Per molto tempo, il clima della Terra ha oscillato per dieci diversi motivi, tra cui oscillazioni orbitali, spostamenti tettonici, cambiamenti evolutivi e altri fattori. Hanno immerso il pianeta nelle ere glaciali o nel caldo tropicale. Come si relazionano al cambiamento climatico antropogenico contemporaneo?
Nel corso della sua storia, la Terra è riuscita a essere una palla di neve e una serra. E se il clima è cambiato prima della comparsa dell'uomo, allora come facciamo a sapere che siamo noi i responsabili del forte riscaldamento che osserviamo oggi?
In parte perché possiamo tracciare una chiara relazione causale tra le emissioni di anidride carbonica di origine antropica e un aumento di 1,28 gradi Celsius della temperatura globale (che, per inciso, continua) nell'era preindustriale. Le molecole di anidride carbonica assorbono la radiazione infrarossa, quindi all'aumentare della loro quantità nell'atmosfera, trattengono più calore, che evapora dalla superficie del pianeta.
Allo stesso tempo, i paleoclimatologi hanno fatto passi da gigante nella comprensione dei processi che hanno portato al cambiamento climatico in passato. Ecco dieci casi di cambiamento climatico naturale - rispetto alla situazione attuale.
Cicli solari
Scala: raffreddamento di 0,1-0,3 gradi Celsius
Cronologia: cali periodici dell'attività solare che vanno da 30 a 160 anni, separati da diversi secoli
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Ogni 11 anni, il campo magnetico solare cambia e con esso arrivano cicli di 11 anni di luminosità e oscuramento. Ma queste fluttuazioni sono piccole e influenzano il clima terrestre solo in modo insignificante.
Molto più importanti sono i "grandi minimi solari", periodi di dieci anni di diminuzione dell'attività solare che si sono verificati 25 volte negli ultimi 11.000 anni. Un esempio recente, il minimo di Maunder, si è verificato tra il 1645 e il 1715 e ha causato un calo dell'energia solare dello 0,04% -0,08% al di sotto della media attuale. Per molto tempo, gli scienziati hanno creduto che il minimo di Maunder potesse aver causato la "Piccola era glaciale", un'ondata di freddo che durò dal XV al XIX secolo. Ma da allora è emerso che è stato troppo breve ed è accaduto nel momento sbagliato. Il raffreddamento è stato molto probabilmente causato dall'attività vulcanica.
Nell'ultimo mezzo secolo, il Sole si è leggermente offuscato e la Terra si sta riscaldando ed è impossibile associare il riscaldamento globale a un corpo celeste.
Zolfo vulcanico
Scala: 0,6 - 2 gradi Celsius raffreddamento
Tempistica: da 1 a 20 anni
Nel 539 o 540 d. C. e. c'è stata un'eruzione così potente del vulcano Ilopango in El Salvador che il suo pennacchio ha raggiunto la stratosfera. Successivamente, estati fredde, siccità, carestia e peste hanno devastato gli insediamenti in tutto il mondo.
Le eruzioni su scala Ilopango gettano goccioline riflettenti di acido solforico nella stratosfera, che schermano la luce solare e raffreddano il clima. Di conseguenza, il ghiaccio marino si accumula, più luce solare viene riflessa nello spazio e il raffreddamento globale peggiora e si allunga.
A seguito dell'eruzione dell'Ilopango, la temperatura globale è scesa di 2 gradi in 20 anni. Già nella nostra era, l'eruzione del Monte Pinatubo nelle Filippine nel 1991 ha raffreddato il clima globale di 0,6 gradi per 15 mesi.
Lo zolfo vulcanico nella stratosfera può essere devastante, ma sulla scala della storia della Terra, il suo effetto è minimo e anche transitorio.
Fluttuazioni climatiche a breve termine
Scala: fino a 0,15 gradi Celsius
Tempistica: da 2 a 7 anni
Oltre alle condizioni meteorologiche stagionali, ci sono altri cicli a breve termine che influenzano anche le precipitazioni e la temperatura. Il più significativo di questi, El Niño o Southern Oscillation, è un cambiamento periodico della circolazione nell'Oceano Pacifico tropicale per un periodo da due a sette anni che influisce sulle precipitazioni nel Nord America. L'oscillazione del Nord Atlantico e il dipolo dell'Oceano Indiano hanno un forte impatto regionale. Entrambi interagiscono con El Niño.
L'interrelazione di questi cicli per lungo tempo ha impedito di dimostrare che il cambiamento antropico è statisticamente significativo, e non solo un altro balzo nella variabilità naturale. Ma da allora, il cambiamento climatico antropogenico è andato ben oltre la variabilità meteorologica naturale e le temperature stagionali. Il National Climate Assessment 2017 degli Stati Uniti ha concluso che "non ci sono prove conclusive dai dati osservativi che potrebbero spiegare il cambiamento climatico osservato dai cicli naturali".
Vibrazioni orbitali
Scala: circa 6 gradi Celsius nell'ultimo ciclo di 100.000 anni; varia con il tempo geologico
Tempistica: cicli regolari e sovrapposti di 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 e 2.400.000 anni
L'orbita terrestre fluttua quando il Sole, la Luna e altri pianeti cambiano le loro posizioni relative. A causa di queste fluttuazioni cicliche, i cosiddetti cicli di Milankovitch, la quantità di luce solare oscilla del 25% alle medie latitudini e il clima cambia. Questi cicli hanno operato nel corso della storia, creando strati alternati di sedimenti che possono essere visti nelle rocce e negli scavi.
Durante il Pleistocene, che terminò circa 11.700 anni fa, i cicli di Milankovitch mandarono il pianeta in una delle sue ere glaciali. Quando lo spostamento dell'orbita terrestre ha reso le estati settentrionali più calde della media, enormi calotte glaciali in Nord America, Europa e Asia si sono sciolte; quando l'orbita si spostò di nuovo e le estati diventarono di nuovo più fredde, questi scudi ricresero. Poiché l'oceano caldo dissolve meno anidride carbonica, il contenuto atmosferico è aumentato e diminuito all'unisono con le oscillazioni orbitali, amplificando il loro effetto.
Oggi, la Terra si sta avvicinando a un altro minimo di luce solare del nord, quindi senza emissioni di anidride carbonica di origine antropica, entreremmo in una nuova era glaciale nei prossimi 1.500 anni circa.
Sole giovane debole
Scala: nessun effetto cumulativo della temperatura
Sequenza temporale: permanente
Nonostante le fluttuazioni a breve termine, la luminosità del sole nel suo complesso aumenta dello 0,009% per milione di anni e dalla nascita del sistema solare 4,5 miliardi di anni fa, è aumentata del 48%.
Gli scienziati ritengono che dalla debolezza del giovane sole dovrebbe derivare che la Terra è rimasta congelata per l'intera prima metà della sua esistenza. Allo stesso tempo, paradossalmente, i geologi hanno scoperto pietre vecchie di 3,4 miliardi di anni formate nell'acqua con le onde. Il clima inaspettatamente caldo della Terra primordiale sembra essere dovuto a una combinazione di fattori: minore erosione del suolo, cieli più limpidi, giorni più brevi e una composizione speciale dell'atmosfera prima che la Terra ottenga un'atmosfera ricca di ossigeno.
Le condizioni favorevoli nella seconda metà dell'esistenza della Terra, nonostante l'aumento della luminosità del sole, non portano a un paradosso: il termostato degli agenti atmosferici della Terra contrasta gli effetti della luce solare aggiuntiva, stabilizzando la Terra.
Termostato per anidride carbonica e agenti atmosferici
Scala: contrasta altri cambiamenti
Tempistica: 100.000 anni o più
Il principale regolatore del clima terrestre è stato a lungo il livello di anidride carbonica nell'atmosfera, poiché l'anidride carbonica è un gas serra persistente che blocca il calore, impedendogli di salire dalla superficie del pianeta.
I vulcani, le rocce metamorfiche e l'ossidazione del carbonio nei sedimenti erosi emettono tutti anidride carbonica nel cielo e le reazioni chimiche con le rocce di silicato rimuovono l'anidride carbonica dall'atmosfera per formare calcare. L'equilibrio tra questi processi funziona come un termostato, perché quando il clima si riscalda, le reazioni chimiche sono più efficaci nel rimuovere l'anidride carbonica, inibendo così il riscaldamento. Quando il clima si raffredda, l'efficienza delle reazioni, al contrario, diminuisce, facilitando il raffreddamento. Di conseguenza, per un lungo periodo di tempo, il clima della Terra è rimasto relativamente stabile, fornendo un ambiente abitabile. In particolare, i livelli medi di anidride carbonica sono diminuiti costantemente a causa della crescente luminosità del Sole.
Tuttavia, sono necessari centinaia di milioni di anni prima che il termostato atmosferico reagisca all'ondata di anidride carbonica nell'atmosfera. Gli oceani della Terra assorbono e rimuovono il carbonio in eccesso più velocemente, ma anche questo processo richiede millenni e può essere fermato, con il rischio di acidificazione degli oceani. Ogni anno, bruciare combustibili fossili emette circa 100 volte più anidride carbonica di quanto eruttano i vulcani - gli oceani e gli agenti atmosferici falliscono - quindi il clima si riscalda e gli oceani si ossidano.
Spostamenti tettonici
Scala: circa 30 gradi Celsius negli ultimi 500 milioni di anni
Tempistica: milioni di anni
Il movimento delle masse terrestri della crosta terrestre può spostare lentamente il termostato atmosferico in una nuova posizione.
Negli ultimi 50 milioni di anni, il pianeta ha raffreddato, collisioni di placche tettoniche che hanno spinto rocce chimicamente reattive come il basalto e la cenere vulcanica nei tropici caldi e umidi, aumentando la velocità delle reazioni che estraggono l'anidride carbonica dal cielo. Inoltre, negli ultimi 20 milioni di anni, con l'ascesa di Himalaya, Ande, Alpi e altre montagne, il tasso di erosione è più che raddoppiato, portando ad un'accelerazione degli agenti atmosferici. Un altro fattore che ha accelerato la tendenza al raffreddamento è stata la separazione del Sud America e della Tasmania dall'Antartide 35,7 milioni di anni fa. Una nuova corrente oceanica si è formata intorno all'Antartide e ha intensificato la circolazione dell'acqua e del plancton, che consumano anidride carbonica. Di conseguenza, le calotte glaciali dell'Antartide sono cresciute in modo significativo.
In precedenza, durante i periodi Giurassico e Cretaceo, i dinosauri vagavano per l'Antartide, perché senza queste catene montuose, l'aumento dell'attività vulcanica manteneva l'anidride carbonica a livelli di circa 1.000 parti per milione (rispetto alle 415 di oggi). La temperatura media in questo mondo senza ghiaccio era di 5-9 gradi Celsius più alta di adesso e il livello del mare era di 75 metri più alto.
Asteroid Falls (Chikshulub)
Scala: prima raffreddamento di circa 20 gradi Celsius, quindi riscaldamento di 5 gradi Celsius
Cronologia: secoli di raffreddamento, 100.000 anni di riscaldamento
Il database degli impatti degli asteroidi sulla Terra contiene 190 crateri. Nessuno di loro ha avuto un effetto evidente sul clima terrestre, ad eccezione dell'asteroide Chikshulub, che ha distrutto parte del Messico e ucciso i dinosauri 66 milioni di anni fa. Le simulazioni al computer mostrano che Chikshulub ha gettato abbastanza polvere e zolfo nell'atmosfera superiore per eclissare la luce solare e raffreddare la Terra di oltre 20 gradi Celsius, oltre ad acidificare gli oceani. Ci sono voluti secoli al pianeta per tornare alla sua temperatura precedente, ma poi si è riscaldato di altri 5 gradi a causa dell'ingresso di anidride carbonica nell'atmosfera dal calcare messicano distrutto.
Il modo in cui l'attività vulcanica in India ha influenzato il cambiamento climatico e l'estinzione di massa rimane controverso.
Cambiamenti evolutivi
Scala: dipendente dall'evento, raffreddamento di circa 5 gradi Celsius nel tardo periodo Ordoviciano (445 milioni di anni fa)
Tempistica: milioni di anni
A volte l'evoluzione di nuove specie di vita resetterà il termostato della Terra. Così, i cianobatteri fotosintetici, sorti circa 3 miliardi di anni fa, hanno avviato il processo di terraformazione, rilasciando ossigeno. Man mano che si diffondevano, l'ossigeno nell'atmosfera è aumentato di 2,4 miliardi di anni fa, mentre i livelli di metano e anidride carbonica sono diminuiti drasticamente. Nel corso di 200 milioni di anni, la Terra si è trasformata più volte in una "palla di neve". 717 milioni di anni fa, l'evoluzione della vita oceanica, più grande dei microbi, ha innescato un'altra serie di palle di neve - in questo caso, quando gli organismi hanno iniziato a rilasciare detriti nelle profondità oceaniche, prendendo il carbonio dall'atmosfera e nascondendolo in profondità.
Quando le prime piante terrestri apparvero circa 230 milioni di anni dopo nel periodo Ordoviciano, iniziarono a formare la biosfera terrestre, seppellendo il carbonio nei continenti ed estraendo sostanze nutritive dalla terra - si riversarono negli oceani e stimolarono anche la vita lì. Questi cambiamenti sembrano aver portato all'era glaciale, iniziata circa 445 milioni di anni fa. Successivamente, nel periodo devoniano, l'evoluzione degli alberi, insieme alla costruzione di montagne, ridusse ulteriormente i livelli e le temperature di anidride carbonica, e iniziò l'era glaciale paleozoica.
Grandi province ignee
Scala: riscaldamento da 3 a 9 gradi Celsius
Sequenza temporale: centinaia di migliaia di anni
Le inondazioni continentali di lava e magma sotterraneo - le cosiddette grandi province ignee - hanno provocato più di un'estinzione di massa. Questi terribili eventi hanno scatenato un arsenale di assassini sulla Terra (comprese piogge acide, nebbia acida, avvelenamento da mercurio e impoverimento dell'ozono) e hanno anche portato a un riscaldamento del pianeta, rilasciando enormi quantità di metano e anidride carbonica nell'atmosfera, più velocemente di quanto avrebbero potuto. maniglia termostato intemperie.
Durante la catastrofe di Perm 252 milioni di anni fa, che distrusse l'81% delle specie marine, il magma sotterraneo diede fuoco al carbone siberiano, aumentò il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera a 8.000 parti per milione e riscaldò la temperatura di 5-9 gradi Celsius. Il Paleocene-Eocene Thermal Maximum, un evento più piccolo di 56 milioni di anni fa, ha creato metano nei giacimenti petroliferi nel Nord Atlantico e lo ha inviato verso il cielo, riscaldando il pianeta di 5 gradi Celsius e acidificando l'oceano. Successivamente, le palme sono cresciute sulle rive artiche e gli alligatori si sono crogiolati. Emissioni simili di carbonio fossile si sono verificate nel tardo Triassico e all'inizio del Giurassico, e si sono concluse con il riscaldamento globale, le zone morte nell'oceano e l'acidificazione degli oceani.
Se qualcosa di tutto ciò ti suona familiare, è perché le attività antropiche oggi hanno conseguenze simili.
Come un gruppo di ricercatori sull'estinzione del Triassico-Giurassico ha notato ad aprile sulla rivista Nature Communications: "Stimiamo che la quantità di anidride carbonica emessa nell'atmosfera da ogni impulso di magma alla fine del Triassico sia paragonabile alla previsione delle emissioni antropiche per il 21 ° secolo".
