10 حالات لتقلبات بشرية المنشأ في مناخ الأرض

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

لفترة طويلة ، تذبذب مناخ الأرض لعشرة أسباب مختلفة ، بما في ذلك الاهتزازات المدارية ، والتحولات التكتونية ، والتغيرات التطورية ، وعوامل أخرى. لقد أغرقوا الكوكب إما في العصور الجليدية أو في درجات الحرارة الاستوائية. كيف ترتبط بتغير المناخ البشري المنشأ المعاصر؟

تاريخيا ، تمكنت الأرض من أن تكون كرة ثلجية وبيت زجاجي. وإذا تغير المناخ قبل ظهور الإنسان ، فكيف نعرف أننا نحن المسؤولون عن الاحترار الحاد الذي نلاحظه اليوم؟

جزئيًا لأنه يمكننا رسم علاقة سببية واضحة بين انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ وارتفاع درجة الحرارة العالمية بمقدار 1.28 درجة مئوية (والذي يستمر بالمناسبة) خلال حقبة ما قبل الصناعة. تمتص جزيئات ثاني أكسيد الكربون الأشعة تحت الحمراء ، وبزيادة مقدارها في الغلاف الجوي ، فإنها تحتفظ بمزيد من الحرارة ، والتي تتبخر من سطح الكوكب.

في الوقت نفسه ، قطع علماء المناخ القديم خطوات كبيرة في فهم العمليات التي أدت إلى تغير المناخ في الماضي. فيما يلي عشر حالات لتغير المناخ الطبيعي - مقارنة بالوضع الحالي.

دورات الطاقة الشمسية

حجم: تبريد 0 ، 1-0 ، 3 درجات مئوية

توقيت: انخفاض دوري في النشاط الشمسي يستمر من 30 إلى 160 سنة ، تفصله عدة قرون

يتغير المجال المغناطيسي الشمسي كل 11 عامًا ، ويأتي معه دورات مدتها 11 عامًا من السطوع والتعتيم. لكن هذه التقلبات صغيرة ولا تؤثر على مناخ الأرض إلا بشكل ضئيل.

والأهم من ذلك بكثير هو "الحد الأدنى للطاقة الشمسية" ، وهو فترات عشر سنوات من انخفاض النشاط الشمسي الذي حدث 25 مرة خلال الـ 11000 سنة الماضية. مثال حديث ، الحد الأدنى Maunder ، حدث بين 1645 و 1715 وتسبب في انخفاض الطاقة الشمسية بنسبة 0.04 ٪ -0.08 ٪ أقل من المتوسط الحالي. لفترة طويلة ، اعتقد العلماء أن الحد الأدنى من Maunder يمكن أن يتسبب في "العصر الجليدي الصغير" ، وهو موجة باردة استمرت من القرن الخامس عشر إلى القرن التاسع عشر. لكن اتضح منذ ذلك الحين أن الأمر كان قصيرًا للغاية وحدث في الوقت الخطأ. على الأرجح أن البرد المفاجئ كان ناتجًا عن النشاط البركاني.

خلال نصف القرن الماضي ، كانت الشمس معتمة قليلاً ، والأرض آخذة في الاحترار ، ومن المستحيل ربط الاحتباس الحراري بجسم سماوي.

كبريت بركاني

حجم: التبريد 0، 6 - 2 درجة مئوية

توقيت: من 1 إلى 20 سنة

عام 539 أو 540 م ه. كان هناك انفجار قوي لبركان إيلوبانغو في السلفادور حتى وصل عمودها إلى طبقة الستراتوسفير. بعد ذلك ، دمرت فصول الصيف الباردة والجفاف والمجاعة والطاعون المستوطنات في جميع أنحاء العالم.

الانفجارات على مقياس Ilopango تلقي بقطرات عاكسة من حامض الكبريتيك في الستراتوسفير ، والتي تحجب ضوء الشمس وتبرد المناخ. نتيجة لذلك ، يتراكم الجليد البحري ، وينعكس المزيد من ضوء الشمس مرة أخرى في الفضاء ، ويتم تكثيف التبريد العالمي وإطالة أمده.

بعد ثوران بركان Ilopango ، انخفضت درجة الحرارة العالمية بمقدار درجتين على مدار 20 عامًا. في عصرنا بالفعل ، أدى ثوران بركان جبل بيناتوبو في الفلبين عام 1991 إلى تبريد المناخ العالمي بمقدار 0.6 درجة لمدة 15 شهرًا.

يمكن أن يكون الكبريت البركاني في الستراتوسفير مدمرًا ، ولكن على نطاق تاريخ الأرض ، فإن تأثيره ضئيل وعابر أيضًا.

تقلبات المناخ على المدى القصير

حجم: تصل إلى 0 ، 15 درجة مئوية

توقيت: من 2 إلى 7 سنوات

بالإضافة إلى الأحوال الجوية الموسمية ، هناك دورات أخرى قصيرة المدى تؤثر أيضًا على هطول الأمطار ودرجة الحرارة.وأهمها ظاهرة النينيو أو التذبذب الجنوبي ، هو التغير الدوري في الدورة الدموية في المحيط الهادئ الاستوائي على مدى سنتين إلى سبع سنوات يؤثر على هطول الأمطار في أمريكا الشمالية. تذبذب شمال الأطلسي والمحيط الهندي ثنائي القطب لهما تأثير إقليمي قوي. كلاهما يتفاعل مع ظاهرة النينيو.

لقد أعاق الترابط بين هذه الدورات لفترة طويلة القدرة على إثبات أن التغيير البشري المنشأ ذو دلالة إحصائية ، وليس مجرد قفزة أخرى في التباين الطبيعي. ولكن منذ ذلك الحين ، تجاوز تغير المناخ الناتج عن الأنشطة البشرية تقلبات الطقس الطبيعية ودرجات الحرارة الموسمية. خلص التقييم الوطني للمناخ الأمريكي لعام 2017 إلى أنه "لا يوجد دليل قاطع من بيانات الرصد يمكن أن يفسر تغير المناخ الملحوظ من خلال الدورات الطبيعية."

الاهتزازات المدارية

حجم: ما يقرب من 6 درجات مئوية في دورة 100،000 سنة الماضية ؛ يختلف مع الزمن الجيولوجي

توقيت: دورات منتظمة متداخلة تبلغ 23.000 و 41.000 و 100.000 و 405.000 و 2.400.000 سنة

يتقلب مدار الأرض عندما تغير الشمس والقمر والكواكب الأخرى مواقعها النسبية. بسبب هذه التقلبات الدورية ، ما يسمى بدورات ميلانكوفيتش ، تتقلب كمية ضوء الشمس عند خطوط العرض الوسطى بنسبة 25٪ ، ويتغير المناخ. عملت هذه الدورات عبر التاريخ ، حيث خلقت طبقات متناوبة من الرواسب التي يمكن رؤيتها في الصخور والحفريات.

خلال عصر البليستوسين ، الذي انتهى قبل حوالي 11700 عام ، أرسلت دورات ميلانكوفيتش الكوكب إلى أحد عصوره الجليدية. عندما أدى تحول مدار الأرض إلى جعل الصيف الشمالي أكثر دفئًا من المتوسط ، ذابت الصفائح الجليدية الضخمة في أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا ؛ عندما تحول المدار مرة أخرى وأصبح الصيف أكثر برودة مرة أخرى ، نمت هذه الدروع. نظرًا لأن المحيط الدافئ يذوب كمية أقل من ثاني أكسيد الكربون ، فقد زاد محتوى الغلاف الجوي وانخفض في انسجام مع التذبذبات المدارية ، مما أدى إلى تضخيم تأثيرها.

اليوم ، تقترب الأرض من حد أدنى آخر من ضوء الشمس الشمالي ، لذلك بدون انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية ، سندخل عصرًا جليديًا جديدًا في 1500 سنة أو نحو ذلك.

شمس شابة خافتة

حجم: لا يوجد تأثير درجة الحرارة الكلية

توقيت: دائم

على الرغم من التقلبات قصيرة المدى ، يزداد سطوع الشمس ككل بنسبة 0.009٪ لكل مليون سنة ، ومنذ ولادة النظام الشمسي قبل 4.5 مليار سنة ، زاد بنسبة 48٪.

يعتقد العلماء أنه من ضعف الشمس الفتية ، يجب أن يتبع ذلك أن الأرض ظلت مجمدة طوال النصف الأول من وجودها. في الوقت نفسه ، وللمفارقة ، اكتشف الجيولوجيون صخورًا عمرها 3.4 مليار سنة ، تكونت في الماء مع الأمواج. يبدو أن المناخ الدافئ غير المتوقع للأرض المبكرة يرجع إلى مجموعة من العوامل: تآكل أقل للأرض ، سماء أكثر صفاءً ، أيام أقصر ، وتكوين خاص للغلاف الجوي قبل أن تحصل الأرض على غلاف جوي غني بالأكسجين.

الظروف المواتية في النصف الثاني من وجود الأرض ، على الرغم من زيادة سطوع الشمس ، لا تؤدي إلى مفارقة: ترموستات تجوية الأرض يقاوم تأثيرات ضوء الشمس الإضافي ، مما يؤدي إلى استقرار الأرض.

ثاني أكسيد الكربون وثرموستات التجوية

حجم: يصد التغييرات الأخرى

توقيت: 100،000 سنة أو أكثر

لطالما كان المنظم الرئيسي لمناخ الأرض هو مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، لأن ثاني أكسيد الكربون هو غاز دفيئة ثابت يمنع الحرارة ، ويمنعها من الارتفاع عن سطح الكوكب.

البراكين والصخور المتحولة وأكسدة الكربون في الرواسب المتآكلة كلها تنبعث منها ثاني أكسيد الكربون في السماء ، والتفاعلات الكيميائية مع صخور السيليكات تزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، وتشكل الحجر الجيري.التوازن بين هذه العمليات يعمل مثل منظم الحرارة ، لأنه عندما ترتفع درجة حرارة المناخ ، تكون التفاعلات الكيميائية أكثر فعالية في إزالة ثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي إبطاء الاحترار. عندما يبرد المناخ ، تقل كفاءة التفاعلات ، على العكس من ذلك ، مما يسهل التبريد. ونتيجة لذلك ، ظل مناخ الأرض مستقرًا نسبيًا على مدى فترة طويلة من الزمن ، مما وفر بيئة صالحة للسكن. على وجه الخصوص ، انخفض متوسط مستويات ثاني أكسيد الكربون بشكل مطرد نتيجة زيادة سطوع الشمس.

ومع ذلك ، فإن الأمر يستغرق مئات الملايين من السنين حتى يتفاعل منظم الحرارة مع ارتفاع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. تمتص محيطات الأرض الكربون الزائد وتزيله بشكل أسرع ، ولكن حتى هذه العملية تستغرق آلاف السنين - ويمكن إيقافها ، مع خطر تحمض المحيطات. في كل عام ، ينبعث حرق الوقود الأحفوري من ثاني أكسيد الكربون حوالي 100 مرة أكثر مما تنبعث منه البراكين - تفشل المحيطات والعوامل الجوية - لذلك ترتفع درجة حرارة المناخ وتحمض المحيطات.

التحولات التكتونية

حجم: ما يقرب من 30 درجة مئوية على مدى 500 مليون سنة الماضية

توقيت: ملايين السنين

يمكن لحركة كتل اليابسة في قشرة الأرض أن تحرك ببطء منظم حرارة التجوية إلى موضع جديد.

على مدى الخمسين مليون سنة الماضية ، كان الكوكب يبرد ، حيث دفعت تصادمات الصفائح التكتونية الصخور التفاعلية كيميائيًا مثل البازلت والرماد البركاني إلى المناطق المدارية الرطبة الدافئة ، مما زاد من معدل التفاعلات التي تجذب ثاني أكسيد الكربون من السماء. بالإضافة إلى ذلك ، على مدى العشرين مليون سنة الماضية ، مع صعود جبال الهيمالايا والأنديز وجبال الألب وغيرها من الجبال ، تضاعف معدل التعرية ، مما أدى إلى تسارع التجوية. كان هناك عامل آخر أدى إلى تسريع اتجاه التبريد وهو فصل أمريكا الجنوبية وتسمانيا عن القارة القطبية الجنوبية قبل 35.7 مليون سنة. تشكل تيار محيطي جديد حول القارة القطبية الجنوبية ، وقد أدى إلى تكثيف دوران المياه والعوالق ، التي تستهلك ثاني أكسيد الكربون. نتيجة لذلك ، نمت الصفائح الجليدية في القارة القطبية الجنوبية بشكل ملحوظ.

في وقت سابق ، خلال العصرين الجوراسي والطباشيري ، جابت الديناصورات القارة القطبية الجنوبية ، لأنه بدون هذه السلاسل الجبلية ، أدى النشاط البركاني المتزايد إلى إبقاء ثاني أكسيد الكربون عند مستويات تبلغ حوالي 1000 جزء في المليون (ارتفاعًا من 415 حاليًا). كان متوسط درجة الحرارة في هذا العالم الخالي من الجليد أعلى بمقدار 5-9 درجات مئوية عما هو عليه الآن ، وكان مستوى سطح البحر أعلى بمقدار 75 مترًا.

شلالات الكويكب (شيكشولوب)

حجم: يبرد أولاً بحوالي 20 درجة مئوية ، ثم الاحترار بمقدار 5 درجات مئوية

توقيت: قرون من التبريد ، 100000 سنة من الاحترار

تحتوي قاعدة بيانات اصطدام الكويكب بالأرض على 190 حفرة. لم يكن لأي منها تأثير ملحوظ على مناخ الأرض ، باستثناء الكويكب Chikshulub ، الذي دمر جزءًا من المكسيك وقتل الديناصورات قبل 66 مليون سنة. تظهر المحاكاة الحاسوبية أن Chikshulub قد ألقى ما يكفي من الغبار والكبريت في الغلاف الجوي العلوي لكسوف أشعة الشمس وتبريد الأرض بأكثر من 20 درجة مئوية وتحمض المحيطات. استغرق كوكب الأرض قرونًا للعودة إلى درجة حرارته السابقة ، ولكن بعد ذلك ارتفعت درجة حرارته 5 درجات أخرى بسبب دخول ثاني أكسيد الكربون من الحجر الجيري المكسيكي المدمر إلى الغلاف الجوي.

كيف أثر النشاط البركاني في الهند على تغير المناخ والانقراض الجماعي لا يزال مثيرًا للجدل.

التغييرات التطورية

حجم: حسب الحدث ، التبريد بحوالي 5 درجات مئوية في أواخر العصر الأوردوفيشي (قبل 445 مليون سنة)

توقيت: ملايين السنين

في بعض الأحيان ، يؤدي تطور أنواع جديدة من الحياة إلى إعادة ضبط ترموستات الأرض. على سبيل المثال ، أطلقت البكتيريا الزرقاء الضوئية ، التي نشأت منذ حوالي 3 مليارات سنة ، عملية الاستصلاح وإطلاق الأكسجين. مع انتشارها ، زاد محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي منذ 2.4 مليار سنة ، بينما انخفضت مستويات الميثان وثاني أكسيد الكربون بشكل حاد.على مدار 200 مليون سنة ، تحولت الأرض إلى "كرة ثلجية" عدة مرات. منذ 717 مليون سنة ، أدى تطور الحياة في المحيطات ، أكبر من الميكروبات ، إلى إطلاق سلسلة أخرى من كرات الثلج - في هذه الحالة ، حيث بدأت الكائنات الحية في إطلاق المخلفات في أعماق المحيط ، وأخذ الكربون من الغلاف الجوي وإخفائه في الأعماق.

عندما ظهرت أقدم نباتات برية بعد حوالي 230 مليون سنة في العصر الأوردوفيشي ، بدأت في تكوين المحيط الحيوي للأرض ، ودفن الكربون في القارات واستخراج العناصر الغذائية من اليابسة - فقد اجتاحت المحيطات وحفزت الحياة هناك أيضًا. يبدو أن هذه التغييرات أدت إلى العصر الجليدي ، الذي بدأ منذ حوالي 445 مليون سنة. في وقت لاحق ، في العصر الديفوني ، أدى تطور الأشجار ، إلى جانب بناء الجبال ، إلى مزيد من الانخفاض في مستويات ثاني أكسيد الكربون ودرجات الحرارة ، وبدأ العصر الجليدي القديم.

المقاطعات النارية الكبيرة

حجم: الاحترار من 3 إلى 9 درجات مئوية

توقيت: مئات الآلاف من السنين

أدت الفيضانات القارية من الحمم البركانية والصهارة الجوفية - ما يسمى بالمقاطعات النارية الكبيرة - إلى انقراض أكثر من جماعي. أطلقت هذه الأحداث الفظيعة العنان لترسانة من القتلة على الأرض (بما في ذلك المطر الحمضي والضباب الحمضي والتسمم بالزئبق واستنفاد الأوزون) ، وأدت أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب ، وإطلاق كميات هائلة من الميثان وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي - أسرع من ذلك. يمكن التعامل مع التجوية بالحرارة.

خلال كارثة بيرم قبل 252 مليون عام ، والتي دمرت 81٪ من الأنواع البحرية ، أشعلت الصهارة الجوفية النار في الفحم السيبيري ، ورفعت محتوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى 8000 جزء في المليون ، ودفعت درجة الحرارة بمقدار 5-9 درجات مئوية. حدث الحد الأقصى للحرارة من العصر الباليوسيني والإيوسيني ، وهو حدث أصغر قبل 56 مليون سنة ، وأنتج غاز الميثان من حقول النفط في شمال المحيط الأطلسي وأرسله إلى السماء ، مما أدى إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب بمقدار 5 درجات مئوية وزيادة حمضية المحيط. بعد ذلك ، نمت أشجار النخيل على شواطئ القطب الشمالي ونمت التمساح. حدثت انبعاثات مماثلة من الكربون الأحفوري في أواخر العصر الترياسي وأوائل العصر الجوراسي - وانتهت بالاحترار العالمي ، والمناطق الميتة في المحيطات وتحمض المحيطات.

إذا كان أي من هذا يبدو مألوفًا لك ، فذلك لأن الأنشطة البشرية اليوم لها عواقب مماثلة.

كما لاحظت مجموعة من الباحثين في مجال الانقراض من العصر الترياسي والجوراسي في أبريل في مجلة Nature Communications: "نحن نقدر كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة في الغلاف الجوي من كل نبضة من الصهارة في نهاية العصر الترياسي مع توقعات الانبعاثات البشرية من أجل القرن ال 21."