Hvordan mennesker afsporede jordens klima på kun 160 år

Klimaændringer er måske det mest presserende spørgsmål i vores tid, både politisk og med hensyn til livet på Jorden. Der er stigende bevidsthed om, at det globale klima er et anliggende for offentlig handling.

For 11, 500 år, atmosfærisk kuldioxid (CO ₂ ) koncentrationer svingede omkring 280 ppm (den præindustrielle "normale"), med en gennemsnitlig overfladetemperatur på omkring 15°C. Siden den industrielle revolution, dette niveau har været konstant stigende, nåede 410 ppm i 2018. Geovidenskaberne, med deres fokus på tidsskalaer op til milliarder af år, er unikt udstyret til at gøre ekstremt klart, hvor brat industrisamfund har ændret sig og ændrer jordens klima.

Klima, drivhusgasser, CO ₂ og kulstofdræn

Hovedmotoren i Jordens klima er solen. Vores stjerne leverer en gennemsnitlig overfladeeffekt på 342 W/m ² om året (omtrent som en hårtørrer for hver kvadratmeter af planeten). Jorden absorberer omkring 70% af dette og reflekterer resten. Hvis dette var den eneste klimamekanisme, gennemsnitstemperaturen ville være -15°C (under frysepunktet for vand, 0°C). Livet ville sandsynligvis være umuligt. Heldigvis, noget af den absorberede energi genudsendes som infrarød stråling, hvilken, i modsætning til synligt lys, interagerer med de drivhusgasser (GHG'er), der er til stede i atmosfæren, for at udstråle varme tilbage mod jordens overflade. Denne drivhuseffekt holder i øjeblikket vores gennemsnitstemperatur omkring 15°C.

De primære drivhusgasser er vanddamp og den meget omdiskuterede CO ₂ . Kuldioxid bidrager med op til 30% af den samlede drivhuseffekt, vanddamp giver omkring 70%. CO ₂ , selvom, har en generel varmeeffekt, som vanddamp ikke har. Vanddamp i atmosfæren har en meget kort opholdstid (fra timer til dage), og dens koncentration kan kun stige, hvis temperaturen stiger. CO ₂ dvæler i atmosfæren i 100 år, og dens koncentration er ikke udelukkende kontrolleret af temperaturen. CO ₂ er således i stand til udløser opvarmning:hvis CO ₂ koncentrationen stiger, gennemsnitstemperaturen, uanset sin egen tendens, vil stige.

Det er derfor afgørende at forstå, hvordan atmosfærisk CO ₂ er reguleret. Over geologiske tidsskalaer (100, 000+ år), vulkanske gasser er den primære kilde til CO ₂ , i gennemsnit 0,4 milliarder tons CO ₂ om året (0,4 GtCO ₂ /y). Men CO ₂ akkumuleres ikke bare uendeligt i atmosfæren, det strømmer ind og ud takket være andre miljøprocesser, og opbevares i reservoirer kendt som kulstofdræn.

Havet, For en, indeholder 50 gange mere kulstof end atmosfæren. Imidlertid, CO ₂ opløst i havet kan let frigives mod atmosfæren, mens kun geologiske dræn holder CO ₂ væk fra atmosfæren på geologiske tidsskalaer.

Det første geologiske dræn er sedimentært organisk stof. Levende organismer indeholder organisk kulstof bygget af atmosfærisk CO ₂ gennem fotosyntese, og døde organismer sendes ofte til bunden af ​​havet, søer, og sumpe. Enorme mængder organisk kulstof akkumuleres således over tid i marine og kontinentale sedimenter, hvoraf nogle til sidst omdannes til fossile brændstoffer (olie, gas og kul).

Kalkholdige bjergarter er det andet geologiske synk. Stener som granitter eller basalter forvitres af overfladevand, vasker calcium- og bikarbonationer væk til havet. Marine organismer bruger disse til at bygge hårde dele lavet af calciumcarbonat. Når den aflejres på bunden af ​​havet, calciumcarbonat bliver til sidst sekvestreret som kalksten.

Afhængig af estimaterne, disse to vaske tilsammen indeholder 50, 000 til 100, 000 gange mere kulstof end den nuværende atmosfære.

Historien før:Jordens atmosfære over tid

Mængden af ​​CO ₂ i Jordens atmosfære har varieret meget. Årtiers forskning giver os mulighed for at tegne hovedlinjerne i historien, der begynder efter at Jorden var fuldt dannet for 4,4 milliarder år siden.

Jordens tidlige atmosfære var ekstremt rig på CO ₂ (op til 10, 000 gange moderne niveauer), mens oxygen (O ₂ ) var knap. Under det arkæiske liv (3,8 til 2,5 milliarder år siden), livet blomstrede først, de første kontinenter bygget op. Forvitring begyndte at trække CO ₂ ud af atmosfæren. Udviklingen af ​​fotosyntese bidrog til at reducere atmosfærisk CO ₂ , mens du hæver O ₂ niveauer under den store iltningsbegivenhed, omkring 2,3 milliarder år siden. CO ₂ koncentrationen faldt til "kun" 20 til 100 gange det præindustrielle niveau, aldrig at vende tilbage til koncentrationen af ​​Jordens tidligste æoner.

To milliarder år senere, kulstofkredsløbet ændrede sig. Mod det sene Devon-tidlige karbon (~350 millioner år siden), CO ₂ koncentrationen var omkring 1, 000 ppm. Pattedyr eksisterede ikke. Karplanter i stand til at syntetisere lignin dukkede op under Devon og spredte sig. Lignin er et molekyle, der er modstandsdygtigt over for mikrobiel nedbrydning, der gjorde det muligt for massive organiske kulstoflagre at opbygge sig som kul over millioner af år. Kombineret med forvitringen af ​​Hercynian-området (hvis resterne kan findes i Frankrigs Central Massif eller Appalacherne), organisk kulstofbegravelse trak atmosfærisk CO ₂ ned til niveauer svarende til (eller lavere end) nutidens og genererede en stor istid for mellem 320 og 280 millioner år siden.

Ved slutningen af ​​Jurassic (145 millioner år siden), imidlertid, pendulet havde svinget. Dinosaurerne regerede over jorden, pattedyr udviklede sig, tektonisk aktivitet steg, og Pangea (det sidste superkontinent) blev forskudt. CO ₂ øget, til 500 til 2, 000 ppm, og forblev på et højt niveau, opretholde et varmt drivhusklima i 100 millioner år.

Fra 55 millioner år, Jorden afkølet som CO ₂ er faldet, især efter Himalaya-løftet og en efterfølgende stigning i forvitring og organisk kulstofsedimentation. Evolutionen fortsætter med hominider, der dukkede op for 7 millioner år siden. Efter 2,6 millioner år, Jorden gik ind i en ny tilstand karakteriseret ved en vekslen af ​​glaciale og interglaciale perioder i et regelmæssigt tempo ledet af Jordens orbitale parametre og forstærket af den kortere sigte kulstofcyklus. CO ₂ nåede sit præindustrielle niveau 11, 500 år siden, da Jorden trådte ind i den seneste mellemistid.

En ny historie:Den industrielle revolution

Indtil det 19. århundrede, historien om atmosfærisk kulstof og jordens klima var en historie om geologi, biologi og evolution. Den historie ændrede sig markant efter den industrielle revolution, når moderne mennesker ( Homo sapiens ), som sandsynligvis dukkede op 300, 000 år siden, begyndte at forbruge fossile brændstoffer i massiv skala.

I 1950, tilsætning af CO ₂ til atmosfæren gennem forbrænding af fossile brændstoffer var allerede bevist, via kulstofisotopsignaturen af ​​CO ₂ molekyler ("Suess"-effekt). I slutningen af ​​1970'erne, klimaforskere observerede en hurtig drift mod varmere generelle temperaturer. IPCC, oprettet i 1988, viste i 2012, at gennemsnitstemperaturen var steget med 0,9°C siden 1901. Den fortsætter med at stige. Den ændring kan virke beskeden sammenlignet med den sidste deglaciation, når gennemsnitstemperaturen steg med omkring 6°C i 7, 000 år, men det er mindst 10 gange hurtigere. Naturlige parametre som solaktivitet eller vulkanisme kan ikke forklare en så hurtig opvarmning. Årsagen er utvetydigt menneskelig tilførsel af drivhusgasser til atmosfæren, og højindkomstlande udleder mest CO ₂ indbygger.

Hvordan ender vores historie?

Industrisamfund forbrændte omkring 25 % af Jordens fossile brændstoffer inden for 160 år og vendte brat om en naturlig flux, der lagrede kulstof væk fra atmosfæren. Denne nye menneskeskabte flux er i stedet tilføjer 28 Gt CO₂ om året, 50 gange mere end vulkaner. Naturlig geologisk binding kan ikke kompensere og atmosfærisk CO ₂ bliver ved med at stige.

Konsekvenserne er overhængende, talrige og forfærdelige:ekstreme vejrbegivenheder, stigning i havniveauet, gletsjer tilbagetog, havforsuring, økosystemforstyrrelser og udryddelse. Jorden selv har overlevet andre katastrofer. Selvom den nuværende opvarmning vil overstige mange arters evne til at tilpasse sig, livet vil fortsætte. Det er ikke planeten, der er på spil. I stedet, det er fremtiden for menneskelige samfund og bevarelsen af ​​nuværende økosystemer.

Mens geovidenskaben ikke kan levere løsninger til at tænke på de nødvendige ændringer i vores adfærd og forbrug af fossile brændstoffer, de kan og skal bidrage til viden og kollektiv bevidsthed om den aktuelle globale opvarmning.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.