleken dat het te kort was en op het verkeerde moment gebeurde. De koudegolf werd hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door vulkanische activiteit.

De afgelopen halve eeuw is de zon een beetje aan het dimmen en de aarde warmt op, en het is onmogelijk om de opwarming van de aarde te associëren met een hemellichaam.

vulkanische zwavel

Schaal:koeling met 0, 6 - 2 graden Celsius

tijdstip:van 1 tot 20 jaar oud

In 539 of 540 na Christus e. er was zo'n krachtige uitbarsting van de vulkaan Ilopango in El Salvador dat de pluim de stratosfeer bereikte. Vervolgens verwoestten koude zomers, droogte, hongersnood en pest nederzettingen over de hele wereld.

Uitbarstingen op de schaal van Ilopango werpen reflecterende druppeltjes zwavelzuur in de stratosfeer, die zonlicht afschermen en het klimaat koelen. Als gevolg hiervan stapelt zee-ijs zich op, wordt meer zonlicht terug de ruimte in gereflecteerd en wordt de mondiale afkoeling geïntensiveerd en verlengd.

Na de uitbarsting van Ilopango is de temperatuur op aarde in twintig jaar tijd met 2 graden gedaald. Reeds in onze jaartelling koelde de uitbarsting van Mount Pinatubo op de Filippijnen in 1991 het wereldklimaat met 0,6 graden af voor een periode van 15 maanden.

Vulkanische zwavel in de stratosfeer kan verwoestend zijn, maar op de schaal van de geschiedenis van de aarde is het effect klein en ook van voorbijgaande aard.

Klimaatschommelingen op korte termijn

Schaal:tot 0, 15 graden Celsius

tijdstip: van 2 tot 7 jaar

Naast seizoensgebonden weersomstandigheden zijn er andere kortetermijncycli die ook van invloed zijn op regenval en temperatuur. De belangrijkste hiervan, de El Niño of Zuidelijke Oscillatie, is een periodieke verandering in de circulatie in de tropische Stille Oceaan over een periode van twee tot zeven jaar die de regenval in Noord-Amerika beïnvloedt. De Noord-Atlantische Oscillatie en de Dipool van de Indische Oceaan hebben een sterke regionale impact. Beiden hebben interactie met El Niño.

De onderlinge relatie van deze cycli heeft lange tijd het vermogen belemmerd om te bewijzen dat antropogene verandering statistisch significant is, en niet slechts een nieuwe sprong in natuurlijke variabiliteit. Maar sindsdien is de antropogene klimaatverandering veel verder gegaan dan natuurlijke weersvariabiliteit en seizoenstemperaturen. De Amerikaanse National Climate Assessment 2017 concludeerde dat "er geen sluitend bewijs is uit de waarnemingsgegevens dat de waargenomen klimaatverandering door natuurlijke cycli zou kunnen verklaren."

Orbitale trillingen

Schaal: ongeveer 6 graden Celsius in de laatste 100.000 jaar cyclus; varieert met de geologische tijd

tijdstip: regelmatige, overlappende cycli van 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 en 2.400.000 jaar

De baan van de aarde fluctueert wanneer de zon, de maan en andere planeten hun relatieve posities veranderen. Door deze cyclische fluctuaties, de zogenaamde Milankovitch-cycli, fluctueert de hoeveelheid zonlicht op de middelste breedtegraden met 25% en verandert het klimaat. Deze cycli hebben door de geschiedenis heen gewerkt en hebben afwisselende sedimentlagen gecreëerd die te zien zijn in rotsen en opgravingen.

Tijdens het Pleistoceen-tijdperk, dat ongeveer 11.700 jaar geleden eindigde, stuurden Milankovitch-cycli de planeet naar een van zijn ijstijden. Toen de baanverschuiving van de aarde de noordelijke zomers warmer maakte dan gemiddeld, smolten enorme ijskappen in Noord-Amerika, Europa en Azië; toen de baan weer verschoof en de zomers weer kouder werden, groeiden deze schilden terug. Naarmate de warme oceaan minder koolstofdioxide oplost, nam de atmosferische inhoud toe en daalde deze tegelijk met de orbitale oscillaties, waardoor hun effect werd versterkt.

Vandaag nadert de aarde weer een minimum aan noordelijk zonlicht, dus zonder antropogene uitstoot van kooldioxide zouden we in de komende 1500 jaar of zo een nieuwe ijstijd ingaan.

Vage jonge zon

Schaal: geen totaal temperatuureffect

tijdstip: permanent

Ondanks kortetermijnfluctuaties neemt de helderheid van de zon als geheel toe met 0,009% per miljoen jaar, en sinds de geboorte van het zonnestelsel 4,5 miljard jaar geleden is deze met 48% toegenomen.

Wetenschappers geloven dat uit de zwakte van de jonge zon zou moeten volgen dat de aarde de hele eerste helft van haar bestaan bevroren bleef. Tegelijkertijd hebben geologen paradoxaal genoeg stenen ontdekt van 3,4 miljard jaar oud, gevormd in water met golven. Het onverwacht warme klimaat van de vroege aarde lijkt te wijten te zijn aan een combinatie van factoren: minder landerosie, helderdere luchten, kortere dagen en een speciale samenstelling van de atmosfeer voordat de aarde een zuurstofrijke atmosfeer kreeg.

Gunstige omstandigheden in de tweede helft van het bestaan van de aarde, ondanks de toename van de helderheid van de zon, leiden niet tot een paradox: de verweringsthermostaat van de aarde gaat de effecten van extra zonlicht tegen en stabiliseert de aarde.

Thermostaat voor koolstofdioxide en verwering

Schaal: gaat andere veranderingen tegen

tijdstip: 100.000 jaar of langer

De belangrijkste regelgever van het klimaat op aarde is lange tijd het kooldioxidegehalte in de atmosfeer geweest, aangezien kooldioxide een hardnekkig broeikasgas is dat warmte blokkeert en verhindert dat het van het aardoppervlak opstijgt.

Vulkanen, metamorfe gesteenten en koolstofoxidatie in geërodeerde sedimenten stoten allemaal koolstofdioxide uit in de lucht, en chemische reacties met silicaatgesteenten verwijderen koolstofdioxide uit de atmosfeer en vormen kalksteen. De balans tussen deze processen werkt als een thermostaat, want wanneer het klimaat opwarmt, zijn chemische reacties effectiever in het verwijderen van kooldioxide, waardoor de opwarming wordt vertraagd. Wanneer het klimaat afkoelt, neemt de efficiëntie van de reacties daarentegen af, waardoor de koeling wordt vergemakkelijkt. Bijgevolg bleef het klimaat op aarde gedurende een lange periode relatief stabiel, wat een bewoonbare omgeving opleverde. Vooral het gemiddelde kooldioxidegehalte is gestaag gedaald als gevolg van de toenemende helderheid van de zon.

Het duurt echter honderden miljoenen jaren voordat de verweringsthermostaat reageert op de toename van koolstofdioxide in de atmosfeer. De oceanen van de aarde absorberen en verwijderen overtollige koolstof sneller, maar zelfs dit proces duurt millennia - en kan worden gestopt, met het risico van oceaanverzuring. Elk jaar stoten de verbranding van fossiele brandstoffen ongeveer 100 keer meer koolstofdioxide uit dan vulkanen uitbarsten - de oceanen en verwering falen - dus het klimaat warmt op en de oceanen verzuren.

tektonische verschuivingen

Schaal: ongeveer 30 graden Celsius in de afgelopen 500 miljoen jaar

tijdstip: miljoenen jaren

De beweging van de landmassa's van de aardkorst kan de verweringsthermostaat langzaam naar een nieuwe positie verplaatsen.

De afgelopen 50 miljoen jaar is de planeet aan het afkoelen, tektonische plaatbotsingen duwen chemisch reactieve rotsen zoals basalt en vulkanische as de warme vochtige tropen in, waardoor de snelheid van reacties die koolstofdioxide uit de lucht aantrekken, toeneemt. Bovendien is in de afgelopen 20 miljoen jaar, met de opkomst van de Himalaya, de Andes, de Alpen en andere bergen, de snelheid van erosie meer dan verdubbeld, wat heeft geleid tot een versnelling van de verwering. Een andere factor die de afkoelingstrend versnelde, was de scheiding van Zuid-Amerika en Tasmanië van Antarctica 35,7 miljoen jaar geleden. Rond Antarctica heeft zich een nieuwe oceaanstroom gevormd die de circulatie van water en plankton, die koolstofdioxide verbruiken, heeft geïntensiveerd. Als gevolg hiervan zijn de ijskappen van Antarctica aanzienlijk gegroeid.

Eerder, tijdens het Jura en het Krijt, zwierven dinosaurussen door Antarctica, omdat zonder deze bergketens de verhoogde vulkanische activiteit koolstofdioxide op een niveau van ongeveer 1.000 delen per miljoen hield (tegenover 415 vandaag). De gemiddelde temperatuur in deze ijsvrije wereld was 5-9 graden Celsius hoger dan nu, en de zeespiegel was 75 meter hoger.

Asteroid Falls (Chikshulub)

Schaal: eerst afkoelen met ongeveer 20 graden Celsius, dan opwarmen met 5 graden Celsius

tijdstip: eeuwen afkoeling, 100.000 jaar opwarming

De database van asteroïde-inslagen op de aarde bevat 190 kraters. Geen van hen had een merkbaar effect op het klimaat op aarde, met uitzondering van de asteroïde Chikshulub, die 66 miljoen jaar geleden een deel van Mexico verwoestte en de dinosauriërs doodde. Computersimulaties tonen aan dat Chikshulub genoeg stof en zwavel in de bovenste atmosfeer heeft gegooid om zonlicht te verduisteren en de aarde met meer dan 20 graden Celsius af te koelen en de oceanen te verzuren. Het kostte de planeet eeuwen om terug te keren naar de vorige temperatuur, maar toen warmde ze nog eens 5 graden op vanwege het binnendringen van koolstofdioxide van de vernietigde Mexicaanse kalksteen in de atmosfeer.

Hoe vulkanische activiteit in India de klimaatverandering en massa-extinctie beïnvloedde, blijft controversieel.

Evolutionaire veranderingen

Schaal: afhankelijk van de gebeurtenis, afkoeling met ongeveer 5 graden Celsius in de late Ordovicium-periode (445 miljoen jaar geleden)

tijdstip: miljoenen jaren

Soms zal de evolutie van nieuwe soorten leven de thermostaat van de aarde resetten. Bijvoorbeeld, fotosynthetische cyanobacteriën, die ongeveer 3 miljard jaar geleden ontstonden, lanceerden het proces van terravorming, waarbij zuurstof vrijkwam. Terwijl ze zich verspreidden, nam het zuurstofgehalte in de atmosfeer 2,4 miljard jaar geleden toe, terwijl de niveaus van methaan en koolstofdioxide sterk daalden. In de loop van 200 miljoen jaar is de aarde verschillende keren in een "sneeuwbal" veranderd. 717 miljoen jaar geleden veroorzaakte de evolutie van het oceaanleven, groter dan microben, nog een nieuwe reeks sneeuwballen - in dit geval toen organismen afval in de diepten van de oceaan begonnen af te geven, koolstof uit de atmosfeer te halen en het op diepten te verbergen.

Toen de vroegste landplanten ongeveer 230 miljoen jaar later in de Ordovicium-periode verschenen, begonnen ze de biosfeer van de aarde te vormen, koolstof op de continenten te begraven en voedingsstoffen uit het land te halen - ze spoelden in de oceanen en stimuleerden daar ook het leven. Deze veranderingen lijken te hebben geleid tot de ijstijd, die ongeveer 445 miljoen jaar geleden begon. Later, in de Devoon-periode, zorgde de evolutie van bomen, in combinatie met het bouwen van bergen, voor een verdere verlaging van het kooldioxidegehalte en de temperatuur, en begon de Paleozoïsche ijstijd.

Grote vulkanische provincies

Schaal: opwarming van 3 tot 9 graden Celsius

tijdstip: honderdduizenden jaren

Continentale overstromingen van lava en ondergronds magma - de zogenaamde grote vulkanische provincies - hebben geleid tot meer dan één massale uitsterving. Deze verschrikkelijke gebeurtenissen ontketenden een arsenaal aan moordenaars op aarde (waaronder zure regen, zure mist, kwikvergiftiging en aantasting van de ozonlaag), en leidden ook tot een opwarming van de planeet, waarbij enorme hoeveelheden methaan en koolstofdioxide in de atmosfeer vrijkwamen - sneller dan ze hadden gedaan. kon de verwering van de thermostaat aan.

Tijdens de Perm-catastrofe 252 miljoen jaar geleden, waarbij 81% van de mariene soorten werd vernietigd, stak ondergronds magma Siberische steenkool in brand, verhoogde het kooldioxidegehalte in de atmosfeer tot 8.000 delen per miljoen en deed de temperatuur 5-9 graden Celsius stijgen. Het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum, een kleinere gebeurtenis 56 miljoen jaar geleden, creëerde methaan uit olievelden in de Noord-Atlantische Oceaan en stuurde het naar de hemel, waardoor de planeet 5 graden Celsius werd opgewarmd en de oceaan verzuurde. Vervolgens groeiden palmbomen aan de Arctische kusten en koesterden alligators. Soortgelijke uitstoot van fossiele koolstof vond plaats in het late Trias en het vroege Jura - en eindigde in de opwarming van de aarde, dode zones in de oceaan en verzuring van de oceaan.

Als dit u bekend in de oren klinkt, is dat omdat antropogene activiteiten tegenwoordig vergelijkbare gevolgen hebben.

Zoals een groep Trias-Jura-extinctieonderzoekers in april opmerkte in het tijdschrift Nature Communications: "We schatten dat de hoeveelheid kooldioxide die door elke magmapuls aan het einde van het Trias in de atmosfeer wordt uitgestoten vergelijkbaar is met de voorspelling van antropogene emissies voor de 21e eeuw."