Kropelki unoszące się z wylotu szampana na dnie oceanu na Mariana Islands. Płyny odprowadzane z terenu zawierają rozpuszczony dwutlenek węgla. NOAA Ocean Explorer
W miarę narastania obaw związanych ze zmianami klimatu wywołanymi przez człowieka, wielu naukowców spogląda wstecz w historię Ziemi na wydarzenia, które mogą rzucić światło na zmiany zachodzące dzisiaj. Analiza zmian systemu klimatycznego planety w przeszłości pozwala lepiej zrozumieć, jak może on zachowywać się w przyszłości.
Z badań tych wynika obecnie, że dochodzi do nagłego ocieplenia wbudowane w ziemski system klimatyczny. Wystąpiły one, gdy zaburzenia magazynowania węgla na powierzchni Ziemi uwalniały gazy cieplarniane do atmosfery. Jedno z wielkich wyzwań dla klimatolodzy tacy jak ja jest ustalenie, skąd się wzięły te uwolnienia, zanim ludzie byli obecni, i co je wywołało. Co ważne, chcemy wiedzieć, czy takie zdarzenie może się powtórzyć.
W niedawno opublikowanym badaniu moi koledzy Katie Harazin, Nadine Krupiński i odkryłem, że pod koniec ostatniej ery lodowcowej, około 20,000 lat temu, dwutlenek węgla był uwolniony do oceanu ze zbiorników geologicznych znajduje się na dnie morskim, kiedy oceany zaczęły się ocieplać.
To odkrycie jest potencjalną zmianą gry. Naturalnie występujące rezerwuary węgla we współczesnym oceanie mogą zostać ponownie zakłócone, co może mieć poważny wpływ na oceany i klimat Ziemi.
Ziemia poruszała się między epokami lodowcowymi (niskie punkty) a ciepłymi okresami międzyglodowcowymi w ciągu ostatnich lat 800,000. Ale obecne ocieplenie klimatu zachodzi znacznie szybciej niż wcześniejsze ocieplenie. NASA
Przeszłość to prolog
Jednym z najbardziej znanych przykładów szybkiego ocieplenia spowodowanego uwolnieniem węgla geologicznego jest Maksimum termiczne paleocenu i eocenulub PETM, duże globalne ocieplenie, które miało miejsce około 55 milion lat temu. Podczas PETM Ziemia ogrzała się o 9 do 16 stopni Fahrenheita (5 do 9 stopni Celsjusza) w ciągu około 10,000 lat.
Klimatolodzy uważają teraz PETM za an analog do zmian środowiskowych zachodzących dzisiaj. PETM miał miejsce przez dłuższy czas i bez udziału człowieka, ale pokazuje, że istnieje nieodłączna niestabilność w systemie klimatycznym, jeśli węgiel ze złóż geologicznych zostanie szybko uwolniony.
Naukowcy wiedzą również, że pod koniec roku poziom dwutlenku węgla w atmosferze gwałtownie wzrósł każdy z późnych plejstoceńskich epok lodowych, pomagając ogrzać klimat. Podczas ostatniego odcinka ocieplenia, 17,000 lata temu, Ziemia ogrzała się od 9 do 13 stopni Fahrenheita (5 do 7 stopni Celsjusza).
Paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne tak gwałtownie ogrzało planetę, że tropikalne lasy deszczowe rozciągały się na północ aż do Arktyki.
Jednak w setkach badań naukowych nie udało się ustalić, co spowodowało gwałtowny wzrost dwutlenku węgla, który zakończył każdą epokę lodowcową. Badacze zgadzają się, że ocean musi być zaangażowany, ponieważ działa jak duży kondensator węglowy, regulując ilość węgla znajdującego się w atmosferze. Ale wciąż szukają wskazówek, aby zrozumieć, co wpływa na ilość węgla w oceanie podczas nagłych zmian klimatu.
Jeziora na dnie oceanu
W ciągu ostatnich dwudziestu lat badacze oceanów odkryli, że na dnie oceanu gromadzą się zbiorniki ciekłego i stałego dwutlenku węgla, w skałach i osadach na obrzeżach aktywnego kominy hydrotermalne. W tych miejscach magma wulkaniczna z Ziemi spotyka przegrzaną wodę, wytwarzając smugi płynów bogatych w dwutlenek węgla, które filtrują szczeliny w skorupie ziemskiej, migrując w górę w kierunku powierzchni.
Kiedy pióropusz tego płynu styka się z zimną wodą morską, dwutlenek węgla może zestalić się do postaci zwanej hydratem. Hydrat tworzy czapkę, która zatrzymuje dwutlenek węgla w skałach i osadach i zapobiega przedostawaniu się go do oceanu. Ale w temperaturach powyżej z grubsza 48 stopni Fahrenheita (9 stopni Celsjusz) hydrat stopi się, uwalniając wyporną ciecz lub gazowy dwutlenek węgla bezpośrednio do wody nad powierzchnią.
Do tej pory naukowcy udokumentowali złoża ciekłego i uwodnionego dwutlenku węgla na zachodnim Pacyfiku w pobliżu Tajwanu i na Florydzie Morze Egejskie. W płytszych wodach, gdzie temperatury oceanów są cieplejsze, a ciśnienie niższe, badacze zaobserwowali czysty dwutlenek węgla emanujący bezpośrednio z osadów jak gaz i wznosząc się na powierzchnię oceanu.
Prawie czyste bąbelki dwutlenku węgla powstają z osadów pokrywających aktywny system hydrotermalny na zachodnim tropikalnym Pacyfiku. Zdjęcia Roy Price, dzięki uprzejmości Jana Amend, CC BY-ND
Dzika karta klimatu
Odkrycia te zmieniają rozumienie przez naukowców morskiego układu węglowego. Klimatolodzy nie uwzględniali głębinowych zbiorników węgla w obecnych modelach, które badają potencjalne skutki przyszłego ocieplenia, ponieważ niewiele wiadomo na temat wielkości i rozmieszczenia tych źródeł węgla.
W rzeczywistości nie ma praktycznie żadnych danych dokumentujących, ile dwutlenku węgla jest obecnie uwalniane z tych zbiorników do oceanu. To sprawia, że historia geologiczna jest niezwykle ważna: potwierdza, że tego rodzaju zbiorniki mają zdolność do uwalniania ogromnych ilości węgla, gdy są zakłócone.
Analogiczne złoża węgla zidentyfikowano również w środowiskach lądowych. W 1979, wulkanu Dieng w Indonezji udusił ludzi 142 kiedy uwolnił prawie czysty dwutlenek węgla. W 1986: zbiornik dwutlenku węgla na dnie jeziora Nyos w Kamerunie wybuchł, zabijając lokalnych mieszkańców wioski 1,700 i setki zwierząt.
Krowa uduszona dwutlenkiem węgla podczas erupcji jeziora Nyos w 1986. USGS / Jack Lockwood
Dwutlenek węgla wypływa także z okolic Mammoth Mountain w Kalifornii, w miejscach, w których magma unosi się przez skorupę ziemską i zatrzymuje się na płytkich głębokościach. Wysokie stężenia dwutlenku węgla w glebie zabił więcej niż 100 akrów drzew. Naukowcy pracują nad identyfikacją i charakterystyką inne strony na lądzie gdzie takie wydania mogą wystąpić.
O wiele trudniejsze jest określenie ilościowe dwutlenku węgla zgromadzonego w zbiornikach oceanicznych. Rozległe regiony dna morskiego zawierają miejsca aktywnego wulkanizmu i hydrotermalnych wentylacji, ale naukowcy praktycznie nie wiedzą o tym, ile dwutlenku węgla gromadzi się w otaczających skałach i osadach. Moim zdaniem istnieje pilna potrzeba zbadania warunków morskich, w których prawdopodobnie gromadzi się dwutlenek węgla, a następnie oceny, jak podatne są na destabilizację.
Ocieplenie oceanów, zwiększenie ryzyka
Nie jest to przedsięwzięcie, które należy odroczyć. Oceany Ziemi nagrzewają się gwałtownie, a modele klimatyczne przewidują, że najszybciej się ocieplą blisko biegunów, gdzie tworzą się głębokie prądy nieść ciepłe wody w dół od powierzchni.
Gdy te ciepłe wody zapadają się do wnętrza oceanu, przenoszą nadmiar ciepła w miejsca, w których mogą tworzyć się rezerwuary dwutlenku węgla. Te cieplejsze wody ostatecznie zdestabilizują uszczelnienia hydratów, które zatrzymują ciekły dwutlenek węgla.
Bardzo duży, wolny prąd zwany cyrkulacją termohalinową przenosi ciepłą wodę do regionów polarnych Ziemi, gdzie ochładza się i tonie w głębokich oceanach. Maphoto / Riccardo Pravettoni przez GRID-Arendal, CC BY-ND
Jeden taki zbiornik występuje na zachodnim Pacyfiku na zachód od Koryto Okinawy na Morzu Wschodniochińskim. Temperatura wód dennych w tym miejscu wynosi 37 do 39 stopni Fahrenheita (3 do 4 stopni Celsjusza), co oznacza, że czapka hydratowa mieści się w zakresie około 4-5 stopni Celsjusza od swojej temperatury topnienia.
Co ważne, ciepłe płyny hydrotermalne unoszą się spod zbiornika dwutlenku węgla w kierunku powierzchni. W miarę ocieplania oceanów różnica temperatur między zimnymi wodami oceanu a cieplejszymi płynami hydrotermalnymi zmniejszy się. Spowoduje to, że hydrat rozrzedzi się, potencjalnie do punktu, w którym nie będzie już dłużej zapobiegać ucieczce ciekłego dwutlenku węgla.
Do tej pory nie przeprowadzono badań oceniających, czy te oceaniczne rezerwy dwutlenku węgla są podatne na wzrost temperatury oceanu. Ale prehistoryczne zapisy Ziemi wyraźnie pokazują, że złoża geologiczne można zdestabilizować - i kiedy się znajdują, prowadzi to do szybkiego wzrostu dwutlenku węgla w atmosferze i globalnego ocieplenia. Moim zdaniem stanowi to ważne nieznane ryzyko, którego nie można zignorować.
O autorze
Lowell D. Stott, profesor, University of Southern California - Dornsife College of Letters, Arts and Sciences
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki
Zmiany klimatu: co każdy musi wiedzieć
Joseph Romm
Podstawowy element tego, co będzie decydującym zagadnieniem naszych czasów, Zmiany klimatu: co każdy musi wiedzieć® to przejrzysty przegląd nauki, konfliktów i implikacji naszej ocieplającej się planety. Joseph Romm, główny doradca naukowy National Geographic Lata życia niebezpiecznie serial i jeden z „100 ludzi, którzy zmieniają Amerykę” Rolling Stone'a ” Zmiana klimatu oferuje przyjazne dla użytkownika, rygorystyczne naukowo odpowiedzi na najtrudniejsze (i powszechnie upolitycznione) pytania dotyczące tego, co klimatolog Lonnie Thompson uznał za „jasne i aktualne zagrożenie dla cywilizacji”. Dostępne na Amazon
Zmiany klimatu: Nauka o globalnym ociepleniu i nasza przyszłość energetyczna Drugie wydanie
autor: Jason Smerdon
To drugie wydanie Zmiana klimatu jest dostępnym i kompleksowym przewodnikiem po nauce stojącej za globalnym ociepleniem. Znakomicie zilustrowany tekst jest skierowany do studentów na różnych poziomach. Edmond A. Mathez i Jason E. Smerdon przedstawiają obszerne, pouczające wprowadzenie do nauki, które leży u podstaw naszego zrozumienia systemu klimatycznego i wpływu działalności człowieka na ocieplenie naszej planety. Mathez i Smerdon opisują role atmosfery i oceanu baw się w naszym klimacie, przedstaw koncepcję bilansu promieniowania i wyjaśnij zmiany klimatu, które miały miejsce w przeszłości. Opisują również działania człowieka mające wpływ na klimat, takie jak emisje i wylesianie gazów cieplarnianych i aerozoli, a także skutki zjawisk naturalnych. Dostępne na Amazon
Nauka o zmianach klimatu: kurs praktyczny
autor: Blair Lee, Alina Bachmann
Nauka o zmianach klimatu: kurs praktyczny wykorzystuje tekst i osiemnaście praktycznych zajęć wyjaśnianie i nauczanie nauki o globalnym ociepleniu i zmianach klimatu, o tym, jak ludzie są odpowiedzialni oraz o tym, co można zrobić, aby spowolnić lub zatrzymać tempo globalnego ocieplenia i zmian klimatu. Ta książka jest kompletnym, kompleksowym przewodnikiem po niezbędnym temacie środowiskowym. Tematy omówione w tej książce obejmują: w jaki sposób cząsteczki przenoszą energię ze słońca do ogrzania atmosfery, gazy cieplarniane, efekt cieplarniany, globalne ocieplenie, rewolucję przemysłową, reakcję spalania, pętle sprzężenia zwrotnego, związek między pogodą a klimatem, zmianę klimatu, pochłaniacze dwutlenku węgla, wymieranie, ślad węglowy, recykling i energia alternatywna. Dostępne na Amazon
Od wydawcy:
Zakupy na Amazon iść na pokrycie kosztów przynoszą InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, i ClimateImpactNews.com bez kosztów i bez reklamodawców śledzących twoje nawyki przeglądania. Nawet jeśli klikniesz link, ale nie kupisz tych wybranych produktów, wszystko, co kupisz podczas tej samej wizyty w Amazon, płaci nam niewielką prowizję. Nie ponosisz żadnych dodatkowych kosztów, więc proszę przyczynić się do wysiłku. Możesz też skorzystaj z tego linku do korzystania z Amazon w dowolnym momencie, aby pomóc wesprzeć nasze wysiłki.
