Czterdzieści pięć lat temu szereg lodowatych zim spowodował panikę “globalnego ochłodzenie”. “Globalne pogorszenie klimatu, jakiego cywilizowana ludzkość jeszcze nigdy nie doświadczyła, jest bardzo realną możliwością i w rzeczywistości może nadejść już wkrótce” – pisali w 1972 r. w liście do prezydenta Nixona dwaj naukowcy, przekazując pogląd 42 kolegów, „czołowych” naukowców. “Ochłodzenie ma naturalne przyczyny i mieści się w szeregu procesów, które spowodowały ostatnią epokę lodowcową”. Administracja odpowiedziała, że “zajmuje się tą sprawą”.
W kolejnych latach gazety, magazyny i dokumentalne filmy telewizyjne robiły sensację z nadchodzącej epoki lodowcowej. CIA informowała o “narastającym konsensusie między klimatologami, że świat podlega oziębiającemu trendowi”. Prezenter telewizyjny, Magnus Magnusson, oznajmił w odcinku BBC Horizon, że “roztropnie byłoby założyć, że następna epoka lodowcowa zacznie kąsać lada chwila”.
“Newsweek” na pierwszej stronie opublikował artykuł, w którym czytamy: „Centralnym faktem jest to, że po trzech czwartych stulecia o nadzwyczaj łagodnych warunkach Ziemia wydaje się ochładzać. Meteorolodzy nie są zgodni w sprawie przyczyn i zasięgu trendu ochłodzenia, jak również w sprawie jego wpływu na lokalne warunki pogodowe. Są jednak niemal jednogłośnie zgodni w poglądzie, że ten trend zredukuje wydajność w rolnictwie na resztę stulecia”.
Ten alarm o globalnym ochłodzeniu został w zasadzie zapomniany w epoce globalnego ocieplenia, ale nie zniknął całkowicie. Walentina Żarkowa z Northumbria University sugeruje, że spokojne słońce zapowiada kolejną Małą Epokę Lodowcową, jak ta z lat 1300-1850. Nie jestem przekonany. Niemniej twierdzenie, że świat powoli wchodzi w epokę lodowcową po 10 tysiącach lat łagodnego ciepła, jest w zasadzie prawdziwe. Większość interglacjałów czyli okresów bez wielkich mas lodu, trwała mniej więcej tak długo, a rdzenie lodowe z Grenlandii pokazują, że każde z ostatnich trzech tysiącleci było chłodniejsze niż poprzednie.
Jednak te rdzenie lodowe i inne z Antarktyki, mogą teraz nas uspokoić. Ujawniają, że interglacjały zaczynają się nagłym i szybkim ociepleniem, ale kończą stopniowo wieloma tysiącami lat powolnego i nieregularnego ochładzania. Zaczęły także wyjaśniać przyczynę. Jest to opowieść, która przypomina nam, jak krucha i narażona jest nasza cywilizacja. Jeśli mamy ambicję kontynuowania tej zabawy przez kolejne 10 tysięcy lat, musimy zrozumieć epoki lodowcowe.
Spalanie węgla, powiedział Arrhenius, było więc dobrą rzeczą: “Przez wpływ wzrastającei ilości kwasu weglowego w atmosferze, możemy mieć nadzieję na cieszenie się wiekami bardziej umiarkowanego i lepszego klimatu”.
Istotnie istnieje korelacja w rdzeniach lodowych między temperaturą a dwutlenkiem węgla. Jest w powietrzu mniej CO2, kiedy świat jest chłodniejszy, i więcej, kiedy jest cieplejszy. W rdzeniach lodowym z Wostoku na Antarktydzie z końca lat 1990. znaleziono dane, mówiące, że CO2 i temperatura idą krok w krok -- więcej CO2, cieplej; mniej CO2, zimniej. Jak ujął to sarkastycznie Al Gore w swoim filmie z 2006 Niewygodna prawda, patrząc na wykresy Wostoka: “Czy one kiedykolwiek pasowały do siebie? Najbardziej absurdalna rzecz, jaką słyszałem”. A więc Arrhenius miał rację? Czy to poziom CO2 napędza epoki lodowe?
No cóż, nie tak szybko. Bardzo niewygodnie korelacja implikuje przyczynowość w niewłaściwą stronę: pod koniec interglacjału, takiego jak interglacjał eemski, ponad 100 tysięcy lat temu, poziomy dwutlenku węgla pozostawały wysokie przez wiele tysięcy lat, podczas gdy temperatura nieustannie spadała. W końcu CO2 podążył w dół za temperaturą. Tutaj jest pokazujący to wykres. Gdyby dwutlenek węgla był potężną przyczyną, nie wykazywałby takiego wzoru. Świat nie mógłby ochładzać się, podczas gdy poziom CO2 pozostawał wysoki.
Tak czy inaczej pozostaje pytanie, co powoduje wzrost i spadek poziomu dwutlenku węgla? W 1990 r. oceanograf John Martin przedstawił pomysłowe wyjaśnienie. Podczas epok lodowcowych wiatry przewiewają przez świat wiele pyłu, ponieważ kontynenty są suche i lodowce kruszą skały. Część tego pyłu wpada do oceanów, gdzie ich bogata w żelazo zawartość nawozi kwitnienie planktonu, którego zwiększona fotosynteza wysysa dwutlenek węgla z powietrza. Kiedy pył przestaje spadać, plankton przestaje kwitnąć w takich ilościach i poziomy dwutlenku węgla podnoszą się, znowu ogrzewając planetę.
Zgrabne. Ale niemal z pewnością zbyt uproszczone. Wiemy teraz z rdzeni lodowych Antarktydy, że w każdym interglacjale gwałtowne ocieplenie zaczynało się, kiedy poziomy CO2 były bardzo niskie. Temperatura i dwutlenek węgla podnoszą się razem i nie ma dowodów na nagły wzrost CO2 przed rozpoczęciem ocieplenia, jak już, to jest tego odwrotność. No cóż, w porządku, powiedzieli naukowcy, ale dwutlenek węgla jest czynnikiem sprzężenia zwrotnego – jest wzmacniaczem. Coś innego zaczyna ocieplenie, ale dwutlenek węgla wzmacnia to. Niemniej rdzenie lodowe pokazują, że w każdym interglacjale ochładzanie powracało, kiedy poziomy CO2 były bardzo wysokie i pozostawały wysokie przez dziesiątki tysięcy lat, kiedy ochładzanie trwało nadal. Także jako sprzężenie zwrotne dwutlenek węgla wygląda słabiutko.
Tutaj jest esej Willisa Eschenbacha omawiający te sprawę. Wyciąga on pięć wniosków, dlaczego CO2 nie może być głównym motorem i dlaczego efekt sprzężenia zwrotnego jest prawdopodobnie mały:
Zgodność z log(CO2) jest nieco gorsza niż z CO2. Zmiana CO2 jest mniej więcej taka, jaką moglibyśmy oczekiwać z oceanicznej degazyfikacji. W zapisach CO2 pozostaje z tyłu za temperaturą. Temperatura powoduje w sensie Grangera CO2, nie zaś odwrotnie. I (dowód przez sprzeczność) GDYBY CO2 kontrolował temperaturę, czułość klimatu byłaby siedem stopni na podwojenie, na co nie ma żadnych dowodów.
Standardową odpowiedzią zwolenników AGW [Anthropogenic Global Warming] jest, że CO2, kiedy się pojawia, jest jakimś rodzajem pozytywnego sprzężenia zwrotnego, które powoduje, że temperatura podnosi się bardziej niż robiłaby to w innym wypadku. Czy jest to możliwe? Powiedziałbym, że jasne, to jest możliwe… ale nie mamy żadnych dowodów, że tak jest. W rzeczywistości zmiany CO2 pod koniec ostatniej epoki lodowej pokazują, że nie ma takiego sprzężenia zwrotnego. Można zobaczyć na wykresie 1, że temperatury rosną i stabilizują się, podczas gdy CO2 nieustannie rośnie. To samo pokazują z większymi szczegółami dane z rdzenia lodowego z Grenlandii, gdzie jest wyraźne, że temperatura nieco spadła, podczas gdy CO2 kontynuował podnoszenie się.
Jak powiedziałem, nie neguje to możliwości, że CO2 odegrał jakąś małą rolę. Dalsze badania tego aspektu nie są jednak zachęcające. Jeśli założymy, że CO2 daje 3° na podwojenie ocieplenia jak w hipotezie IPCC, to problemem jest fakt, że podnosi to tempo termicznej degazacji do 17 ppmv [części na milion objętości] na stopień ocieplenia, zamiast 15 ppmv. To jest w złym kierunku, bowiem cytowana w literaturze wartość jest niższa i wynosi 12,5 ppmv
Co więc powoduje, że epoki lodowe przychodzą i odchodzą?
Serbski naukowiec, Milutin Milankovic, opublikował w 1941 roku dość długą książkę pod tytułem Canon of Insolation of the Earth and Its Application to the Problem of the Ice Ages. Twierdził, że epoki lodowcowe i interglacjały były powodowane przez zmiany orbity Ziemi wokół słońca. Te zmiany, znane jako ekscentryczność, nachylenie i precesja, czasami składały się tak, że podnosiły relatywne ciepło okresów letnich północnej półkuli, topiąc czapy lodowe w Ameryce Północnej i Eurazji i szerząc ciepło na cały świat. To, powiedział Milankovic, było “brakujące jak dotąd ogniwo między mechaniką niebieską a geologią”.
Północna półkula ma znaczenie, bowiem niezależnie od tego, jak gorące jest lato południowe, Antarktyda, będąc na znacznie większej szerokości geograficznej, pozostaje zimna i (odbijająco) biała.
W 1976 r. Nicholas Shackleton, fizyk z Cambridge, wraz z kolegami opublikował artykuł pod tytułem Variations in the Earth’s Orbit – Pacemaker of the Ice Ages z dowodami z rdzeni z dna morskiego o cyklach ocieplania i ochładzania się Ziemi przez ostatnie pół miliona lat, które pasowały do orbitalnych wahań Milankovica.
W olśniewającym spostrzeżeniu Shackleton zrozumiał, że osady pobrane z dna oceanu i zanalizowane na obecność różnych izotopów tlenu mogą służyć jako wskazówka zmian klimatu. Lżejsze izotopy tlenu łatwiej parowały z morza i dlatego z większym prawdopodobieństwem spadały w postaci śniegu i przyklejały się do czap lodowych w zimnych okresach, wracając do morza, kiedy lód topniał. Tak więc stosunkowa koncentracja lżejszych izotopów w osadzie na dnie morskim jest rodzajem termometru.
Precesja, które decyduje, czy Ziemia jest bliższa do słońca w lipcu, czy w styczniu, ma cykl 23 tysięcy lat; nachylenie, które decyduje jak przechylona jest oś Ziemi i dlatego też, jak ciepłe jest lato, ma cykl 41 tysięcy lat; a ekscentryczność, która decyduje jak okrągła lub owalna jest orbita Ziemi i tym samym, jak blisko słońca podchodzi planeta, ma cykl 100 tysięcy lat. Kiedy te trzy cykle zbiegają się, by było „wspaniałe lato” na północy, czapy lodowe kurczą się.
Teoria Milankovica potwierdzona? Nie całkiem. Rdzenie lodowe z Antarktydy, idące 800 tysięcy lat wstecz, ujawniły, że były wspaniałe lata, kiedy wahania Milankovica powinny były dać interglacjalne ocieplenie, ale nie dały. Dla wyjaśnienia tych „brakujących interglacjałów” Ralph Ellis i Michael Palmer argumentują w niedawnym artykule w “Geoscience Frontiers”, że musimy wrócić do dwutlenku węgla, nie jako gazu cieplarnianego, ale jako żywności dla roślin.
Argument brzmi następująco: z chłodniejszych oceanów paruje mniej wilgoci i maleją opady deszczu. W środku ostatniej epoki lodowcowej Afryka cierpiała na długotrwałe mega-susze; pozostały tylko małe kieszonki lasów deszczowych. Co kluczowe, im dłużej trwa epoka lodowcowa, tym więcej dwutlenku węgla rozpuszcza się w zimnych oceanach. Kiedy poziom dwutlenku węgla w atmosferze spada poniżej 200 części na milion (0,02 per cent), rośliny mozolą się, by w ogóle rosnąć, szczególnie na znacznych wysokościach. Pustynie rozszerzają się. Burze piaskowe stają się częstsze i silniejsze. W rdzenie lodowych Antarktydy pył znacząco rośnie, gdy tylko poziom dwutlenku węgla spada poniżej 200 ppm. Pył zaczynał gromadzić się na czapach lodowych, szczególnie Eurazji i Ameryki Północnej, które były blisko pustyń. Następnym razem, kiedy następowało wspaniałe lato Milankovica i czapy lodowe zaczynały topnieć, lód stawał się coraz brudniejszy, koncentrując składany tam latami pył, kiedy lód się kurczył. Ciemniejszy lód absorbował więcej ciepła słonecznego i rozpoczynał się samonapędzający się proces znikania czap lodowych.
Oto streszczenie z artykułu:
Logiczniejsze wyjaśnienie odwrotnej korelacji między pyłem a CO2 można widzieć poprzez efekt, jaki koncentracja CO2 ma na życie roślinne. Rys. 8 pokazuje także, że poziomy CO2 podczas każdej epoki lodowcowej obniżały się aż 190–180 ppm, i że zbliża się to do niebezpiecznie niskich poziomów szlaku C3 fotosyntezy dla życia roślinnego. CO2 jest żywotnym składnikiem atmosfery, ponieważ jest niezbędnym pokarmem roślin i bez CO2 wszystkie rośliny umierają. We wszechstronnej analizie reakcji roślin na zmniejszone koncentracje CO2 Gerhart pisze o tej fundamentalnej sprawie:
Jest jasne, że nowoczesne C3 genotypy roślin rosnących przy niskim CO2 (180–200 ppm) wykazują poważną redukcję fotosyntezy, przeżycia, wzrostu i rozmnażania się… Takie wyniki nasuwają pytanie, jak rośliny glacjalne przeżyły podczas okresów niskiego CO2… Badania pokazały, że przeciętna produkcja biomasy nowoczesnych C3 roślin jest zredukowana o w przybliżeniu 50%, kiedy rosną przy niskim (180–220 ppm) CO2, kiedy inne warunki są optymalne… (Aborcja wszystkich pąków kwiatowych) sugeruje, że 150 ppm CO2 może być bliskie progu dla pomyślnego ukończenia cyklu życiowego niektórych gatunków C3 (Gerhart and Ward, 2010 Section II).
Jest jasne, że wiele gatunków roślin byłoby pod znacznym stresem, kiedy koncentracja CO2 na świecie była zredukowana do 200 lub 190 ppm podczas glacjalnego maksimum, szczególnie jeśli poziomy wilgotności w tych regionach były niskie (Gerhart and Ward, 2010; Pinto et al., 2014). Paleontologiczne odkrycia w jeziorkach asfaltowych w La Brea w południowej Kalifornii potwierdziły to, gdzie izotopowa analiza tlenu i węgla w zachowanym drewnie jałowca od czasu sprzed 50 tysięcy lat aż do holocenu pokazała, że: „drzewa glacjalne przechodziły głód węglowy” (Ward et al., 2005). Niemniej te stresy i redukcja biomasy nie wydają się stawać śmiertelna aż koncentracja CO2 osiąga 150 ppm, czego glacjalne maksima nie osiągnęły – jeśli nie dodamy do równania wysokości i redukcji cząstkowego ciśnienia CO2.
Cała ludzka cywilizacja zdarzyła się w interglacjale ze stosunkowo stabilnym klimatem, obfitymi deszczami i wystarczająco wysokimi poziomami dwutlenku węgla, by pozwolić na energiczny wzrost roślin. Prawdopodobnie rolnictwo nie było możliwe wcześniej, a bez niesłychanie zwiększonej podaży energii nie zdarzyłby się rozkwit kultury ludzkiej.
Ten interglacjał skończy się. Dzisiaj blask słoneczny podczas północnego lata jest nieco słabszy niż południowy. Za kilkadziesiąt tysięcy lat nasi potomkowie będą prawdopodobnie walczyli z niestabilną pogodą, burzami piaskowymi i powietrzem, które nie może podtrzymać wzrost wielu roślin. Ale to jest bardzo daleko w przyszłości i do tego czasu technika powinna być znacznie bardziej zaawansowana, chyba, że przeszkodzimy jej rozwojowi. Kluczem będzie energia. Z obfitą i tanią energią nasi następcy powinni kwitnąć także w przyszłej epoce lodowcowej, hodując rośliny uprawne, nawadniając pustynie, utrzymując lasy deszczowe, a nawet topiąc czapy lodowe.
Rozszerzona wersja artykułu w Times.
The Mysterious Cycles of Ice Ages
Rational Optimist, 12 stycznia 2018
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
