Az éghajlat története számos természetes változáson ment keresztül, a jégkorszakok és az eljegesedési ciklusok pedig évezredek alatt zajlottak le. A múltbeli klímaváltozások során a szén-dioxid szintjének és a hőmérsékletnek az emelkedése között jellemzően mintegy 50 éves időbeli eltolódás figyelhető meg, ami természetes visszacsatolási mechanizmusokra utal. Ezek a folyamatok azonban fokozatosak voltak, lehetőséget adva az élővilág alkalmazkodására.
A jelenlegi helyzet gyökeresen eltér a múltbeli változásoktól. Az emberi tevékenység, elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok égetése és az ipari kibocsátás, olyan gyors ütemben növeli a szén-dioxid koncentrációját, amelyhez hasonlót a földtörténeti múlt nem ismer. Az iparosodás előtti időkhöz képest a globális átlaghőmérséklet növekedése drámai sebességgel zajlik, és a következmények ma még beláthatatlanok.
E tanulmány bemutatja a múltbeli klímaváltozások dinamikáját, rávilágítva arra, hogy a most zajló gyors felmelegedés milyen ismeretlen kihívások elé állítja a Föld ökoszisztémáit és az emberiséget. A múlt tanulságai segíthetnek abban, hogy megértsük, milyen hatások várhatók, de az ember által okozott klímaváltozás sebessége és mértéke olyan új terület, amelyre a természet eddig nem volt felkészülve.
Rampasek László A.
Azonban a kainozoikum ideje alatt (65 millió évvel ezelőttől napjainkig) az éghajlat fokozatosan lehűlt. Ez a rész összefoglalja ezeket a jelentős múltbeli éghajlatváltozásokat.
A földtörténet során az éghajlat lassan, millió évek alatt változott. A legutóbbi pliocén-negyedidőszaki eljegesedés előtt három másik nagy eljegesedés történt [20]. A legrégebbi, a huroni eljegesedés, az archaikum-proterozoikum határán (~2,5 milliárd évvel ezelőtt) következett be. Ezt az időszakot a nagy oxigénizációs esemény (8. fejezet) jellemezte, amelyet gyakran az eljegesedés okaként tartanak számon. A megnövekedett oxigén feltehetően reakcióba lépett az erős üvegházhatású metánnal, ami lehűlést okozott [21].
A proterozoikum végén (kb. 700 millió évvel ezelőtt) egy másik eljegesedés történt, amelyet a “Hógolyó-Föld” hipotézis néven ismernek [22]. A jégkori nyomokat világszerte széles körben megtalálható kőzetrétegekben értelmezték, és még az alacsony szélességi eljegesedésekkel is összefüggésbe hozták [23]. A mészkő (amely általában trópusi tengeri környezetben keletkezik) és a jégkori üledékek (amelyek általában hideg éghajlaton alakulnak ki) gyakran együtt fordulnak elő ebből az időszakból a világ különböző részein. Utah államban, a Nagy Sóstó Antelope-szigetén mészkő és jégkori üledékek (diamictitok) váltakozása figyelhető meg, amelyeket kontinentális eljegesedés eredményeként értelmeznek [24]. A vitatott “Hógolyó-Föld” hipotézis szerint a visszaverődési (albedó) hatás felerősödése (a jég és hó visszaveri a napsugárzást) teljes fagyáshoz (eljegesedés), vezethetett a szárazföld és az óceánok felszínén, valamint a biológiai aktivitás összeomlásához is. A jégborította Föld csak akkor olvadhatott volna fel, ha a vulkánokból származó szén-dioxid koncentrációja nagyon magasra emelkedett, mivel a szén-dioxid nem tudott bekerülni a befagyott óceánba. Egyes tanulmányok szerint a szén-dioxid szintje akár 350-szer magasabb volt a mai szintnél [22]. A teljes fagyás [25] és a fagyás kiterjedése [26] azonban kérdéses maradt.
Az eljegesedés a paleozoikum során is előfordult, leginkább a pennsylvani korszakban (323–300 millió évvel ezelőtt) a Karoo-eljegesedés során. Ezt szintén az oxigénszint növekedése és a szén-dioxid szintjének csökkenése okozta, amely valószínűleg a szárazföldi növények evolúciójának és elterjedésének köszönhető [27].
A kainozoikum ideje alatt (az utóbbi 65 millió évben) az éghajlat eleinte meleg volt, majd fokozatosan lehűlt a mai állapotig. Ezt a meleg időszakot paleocén-eocén hőmérsékleti maximumnak nevezik, és ekkor az Antarktisz és Grönland jégmentes volt. Az eocén óta a kainozoikum során lezajlott tektonikus események jelentős és tartós lehűlést okoztak. Például az Indiai-lemez és az Ázsiai-lemez ütközése létrehozta a Himalája-hegységet, amely megnövelte a mállási és eróziós folyamatokat. A szilikátásványok, különösen a földpát, gyorsabb mállása csökkenti a légkörben lévő szén-dioxid mennyiségét, ezáltal csökkentve az üvegházhatást, ami hosszú távú lehűléshez vezetett [28].
Kb. 40 millió évvel ezelőtt a Dél-Amerikai-lemez és az Antarktiszi-lemez közötti rés kitágult, ami a Drake-átjáró kialakulásához vezetett. Ez lehetővé tette az Antarktiszt körülvevő nyugat-keleti irányú víz áramlását, az Antarktiszi Körkörös Áramlatot, amely hatékonyan elszigetelte a déli óceánt a Csendes-, Atlanti- és Indiai-óceánok melegebb vizeitől. A régió jelentősen lehűlt, és 35 millió évvel ezelőtt (oligocén) már gleccserek kezdtek kialakulni az Antarktiszon [29].
Kb. 15 millió évvel ezelőtt a Közép- és Dél-Amerika közötti szubdukciós vulkanizmus létrehozta a Panama-földszorost, amely összekötötte Észak- és Dél-Amerikát. Ez megakadályozta a víz áramlását a Csendes- és az Atlanti-óceán között, és csökkentette a hőátadást a trópusoktól a sarkok felé. Ez egy hidegebb Antarktiszt és nagyobb antarktiszi gleccsereket eredményezett. A jégtakaró kiterjedése (szárazföldön és vízen) növelte a Föld visszaverődési képességét (albedó), ami további lehűlést eredményezett: több visszaverődő jég, több lehűlés, több jég stb. [30; 31].
5 millió évvel ezelőtt (pliocén korszak) már jégtakarók kezdtek kialakulni Észak-Amerikában és Észak-Európában. A jelenlegi eljegesedés legintenzívebb szakasza az utóbbi 1 millió évben, a pleisztocén korszakban következett be. A pleisztocén során jelentős hőmérséklet-ingadozások (akár 10°C-os tartományban) figyelhetők meg 40 000–100 000 éves időskálákon, amelyek a jégtakarók terjeszkedésével és visszahúzódásával járnak. Ezeket a változásokat a Föld pályájának finom változásaihoz, az úgynevezett Milankovitch-ciklusokhoz kapcsolják [32; 33], amelyeket részletesebben a gleccserekről szóló fejezetben tárgyalunk. Az elmúlt millió évben az eljegesedési ciklusok körülbelül 100 000 évente ismétlődtek [34], és számos jégkori előrenyomulás történt az utóbbi 2 millió évben (Lisiecki és Raymo, 2005) [35].
A jégkorszakokon belül a melegebb időszakokat interglaciálisoknak nevezik, a rövidebb meleg időszakokat pedig interstadialisoknak. Ezek a felmelegedések a Föld éghajlatának változásaival, például a Milankovitch-ciklusokkal állnak kapcsolatban. Az utóbbi 500 000 évben 5–6 interglaciális történt, amelyek közül a legutóbbi a jelenlegi holocén korszakhoz tartozik.
Két közelmúltbeli éghajlati változás mutatja a változások komplexitását: a Younger Dryas és a holocén klímai optimum. Ezek az események közelmúltbeliek, mégis ellentmondásos információk vannak róluk. A Younger Dryas lehűlése széles körben elismert az északi féltekén [36], bár az esemény időzítése (kb. 12 000 évvel ezelőtt) nem mindenhol azonos [37]. Ezt nehéz megtalálni a déli féltekén [38]. A holocén klímai optimum a kb. 6000 évvel ezelőtti felmelegedés [39], bár ez nem volt egyetemesen melegebb, valószínűleg nem volt olyan meleg, mint a jelenlegi felmelegedés [40], és nem mindenhol egyidőben következett be [41].
Honnan tudunk a múltbeli éghajlatokról? A geológusok proxy mutatókat használnak a múltbeli éghajlat megértéséhez. A proxy mutató egy biológiai, kémiai vagy fizikai jel, amely megőrződött a kőzetekben, üledékekben vagy jégben, és a múltbeli események “ujjlenyomataként” szolgál [42]. Így közvetett mutatói valaminek, például az éghajlatnak. A proterozoikum és paleozoikum idején lezajlott eljegesedések nyomait a jégkori üledékekben, például a Mineral Fork Formáció diamictitjában (vagy tillitjában) találjuk meg Utah államban. Ez a sötét kőzet sok finomszemcsés összetevőt tartalmaz, valamint néhány nagy méretű klastot, hasonlóan a modern jégkori tillhez [43; 44].
A kainozoikum ideje alatt (az utóbbi 65 millió évben) lezajlott éghajlatváltozások részletes kémiai nyomai az óceáni üledékmintákból származnak, amelyeket az Ocean Drilling Program keretében gyűjtöttek. A mélytengeri üledékek tanulmányozása során stabil szén- és oxigénizotópokat használnak, amelyeket a mélytengeri bentikus foraminiferák héjából nyernek, amelyek millió évek alatt ülepedtek le az óceánfenéken. Az oxigénizotópok a mélytengeri hőmérséklet és a kontinentális jégtérfogat proxy mutatói [45].
Az oxigénizotópok a múltbeli éghajlat mutatói. A két fő stabil oxigénizotóp a 16O és a 18O. Mindkettő előfordul a vízben (H2O) és a foraminiferák kalcium-karbonát (CaCO3) héjában, mint ezen molekulák oxigénkomponense. A leggyakoribb és könnyebb izotóp a 16O. Mivel könnyebb, könnyebben párolog el az óceán felszínéről vízgőzként, amely később felhőkké és csapadékká alakul az óceán és a szárazföld felett.
A földtörténeti időszakok során, amikor az éghajlat hidegebb volt, a csapadék nagyobb része gleccserek formájában a szárazföldön maradt. Gondoljunk a hatalmas jégtakarókra, amelyek több mint egy mérföld vastagságúak voltak, és az utolsó jégkorszakban Észak-Amerika nagy részét borították, mindössze 14 000 évvel ezelőtt. Az eljegesedés során a gleccserek hatékonyan elzárták a 16O-t, így az óceánvíz és a foraminiferák héja 18O-ban gazdagodott. Ezért a foraminiferák kalcium-karbonát héjában lévő 18O/16O arány a múltbeli éghajlat mutatója. Az Ocean Drilling Program üledékmintái folyamatos üledékfelhalmozódást rögzítenek.
A közelmúltbeli pleisztocén éghajlat részletesebb és közvetlen kémiai nyomai az Antarktiszi és Grönlandi jégtakarókba fúrt mintákból származnak. A hó évente rétegeket képez ezeken a jégtakarókon. A jégminták az utóbbi 800 000 évből származnak. Az oxigénizotópokat ezekből az éves rétegekből gyűjtik, és a 18O/16O arányt a hőmérséklet meghatározására használják, ahogy azt fentebb tárgyaltuk. Ezenkívül a jég apró légbuborékokat zár be, amikor a hó jéggé alakul.
A jég kis darabjait összetörik, és az ősi levegőt tömegspektrométerbe vezetik, amely képes az ősi légkör kémiai összetételének megállapítására. A szén-dioxid szintje ezekből a mérésekből rekonstruálható. Az elmúlt 800 000 évben a szén-dioxid koncentráció maximuma a melegebb időszakokban kb. 300 ppm volt, míg a hidegebb időszakokban kb. 170 ppm [46; 47; 48]. A Föld légkörében jelenleg a szén-dioxid szintje meghaladja a 400 ppm-t. (Már 427.0 ppm … a szerk.)
Óceáni Mikrofosszíliák
A mikrofosszíliák, például a foraminiferák, diatómák és radioláriák, felhasználhatók a múlt éghajlati viszonyainak értelmezésére. Üledékmintákban különböző rétegekben különböző mikrofosszília fajok találhatók. Ezek a mikrofosszíliák csoportosulásai, úgynevezett együttesek (assemblages), információt nyújthatnak a múlt éghajlatáról. Egy ilyen együttes például olyan fajokból áll, amelyek hidegebb óceánvízben éltek (jégkorszakok idején), míg egy másik, ugyanazon üledékminta másik szintjén található együttes melegebb vízi fajokból áll [49].
Fagyűrűk
Egy fa keresztmetszetét ábrázoló kép, amelyen a fagyűrűk láthatók. Minden gyűrű egy év növekedését jelzi.
Minden évben egy fa egy világos és egy sötét szakaszból álló gyűrűt növeszt. A gyűrűk szélessége változó. Mivel a fák számára sok vízre van szükségük a túléléshez, a keskenyebb gyűrűk hidegebb és szárazabb éghajlatot jeleznek. Mivel egyes fák több ezer évesek is lehetnek, gyűrűik felhasználhatók regionális paleoklíma-rekonstrukciókhoz. Emellett elhalt fák, például a pueblo romokban található fák, segítségével lehetőség nyílik ezen proxy jelzők időbeli kiterjesztésére, amelyek hosszú távú aszályokat mutattak a régióban, és megmagyarázzák, miért hagyták el településeiket.
Pollen
A virágos növények pollen szemcséket termelnek. A pollen mikroszkóp alatt jól megkülönböztethető. A pollen néha megőrizhető az évente felhalmozódó tavi üledékekben. A tavi üledékek fúrása révén ősi pollen maradványokhoz juthatunk. A fosszilis pollen együttesek több faj pollenét tartalmazhatják, például lucfenyő, fenyő és tölgy. Az idő múlásával (az üledékminták és radiometrikus kormeghatározási technikák segítségével) a pollen együttesek változása megmutatja, hogy mely növények éltek a területen adott időszakban. Így a pollen együttesek a múlt éghajlatának jelzői, mivel a különböző növények különböző éghajlatot kedvelnek [50]. Például a Csendes-óceán északnyugati részén, a Kaskád-hegységtől keletre, egy füves puszták és erdők határán található régióban egy tanulmány az elmúlt 125 000 év pollenét vizsgálta, amely magában foglalja az utolsó két jégkorszakot. Ahogy az ábra is mutatja (Whitlock és Bartlein 1997 [51] 2. ábrája), a jégkorszakok idején több fenyő pollen található, míg az interglaciális időszakokban kevesebb fenyő pollen fordul elő [51].
Egyéb Proxy Jelzők
A paleoklimatológusok számos más jelenséget is tanulmányoznak a múlt éghajlatának megértése érdekében, például emberi történelmi feljegyzéseket, az elmúlt időszak emberi műszerek által rögzített adatait, tavi üledékeket, barlangi ülepedéseket és korallokat.
Hivatkozások
20. Deynoux, M., Miller, J. M. G. & Domack, E. W. Earth’s Glacial Record. (Cambridge University Press, 2004).
21. Kopp, R. E., Kirschvink, J. L., Hilburn, I. A. & Nash, C. Z. The Paleoproterozoic snowball Earth: a climate disaster triggered by the evolution of oxygenic photosynthesis. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 102, 11131–11136 (2005).
22. Hoffman, P. F., Kaufman, A. J., Halverson, G. P. & Schrag, D. P. A neoproterozoic snowball earth. Science 281, 1342–1346 (1998).
23. Schopf, J. W. & Klein, C. Late Proterozoic Low-Latitude Global Glaciation: the Snowball Earth. in The Proterozoic biosphere : a multidisciplinary study (eds. Schopf, J. W. & Klein, C.) 51–52 (Cambridge University Press, 1992).
24. Doelling, H. H. et al. Geology of Antelope Island. Davis County, Utah: Utah Geological and Mineral Survey Open-File Release 144, 82 (1988).
25. Allen, P. A. & Etienne, J. L. Sedimentary challenge to Snowball Earth. Nat. Geosci. 1, 817–825 (2008).
26. Eyles, N. & Januszczak, N. ‘Zipper-rift’: a tectonic model for Neoproterozoic glaciations during the breakup of Rodinia after 750 Ma. Earth-Sci. Rev. (2004).
27. Berner, R. A. The carbon cycle and carbon dioxide over Phanerozoic time: the role of land plants. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 353, 75–82 (1998).
28. Kump, L. R., Brantley, S. L. & Arthur, M. A. Chemical Weathering, Atmospheric CO2, and Climate. Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 28, 611–667 (2000).
29. Lagabrielle, Y., Goddéris, Y., Donnadieu, Y., Malavieille, J. & Suarez, M. The tectonic history of Drake Passage and its possible impacts on global climate. Earth Planet. Sci. Lett. 279, 197–211 (2009).
30. Kuipers Munneke, P. et al. A new albedo parameterization for use in climate models over the Antarctic ice sheet. J. Geophys. Res. 116, D05114 (2011).
31. Curry, J. A., Schramm, J. L. & Ebert, E. E. Sea Ice-Albedo Climate Feedback Mechanism. J. Clim. 8, 240–247 (1995).
32. Milankovitch, M. Mathematische klimalehre und astronomische theorie der klimaschwankungen. (1930).
33. Roe, G. In defense of Milankovitch. Geophys. Res. Lett. 33, L24703 (2006).
34. Abe-Ouchi, A. et al. Insolation-driven 100,000-year glacial cycles and hysteresis of ice-sheet volume. Nature 500, 190–193 (2013).
35. Lisiecki, L. E. & Raymo, M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography 20, (2005).
36. Carlson, A. E. The younger Dryas climate event. (2013).
37. Fairbanks, R. G. The age and origin of the “Younger Dryas climate event” in Greenland ice cores. Paleoceanography 5, 937–948 (1990).
38. Kaplan, M. R. et al. Glacier retreat in New Zealand during the Younger Dryas stadial. Nature 467, 194–197 (2010).
39. Ganopolski, A., Kubatzki, C., Claussen, M., Brovkin, V., V. & Petoukhov, V., V. The influence of vegetation-atmosphere-ocean interaction on climate during the mid-holocene. Science 280, 1916–1919 (1998).
40. Hewitt, C. D. & Mitchell, J. F. B. A fully coupled GCM simulation of the climate of the mid-Holocene. Geophys. Res. Lett. 25, 361–364 (1998).
41. He, Y. et al. Asynchronous Holocene climatic change across China. Quat. Res. 61, 52–63 (2004).
42. Weissert, H. Deciphering methane’s fingerprint. Nature 406, 356–357 (2000).
43. Ojakangas, R. W. & Matsch, C. L. Upper Precambrian (Eocambrian) Mineral Fork Tillite of Utah: A continental glacial and glaciomarine sequence. GSA Bulletin 91, 495–501 (1980).
44. Christie-Blick, N., Ojakangas, R. W. & Matsch, C. L. Upper Precambrian (Eocambrian) Mineral Fork Tillite of Utah: A Continental Glacial and Glaciomarine Sequence: Discussion and Reply. The Geological Society of America Bulletin 93, 184–187 (1982).
45. Zachos, J., Pagani, M., Sloan, L., Thomas, E. & Billups, K. Trends, rhythms, and aberrations in global climate 65 Ma to present. Science 292, 686–693 (2001).
46. Pearson, P. N. & Palmer, M. R. Atmospheric carbon dioxide concentrations over the past 60 million years. Nature 406, 695–699 (2000).
47. Lüthi, D. et al. High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present. Nature 453, 379–382 (2008).
48. Oak Ridge National Laboratory. 800,000-year Ice-Core Records of Atmospheric Carbon Dioxide (CO2). (2008). Elérhető: http://cdiac.ornl.gov/trends/co2/ice_core_co2.html. (Hozzáférés: 2016. szeptember 14.)
49. Cunningham, W. L., Leventer, A., Andrews, J. T., Jennings, A. E. & Licht, K. J. Late Pleistocene–Holocene marine conditions in the Ross Sea, Antarctica: evidence from the diatom record. The Holocene 9, 129–139 (1999).
50. Webb, T. & Thompson, W. Is vegetation in equilibrium with climate? How to interpret late-Quaternary pollen data. Vegetatio 67, 75–91 (1986).
51. Whitlock, C. & Bartlein, P. J. Vegetation and climate change in northwest America during the past 125 kyr. Nature 388, 57–61 (1997).
Ez az oldal a 15.4: Prehistoric Climate Change címet viseli, és a CC BY-NC-SA 4.0 licenc alatt érhető el. Szerzői: Chris Johnson, Matthew D. Affolter, Paul Inkenbrandt, & Cam Mosher (OpenGeology), forrásként szolgáló tartalom alapján, amelyet a LibreTexts platform stílusára szerkesztettek.
A globális felmelegedés felgyorsult: Vajon az ENSZ és a nyilvánosság megfelelően tájékozott? Az elmúlt két…
QFPC (Quality Family Planing Credit) segítségével az irányítás (G) képessé válhat oldani az ESG belső…
Közelebb, mint valaha: Most 89 másodperc van éjfélig 2025-ös Végítélet Órája Nyilatkozat Az 1945-ben Albert…
Az éghajlatváltozás és a globális felmelegedés kérdése napjaink egyik legsürgetőbb és legvitatottabb témája. Az emberiség…
Vészjelzés az Antarktisz miatt – Közel 500 sarkvidéki tudós figyelmeztetése. „Az ellenőrizhetetlenné váló jégveszteség, amely…
A tanulmány szerint az óceánok hőmérséklete 2024-ben rekordmagas lett. Az Advances in Atmospheric Sciences című…
