Zaczyna się jako rozsądne pytanie: Jeśli klimat Ziemi zmieniał się przed istnieniem ludzi, to skąd możemy mieć pewność, że obecne zmiany są spowodowane przez nas, a nie przez coś naturalnego?
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy zrozumieć, co spowodowało naturalne zmiany w przeszłości. Na szczęście nauka dobrze zna przyczyny naturalnych zmian klimatu na Ziemi sięgających setek milionów lat wstecz. Niektóre z nich miały charakter cykliczny, inne były stopniowymi zmianami lub gwałtownymi wydarzeniami, ale żadne nie wyjaśniają naszego dzisiejszego zmieniającego się klimatu.
Twierdzenie o zombie
Wraz z polityką energetyczną i wyborami w wiadomościach, twierdzenie niektórych polityków, że zmiany klimatyczne są naturalne, ponownie wypływa z bagna dezinformacji. Zadałem więc kilku naukowcom bardzo nienaukowe pytanie: Co by kupili, gdyby mieli dolara za każdym razem, gdy to usłyszeli?
„Pompa ciepła do mojego domu”, powiedział profesor Mathew Owens z Uniwersytetu w Reading. „Wehikuł czasu, aby… przekonać decydentów, aby działali w sprawie klimatu dziesiątki lat temu” – powiedział profesor Michael Mann z University of Pennsylvania. Profesor Anja Schmidt z German Aerospace Center oraz Uniwersytetów w Monachium i Cambridge nakręciłaby film wyjaśniający, że „wulkany nie są winne”, natomiast profesor Tim Lenton z Uniwersytetu w Exeter „lobbowałby rządy, by uczyły tego w szkołach”.
„Uwielbiam jeździć na rowerze, więc pewnie kupiłbym kolejny rower” – powiedział mi profesor Michel Crucifix z Uniwersytetu w Louvain w Belgii. „Prawdopodobnie kupiłbym kilka paneli słonecznych” – powiedział profesor Jeremy Caves Rugenstein z Colorado State University.
Na szczęście ci naukowcy mieli również wiele do powiedzenia na temat naturalnych sił zmian klimatu i ich braku roli w dzisiejszym globalnym ociepleniu.
To nie Słońce
Słońce jest źródłem energii na powierzchni naszej planety, więc zrozumiałe jest, że wahania aktywności słonecznej mogą powodować zmiany klimatu. Jednak aktywność słoneczna spadała w ciągu ostatnich kilku dekad, gdy nasza planeta się ocieplała, więc nie ma tu żadnego związku. Chociaż energia słoneczna jest ogromna, jej wahania są niewielkie.
„Przez długi czas nazywano to 'stałą’ słoneczną, ponieważ potrzeba niezwykle czułych instrumentów, aby zobaczyć jakiekolwiek zmiany w produkcji energii słonecznej” – powiedział Owens. W ciągu 11-letniego cyklu plam słonecznych, energia słoneczna docierająca do górnej części atmosfery zmienia się o około 0,15 procent, ale wzrasta i spada w każdym cyklu, więc nie może napędzać trendów klimatycznych, takich jak nasze.
Oprócz tych 11-letnich cykli, Słońce przechodzi również przez „wielkie słoneczne minima” i „wielkie słoneczne maksima” aktywności, które trwają dziesiątki lat. Jedno z nich, zwane „Minimum Maundera”, było kiedyś uważane za przyczynę zimnego okresu między rokiem 1300 a 1850, zwanego Małą Epoką Lodową”. Ale „to po prostu nie ma sensu”, powiedział mi Owens. „Temperatura zaczyna spadać na długo przed tym, jak nastąpiło Minimum Maundera”.
Minimum Maundera mogło przyczynić się do ułamka stopnia do ochłodzenia podczas Małej Epoki Lodowej, która, jak wskazują dowody, była głównie wynikiem erupcji wulkanów i zmian w użytkowaniu ziemi przez człowieka.
Słońce reguluje również dawkę promieniowania kosmicznego zadawanego naszej atmosferze. Są to głównie protony, które pochodzą z przestrzeni kosmicznej z takich zjawisk jak supernowe, a pod koniec lat 90. pojawił się pomysł, że mogą one wpływać na klimat poprzez zasiewanie chmur. Ale dane nie wykazują żadnej korelacji, powiedział mi Owens, a eksperymenty z akceleratorem cząstek CERN pokazują, że zasiewanie chmur przez promienie kosmiczne jest słabe. „Tempo wzrostu kropel jest po prostu zbyt małe, aby naprawdę zrobić cokolwiek w atmosferze”, powiedział Owens, więc nie może wyjaśnić Małej Epoki Lodowej lub współczesnej zmiany klimatu.
Owens jest niezadowolony z obecnej aktywności Słońca: „Wchodzimy w 25 cykl słoneczny. Wygląda to bardzo, bardzo przeciętnie!” powiedział.
ARS VIDEO
Jak zespół Callisto Protocol zaprojektował przerażające, wciągające audio
To nie jest naturalna zmienność
Prawdopodobnie znasz cykle El Niño i La Niña, które wpływają na naszą pogodę. Powtarzają się one nieregularnie co dwa do siedmiu lat, wpływając na opady deszczu i suszę w całej Ameryce, a nawet zmieniając aktywność huraganów na Atlantyku. Cykle te są najsilniejszą z kilku oscylacji, które zmieniają sposób dystrybucji ciepła oceanicznego w czasie i miejscu. Mann opisuje je jako „losowe poruszanie się klimatu tam i z powrotem”.
Mann i inni nie znaleźli w ostatnich tysiącach lat żadnej dostrzegalnej oscylacji klimatycznej, która trwałaby tak długo, jak nasz klimat się ociepla, a więc ocieplenie przebiło wszystkie te naturalne oscylacje.
Okazuje się, że niektóre pozornie naturalne cykle są złudzeniem. Trwająca 40-60 lat „atlantycka oscylacja wielodekadowa” jest jedną z kilku, które tak naprawdę są tylko echem trwającego dziesiątki lat ochłodzenia spowodowanego wybuchami wulkanów w erze przedprzemysłowej. Niedawno konkurencja między ociepleniem spowodowanym przez człowieka a ochłodzeniem wynikającym z zanieczyszczenia siarkowego również odcisnęła swoje piętno na oscylacji. W rezultacie „kluczowe trendy, takie jak ocieplenie tropikalnego Atlantyku i związany z nim wzrost aktywności huraganów, nie mogą, jak twierdzili niektórzy badacze, być obwiniane o wewnętrzną oscylację” – powiedział Mann. Są one raczej wynikiem ocieplenia spowodowanego przez człowieka.
W bardziej odległej przeszłości miały miejsce duże, gwałtowne wahania klimatu podczas zimnych okresów „lodowcowych” plejstoceńskiej epoki lodowcowej. W tych „wydarzeniach Dansgaarda-Oeschgera” globalny klimat ocieplił się w ciągu zaledwie kilku dekad, a następnie kilkakrotnie ochłodził. Choć ich przyczyna jest wciąż dyskutowana, istnieją dowody, które łączą te wydarzenia z napływem gór lodowych z ówczesnych ogromnych lądolodów, które spowalniały prądy oceaniczne i powodowały gromadzenie się ciepła na powierzchni. Oczywiście nie mamy dziś tych lodowców i „nie ma dowodów na taką oscylację podczas interglacjałów takich jak obecny” – powiedział Mann.
Wszystkie wydarzenia, które obecnie wpływają na klimat, powodują wiele szumu w temperaturach z roku na rok. Jednak wyraźny sygnał o zmianach klimatu spowodowanych przez człowieka pojawił się już w latach 50-tych ubiegłego wieku ponad przypadkową zmiennością „chlupoczącą tam i z powrotem”.
To nie wulkany
Wulkany mają rozdwojenie jaźni, jeśli chodzi o klimat – chwilowo go ochładzają, ale jednocześnie uwalniają CO2, który chroni Ziemię przed zamarzaniem. Wulkaniczny CO2 jest głównym źródłem geologicznej emisji węgla, która utrzymywała naszą planetę zdatną do zamieszkania przez miliardy lat. Bez jego „efektu cieplarnianego”, średnia temperatura na naszej planecie wynosiłaby -18° C w porównaniu do około +14° C, gdzie jest dzisiaj. A jednak „ilość CO2 emitowanego przez wulkany jest niewielka w porównaniu z działalnością człowieka” – powiedział mi Schmidt.
Procesy geologiczne emitują CO2 z wulkanów, grzbietów śródoceanicznych, dolin ryftowych, systemów geotermalnych oraz z ciepła i ciśnienia w skałach na głębokości. Łącznie uwalniają one około 0,148 miliarda ton CO2 rocznie – zaledwie 0,4 procent z 36,3 miliarda ton ludzkich emisji w 2021 roku. Aby przedstawić to w perspektywie, potrzeba by 1650 erupcji tak dużych jak ogromna erupcja Pinatubo w 1991 roku, każdego roku, aby dorównać ludzkim emisjom CO2. Nawet geologiczny metan ze źródeł takich jak wulkany błotne jest znacznie mniejszy niż metan z działalności człowieka.
Zamiast tego, na nasz klimat bardziej zauważalnie wpływa inna osobowość klimatyczna wulkanów: krótkotrwałe chłodzenie.
*** Przetłumaczono za pomocą www.DeepL.com/Translator (wersja darmowa) ***
Jeśli erupcja jest wystarczająco wybuchowa, aby wyrzucić materiał do stratosfery i jeśli ten materiał zawiera dużo dwutlenku siarki, gaz tworzy małe kropelki kwasu siarkowego w stratosferze. Te „działają jak błyszczące lustro”, powiedział Schmidt, które odbijają część światła słonecznego z powrotem w przestrzeń i chłodzą powierzchnię Ziemi.
W końcu kropelki „wylatują z atmosfery”, jak to ujął Schmidt, a temperatury wracają do normy. Erupcja Pinatubo z 1991 roku schłodziła klimat o 0,5°C na prawie trzy lata, ale większe historyczne erupcje miały silniejszy wpływ. Erupcja Tambory w 1815 roku spowodowała, że rok 1816 był „Rokiem bez lata”, a erupcje w 1257, 1452 i 1600 roku były prawdopodobnie głównymi przyczynami „małej epoki lodowcowej”.
„Ocean ma długą pamięć do wszelkich zmian temperatury” – powiedział mi Schmidt, więc ochłodzenie wywołane przez przeszłe erupcje, takie jak ogromna erupcja Krakatau z 1883 roku, do dziś wpływa na zmiany klimatu.
Jak na ironię, ocieplenie spowodowane przez człowieka podniesie wysokość stratosfery, utrudniając dotarcie do niej pióropuszy erupcyjnych, a także przyspieszy wiatr stratosferyczny znany jako „Cyrkulacja Brewera-Dobsona”, który wzmocni chłodzenie tych nielicznych erupcji, którym uda się dotrzeć do wyższej stratosfery.
To nie jest orbita Ziemi
Chybotanie orbity Ziemi wokół Słońca jest w rzeczywistości cykliczne i może wpływać na klimat. Nazywane „cyklami Milankovitcha”, od nazwiska naukowca, który je odkrył, są powodem, dla którego klimat zmieniał się pomiędzy zimnymi okresami „glacjalnymi”, kiedy pokrywy lodowe pokrywały duże części półkuli północnej, a mniej zimnymi okresami „interglacjalnymi”, kiedy te pokrywy lodowe topniały. Cykle te wystąpiły około 50 razy w ciągu ostatnich 2,6 miliona lat, ale działały one na przestrzeni 23 000-, 41 000- lub 100 000-letnich i dłuższych okresów, więc są znacznie bardziej stopniowe niż współczesne ocieplenie.
W każdym razie, cykle orbitalne mają obecnie tendencję do ochłodzenia, a nie ocieplenia. „One po prostu kontynuują trendy, które miały przez ostatnie tysiące lat” – powiedział Crucifix. „Skośność, ten kąt trochę się zmniejsza, więc to by szło w kierunku zlodowacenia”.
W rzeczywistości, niektórzy naukowcy uważają, że bez ludzkich emisji CO2, już wchodzilibyśmy w kolejny okres lodowcowy. Ale „jury jest out” dla Crucifix. „W pewnym sensie wszystkie warunki są spełnione, aby wejść w zlodowacenie, ale tam gdzie to boli jest to, że ekscentryczność jest bardzo mała, więc efekt bycia bliżej Słońca lub dalej od Słońca jest nieco mniejszy niż zwykle dla incepcji lodowcowej” – powiedział.
Chybotanie orbity jest odpowiedzialne za znacznie więcej niż cykle lodowcowe. Można je prześledzić w czasie geologicznym, dodając regularne zmiany do długoterminowego klimatu tła i zmieniając rodzaje skał ułożonych w osadach. Węgiel tworzył się w pokładach głównie dlatego, że orbitalne chybotanie zmieniało klimat i poziom morza, zalewając bagna w regularnym cyklu. Wahania orbitalne można nawet znaleźć w naprzemiennych warstwach liczących 2,5 miliarda lat „formacji pasmowych żelaza”, ogromnych złóż rudy żelaza, które powstały w momencie, gdy w atmosferze ziemskiej zaczynało przybywać tlenu.
Jeśli chodzi o to, kiedy nastąpi następna epoka lodowcowa, „następne okno, w którym wszystko jest naprawdę ładnie wyrównane i można być pewnym, że weszlibyśmy w incepcję lodowcową… jest za 50 000 lat”, powiedział Crucifix. Ale obecne poziomy CO2 zapobiegną temu: „Ludzie… zmodyfikowali historię zlodowaceń”, powiedział Crucifix. „Więc cokolwiek się stanie, nie będziemy mieli Incepcji lodowcowej przez bardzo długi czas… może 100 000 lub 500 000 lat”, chyba że poziom CO2 zostanie zmniejszony.
To nie jest tektonika płyt
To prawda, że dinozaury rozwijały się w ciepłym klimacie, a Arktyka była porośnięta palmami 50 milionów lat przed plejstoceńską epoką lodowcową. Te wielomilionowe przesunięcia między klimatem „cieplarnianym” a „lodowym” były wynikiem tektoniki płyt, która czasami wybucha większą liczbą wulkanów niż zwykle, buduje ogromne łańcuchy górskie lub pozwala tym górom wyginąć.
Te zmiany tektoniczne wpływają na równowagę pomiędzy CO2 emitowanym przez procesy geologiczne (głównie wulkany) a CO2 usuwanym przez procesy geologiczne, głównie reakcję chemiczną CO2 z wodą i minerałami krzemianowymi, znaną jako „wietrzenie krzemianowe”.
Cyklowanie węgla w ciągu ostatnich 250 milionów lat.
„Mogą one nieco wypaść z równowagi na krótszych skalach czasowych, ale w skali milionowej muszą się dokładnie równoważyć” – wyjaśnił Caves Rugenstein. Gdyby te dwa procesy nie równoważyły się – powiedzmy, gdyby wietrzenie krzemianowe nie istniało – wtedy stężenie CO2 w atmosferze wzrastałoby pięciokrotnie co milion lat, powiedział mi Caves Rugenstein, co prowadziłoby do gwałtownego ocieplenia, jak to widać na planecie Wenus.
„Myślimy o wietrzeniu krzemianowym jako o tym głównym ujemnym sprzężeniu zwrotnym”, powiedział Caves Rugenstein. Jest ono ujemne, ponieważ przeciwdziała temu, co robi klimat. Jeśli klimat się ociepla, reakcje przyspieszają i szybciej usuwają CO2, zmniejszając ocieplenie; jeśli klimat się ochładza, dzieje się odwrotnie. W ten sposób wietrzenie krzemianowe działa jak termostat.
Ale jeśli istnieje termostat, to jak dochodzi do długoterminowych zmian klimatu? Odpowiedź leży w sposobie, w jaki klimat dostosowuje wietrzenie krzemianów, aby zrównoważyć dostawy CO2 do atmosfery i zapotrzebowanie na niego przez wietrzenie krzemianów, powiedział mi Caves Rugenstein.
Kiedy tektonika płyt była w nadbiegach podczas kredy, doprowadziło to do dodatkowego wulkanicznego CO2, który ogrzał planetę. Ten cieplejszy klimat zwiększył wietrzenie krzemianów, aż dopasował się do dodatkowych wulkanicznych dostaw CO2. Ale w ciągu ostatnich około 30 milionów lat tektonika płyt tworzyła łańcuchy górskie, takie jak Andy i Himalaje, oraz łatwo ulegające erozji wyspy tropikalne.
„Erozując, odsłaniasz więcej świeżych minerałów, rozdrabniasz je w osuwiskach i w transporcie rzecznym, i udostępniasz je na terenach zalewowych” – powiedział Caves Rugenstein. To sprawia, że wietrzenie krzemianów jest bardziej wydajne w usuwaniu CO2, więc równowaga między geologiczną podażą i popytem na CO2 może być utrzymywana przez chłodniejszy klimat i niższe poziomy CO2.
Nasz dzisiejszy erodujący krajobraz jest około 50 procent bardziej wydajny w usuwaniu CO2 niż 16 milionów lat temu, a poziomy CO2 w atmosferze spadły i klimat ochłodził się od tego czasu. Ale wietrzenie krzemianów jest o wiele za wolne, aby w naszych czasach mogło coś zmienić. To jak mrówka zjadająca słonia: w końcu dotrze, ale w powolnym tempie tektoniki płyt – za setki tysięcy lat. W międzyczasie połowa naszych emisji jest pochłaniana przez rośliny i wody oceaniczne, a reszta gromadzi się w atmosferze, ocieplając klimat.
Mielibyśmy większe problemy, gdyby to było jedno z tych
Istnieje zdarzenie naturalne, które może zmienić klimat równie szybko, a nawet bardziej dramatycznie niż my – uderzenie dużej asteroidy – ale najwyraźniej nie jesteśmy w następstwie jednego z nich. I mamy pewne pojęcie o tym, jak wyglądają takie następstwa. Śmiertelne skutki uderzenia, które zniszczyło dinozaury, wynikały nie tyle z samego uderzenia, jego pożarów czy tsunami, co z jego fatalnego wpływu na klimat. Uważa się, że uderzenie pogrążyło planetę w „uderzeniowej zimie” na lata, wypełniając atmosferę pyłem i siarką, jak ekstremalna wersja wybuchowej erupcji wulkanicznej.
W przeciwieństwie do uderzeń asteroid, duże prowincje iglaste są związane z większością wielkich wydarzeń wymierania w czasie geologicznym. Nie są one tak natychmiastowe jak uderzenie asteroidy, ale wiążą się z olbrzymimi przepływami lawy bazaltowej – „bazaltów powodziowych” – wraz z wszelkiego rodzaju podziemnymi inwazjami magmy, wybuchowymi erupcjami i emisjami gazów zmieniających klimat.
„To rzecz skali, którą musimy wbić do głów naszych czytelników,” zauważył Schmidt. „Są one na inną skalę pod względem emisji, pod względem czasu trwania, a być może także pod względem niepewności i naszego zrozumienia” – dodała.
Prowincja magmowa Pułapki Syberyjskie, która wywołała masowe wymieranie pod koniec permu, pokryła lawą obszar wielkości Europy. Środkowoatlantycka prowincja magmowa, która wywołała wymieranie masowe pod koniec triasu, rozciągała się od Francji do Boliwii.
Oczywiście nic takiego nie dzieje się dzisiaj. I pomimo ogromnej skali i geologicznie szybkiego tempa, emisje CO2 z tych erupcji były wolniejsze niż emisje ludzkie. „Nawet wtedy [tempo] emitowanego CO2 jest… wciąż tylko połową ludzkich emisji” – powiedział Schmidt.
Zabijały, ponieważ zazwyczaj emitowały wystarczająco dużo dwutlenku węgla, aby ocieplić klimat o kilka stopni przez dziesiątki tysięcy lat, punktowane przez krótkie zimne epizody spowodowane emisją dwutlenku siarki, tworząc klimatyczny whiplash. Często powodowały utratę tlenu w wodzie morskiej, co zabijało wiele gatunków morskich, a także rozrzucały koktajl takich paskudztw jak rtęć, metan i kwaśne deszcze. Mogły nawet zniszczyć warstwę ozonową.
Ludzie robią wiele z tych samych rzeczy, ale w mniejszym stopniu i w krótszym czasie.
Nie jesteśmy pierwszymi, którzy zmienili globalny klimat
Ludzie nie są pierwszym gatunkiem, który zmienił globalny klimat. Jesteśmy tylko najnowszymi organizmami, których indywidualne efekty, pomnożone przez ogromną populację, przekształciły planetę.
„Życie ewoluuje. Ewolucja to innowacja. Od czasu do czasu innowacja jest metaboliczna” – powiedział Lenton.
Innowacje życia wywołały kilka stopniowych zmian w systemie Ziemi, każda z nich ma konsekwencje klimatyczne. Kiedy cyjanobakterie ewoluowały, by tworzyć tlen jako produkt odpadowy fotosyntezy, kolejne nagromadzenie tlenu w atmosferze około 2,4 miliarda lat temu spowodowało usunięcie metanu, gazu cieplarnianego, i pogrzebanie węgla na dnie morza, pogrążając planetę w serii światowych zlodowaceń.
Stabilność powróciła z lekko natlenioną atmosferą na miliard lat, dopóki życie nie zakłóciło świata ponownie 720 milionów lat temu. Lenton przytacza dane ewolucyjne, które wskazują na wczesne grzyby i zielone algi ewoluujące w tym czasie, co mogło zwiększyć wietrzenie na lądzie. „Grzyby są naprawdę dobre w rozpuszczaniu skał” – powiedział Lenton. „Zielone algi i grzyby razem… mogą być częścią tego, dlaczego istnieją pewne starożytne profile glebowe z tego czasu, które wykazują dość silne sygnatury wietrzenia”.
W tym samym czasie oceany, które do tej pory były zdominowane przez mikroby, zaczęły tętnić większym, wielokomórkowym życiem, takim jak algi, które pozostawiają po sobie martwe ciała wystarczająco ciężkie, aby opadały na dno morskie. Efektem tego było zabranie węgla pochodzącego z atmosferycznego CO2 i zamknięcie go w osadach.
„Efektywność pochówku węgla organicznego naprawdę włącza się, gdy algi zastępują sinice” – powiedział Lenton.
Pobudzenie wietrzenia na lądzie i pochłaniania węgla organicznego w morzu zdziesiątkowało poziom CO2. Planeta zamarzła w serii epizodów „śnieżnej kuli ziemskiej”, które trwały miliony lat. Za każdym razem, całun lodowy zamykał proces wietrzenia, pozwalając wulkanicznemu CO2 nagromadzić się w atmosferze do kolosalnych poziomów niezbędnych do rozmrożenia globalnej pokrywy lodowej.
Jak na ironię, nasze społeczeństwo oparte na spalaniu zawdzięczamy innemu ewolucyjnemu wynalazkowi: pojawieniu się roślin lądowych około 460 milionów lat temu. Początkowo maleńkie i pozbawione korzeni, te prymitywne rośliny były jednak w stanie pobudzić proces wietrzenia poprzez rozpuszczanie skał w poszukiwaniu składników odżywczych, co wystarczyło do zmniejszenia o połowę poziomu CO2 w atmosferze, powiedział mi Lenton. Powstałe zlodowacenie jest związane z jednym z największych masowych wymierań od czasów świtu zwierząt.
„Nie chodzi tylko o to, że to chłodzi planetę” – powiedział Lenton. „To również podnosi poziom tlenu po raz pierwszy do rodzaju nowoczesnych poziomów, które wspierają ogień”.
Lenton postrzega ludzi jako tylko najnowszy wynalazek ewolucyjny zaburzający planetę. „Widzę to jako rodzaj technologicznej innowacji metabolicznej … aby wykopać skoncentrowane paliwa kopalne w ziemi, a następnie spalić je, aby zasilić społeczeństwo”, powiedział.
