Het klimaat op aarde fluctueert lange tijd om tien verschillende redenen, waaronder schommelingen in de baan, tektonische verschuivingen, evolutionaire veranderingen en andere factoren. Ze hebben de planeet ondergedompeld in ijstijden of in tropische hitte. Hoe verhouden ze zich tot de hedendaagse antropogene klimaatverandering?
Door de geschiedenis heen is de aarde erin geslaagd een sneeuwbal en een kas te zijn. En als het klimaat veranderde voordat de mens verscheen, hoe weten we dan dat wij de schuld hebben van de scherpe opwarming die we vandaag waarnemen?
Mede omdat we een duidelijk oorzakelijk verband kunnen leggen tussen antropogene uitstoot van kooldioxide en een 1,28 graden Celsius stijging van de mondiale temperatuur (die overigens aanhoudt) gedurende het pre-industriële tijdperk. Koolstofdioxidemoleculen absorberen infrarode straling, dus naarmate hun hoeveelheid in de atmosfeer toeneemt, houden ze meer warmte vast, die verdampt van het aardoppervlak.
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
Tijdlijn: periodieke afname van de zonneactiviteit variërend van 30 tot 160 jaar, gescheiden door enkele eeuwen
Promotie video:
Elke 11 jaar verandert het magnetische veld van de zon, en daarmee komen 11-jarige cycli van oplichten en dimmen. Maar deze fluctuaties zijn klein en hebben slechts een onbeduidende invloed op het klimaat op aarde.
Veel belangrijker zijn de "grote zonneminima", perioden van tien jaar van verminderde zonneactiviteit die de afgelopen 11.000 jaar 25 keer zijn opgetreden. Een recent voorbeeld, het Maunder-minimum, deed zich voor tussen 1645 en 1715 en zorgde ervoor dat zonne-energie 0,04% -0,08% onder het huidige gemiddelde daalde. Wetenschappers geloofden lange tijd dat het Maunder-minimum de "kleine ijstijd" had kunnen veroorzaken, een koudegolf die duurde van de 15e tot de 19e eeuw. Maar sindsdien is gebleken dat het te kort was en op het verkeerde moment gebeurde. De afkoeling werd hoogstwaarschijnlijk veroorzaakt door vulkanische activiteit.
De afgelopen halve eeuw is de zon enigszins 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: 0,6 - 2 graden Celsius koeling
Tijdsbestek: van 1 tot 20 jaar
In 539 of 540 na Christus e. er was zo'n krachtige uitbarsting van de vulkaan Ilopango in El Salvador dat zijn pluim de stratosfeer bereikte. Vervolgens verwoestten koude zomers, droogte, hongersnood en pest nederzettingen over de hele wereld.
Uitbarstingen op Ilopango-schaal werpen reflecterende druppels zwavelzuur in de stratosfeer, die zonlicht afschermen en het klimaat koelen. Als gevolg hiervan hoopt zich zee-ijs op, wordt meer zonlicht terug de ruimte in gereflecteerd en wordt de wereldwijde afkoeling erger en langer.
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 de berg Pinatubo op de Filippijnen in 1991 het wereldklimaat gedurende 15 maanden met 0,6 graden af.
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
Tijdsbestek: 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 Southern Oscillation, is een periodieke verandering in de circulatie in de tropische Stille Oceaan gedurende een periode van twee tot zeven jaar die de regenval in Noord-Amerika beïnvloedt. De Noord-Atlantische Oscillatie en de Dipool in de Indische Oceaan hebben een sterke regionale impact. Beiden hebben interactie met El Niño.
De onderlinge relatie van deze cycli voor een lange tijd verhinderde het bewijs 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 weersvariaties en seizoensgebonden temperaturen. De Amerikaanse National Climate Assessment 2017 concludeerde dat "er geen sluitend bewijs is uit de waarnemingen dat de waargenomen klimaatverandering door natuurlijke cycli zou kunnen verklaren."
Orbitale trillingen
Schaal: ongeveer 6 graden Celsius gedurende de laatste cyclus van 100.000 jaar; varieert met de geologische tijd
Timing: 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 positie 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, dat ongeveer 11.700 jaar geleden eindigde, stuurden Milankovitch-cycli de planeet een van zijn ijstijden in. Toen de baan 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. Omdat de warme oceaan minder kooldioxide oplost, nam de atmosferische inhoud toe en daalde in harmonie met de orbitale oscillaties, waardoor hun effect werd versterkt.
Tegenwoordig nadert de aarde een ander minimum aan noordelijk zonlicht, dus zonder antropogene uitstoot van koolstofdioxide zouden we de komende 1.500 jaar een nieuwe ijstijd ingaan.
Vage jonge zon
Schaal: geen cumulatief temperatuureffect
Tijdlijn: 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, 3,4 miljard jaar oude stenen ontdekt die gevormd zijn in water met golven. Het onverwacht warme klimaat van de vroege aarde lijkt het gevolg te zijn van een combinatie van factoren: minder landerosie, helderdere lucht, 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 neutraliseert de effecten van extra zonlicht en stabiliseert de aarde.
Kooldioxide en verweringsthermostaat
Schaal: neutraliseert andere veranderingen
Tijdlijn: 100.000 jaar of langer
De belangrijkste regulator van het klimaat op aarde is lange tijd het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer geweest, aangezien koolstofdioxide een persistent broeikasgas is dat warmte blokkeert en voorkomt dat het van het aardoppervlak opstijgt.
Vulkanen, metamorfe gesteenten en koolstofoxidatie in geërodeerde sedimenten stoten allemaal kooldioxide uit in de lucht, en chemische reacties met silicaatgesteenten verwijderen kooldioxide uit de atmosfeer en vormen kalksteen. De balans tussen deze processen werkt als een thermostaat, want als het klimaat warmer wordt, zijn chemische reacties effectiever in het verwijderen van kooldioxide, waardoor de opwarming wordt geremd. 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 en bood het een leefbare omgeving. Met name de gemiddelde kooldioxide-niveaus zijn gestaag gedaald als gevolg van de toenemende helderheid van de zon.
Het duurt echter honderden miljoenen jaren voordat de verweringsthermostaat reageert op de golf van kooldioxide 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 verbranding van fossiele brandstoffen ongeveer 100 keer meer kooldioxide uit dan dat vulkanen uitbarsten - de oceanen en verwering mislukken - dus het klimaat warmt op en de oceanen oxideren.
Tektonische verschuivingen
Schaal: ongeveer 30 graden Celsius in de afgelopen 500 miljoen jaar
Tijdlijn: miljoenen jaren
De beweging van de aardmassa's van de aardkorst kan de verweringsthermostaat langzaam naar een nieuwe positie verplaatsen.
De afgelopen 50 miljoen jaar is de planeet aan het afkoelen, waarbij tektonische plaatbotsingen chemisch reactieve gesteenten zoals basalt en vulkanische as in de warme, vochtige tropen duwen, waardoor de reactiesnelheid die koolstofdioxide uit de lucht aantrekken, wordt verhoogd. Bovendien is de erosiesnelheid in de afgelopen 20 miljoen jaar, met de komst van de Himalaya, Andes, Alpen en andere bergen, 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, dat koolstofdioxide verbruikt, heeft geïntensiveerd. Als gevolg hiervan zijn de ijskappen van Antarctica aanzienlijk gegroeid.
Eerder, tijdens het Jura en het Krijt, trokken dinosauriërs door Antarctica, omdat zonder deze bergketens de toegenomen vulkanische activiteit het kooldioxide op een niveau van ongeveer 1.000 delen per miljoen hield (tegenover 415 nu). 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, daarna opwarmen met 5 graden Celsius
Tijdlijn: eeuwen van afkoeling, 100.000 jaar opwarming
De database met 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 laten zien dat Chikshulub genoeg stof en zwavel in de bovenste atmosfeer heeft gegooid om zonlicht te verdoezelen en de aarde met meer dan 20 graden Celsius te koelen en de oceanen te verzuren. Het kostte de planeet eeuwen om terug te keren naar de vorige temperatuur, maar toen werd het nog eens 5 graden warmer door het binnendringen van kooldioxide uit de vernietigde Mexicaanse kalksteen in de atmosfeer.
Hoe vulkanische activiteit in India de klimaatverandering en massa-extinctie heeft beïnvloed, blijft controversieel.
Evolutionaire veranderingen
Schaal: afhankelijk van de gebeurtenis, afkoeling met ongeveer 5 graden Celsius in de late Ordovicium-periode (445 miljoen jaar geleden)
Tijdlijn: miljoenen jaren
Soms zal de evolutie van nieuwe soorten leven de thermostaat van de aarde resetten. Zo lanceerden fotosynthetische cyanobacteriën, die ongeveer 3 miljard jaar geleden ontstonden, het proces van terravorming, waarbij zuurstof vrijkwam. Terwijl ze zich verspreidden, nam de zuurstof in de atmosfeer 2,4 miljard jaar geleden toe, terwijl het methaan- en kooldioxidegehalte sterk daalde. Meer dan 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, een nieuwe reeks sneeuwballen - in dit geval, toen organismen afval begonnen af te geven in de diepten van de oceaan, koolstof uit de atmosfeer namen en het op diepten 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, verminderde de evolutie van bomen, in combinatie met het bouwen van bergen, het kooldioxidegehalte en de temperatuur verder en begon de Paleozoïsche ijstijd.
Grote stollingsprovincies
Schaal: opwarming van 3 tot 9 graden Celsius
Tijdlijn: honderdduizenden jaren
Continentale overstromingen van lava en ondergronds magma - de zogenaamde grote stollingsprovincies - hebben geleid tot meer dan één massa-extinctie. Deze gruwelijke 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 kooldioxide in de atmosfeer vrijkwamen - sneller dan ze konden. handvat thermostaat verwering.
Tijdens de Perm-catastrofe 252 miljoen jaar geleden, die 81% van de mariene soorten vernietigde, stak ondergronds magma Siberische steenkool in brand, verhoogde het kooldioxidegehalte in de atmosfeer tot 8.000 deeltjes per miljoen en verwarmde de temperatuur met 5-9 graden Celsius. Het Paleoceen-Eoceen Thermische Maximum, een kleinere gebeurtenis 56 miljoen jaar geleden, creëerde methaan in olievelden in de Noord-Atlantische Oceaan en stuurde het naar de hemel, waardoor de planeet 5 graden Celsius opwarmde en de oceaan verzuurde. Later groeiden er palmbomen aan de Arctische kust en kochten alligators zich. Vergelijkbare uitstoot van fossiele koolstof vond plaats in het late Trias en het vroege Jura - en eindigde in opwarming van de aarde, dode zones in de oceaan en verzuring van de oceaan.
Als u iets hiervan bekend in de oren klinkt, komt 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 21ste eeuw."
