Klimatické zmeny v histórii Zeme a otázka skleníkového efektu
Kategorie: Biológia (celkem: 966 referátů a seminárek)
Informace o referátu:
- Přidal/a: anonymous
- Datum přidání: 05. července 2007
- Zobrazeno: 3442×
Příbuzná témata
Klimatické zmeny v histórii Zeme a otázka skleníkového efektu
Vznik skleníkového efektuProces globálneho otepľovania sa vo všeobecnosti akceptuje ako nespochybniteľná skutočnosť. Globálny rast teploty za obdobie 20. storočia dosahuje 0,6 °C, čo má priamy vplyv na otepľovanie. Oceanografické pozorovania (Van de Plassche et al. 1988) poukazujú na vzrastanie hladiny svetového oceánu, trvajúce už bezmála tristo rokov. Za obdobie ostatných 100 rokov hladina oceánov stúpa v priemere ročne o 1 mm (v súčasnosti sa tento proces ešte urýchľuje a niektoré merania udávajú hodnotu 2-3 mm/rok). Podľa údajov z Kalifornského zálivu i iných miest sa zvýrazňuje vrstvovité usporiadanie odlišne teplých a teda aj rôzne hustých vodných más, brániacich výstupu chladných vôd, ktoré obsahujú rozpustné živiny, k hladine (Wienheimer et al. 1999). Dôsledkom je znižovanie množstva organizmov žijúcich v teplej povrchovej vrstve vody pri hladine (Herguera a Berger 1991). Sledovanie izotopov uhlíka indikuje, že morská voda je stále viac saturovaná oxidom uhličitým, uvoľňovaným z priemyselných exhalátov (Beveridge a Shackleton, 1994).
Dlhodobé geologické pozorovania naopak poukazujú na postupnú zmenu Nórskeho mora a Dánskeho prielivu smerom ku glaciálnemu režimu a na postup nunavutských ľadovcov v Kanade (England et al., 2000) a v Antarktíde v priebehu ostatných tisícročí. Aj analýza izotopov kyslíka zo severných polárnych morí potvrdzuje, že boli pred niekoľkými tisícročiami o 6 °C teplejšie ako dnes a navyše sa postupne ochladzujú ďalej (Koç a Jansen 1994). Baroni a Orombelli (1994) opísali z Antarktídy vytláčanie kolónií tučniakov hrubnúcim ľadom. Hrubnutie ľadu je však treba pripísať predovšetkým vzrastajúcej zrážkovej činnosti a nie ochladeniu. Klimatické podmienky Zeme podliehajú neustálym zmenám, ktoré sú dôsledkom nohutných prírodných síl. Dnešný znepokojujúci stav podnebia na Zemi je iba nepatrným zlomkom dlhodobej evolúcie. Pre poznanie trendov je preto potrebné študovať dlhodobý rytmus klimatických zmien a ich zložité príčinné súvislosti.
Klimatické podmienky planét sú v rozhodujúcej miere ovplyvnené ich vzdialenosťou od Slnka a zložením ich atmosféry. Mars je veľmi malý, aby si udržal dostatočne hrubú atmosféru, takže napriek tomu, že ju tvorí prevažne oxid uhličitý, priemerná teplota na planéte kolíše okolo –50 ºC a väčšina CO2 sa nachádza vo forme ľadu. Atmosféra Venuše je omnoho masívnejšia ako atmosféra Marsu i ako atmosféra Zeme. Priemerná teplota na Venuši sa blíži 450 ºC.
Zemská atmosféra je tvorená prevažne dusíkom (78 %), kyslíkom (21 %), oxidom uhličitým (0,03 %), vodnou parou (0-4 %) a inými plynmi. Globálne otepľovanie Zeme sa považuje za dôsledok skleníkového efektu (greenhouse effect) za ktorého príčinu sa považuje predovšetkým zvyšovanie obsahu technog0nne emitovaného oxidu uhličitého v zemskej atmosfére. Skleníkový efekt vzniká ako dôsledok porušenia rovnováhy medzi množstvom Slnkom vyžarovanej energie absorbovanej povrchom Zeme a energiou emitovanou späť do vesmíru. Povrchová teplota Slnka (cca 6000 K) spôsobuje, že slnečná energia zastúpená predovšetkým kratšími vlnovými dĺžkami elektromagnetického spektra s maximom vo viditeľnej oblasti. Časť celkovej slnečnej energie (342 W/m2.rok-1) je odrazená späť do atmosféry mrakmi, atmosferickým prachom, ako aj povrchom Zeme (103 W/m2.rok-1). Zvyšok (239 W/m2.rok-1) zahrieva zemský povrch. Zem je teplejšia ako okolitý vesmír (povrchová teplota okolo 288 K), v dôsledku čoho vyžaruje energiu späť, avšak s väčšou vlnovou dĺžkou, ako je dopadajúce žiarenie, čiže v oblasti infračerveného spektra. Rovnováha medzi absorbovanou a spätne vyžarovanou energiou udržuje konštantnú teplotu zemského povrchu.
Zatiaľ čo plyny v atmosfére len nepodstatne znižujú množstvo dopadajúcej energie s kratšou vlnovou dĺžkou, majú schopnosť pohlcovať značné množstvá odrazenej energie s väčšou vlnovou dĺžkou. Je to spôsobené tým, že vlnové dĺžky v infračervenej oblasti spektra elektromagnetického žiarenia odpovedajú rezonančnej energii spojenej s vibráciami chemických väzieb. Energia absorbovaná molekulami plynu je opäť vyžiarená rovnako všetkými smermi, čiže polovica tejto energie (48 W/m2.rok-1) dopadá znovu na zemský povrch (Global environment outlook 2000, Lánczos et al. 1998).
Tento mechanizmus zapríčiňuje, že nárast obsahu atmosferického oxidu uhličitého spôsobuje zachytenie väčšieho množstvo energie, v dôsledku čoho dochádza k prehriatiu atmosféry a následne ku globálnemu otepleniu a klimatickým zmenám.
Klimatické zmeny v zrkadle času
Koncentrácie oxidu uhličitého v atmosfére pred priemyselnou revolúciou sa odhadujú na približne 290 ppm (0,029 %) a pred neolitom, kedy došlo k prvému závažnejšiemu zásahu človeka do rovnováhy uhlíkového cyklu v prírode, asi nepresiahla 260 ppm. V súčasnosti obsahuje atmosféra 345 ppm CO2 a jeho ročný prírastok predstavuje 1-5 ppm, z čoho asi 80 % pochádza zo spaľovania fosílnych palív. Polovicu produkcie CO2 absorbujú vody oceánu (Killops & Killops 1993).
Absolútne hodnoty možného vstupu antropogénneho uhlíka do atmosféry nie sú z geologického hľadiska podstatné.
Stačí si uvedomiť. že pred 570 mil. rokmi na začiatku kambria bol obsah CO2 v atmosfére voči jeho dnešnej úrovni približne dvojnásobný - okolo 600 ppm a na konci kambria vzrástol zhruba na osemnásobok. Následne v období karbónu (pred 300 mil. rokmi) klesol na polovicu a napokon počas strednej kriedy znovu vzrástol zhruba na päťnásobok súčasnej úrovne (Killops & Killops 1993; Global environment outlook 2000). Treba si však uvedomiť, že aj relatívne malý nárast obsahu antropogénneho CO2 môže privodiť veľmi dramatické klimatické zmeny. Bez toho, aby sme znižovali význam týchto faktorov, je potrebné upozorniť, že klimatické anomálie v histórii vývoja zemskej klímy sú javmi.opakujúcimi sa v cykloch, z ktorých kratší predstavuje približne 200 rokov. Ďalšia, podstatnejšia periodicita globálnych klimatických zmien sa opakuje zhruba každých 2500 rokov. V tomto cykle, ktorý opísal srbský astronóm a geofyzik, rehoľník Milorad Milankovič, žijúci na ostrove Brač, zohrávajú významnú rolu výchylky parametrov rotácie a obehu našej Zeme okolo Slnka. Tieto výchylky sa opakujú každých 20- a 40- tisíc rokov a závisia od výchyliek zemskej osi. Zhodujú sa s cyklami zaľadnenia Zeme (Kippenhahn, 1993).
Dlhodobejšie výchylky, opakujúce sa každých 100- a 400- tisíc rokov závisia od zmien tvaru zemskej dráhy (excentricity) z približne kruhovej na eliptickú a späť. Ak je slnečnému žiareniu vystavený len rovník, polárne oblasti, povrch oceánu a pevnín sa ochladzujú. V dôsledku ochladenia sa snehová pokrývka udrží dlhšie a na klimatické pomery začne vplývať takzvané albedo (schopnosť povrchu Zeme odrážať difúzne žiarenie, teda viac tepla do atmosféry) a tvorí sa viac mrakov. Mraky sú nad polárnymi oblasťami žiarivo biele, odrážajú teplo a svetlo Slnka, zväčšuje sa hrúbka ľadu a snehu a tvoria sa ľadovce. Zimy sa predlžujú, more sa pokrýva ľadom, spomaľuje sa cirkulácia vody a Zem sa stále viac ochladzuje, až nastane ľadová doba. Tento cyklus môžu ovplyvniť rôzne faktory (napríklad silná vulkanická činnosť), avšak jeho existenciu nezvrátia.
Najstaršie informácie o klimatických podmienkach na Zemi máme k dispozícii z obdobia spred 3,2 mld. rokov z južnej Afriky (Eriksson a Simpson, 2000). V tomto období bola koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére 22-krát vyššia, pred 2,6 mld. rokmi 12 – 22 násobne vyššia (Chan et al. 1994). Podnebie na konci proterozoika (pred 800 miliónmi rokov) malo už sezónne črty, ale celkovo bolo teplé.
Obsah oxidu uhličitého v ovzduší bol 10 až 20 násobne vyšší než dnes (Karhu a Holland, 1996). Ešte aj na konci ordovika (pred 480 miliónmi rokov) jeho množstvo predstavovalo desaťnásobok dnešného obsahu (Kump et al., 1999). Na južnom subkontinente Gondwana sa napriek tomu zachovali zbytky zaľadnenia. Ani vysoký obsah CO2 nedokázal zastaviť nástup milión rokov trvajúcej doby ľadovej, ktorá zmenila teplý salinárny režim svetového oceánu na glaciálny a spôsobila pokles morskej hladiny o 45-60 metrov. V silúre (450-415 mil rokov) poznáme ďalšie štyri glaciálne epizódy, oddelené dlhými obdobiami s podnebím skleníkového charakteru (Sutcliffe et al. 2000).
Podnebie pred 310 miliónmi rokov bolo relatíbne chladné a humídne, citlivé na zmeny slnečnej aktivity. Gondwanu postihlo opäť niekoľko zaľadnení (Michalík 2002). Oteplenie pred 250 miliónmi rokov sa vysvetľuje obnažením a eróziou uhoľných paniev, ktoré spôsobilo rýchle znyšovanie obsahu CO2 v atmosfére (Stephens a Carroll 1999).
Pred 230 miliónmi rokov boli na Zemi extrémne klimatické podmienky. Prehĺbenie oceánskych paniev, ústup morí a obnaženie kontinentálnych šelfov bolo doprevádzané mimoriadne suchým podnebím. Väčšinu pevniny pokryli púšte (Michalík, 2002). Podnebie počas triasu (pred 230-190 miliónmi rokov) sa pokladá za najsuchšie v histórii Zeme. Celková zrážková činnosť bola veľmi obmedzená. V strednom triase – v dobe dinosaurov - humidita poklesla a opäť sa rozšírili púšte. Na rozhraní stredného a vrchného triasu (pred asi 200 miliónmi rokov) sa podnebie opäť drasticky zmenilo. Suché arídne podnebie bolo nahradené klímou, v ktorej prevládali monzúny. Pred 100 miliónmi rokov zosilnel čadičový vulkanizmus. Zrýchlila sa produkcia oceánskej kôry. Do ovzdušia sa dostával zhruba štvornásobok dnešného množstva CO2. Na zemskom povrchu sa vytvorili pomerne rovnomerne teplé podmienky. v severnom Atlantickom oceáne bola teplota vody okolo 30 °C. Vyrovnaná teplota spomalila oceánske prúdenie. Morské prúdy poháňali skôr rozdiely v salinite ako rozdielna teplota. Do oceánov bolo riekami splavované nebývalé množstvo živín, ktoré zapĺňalo neokysličené dná morských paniev. Organická hmota sa bez kyslíka nemohla rozkladať a čoskoro bola pochovaná v sedimentoch. Tak vznikli najväčšie svetové zásoby ropy (Follini 1995; Watkins 1986).
Kolízia južných subkontinentov s Euráziou pred 60 miliónmi rokov vystavila veľké plochy zemskej kôry zvetrávaniu.
Hoci tento proces a nasledujúci vulkanizmus spolu s impaktnou katastrofou, spôsobenou dopadom veľkého meteoritu do oblasti Mexického zálivu uvoľnili veľké množstvo uhlíka do atmosféry, organizmy v povrchových vodách ho čoskoro spotrebovali a premenili na organickú hmotu, ktorá bola následne pochovaná v sedimentoch (Beck et al. 1995). Pred 46 miliónmi rokov sa z týchto sedimentov do zemského ovzdušia v dôsledku vulkanizmu náhle uvoľnil desaťnásobok predindustriálneho množstva metánu a dvojnásobok dnešného množstva CO2. Spolu s polárnymi stratosferickými oblakmi vyvolali výnimočne vysoké zrážky v Antarktíde a všeobecný rast teploty v pripolárnych oblastiach: o 11 °C v južnom a o 26 °C v severnom Atlantickom oceáne. Napriek týmto zmenám v obsahu metánu a oxidu uhličitého v atmosfére nedošlo k vzniku klimatických podmienok skleníkového typu (Sloan 1994).
Na základe štúdia izotopových záznamov kyslíka sa potvrdilo, že ľadová pokrývka Zeme sa akumuluje už 50 miliónov rokov. Príčinou bol vznik strednoantarktického morského koridoru, ktorý umožnil zonálne prúdenie morských prúdov a zároveň termálnu izoláciu Antarktídy (Reháková & Michalík 1999). Asi pred čosi viac než miliónom rokov došlo ku generálnemu zvratu, nastoľujúcemu v klimatických pomeroch Zeme podnebné podmienky glaciálneho typu. Geológia rozlišuje 29 glaciálnych intervalov. Každý z nich trval približne 40 tisíc rokov. V týchto obdobiach priemer celoročných teplôt nevystúpil nad nulu. Medziľadovcové doby – interglaciály boli teplejšie (letné teploty kolísali v priemere okolo 13 až 15 C). Počas zaľadnenia pred 485-445 tisíc rokmi poklesla v dôsledku zaľadnenia morská hladina o 140 m voči jej dnešnej výške a ľadovce plávali v oceánoch až do oblasti Mexického zálivu. Najteplejší interglaciál za posledných pol milióna rokov trval od 423 tisíc do 360 tisíc rokov. Morská hladina ležala 20 m nad dnešnou úrovňou, zaľadnenie polárnych oblastí nedosahovalo dnešný rozsah. V oblasti dnešného mierneho pásma vládli subtropické a tropické klimatické pomery. Ostáva otázkou, čo viedlo k nástupu tejto výraznej klimatickej zmeny.
Predposledná z medziľadových dôb – interglaciálov začala pred 100 tisíc rokmi a skončila pred 80 tisíc rokmi. Podnebie bolo suché, topiace sa zimné snehy dávali menej vody než dnes, rozdiely medzi ročnými obdobiami neboli také výrazné ako v súčasnosti. Aj v stredných a nízkych šírkach dominoval zimný monzún. Celú južnú pologuľu ovplyvňoval najmä oceánsky prúd „El Niňo.“
Doteraz posledné zaľadnenie začalo pred asi 80 tisíc a vyvrcholilo pred 23 tisíc rokmi úbytkom obrovskej masy vody, viažúcej sa v pevninských a morských ľadovcoch. Pokles hladiny svetového oceánu sa odhaduje až na 200 metrov. Došlo k obnaženiu dna šelfových morí.
Vymŕzaním z hladinového ľadu vznikal ťažký, extrémne slaný a na kyslík chudobný roztok, ktorý klesal do hĺbky (Rasmussen et al. 1996). Atmosferické zrážky a voda z periodicky sa topiaceho ľadu tvorili v moriach povrchovú, veľmi nízko salinnú a preto ľahko mrznúcu vrstvu vody. Slabý Golfský prúd neprenikal na sever. Obracal sa už v strednom Atlantiku. Nedostatok zrážok spôsobil rozšírenie púští a vo vegetácii prevládli nahosemenné rastliny (Heusser a Sirocko 1997). Pred 14 tisíc rokmi nastal ústup ľadovcov. Okraj ustupujúcej ľadovej prikrývky dal možnosť rozbujneniu planktónu a rozšíreniu života. V tropických moriach sa urýchlil rast koralov. Povrch pevnín, odľahčený od ľadovcového bremena, sa pomaly dvíhal. Z tundier sa stávali močaristé vysočiny. V daždivom prostredí sa v nich rozrastala tajga. Ľadovce zmizli z hôr i z podstatnej časti nórskych fjordov.
Postupné otepľovanie vyvrcholilo v období 4. až 1 tisícročia pr. Kr. Toto dlhé horúce obdobie bez výrazných klimatických výkyvov možno považovať za vyvrcholenie súčasnej medziľadovcovej doby. V Európe a na celom svete bolo teplejšie ako hocikedy predtým či potom v priebehu ostatných 12 tisíc rokov. Vinič sa pestoval aj ďaleko na severe, dokonca aj v Nórsku. Škandináviu pokrývali rozsiahle listnaté lesy a ľadovce sa udržali iba na najvyššom severe. Horúčavy vyvrcholili v 13. storočí pr. Kr. Vyschli Rýn, Dunaj, Pád, Rhôna, ale aj Níl, Eufrat, Don a Ganga. Savany v Líbyii sa zmenili v púšť. Klimatická katastrofa podmienila masívne sťahovanie národov. Na egyptských stavbách sa zachovali nápisy, ktoré opisujú vpád “Morských národov” do krajiny (Herm 1975).
Po roku 1200 pr. Kr. nasledovalo obdobie daždivých liet a studených zím. Ľadovce sa zväčšili, morská hladina klesla, vinič sa zo Škandinávie stiahol, “prežiarená bronzová doba” sa skončila. Severne od Álp už teploty nedosiahli úroveň spred roku 1200 pr. Kr. (Sachermeyer, F. in Montgomery 1997).
V rannom a pozdnom eneolite, v strednej dobe bronzovej - v 7. stor. pr. Kr. a v 1. až 2. stor. po Kr. prevládalo v Európe “atlantické” počasie s vyššími zrážkami a menšími teplotnými rozdielmi medzi letom a zimou (Bouzek 1982). V polovici prvého tisícročia (okolo roku 541) po Kr. nastalo nové markantné ochladzovanie. Studená, drsná klíma vyhnala celé národy z ázijských stepí a iniciovala ich pochod do európskych nížin - známe sťahovanie národov, ktoré prispelo k rozvráteniu Západorímskej ríše.
Aj príchod Slovanov do strednej Európy súvisel s nástupom drsnej kontinentálnej klímy.
Stredoeurópsky priestor sa v tom čase čiastočne uprázdňoval, pretože germánsky spôsob hospodárenia, ktorý uprednostňoval chov dobytka, nútili Germánov sťahovať sa bližšie k Atlantickému oceánu do miernejších klimatických podmienok, ktoré umožňovali lepšie prezimovanie stád. Suché a teplé leto, naopak, viac vyhovovalo poľnohospodárstvu Slovanov (Bouzek 1982). V 11. až 13. storočí bola v Európe mimoriadne teplá a príjemná klíma. Vyznačovala sa dlhými a horúcimi letami, kým zimy boli mierne, teplé a krátke Grónsko bolo zelené (odtiaľ jeho meno Gronland – zelená zem) a dnes tak drsné, veterné a chladné východné pobrežie Newfoundlandu nazvali Vikingovia Vinlandom – krajinou vína).
Najmä 13. storočie bolo v Európe storočím vína. Víno sa z vinárskych oblastí rozvážalo loďami po mori a po riekach. Biele víno bolo určené bohatým a červené chodobným zákazníkom. Uskladňovalo a distribuovalo sa v sudoch (fľaše sa nepoužívali). Vtedajšie odrody hrozna boli menej cukornaté a preto malo víno len polovicu dnešného obsahu alkoholu, po otvorení sudu rýchle podliehalo skaze, takže ho bolo treba čo najskôr skonzumovať. V Európe vládla prosperita, takže sa čoskoro preľudnila. Málo výkonnné poľnohospo-dárstvo (výnosy z hektára boli veľmi nízke, často 5 – 10 násobne nižšie ako dnes) však čoskoro nedokázalo uživiť obyvateľstvo. Už koncom 13. storočia sa ochladilo. Letá boli chladné, sychravé, úrody zlé. Roku 1306 prišla prvá krutá zima po 300 rokoch. Nasledujúceho roku zničila úrodu strašná suchota. Roku 1310 zamrzol vinič aj vo Francúzsku a v severnom Taliansku. Nastalo obdobie chladu a dažďov. Najstrašnejšie boli roky 1315, 1316-1317, nato prišiel mor – čierna smrť a vyhubil 20 miliónov ľudí, čiže asi tretinu európskej populácie. Vojny a hlad ďalej znížili počet obyvateľstva na polovicu. Ochladenie trvalo aj v 15. storočí, hoci existovali aj výnimočné roky. Tak napríklad roku 1409 sa dalo orať už v januári. Mimoriadne chladný rok bol rok 1443, kedy zamrzli rieky v celej Európe a zamrzol vinič, v lesoch zmrzla zverina. Rovnako chladno bolo roku 1491. Roku 1458 zvolili Mateja Hunyadyho za uhorského kráľa na zamrznutom Dunaji.
Oteplilo sa až koncom až. storočia. Európa si vydýchla. Otvorila sa scéna pre novú éru renesancie. Po „malej dobe ľadovej“ v 17. storočí nastúpilo v 19. storočí nové otepľovanie, ktoré pociťujeme dodnes (Bouzek 1982). Klimatická záhada ľadových dôb
Príčiny zaľadnenia severnej pologule koncom kenozoika (najmladšie geologické obdobie, začínajúce pred 6.5 mil. rokmi a trvajúce až do súčasnosti) a vznik glaciálnych období v dejinách našej planéty neboli dodnes uspokojivo vysvetlené.
Veda ponúkla viacero možných príčin nástupu cyklických období zaľadnenia.
Ako prvá z možných príčin sa uvádza zmena v intenzite slnečného žiarenia. Väčšina vedcov sa ovšem v súčasnosti prikláňa k názoru, že výkyvy v solárnej emisivite nemohli byť natoľko podstatné, aby sa stali dôvodom pre zaľadnenie planéty. Rovnako bola zavrhnutá predstava, že globálne ochladenie možno vysvetliť zmenami koncentrácie kozmického prachu.
Ďalšia predstava hovorila o Milankovičových orbitálnych cykloch, avšak táto nezohľadňovala fakt, že k ním dochádzalo počas celej histórie Zeme, bez ohľadu na to, či sa Zem nachádzala v glaciálnom, alebo interglaciálnom období svojho vývoja.
Veľký význam pre tvorbu klímy mohli mať zmeny v cirkulácii oceánskych vôd a takzvaný kontinentálny drift – tj. putovanie kontinentálnych dosiek po rozpade prakontinentu Pangea. Podľa tejto predstavy mohli vodné masy pôvodne voľne prúdiť po celom obvode prapevniny a tak udržiavať teplotnú rovnováhu Zeme. Po rozpade Pangey a po preskupení kontinentálnych dosiek prevažne na severnú hemisféru malo dôjsť k pomerne značnej izolácii jednotlivých oceánskych a morských bazénov, k sťaženiu cirkulácie vôd a tým k ochladeniu severnej polgule. Ukázalo sa však, že zaľadnenie Zeme predchádzalo rozpad Pangey, čo spochybňuje vplyv jej rozpadu na dramatickú zmenu klimatických pomerov (Montgomery 1997).
Môžeme rozlíšiť tri základné zdroje kysličníka uhličitého v atmosfére: a) rozklad, alebo spaľovanie organickej hmoty, b) termická premena karbonátových hornín a c) zmeny ukladania kysličníka uhličitého (CO2) v oceánoch do uhličitanov a na súši do rastlinnej hmoty.
Rozklad a spaľovanie (napr. v dôsledku katastrofálnych prírodných požiarov) môžu viesť len ku krátkodobým zmenám v zložení atmosféry a nemôžu byť vysvetlením pre dlhodobé zaľadnenie. Podobne, oxid uhličitý, ktorý sa uvoľňuje z vápencov pri subdukcii kontinentálnych platní (podsúvanie jednej kontinentálnej dosky pod druhú pri ich vzájomnej kolízii), sa vracia do atmosféry v dôsledku následných vulkanických aktivít. Uskladňovanie CO2 v oceánoch kolíše v závislosti od teploty vody, zmien v produktivite a výkyvov v alkalite spodných vrstiev vody (Montgomery 1997).
Pred 3,2 a 2,4 miliónmi rokov nastal výrazný nárast uskladňovania CO2 v oceánoch a preto aj k jeho výraznej redukcii v atmosfére, čím sa začalo zaľadňovanie.
Na ochladenie klimatických podmienok mohol mať veľký vplyv aj vzťah kysličníka uhličitého k obsahu kyslíka a ozónu v atmosfére. Ak je v atmosfére málo oxidu uhličitého, zvyšuje sa aj obsah kyslíka a teda následne aj koncentrácie ozónu (Lánczos et al.
1998).
Ako ďalšia možná príčina nástupu glaciálov sa uvádza sopečná činnosť. Kenneth a Tunnel poukázali na štvornásobne explozívnejší charakter štvrtohorného vulkanizmu voči treťohornému. Predpokladajú, že nástup zaľadnenia môže súvisieť so znečistením atmosféry sopečnými plynmi a popolom. Takéto znečistenie mohlo viesť k blokovaniu prieniku slnečného žiarenia atmosférou. Podobné javy sú známe aj z ostatných storočí. Po erupcii sopky Krakatoa roku 1883 bol zaznamenaný globálny pokles teplôt o 0.5 ºC a ochladenie trvalo celých 10 rokov. Ešte dramatickejšie dôsledky mala erupcia sopky Tambora v Indonézii roku 1815, ktorá spôsobila na celej severnej hemisfére známe “leto bez leta”. Roku 1982 erupcia mexického vulkánu El Chichón nevychŕlil síce do atmosféry nadmerné množstvo sopečného popola, ale neobvyklý objem sírnatých plynov, ktoré spôsobili kyslé dažde na celej planéte. Podobná situácia sa opakovala pri výbuchu sopky Mount Pinatubo na Filipínach roku 1991 (Montgomery 1997). Detailnejší pohľad odhaľuje, že v prípade vplyvu sopečnej aktivity na klimatické pomery ide vždy o krátkodobý efekt, doprevádzaný zvýšením obsahu oxidu uhličitého v atmosfére, ktorý má na klímu otepľujúci účinok.
Vplyv na ochladenie Zeme mohli mať podľa niektorých vedcov aj zmeny v atmosferickej cirkulácii. Takéto zmeny však mávajú značne chaotický charakter a preto panuje v odborných kruhoch značná skepsa voči predstave, že práve tento typ zmien by mohol tak výrazne a dlhodobo ovplyvniť stav zemskej klímy.
Zmeny v ľadovom pokryve morí mohli mať významný dopad na odrazivosť slnečného žiarenia a zároveň pôsobili ako izolátor medzi oceánom a atmosférou. Väčšina odborníkov však zastáva názor, že v tomto prípade sa klimatický vplyv pravdepodobne obmedzil prevažne na oblasť, z ktorej bol ľadový príkrov derivovaný.
Niektorí autori pripisujú veľký význam vertikálnym pohybom zemskej kôry a zaľadnenie odvodzujú od rastu snehovej pokrývky, ktorá má súvis s nadmorskou výškou kontinentov. Výzdvihy veľkých rozmerov dokonca môžu pôsobiť aj ako bariery atmosferickej cirkulácie vzduchu, viesť k odchýleniu vetrov, ktoré obtekajú terénne prekážky a k zmenám rovnováhy žiarenia. Tieto zmeny môžu následne spôsobiť diferenciáciu oblastí s vysokým a nízkym tlakom. Možno predpokladať, že zdvih himalájskeho horstva mohol výrazne ovplyvniť ochladovanie počas kenozoika. Priamym dôsledkom zdvihu je zmena prúdenia nad severozápadným Atlantikom na meridiálne, v dôsledku čoho došlo k výraznému posunu v distribúcii zrážok smerom na sever.
Rovnako, výsledky geologických výskumov realizovaných v západnej časti Severnej Ameriky indikujú, že výzdvih tejto oblasti a zaľadnenie severnej hemisféry prebiehali súčasne. Najvýznamnejšie zmeny v cirkulácii oceánov v kenozoiku sa spájajú s otváraním a zatváraním spojenia medzi hlavnými oceánskymi bazénmi. Sú datované do období 6.2, 4.2, 2.4 a 1.8 milióna rokov. V priebehu prvej zmeny došlo k obmedzeniu spojenia medzi Atlantikom a Pacifikom, v dôsledku čoho zosinel Golfský prúd. Druhá datovaná zmena (4.2 mil. rokov) korešponduje s podstatným obmedzením cirkulácie a výmeny povrchových vrstiev vody. Približne od 2.4 mil. do 1.8 milióna rokov existoval medzi subkontinentmi Severnej a Južnej Ameriky plytký prieliv a počas pliocénu (5.2 - 1.8 mil. rokov)sa spojenie medzi oceánmi v priestore Strednej Ameriky prerušilo. Salinita Atlantiku a intenzita Golfského prúdu vzrástli a preto sa vo východnej časti Severnej Ameriky zvýšilo vyparovanie, čo spôsobilo výrazné zvýšenie humidity v tejto oblasti (Reháková & Michalík 1999).
Vznik ľadových dôb ostáva naďalej nedostatočne vysvetleným fenoménom. Pravdepodobne bol výsledkom spoločného vplyvu viacerých faktorov. Najvýznamnejšími spomedzi nich sa zdajú byť zmeny v cirkulácii oceánskych prúdov. Takýmto faktorom bolo napríklad uzavretie stredoamerickej úžiny, ktoré vyústilo do klimatickej diferenciácie severného Atlantiku a následne zosilnilo orbitálne vplyvy, zodpovedné za striedanie sa glaciálov a interglaciálnych období. Očakáva nás globálne oteplenie?
Napriek tomu, že vo všeobecnosti sa príjma narastanie skleníkového efektu ako fakt, odborné fóra nie sú v názore na tento jav jednotné (Dickinson & Cicerone 1986; Global environment outlook 2000). Samotný skleníkový efekt predstavuje dosť ťažko merateľný jav a stanoviť jeho zmeny je ešte obtiažnejšie. Nedá sa zjednodušovať tak, že sa vezme niekoľko údajov za ostatných sto rokov, preloží sa nimi priamka a z nej sa usudzuje na ďalší vývoj. Predpoklad, že zvyšovanie obsahu oxidu uhličitého v ovzduší spôsobuje zvyšovanie teploty, čo zase vedie ku klimatickým zmenám, nie je kľúčom k pochopeniu histórie klímy našej planéty. Výskum arktických ľadovcov umožnil dešifrovať často opačnú postupnosť dejov: nárast teploty bol až následne doprevádzaný zvýšeným obsahom oxidu uhličitého, takže počas geologickej histórie Zeme to pravdepodobne nebol oxid uhličitý, ktorý spôsoboval hlavné klimatické zmeny. Naostatok nemožno zamlčať, že vplyv zvyšovania obsahu oxidu uhličitého v atmosfére predstavuje len zlomok možnej príčiny otepľovania.
Významný vplyv na skleníkový efekt majú aj koncentrácie ďalších plynov, predovšetkým metánu, halogénovych uhľovodíkov, oxidu dusného, ozónu a freónov. Najvýznamnejším faktorom však nie je ani obsah oxidu uhličitého, ani koncentrácia ostatných vyššie menovaných plynov, ale koncentrácia vodnej pary, ktorá je zase závislá na klimatických podmienkach.
Treba pripomenúť, že aj uhlíkový cyklus predstavuje mimoriadne zložitý mechanizmus. Tak napríklad rastliny dokážu viazať uhlík z ovzdušia len pri dostatočnom množstve vody, ktorá je hlavným „motorom“ tohto kolobehu. Na jednu molekulu oxidu uhličitého potrebujú tisíc molekúl vody, inak povedané, z ovzdušia môžu odňať len toľko oxidu uhličitého, koľko majú k dispozícii vody na vyparovanie. Prognostické klimatické modely pre jednotlivé regióny sa značne líšia. V južnej a východnej Európe sa predpokladá znížená zrážková činnosť, čo by malo negatívny vplyv na tamojšie poľnohospodárstvo a lesníctvo. Poľnohospodárska pôda by pri uskutočnení tohto modelu bola vystavená silnejšiemu pôsobeniu degradácie a erózie a veľké suchá a vysoké teploty v Stredomorí by zvyšovali pravdepodobnosť častých lesných požiarov. V severovýchodnom Atlantiku sa naopak očakáva zvýšená jesenná a zimná búrková činnosť, vzrastanie sily vetrov a mohutnosti vlnobitia. Intenzívne vlnobitie by mohlo mať v dôsledku „rozhojdávania“ okrajov kontinentálnych platní mať nežiadúci vplyv na mikroseizmické aktivity. Prvé prejavy zvyšovania mikroseizmickej aktivity už boli dokonca presnými meraniami aj zaznamenané.
Nemožno jednoznačne odhadnúť ani všetky prejavy skleníkového efektu. Podľa všeobecne akceptovaného predpokladu by mal viesť k výraznému globálnemu otepleniu. Vznik glaciálnych podmienok v ordoviku napriek mimoriadne vysokému obsahu CO2 v ovzduší ukazuje, že mechanizmus regulácie teplotného režimu atmosféry Zeme je mimoriadne zložitý. V dôsledku suchej a teplej klímy môže v atmosfére narastať množstvo prachu v podobe aerosólov, čo zase môže spôsobiť zníženie množstva slnečnej energie, ktorá bude dopadať na zemský povrch. Podobné účinky môže mať aj obnaženie silikátových hornín a ich zvetrávanie. Pokiaľ by tento mechanizmus prevládol, mohlo by to dokonca viesť ku globálnemu ochladeniu (Lánczos et al. 1998; Pósfai & Molnár 2000). Globálne oteplenie v dôsledku skleníkového efektu by mohlo viesť k eliminovaniu potrebných teplotných a hustotných gradientov oceánskej vody, spôsobujúcich jej prúdenie. Vody Golfského prúdu sa v okolí ostrova Island ochladzujú z 12 ºC až 13 ºC na 2 ºC až 3 ºC, ich hustota sa zvyšuje a poklesnú do väčších hĺbok.
K zvyšovaniu hustoty a salinity vody Golfského prúdu prispieva aj intenzívnejšie vyparovanie tohto teplého prúdu. V hĺbke začne voda prúdu prúdiť opačným smerom – na juh, čo pôsobí ako „motor“ globálneho systému morských prúdov. Pokiaľ by teda v dôsledku skleníkového efektu a globálneho otepľovania došlo k roztápaniu grónskych ľadovcov, ľadovcová voda by zriedila hustú vodu Golfského prúdu a tento by sa začal ponárať do hĺbky, v dôsledku čoho by tento prúd prestal ohrievať klímu Britských ostrovov, Západnej Európy a východnej Kanady. Degradácia Golfského prúdu by potom mohla za istých okolností spôsobiť zaľadnenie severného Atlantiku a vznik novej doby ľadovej. Pravdepodobnejším sa však zdá byť predpoklad, že v dôsledku ochladenia by sa po nejakom čase roztápanie ľadovcov zastavilo a Golfský prúd by sa postupne vrátil ku svojmu súčasnému režimu. Tento proces bol podľa Broeckera (1990) najpravdepodobnejším dôvodom striedania glaciálov a interglaciálov, ktoré sa prerušilo pred 10 tisíc rokmi. Ostatných 10 tisíc rokov sa vyznačuje mimoriadne stabilnými klimatickými podmienkami, ktoré umožnili rozvoj poľnohospodárstva a ľudskej spoločnosti. V tejto súvislosti je potrebné spomenúť aj ďalší mechanizmus globálnej regulácie zemského teplotného režimu. Narastaniu obsahu oxidu uhličitého v ovzduší a následnému prehrievaniu planéty bráni tvorba karbonátov a hydrolytické zvetrávanie granitových hornín, bohatých na živec. Obidva tieto procesy spotrebúvajú veľa vzdušného oxidu uhličitého (Volbel, 1993; Eyles, 1996). Z hornín bohatých na apatit sa uvoľňuje veľké množstvo fosforu, ktorý rieky odnášajú do morí (Guidry a MacKenzie, 2000). Fosfor je jednou zo základných živín umožňujúcich búrlivý rozvoj organizmov, ktoré vo svojich telách viažu množstvo uhlíka odčerpávaného z atmosféry. Ak sa tento pokles kombinuje so znižovaním prísunu slnečného tepla počas výchyliek v orbitálnom režime planéty, rastie množstvo zrážok a rýchlejší rast rastlín v predtým pustinných oblastiach viaže oxid uhličitý (Muller a MacDonald, 1997). Znižovanie jeho obsahu v ovzduší vedie k poklesu teploty na zemskom povrchu, v usadeninách hlbokých morí sa tvoria hydráty metánu viažúce ďalší uhlík z atmosféry (Bratton, 1999; Michalík, 2002). Znižovanie teploty v subpolárnych oblastiach umožňuje pretrvávanie snehovej prikrývky a morského ľadu. Biely povrch týchto pblastí odráža veľkú časť slnečného žiarenia naspäť do kozmického priestoru, teplota zemského povrchu naďalej klesá, až sa pokryje trvalou vrstvou snehu a ľadu. Hladina oceánu klesá, pretože stále väčšiu masa vody viažu ľad a sneh.
(Michalík, 2002).
Poklesom hladiny sa odkrývajú sedimenty, v ktorých je viazaný hydrát metánu. Ak sa tento zahreje slnečným alebo zemským teplom, začne sa rýchlo uvoľňovať. Rast obsahu skleníkových plynov v atmosfére vedie k jej zahrievaniu, topeniu snehu a ľadu a k zníženiu efektu albeda. Obnovenie cirkulácie v moriach, vrátane výstupných prúdov, zvyšovanie morskej hladiny, zvýšenie humidity a prínosu živín z pevnín, vyvolávajú vyššiu produkciu organických spoločenstiev (Berger, 1994).
Podľa Michalíka (2002) dnešné teplé obdobie končí, ale práve vplyvom človeka sa môže zdeformovať jeho priebeh. Pre nás však môže mať veľký význam aj celkom malá odchýlka na pravidelne sa opakujúcej krivke. Campbell et al. (1998) predpokladá na základe extrapolácie zákonitostí geologického vývoja, že bez vplyvu človeka by prirodzené otepľovanie mohlo pokračovať zhruba do roku 2 400 a potom možno očakávať náhle ochladenie. Geologické poznatky vývoja klimatických podmienok Zeme indikujú, že z krátkodobého hľadiska niekoľkých generácií bude ľudstvo musieť pravdepodobne čeliť problémom spojeným s oteplením, avšak z dlhodobejšieho hľadiska niekoľkých storočí sotva dokážeme nástup ochladenia zastaviť, ak však o ňom vieme, budeme mať dosť času sa pripraviť.. Čo robiť?
Do zemskej atmosféry uniká 3 miliardy ton uhlíka v podobe CO2 ročne (Global environment outlook 2000). Toto znečistenie atmosféry pochádza hlavne zo spaľovania fosílnych palív a porušuje tak významne rovnováhu uhlíkového cyklu. Aspoň z krátkodobého hľadiska je viac-menej nesporné, že to spôsobí oteplenie planéty a bude mať dopad na zmeny v zložení atmosféry, na jej cirkuláciu, na lesy, rastlinný kryt planéty, zásoby pitnej vody, poľnohospodársku produkciu, zdravie ľudí, biodiverzitu flóry a fauny, na výšku hladiny oceánov, ktorá môže následne viesť k zaplaveniu husto obývaných regiónov...
Nemožno podceňovať ani periodicky sa opakujúce chladné a teplé klimatické obdobia vo vývoji Zeme. Ako sme ukázali, mechanizmus, ktorý ich spôsobuje, disponuje pravdepodobne omnoho závažnejšími faktormi ako je antropické znečistenie atmosféry oxidom uhličitým a inými plynmi. Pokiaľ by sa to potvrdilo, potom ani zníženie emisií oxidu uhličitého nemusí viesť k želanému výsledku a ľudstvo bude azda čoskoro musieť čeliť globálnym klimatickým zmenám závažného charakteru.
Aby sa zastavilo narastanie obsahu atmosferického CO2, bolo by potrebné znížiť jeho produkciu.
Možné sú nasledovné postupy: zníženie energetickej náročnosti, využitie alternatívnych zdrojov energie, zefektívnenie priemyselnej výroby a zníženie procesov spôsobujúcich znečistenie, zefektívnenie transportu energie a zníženie strát spôsobených pri jej distribúcii.
Nepríjemnou geologickou skúsenosťou je fakt, že ku klimatickým zmenám spravidla nedochádza postupne ale náhle. Takéto zmeny potom mávajú katastrofálne dôsledky na živé organizmy. Klimatické zmeny sú intímne prepojené s globálnou cirkuláciou morskej vody. Dopad zmeny obidvoch faktorov na životné podmienky na Zemi preto môže byť viac než dramatický.