Wymuszenia słoneczne, orbitalne i antropogeniczne jako siły wstrząsające klimatem ziemskim

Ziemskim klimatem od samego początku rządzą siły fizyczne zwane wymuszeniami radiacyjnymi. W holocenie przede wszystkim dały znać o sobie takie wymuszenia jak:

– od początku holocenu do połowy XIX wieku słoneczne i orbitalne

– od połowy XIX wieku do dziś antropogeniczne

Okres borealny

Zaczniemy właśnie swą podróż w czasie (poniżej na rysunku 1, według wykresu Shauna Marcotta i in., 2013 i HadCRUT4, 2013) od końca plejstocenu i początku holocenu, czyli od króciutkiego okresu preborealnego, poprzez długi borealny, od 11,5 tys. lat temu do początku ciepłego okresu atlantyckiego 9,5 tys. lat temu. Tu mamy bardzo wyraźnie zaznaczony trend wzrostowy temperatury. Po zimnym glacjale wurm nadszedł czas na ciepły holocen. W tym przypadku główną rolę odgrywały wymuszenia orbitalne, czyli tzw. cykle Milankovicia, przy bardzo szybko rosnącej intensywnej jasności Słońca.

Rysunek 1. Niebieska linia: rekonstrukcja globalnej temperatury z danych proxy Marcott i in., 2013. Pokazana jest tutaj wersja RegEM – znaczące różnice pomiędzy wariantami różnych metod uśredniania są wyraźne tylko pod koniec pokazanego okresu, gdzie liczba dostępnych szeregów proxy jest mniejsza. Nie ma to jednak znaczenia, ponieważ zmiany temperatur w ostatnich latach są dobrze znane z pomiarów instrumentalnych, zaznaczonych linią czerwoną (dane HadCRU). Wykres sporządził Klaus Bitterman.

Pierwszy mechanizm wspomnianych cykli to precesja. 11 tysięcy lat temu gdy były pory letnie w klimacie umiarkowanym półkuli północnej, to nasza gwiazda była bliżej naszej planety, gdy były pory zimowe to była dalej. A więc był to kulminacyjny wpływ na intensywny wzrost pokryw lodowych w Arktyce i na Antarktydzie. Potem zaczęło się już  tylko ocieplać dzięki temu, że ekliptyka orbity Ziemi nachylała się w ten sposób, że do bieguna północnego zaczęło docierać coraz więcej promieni słonecznych. A sama planeta w porze letniej systematycznie oddalała się od Słońca, a w porze zimowej przybliżała.

Drugi mechanizm to nutacja. Nachylenie osi ziemskiej. Prawdopodobnie pod koniec plejstocenu i na początku holocenu wynosiło mniej niż 24,4 stopni i wciąż się zmniejszało, a więc Arktyka była wówczas bardzo mocno nachylona do Słońca. To z kolei miało mocny wpływ na zmniejszanie się albedo lodu w obszarze polarnym półkuli północnej. Nachylenie ekliptyki względem orbity Ziemi sprzyjało też wzrostowi nasłonecznienia, które trwało co najmniej w okresie 11 a 7 tysięcy lat temu. Aktywność słoneczna zaczęła wzrastać wraz z powolnym nachylaniem się ekliptyki względem orbity Ziemi by jak najwięcej promieni słonecznych padało na Arktykę.

Trzeci mechanizm to mimośród, czyli zmiana kształtu orbity ziemskiej. 11 tysięcy lat temu elipsoidalna orbita była bardziej eliptyczna niż kołowa, w porównaniu ze współczesnymi czasami. To znaczy, że mogło to mieć wpływ na mniejszą dostawę energii cieplnej od Słońca, ale niwelowało to powiększające się nachylenie ekliptyki względem orbity Ziemi rosnące przez cały okres borealny i jeszcze przez jakiś czas w okresie atlantyckim. Orbita naszej planety cały czas nabierała kształtu koła i nabiera jego tak aż do dziś. Wkrótce jednak zacznie z powrotem zmieniać kształt na elipsę.

Rysunek 2. Periodyczność orbity i średnia temperatura w okresie 1 miliona lat (1 kyr = tys. lat)

Ogólnie mówiąc, 11,5-9 tys. lat temu przesuwały się pory roku względem bliskości naszej gwiazdy w kierunku nam dobrze znanym. Orbita Ziemi zaczęła bardziej nachylać się ku Słońcu i być bardziej kolista niż eliptyczna.

Okres atlantycki

Następnym okresem, w którym ocieplenie na dobre się pojawiło był okres atlantycki Było to tzw. Maksimum Holoceńskie. Wymuszenie słoneczne odegrało tu najistotniejszą rolę. Przez dłuższy czas jasność Słońca była dość wysoka. Trwała od 9,5 tys. do 5,7 tys. lat. Optymalne nachylenie ekliptyki względem orbity Ziemi zakończyło się około 7 tysięcy lat temu, ale nasłonecznienie było wciąż rosnące do co najmniej 5 tysięcy lat temu.  Czyli, orbitalne wymuszenie napędzające się w kierunku ocieplania półkuli północnej trwało mniej więcej do tego czasu, by osiągnąć największe nachylenie, a więc zarazem znaczny wzrost temperatury w Arktyce oraz intensywniejsze topnienie pokryw lodowych. Nachylenie ekliptyki względem orbity Ziemi prawdopodobnie wyniosło już 24,2-24,0 stopnia. Od tamtej pory powoli zaczęło znowu zmniejszać się. Przesuwanie się pór roku względem oddalenia Słońca było takie, że pod koniec okresu atlantyckiego Ziemia była najbliżej naszej gwiazdy jesienią, a najdalej wiosną. A jej orbita bardziej stawała się kolista. Warto przypomnieć, że był to największy naturalny okres ocieplenia w holocenie.

Okres subborealny

Od około 5,7 tys. do 3 tys. lat trwał wyraźny trend spadkowy temperatury. Jasność Słońca bardzo silnie obniżała się. Od czasu do czasu pojawiły się fluktuacje ocieplenia. Jednak względem trendu głównego wyraźnie planeta ochładzała się. Wciąż postępowało liniowe zmniejszanie się ustawienia ekliptyki względem orbity Ziemi, tak, że coraz mniej promieni słonecznych dochodziło do obszarów polarnych Arktyki. Proces ten jednak był bardzo słaby, wręcz niezauważalny. Prawdopodobnie nachylenie ekliptyki względem orbity Ziemi wynosiło wówczas około 23,8-23,7 stopni. Okres ten – jest to czas rozwoju pierwszych starożytnych cywilizacji i pierwszych form eksploatacji natury. Orbita ziemska w Układzie Słonecznym staje się bardziej kolista. Przesunięcie pór roku wyraźnie zmierza ku współczesnym.

Okres subatlantycki

W ostatnim okresie, dobrze nam znanym, wymuszenie słoneczne od około 3 tysięcy lat do czasów średniowiecza fluktuuje przy obniżającym trendzie wymuszenia orbitalnego. Przez ten czas są zaznaczone wyraźnie przesunięcia pór roku ku dzisiejszym. Ustawienie ekliptyki względem orbity Ziemi podobne do dzisiejszego. I wyraźny trend ku kolistości orbity naszej planety.

Od 3 tysięcy lat do drugiej połowy XIX wieku, nastąpił wyraźny trend spadkowy temperatury i koncentracji i mało znaczący, w porównaniu z przejściem cyklu interglacjalnego w glacjalny, dwutlenku węgla aż do połowy XIX wieku, a więc do czasów rozwoju przemysłu i cywilizacji opartej na spalaniu paliw kopalnych przez ludzi. Przesunięcie pór roku stopniowo stawało się takie same jak dziś. A więc, nastąpił moment kulminacyjny taki, w którym Ziemia jest o co najmniej 4 miliony kilometrów bliżej Słońca zimą (147 mln km) niż latem (151 mln km).  Nachylenie ekliptyki względem orbity Ziemi wynosi dziś 23,4 stopnia. a orbita naszej planety coraz bardziej upodabnia się do koła. W końcu, w drugiej połowie XIX wieku wystąpiło nowe wymuszenie – wymuszenie antropogeniczne, które dopiero solidnie dało o sobie znać w drugiej połowie XX wieku.

XIX wiek był dosyć chłodny na Ziemi. Wymuszenie słoneczne jeszcze nie wywierało żadnego wpływu. Właściwie od końca Średniowiecznego Optimum Klimatycznego na początku XIV wieku aż do drugiej połowy XIX wieku trwała tzw. Mała Epoka Lodowa. Słońce straciło swoją moc, a wymuszenie orbitalne zmierzało wyraźnie ku ochłodzeniu planety i przybliżeniu jej do kolejnego zlodowacenia. Dopiero na początku XX wieku wymuszenie słoneczne (ale bardzo wyraźnie słabsze od tego nie tylko 7 tysięcy lat temu, ale i też od tego w średniowieczu) dało po raz ostatni o sobie znać na kilka dekad, bo w latach 60 znowu straciło swoją aktywność i zaczęło obniżać swoją jasność aż do dziś.

Od końca II wojny światowej aż do końca lat 80 zanieczyszczenia przemysłowe, zwłaszcza dwutlenek siarki, skutecznie blokował dopływ światła słonecznego do powierzchni Ziemi. Dlatego nikt nie podejrzewał o to emisji dwutlenku węgla powodujących zamaskowane globalne ocieplenie. Dopiero od lat 90, gdy zakazano emisji SO2, wszystko zaczęło być jasne. Słońce, które nadal obniża swą jasność nie odgrywa w tej chwili żadnej roli.  Nastąpiło nowe zintensyfikowane wymuszenie – wymuszenie antropogeniczne, które wciąż trwa do dziś. Jak się okazało, to nie Słońce, ale gazy cieplarniane ogrzewają nasz klimat.

Tak więc, obok naturalnych i od dawna sterujących klimatem (min. w dawnych okresach geologicznych) wymuszeń słonecznych i orbitalnych pojawiło się nowe wymuszenie wywierające coraz silniejszy wpływ. To wymuszenie antropogeniczne, czyli emisje do atmosfery gazów cieplarnianych, pochodzących ze spalania paliw kopalnych, produkcji cementu oraz wylesiania, zwłaszcza dwutlenku węgla. Tenże sam gaz jest również coraz intensywniej pochłaniany przez oceany.

http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/koniec-holocenu-10

Autor: Jacek Baraniak

Jestem z zamiłowania i z wykształcenia ekologiem, ale tylko z pasji miłośnikiem klimatologii. Obie nauki w szczególny sposób są podobne do siebie, gdyż ludzkość wywiera szczególny wpływ na Ziemię w obrębie tych dwóch dziedzin nauki. Dokonuje destrukcji zarówno względem środowiska przyrodniczego, jak i klimatu naszej planety. W szczególności obu tym dyscyplinom naukowym poświęcony jest ten blog.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s

%d blogerów lubi to: