10 מקרים של תנודות אנתרופוגניות באקלים כדור הארץ

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

במשך זמן רב, האקלים של כדור הארץ השתנה מעשר סיבות שונות, כולל תנודות מסלוליות, שינויים טקטוניים, שינויים אבולוציוניים וגורמים נוספים. הם צללו את כדור הארץ בתקופות קרח או בחום טרופי. איך הם קשורים לשינויי אקלים אנתרופוגניים עכשוויים?

היסטורית, כדור הארץ הצליח להיות כדור שלג וחממה. ואם האקלים השתנה לפני הופעת האדם, אז איך נדע שאנחנו אשמים בהתחממות החדה שאנו רואים היום?

חלקית משום שאנו יכולים לשרטט קשר סיבתי ברור בין פליטות פחמן דו חמצני אנתרופוגניות לבין עלייה של 1.28 מעלות צלזיוס בטמפרטורה הגלובלית (שאגב, נמשכת) במהלך העידן הטרום-תעשייתי. מולקולות פחמן דו חמצני סופגות קרינה אינפרא אדומה, כך שככל שכמותן באטמוספירה עולה, הן שומרות יותר חום, שמתאדה מפני השטח של כדור הארץ.

במקביל, פליאוקלימטולוגים עשו צעדים גדולים בהבנת התהליכים שהובילו לשינויי האקלים בעבר. לפניכם עשרה מקרים של שינויי אקלים טבעיים - בהשוואה למצב הנוכחי.

מחזורי שמש

סוּלָם: קירור ב-0, 1-0, 3 מעלות צלזיוס

תִזמוּן: ירידה תקופתית בפעילות השמש הנמשכת בין 30 ל-160 שנה, מופרדות על ידי כמה מאות שנים

כל 11 שנים, השדה המגנטי הסולארי משתנה, ואיתו מגיעים מחזורים של 11 שנים של התבהרות ועמעום. אבל התנודות האלה קטנות ומשפיעות על האקלים של כדור הארץ רק באופן לא משמעותי.

חשובות הרבה יותר הן ה"מינימה הסולארית הגדולה", תקופות של עשר שנים של ירידה בפעילות השמש שהתרחשו פי 25 במהלך 11,000 השנים האחרונות. דוגמה עדכנית, המינימום של מאנדר, התרחשה בין 1645 ל-1715 וגרמה לאנרגיה סולארית לרדת ב-0.04% -0.08% מתחת לממוצע הנוכחי. במשך זמן רב האמינו מדענים שהמינימום של מאנדר עלול לגרום ל"עידן הקרח הקטן", התקף קור שנמשך מהמאה ה-15 עד המאה ה-19. אבל מאז התברר שזה היה קצר מדי וקרה בזמן הלא נכון. נקודת הקור נגרמה ככל הנראה מפעילות געשית.

במשך חצי המאה האחרונה, השמש מתעמעמת מעט, וכדור הארץ מתחמם, ואי אפשר לקשר את ההתחממות הגלובלית לגוף שמימי.

גופרית געשית

סוּלָם: קירור ב-0, 6 - 2 מעלות צלזיוס

תִזמוּן: מגיל שנה עד 20

בשנת 539 או 540 לספירה. ה. הייתה התפרצות כל כך עוצמתית של הר הגעש אילופנגו באל סלבדור, שהפלומה שלו הגיעה לסטרטוספירה. לאחר מכן, קיץ קרים, בצורת, רעב ומגפה הרס את ההתנחלויות ברחבי העולם.

התפרצויות בקנה מידה של אילופנגו זורקות טיפות רפלקטיביות של חומצה גופרתית לסטרטוספירה, המסננות את אור השמש ומצננים את האקלים. כתוצאה מכך מצטבר קרח ים, יותר אור שמש מוחזר לחלל וההתקררות הגלובלית מתעצמת ומתארכת.

בעקבות התפרצות האילופנגו, הטמפרטורה העולמית ירדה ב-2 מעלות במשך 20 שנה. כבר בעידן שלנו, התפרצות הר פינטובו בפיליפינים ב-1991 קיררה את האקלים העולמי ב-0.6 מעלות לתקופה של 15 חודשים.

גופרית געשית בסטרטוספירה יכולה להיות הרסנית, אבל בקנה המידה של ההיסטוריה של כדור הארץ, השפעתה זעירה וגם חולפת.

תנודות אקלים לטווח קצר

סוּלָם: עד 0, 15 מעלות צלזיוס

תִזמוּן: מ 2 עד 7 שנים

בנוסף לתנאי מזג האוויר העונתיים, ישנם מחזורים קצרי טווח נוספים המשפיעים גם הם על גשמים וטמפרטורה.המשמעותית שבהן, אל ניניו או התנודה הדרומית, היא שינוי תקופתי במחזור באוקיינוס השקט הטרופי לאורך תקופה של שנתיים עד שבע שנים המשפיע על גשמים בצפון אמריקה. לתנודה הצפון-אטלנטית ולדיפול האוקיינוס ההודי יש השפעה אזורית חזקה. שניהם מקיימים אינטראקציה עם אל ניניו.

יחסי הגומלין של המחזורים הללו מעכבים זה מכבר את היכולת להוכיח ששינוי אנתרופוגני הוא מובהק סטטיסטית, ולא רק עוד קפיצה בשונות הטבעית. אבל מאז, שינויי האקלים האנתרופוגניים חרגו הרבה מעבר לשונות מזג האוויר הטבעי והטמפרטורות העונתיות. הערכת האקלים הלאומית של ארה"ב לשנת 2017 הגיעה למסקנה כי "אין ראיות חותכות מנתוני התצפית שיכולות להסביר את שינוי האקלים שנצפה על ידי מחזורים טבעיים".

תנודות מסלוליות

סוּלָם: כ-6 מעלות צלזיוס במחזור של 100,000 השנים האחרונות; משתנה עם הזמן הגיאולוגי

תִזמוּן: מחזורים רגילים וחופפים של 23,000, 41,000, 100,000, 405,000 ו-2,400,000 שנים

מסלול כדור הארץ משתנה כאשר השמש, הירח וכוכבי לכת אחרים משנים את מיקומם היחסי. עקב תנודות מחזוריות אלו, מה שנקרא מחזורי מילנקוביץ', כמות אור השמש משתנה בקווי הרוחב האמצעיים ב-25%, והאקלים משתנה. מחזורים אלה פעלו לאורך ההיסטוריה, ויצרו שכבות מתחלפות של משקעים שניתן לראות בסלעים ובחפירות.

במהלך עידן הפלייסטוקן, שהסתיים לפני כ-11,700 שנה, מחזורי מילנקוביץ' שלחו את כוכב הלכת לאחת מתקופות הקרח שלו. כאשר שינוי מסלול כדור הארץ הפך את הקיץ הצפוני לחמם מהממוצע, נמסו יריעות קרח מסיביות בצפון אמריקה, אירופה ואסיה; כאשר המסלול הוסט שוב והקיצים הפכו שוב לקרים יותר, המגנים הללו צמחו בחזרה. כשהאוקיינוס החם ממיס פחות פחמן דו חמצני, תכולת האטמוספירה גדלה וירדה בהתאמה עם תנודות המסלול, והעצימה את השפעתן.

כיום, כדור הארץ מתקרב למינימום נוסף של אור שמש צפוני, כך שללא פליטת פחמן דו חמצני אנתרופוגנית, היינו נכנסים לעידן קרח חדש ב-1,500 השנים הבאות בערך.

שמש צעירה חלשה

סוּלָם: אין השפעת טמפרטורה כוללת

תִזמוּן: קבוע

למרות תנודות קצרות טווח, בהירות השמש כולה עולה ב-0.009% למיליון שנים, ומאז לידתה של מערכת השמש לפני 4.5 מיליארד שנים היא עלתה ב-48%.

מדענים מאמינים כי מחולשתה של השמש הצעירה, יש לנבוע שכדור הארץ נשאר קפוא במשך כל המחצית הראשונה של קיומו. במקביל, באופן פרדוקסלי, גיאולוגים גילו סלעים בני 3.4 מיליארד שנים, שנוצרו במים עם גלים. נראה כי האקלים החם באופן בלתי צפוי של כדור הארץ המוקדם נובע משילוב כלשהו של גורמים: פחות שחיקת יבשה, שמיים בהירים יותר, ימים קצרים יותר והרכב מיוחד של האטמוספירה לפני שכדור הארץ קיבל אטמוספירה עשירה בחמצן.

תנאים נוחים במחצית השנייה של קיומו של כדור הארץ, למרות העלייה בבהירות השמש, אינם מובילים לפרדוקס: תרמוסטט הבלייה של כדור הארץ נוגד את ההשפעות של אור שמש נוסף, מייצב את כדור הארץ.

פחמן דו חמצני ותרמוסטט בליה

סוּלָם: נוגד שינויים אחרים

תִזמוּן: 100,000 שנים או יותר

הרגולטור העיקרי של האקלים של כדור הארץ הוא זה מכבר רמת הפחמן הדו חמצני באטמוספירה, שכן פחמן דו חמצני הוא גז חממה מתמשך שחוסם חום, ומונע ממנו לעלות מעל פני כדור הארץ.

הרי געש, סלעים מטמורפיים וחמצון פחמן במשקעים נשחקים פולטים פחמן דו חמצני לשמים, ותגובות כימיות עם סלעי סיליקט מסירים פחמן דו חמצני מהאטמוספירה ויוצרים אבן גיר.האיזון בין התהליכים הללו פועל כמו תרמוסטט, מכיוון שכאשר האקלים מתחמם, תגובות כימיות יעילות יותר בסילוק פחמן דו חמצני ובכך מאטות את ההתחממות. כאשר האקלים מתקרר, יעילות התגובות, להיפך, פוחתת, מה שמקל על הקירור. כתוצאה מכך, לאורך תקופה ארוכה, האקלים של כדור הארץ נשאר יציב יחסית, וסיפק סביבה ראויה למגורים. במיוחד, רמות הפחמן הדו-חמצני הממוצעות יורדות בהתמדה כתוצאה מהבהירות הגוברת של השמש.

עם זאת, נדרשות מאות מיליוני שנים לתרמוסטט הבלייה להגיב לזינוק של פחמן דו חמצני באטמוספרה. האוקיינוסים של כדור הארץ סופגים ומסירים עודפי פחמן מהר יותר, אבל אפילו תהליך זה נמשך אלפי שנים - וניתן לעצור אותו, עם סיכון של החמצת האוקיינוסים. מדי שנה, שריפת דלקים מאובנים פולטים בערך פי 100 יותר פחמן דו חמצני מאשר הרי געש מתפרצים - האוקיינוסים והבליה נכשלים - כך שהאקלים מתחמם והאוקיינוסים מתחמצנים.

שינויים טקטוניים

סוּלָם: בערך 30 מעלות צלזיוס במהלך 500 מיליון השנים האחרונות

תִזמוּן: מיליוני שנים

התנועה של מסת היבשה של קרום כדור הארץ יכולה להזיז לאט את התרמוסטט הבלייה למצב חדש.

במשך 50 מיליון השנים האחרונות, כוכב הלכת התקרר, התנגשויות לוחות טקטוניות דוחפות סלעים תגובתיים כימית כמו בזלת ואפר וולקני לתוך הטרופיים הלחים והחמים, ומגבירות את קצב התגובות המושכות פחמן דו חמצני מהשמים. בנוסף, במהלך 20 מיליון השנים האחרונות, עם עליית הרי ההימלאיה, האנדים, האלפים והרים אחרים, קצב השחיקה יותר מהכפיל את עצמו, מה שהוביל להאצה של בליה. גורם נוסף שהאיץ את מגמת ההתקררות היה ההפרדה של דרום אמריקה וטסמניה מאנטארקטיקה לפני 35.7 מיליון שנים. זרם אוקיינוס חדש נוצר סביב אנטארקטיקה, והוא העצים את מחזור המים והפלנקטון, שצורך פחמן דו חמצני. כתוצאה מכך, יריעות הקרח של אנטארקטיקה גדלו באופן משמעותי.

מוקדם יותר, בתקופות היורה והקרטיקון, דינוזאורים שוטטו באנטארקטיקה, משום שללא רכסי ההרים הללו, הפעילות הגעשית המוגברת שמרה על פחמן דו חמצני ברמות של כ-1,000 חלקים למיליון (עלייה מ-415 כיום). הטמפרטורה הממוצעת בעולם נטול הקרח הזה הייתה גבוהה ב-5-9 מעלות צלזיוס ממה שהיא כעת, וגובה פני הים היה גבוה ב-75 מטרים.

מפלי האסטרואידים (צ'יקשולוב)

סוּלָם: תחילה התקררות בכ-20 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן התחממות ב-5 מעלות צלזיוס

תִזמוּן: מאות שנים של התקררות, 100,000 שנים של התחממות

מסד הנתונים של פגיעות אסטרואידים על כדור הארץ מכיל 190 מכתשים. לאף אחד מהם לא הייתה השפעה ניכרת על האקלים של כדור הארץ, למעט האסטרואיד צ'יקשולוב, שהרס חלק ממקסיקו והרג את הדינוזאורים לפני 66 מיליון שנה. הדמיות ממוחשבות מראות שצ'יקשולוב זרק מספיק אבק וגופרית לאטמוספירה העליונה כדי להאפיל על אור השמש ולקרר את כדור הארץ ביותר מ-20 מעלות צלזיוס ולהחמיץ את האוקיינוסים. לכוכב הלכת לקח מאות שנים לחזור לטמפרטורה הקודמת שלו, אבל אז הוא התחמם עוד 5 מעלות עקב חדירת פחמן דו חמצני מאבן הגיר המקסיקנית ההרוסה לאטמוספירה.

כיצד פעילות געשית בהודו השפיעה על שינויי האקלים והכחדה המונית נותרה שנויה במחלוקת.

שינויים אבולוציוניים

סוּלָם: תלוי באירוע, התקררות בכ-5 מעלות צלזיוס בסוף התקופה האורדוביץ' (לפני 445 מיליון שנה)

תִזמוּן: מיליוני שנים

לפעמים האבולוציה של מינים חדשים של חיים תאפס את התרמוסטט של כדור הארץ. לדוגמה, ציאנובקטריה פוטוסינתטית, שהתעוררה לפני כ-3 מיליארד שנים, פתחה בתהליך של terraforming, שחרור חמצן. עם התפשטותם, תכולת החמצן באטמוספרה עלתה לפני 2.4 מיליארד שנים, בעוד שרמות המתאן והפחמן הדו חמצני ירדו בחדות.במהלך 200 מיליון שנים, כדור הארץ הפך ל"כדור שלג" מספר פעמים. לפני 717 מיליון שנים, האבולוציה של החיים באוקיינוס, גדולים יותר מחיידקים, עוררה סדרה נוספת של כדורי שלג - במקרה זה, כאשר אורגניזמים החלו לשחרר דטריטוס למעמקי האוקיינוס, לוקחים פחמן מהאטמוספירה ומסתירים אותו במעמקים.

כשהצמחים היבשתיים המוקדמים ביותר הופיעו כ-230 מיליון שנים מאוחר יותר בתקופה האורדוביץ', הם החלו ליצור את הביוספרה של כדור הארץ, קוברים פחמן ביבשות ומפיקים חומרי הזנה מהיבשה - הם נשטפו אל האוקיינוסים וגם עוררו שם חיים. נראה כי שינויים אלה הובילו לעידן הקרח, שהחל לפני כ-445 מיליון שנים. מאוחר יותר, בתקופה הדבונית, האבולוציה של העצים, יחד עם בניית הרים, הפחיתה עוד יותר את רמות הפחמן הדו חמצני והטמפרטורות, והחל עידן הקרח הפלאוזואי.

מחוזות חומים גדולים

סוּלָם: התחממות מ-3 עד 9 מעלות צלזיוס

תִזמוּן: מאות אלפי שנים

שיטפונות יבשתיים של לבה ומאגמה תת-קרקעית - מה שמכונה מחוזות הבתים הגדולים - הביאו ליותר מהכחדה המונית אחת. האירועים הנוראים הללו שחררו ארסנל של רוצחים על פני כדור הארץ (כולל גשם חומצי, ערפל חומצי, הרעלת כספית ודלדול אוזון), וגם הובילו להתחממות כדור הארץ, ושחררו כמויות אדירות של מתאן ופחמן דו חמצני לאטמוספירה - מהר יותר ממה שהם. יכול להתמודד עם בליה של טרמוסטט.

במהלך אסון פרם לפני 252 מיליון שנה, שהשמיד 81% מהמינים הימיים, מאגמה תת-קרקעית הציתה פחם סיבירי, העלתה את תכולת הפחמן הדו חמצני באטמוספירה ל-8,000 חלקים למיליון וחיממה את הטמפרטורה ב-5-9 מעלות צלזיוס. ה-Paleocene-Eocene Thermal Maximum, אירוע קטן יותר לפני 56 מיליון שנה, יצר מתאן משדות נפט בצפון האוקיינוס האטלנטי ושלח אותו לשמיים, חימם את כוכב הלכת ב-5 מעלות צלזיוס והחמיץ את האוקיינוס. לאחר מכן, עצי דקל צמחו בחופי הארקטי ותנינים התחממו. פליטות דומות של פחמן מאובנים התרחשו בשלהי הטריאס ובתור היורה המוקדם - והסתיימו בהתחממות כדור הארץ, אזורים מתים באוקיינוסים והחמצת האוקיינוסים.

אם משהו מכל זה נשמע לכם מוכר, זה בגלל שלפעילויות אנתרופוגניות היום יש השלכות דומות.

כפי שקבוצה של חוקרי הכחדה טריאס-יורה ציינה באפריל בכתב העת Nature Communications: "אנו מעריכים את כמות הפחמן הדו חמצני הנפלט לאטמוספירה על ידי כל פעימת מאגמה בסוף הטריאס דומה לתחזית של פליטות אנתרופוגניות עבור המאה ה -21."