Ilustrație de Andrea Nastac

Cum s-a schimbat clima planetei în timp geologic – și de ce de data asta e altfel?35 min read

De Andrei Mihai 31.08.2022

Istoria geologică a planetei e plină de schimbări climatice, iar Pământul a trecut gradual, de mai multe ori, de la îngheț la caniculă. Dar de data asta, schimbarea climatică nu e naturală.

În istoria îndelungată a Pământului, clima s-a schimbat de mai multe ori, iar planeta a trecut fie prin etape călduroase, fie prin etape reci. Schimbările climatice sunt un element natural în istoria geologică, dar asta nu le face nici simple, nici inofensive. 

De fapt, schimbările climatice pot fi periculoase și deseori duc la extincții în masă, mai ales atunci când se întâmplă repede (așa cum e cazul acum). Tocmai de aceea e importantă studierea evoluția climei în timp geologic. Astfel, vei ști mai bine ce efecte vor avea actualele schimbări climatice.

Crezi că acum e cald? Să fi văzut în Triasic

E greu de înțeles intuitiv cât de vechi e Pământul. Specia umană, Homo sapiens, are aproximativ 300.000 de ani, iar primul strămoș al omenirii a apărut acum 5-7 milioane de ani. Australia s-a separat de Antarctica acum vreo 30 de milioane de ani, iar dinozaurii au dispărut acum 65 de milioane de ani, sfârșind o eră care dura de acum 252 de milioane de ani. Copacii au apărut acum 360 de milioane de ani, iar rechinii chiar mai devreme, acum 450 de milioane de ani. Acum un miliard de ani s-a despărțit ramura evoluționară a animalelor de cea a plantelor și fungilor, iar primele forme de viață au apărut acum 3,7 miliarde de ani (sau 4,4 miliarde, după alte estimări).

E amețitor să te gândești cât timp a trecut. Ca să pun lucrurile într-o altă perspectivă, dacă planeta ar avea an, oamenii au apărut pe 31 decembrie, la aproximativ 11:40 PM. Dacă ar fi o singură zi, civilizația umană ar exista de o fracțiune de secundă. Totuși, în acest foarte puțin timp, oamenii au reușit deja să schimbe planeta în mai multe moduri – majoritatea nu foarte plăcute.

De la poluarea cu plastic la bombe atomice, omenirea și-a pus puternic amprenta pe planetă, dar nicio schimbare nu are un impact așa de mare precum încălzirea globală. 

Clima Pământului e influențată de mai mulți factori care pot varia în timp geologic, iar unul dintre aceștia este nivelul gazelor de seră – în special dioxid de carbon. Când omenirea a început să ardă cărbuni (iar mai apoi, petrol și gaze) în Revoluția Industrială, acest lucru a crescut nivelul de gaze de seră din atmosferă, care la rândul lor au crescut temperatura planetei. Un proces de încălzire a planetei s-a mai întâmplat de câteva ori, dar acum este unul mult mai accelerat, iar cauza nu e una naturală, ci antropică.

Cercetătorii folosesc diferite metode indirecte pentru a studia cum a fost clima în trecut. Gheața străveche, fosilele și izotopii sunt doar câteva dintre aceste metode. Desigur, pe măsură ce se duc mai mult înapoi în timp, e din ce în ce mai greu de făcut calcule precise. Cercetătorii știu destul de bine ce s-a întâmplat în ultimul milion de ani, dar au doar estimări generale despre ce s-a întâmplat acum trei sute de milioane de ani, spre exemplu. Dar chiar și estimările generale spun o poveste interesantă.

Pământul a fost cel mai fierbinte imediat după ce s-a format, dar acesta este un caz special, în care nu se poate vorbi de schimbări climatice propriu-zis. În această perioadă timpurie a planetei, atmosfera era formată predominant din gaze provenite din erupții vulcanice, iar crusta nici nu apucase bine să se răcească. Această perioadă e denumită Hadean, un nume potrivit pentru o etapă în care planeta arăta ca un iad. 

După acest iad, a durat destul de mult ca Pământul să intre într-un „normal”. Deși există încă dezbateri despre perioadele timpurii, atunci au avut loc niște schimbări dramatice, în condiții care nu s-ar mai putea repeta. Spre exemplu, acum 2,5-2,2 miliarde de ani,„Huronian glaciation”, wikipedia.org planeta a trecut printr-o mega-glaciațiune, devenind un așa-numit „Pământ bulgăre de zăpadă” (Snowball Earth) din cauza oxidării plăcilor tectonice, care ar fi absorbit prea mult dioxid de carbon din atmosferă – ceea ce nu s-ar mai putea întâmpla în cazul unui Pământ mai matur. 

Voi sări rapid peste un miliard și ceva de ani de istorie, o perioadă pe care geologii o numesc Miliardul Plictisitor.„The Boring Billion, a slingshot for Complex Life on Earth”, nature.com Voi sări și peste tot Paleozoicul – o perioadă de aproape 300 milioane de ani în care viața a evoluat într-un mod absolut incredibil. Peste Paleozoic sar nu pentru că nu ar fi interesant (din contră), ci pentru că dovezile despre climat nu sunt chiar așa de clare, având în vedere durata enormă de timp care a trecut de atunci.

Probabil prima perioadă de încălzire globală majoră care este relevantă pentru situația actuală a avut loc în Triasic – o perioadă în care dinozaurii abia începeau, timid, să scoată capul pe copacul evoluției.

Temperaturi de peste 60 de grade vara

Triasicul a început acum 252 milioane de ani, după una dintre cele mai teribile extincții în masă din istorie (o extincție ale cărei cauze nu sunt așa de clare). Peste 80% din toate genurile biologice au dispărut, iar speciile care au reușit să supraviețuiască s-au adaptat, cu siguranță, foarte greu. Dar au dat din lac în puț.

În Triasic, mai toată masa de uscat era strânsă la un loc în supercontinentul Pangeea, ceea ce limita circulația curenților oceanici. Era teribil de arid în interiorul continentului, fără pic de calote glaciare și cu temperaturi insuportabile vara. 

„Au fost vremurile cele mai fierbinți ale Pământului de când s-a răcit”, a spus în 2012 Paul Wignall, autorul unui studiu„Roasting Triassic heat exterminated tropical life”, newscientist.com despre clima din Triasic.

Conform studiului, efectuat pe baza izotopilor de oxigen obținuți din fosile din perioada respectivă, temperatura a crescut în primele trei milioane de ani ale Triasicului, cu oceanul atingând ocazional temperaturi de 40 de grade Celsius, iar verile, pe uscat, ajungând la peste 50 sau chiar 60 de grade Celsius. Zone întinse ale planetei ar fi fost practic de nelocuit pentru speciile macroscopice – drept dovadă lipsa de fosile din această perioadă. După acești trei milioane de ani, temperaturile medii au început să mai scadă.

Deja se vede o diferență majoră față de situația de acum: e vorba de milioane de ani. Societatea umană a apărut de (circa) 20.000 de ani, dar abia în ultimii 150-200 de ani a început procesul global de creștere a temperaturii. Geologii nu se raportează însă la sute de ani, nici la mii de ani – când e vorba de o încălzire în timp geologic, aceasta are loc în milioane de ani. 

Dincolo de durata scurtă în care se petrece această încălzire, nici alte date nu ajută comparațiile cu trecutul. În Triasic, suprafața Terrei arăta cu totul altfel, circulația aerului era alta, distribuția continentelor era diferită, deci erau cu totul și cu totul alte condiții. Iar condițiile care au provocat acea încălzire au fost unele care se schimbă natural în milioane de ani, nu în secole.

În plus, Triasicul e o perioadă foarte veche, așa că mare parte din dovezi au dispărut. Plăcile tectonice s-au reciclat sau s-au erodat, fosilele au fost distruse, este greu de confirmat fără îndoială și cu exactitate cât de cald era în Triasic. E mai mult o indicație calitativă decât cantitativă: se știe că a fost foarte cald în perioada respectivă, nu se știe exact cât de cald.

O perioada la fel de caldă sau poate chiar mai caldă (conform unor estimări) a avut loc acum aproximativ 55 de milioane de ani, după ce dinozaurii au dispărut, dar mult înainte ca oamenii să apară. Această perioadă de încălzire extremă a avut loc la sfârșitul unei perioade numită Paleocen și începutul unei perioade numită Eocen.

Dacă va fi ca în Eocen, va fi rău

Perioada, numită Maximul Termic Paleocen-Eocen (PETM în engleză), a durat cam 100.000 ani și e privită de specialiști drept un posibil analog al perioadei curente.„Effects of ancient carbon releases suggest possible scenarios for future climate”, ucsc.edu

Temperatura oricum creștea dinspre Paleocen în Eocen, dar pe fondul acestei creșteri generale se vede și un „blip” intens. Nu-l observi? Asta pentru că 100.000 de ani înseamnă o perioadă scurtă în geologie. La o privire mai apropiată, acesta devine vizibil.

În timpul acelui vârf, temperaturile medii au fost cu până la 8 grade Celsius peste temperaturile actuale (din nou, estimările specialiștilor variază). La poli, diferențele au fost mult mai mari, de până la 20 de grade. Polii nu ar fi avut gheață, iar la cercurile polare ajungeau plante și animale din zona ecuatorului. 

Acest vârf seamănă tulburător de mult cu situația curentă. Creșterea de atunci a fost cauzată de o eliberare subită a dioxidului de carbon în atmosferă – exact ceea ce se întâmplă acum. Cercetătorii estimează că„Carbon dioxide forcing alone insufficient to explain Palaeocene-Eocene Thermal Maximum warming”, harvard.edu între 1.500 și 7.000 de gigatone de CO2 au fost emise atunci. Actualmente, activitatea umană a emis aproximativ 2.000 de gigatone, iar emisiile nu se vor opri peste noapte.

Diferența principală dintre cele două perioade e temperatura de bază de la care s-a plecat (care era substanțial mai mare atunci decât acum), dar chiar și așa, apariția unui episod similar e foarte probabilă, pentru că schimbările climatice au o inerție destul de mare. Oamenii au început să își pună amprenta serios asupra climei de nici 200 de ani, e posibil ca acțiunile deja întreprinse să influențeze clima pentru mii și mii de ani.

Nu e clar ce a declanșat acea creștere de CO2 din Eocen. Una dintre teoriile sugerate de dovezile geologice este o eliberare bruscă a substanțelor organice din oceanul adânc, posibil declanșată de o erupție vulcanică majoră. Alte erupții vulcanice, incendii majore de turbă sau chiar un impact cu o cometă au fost discutate drept posibile surse. Este foarte posibil să fi fost vorba de un mix de evenimente diferite care a contribuit la PETM. Însă mai importantă este înțelegerea efectelor acestui eveniment.

Cercetătorii au calculat, cu o aproximare grosieră, că durata acestui eveniment a fost de 100.000 de ani. Adică a fost nevoie de cam 100.000 de ani pentru a se reveni la condițiile de bază după ce a crescut nivelul de CO2 din atmosferă. Unele estimări sunt mai scăzute: aproximativ 80.000, sau chiar spre 30.000 – dar tot e vorba de zeci de mii de ani. De asemenea, PETM a fost asociat cu extincții în masă. Nu chiar ca aceea de dinainte de Triasic, dar totuși PETM a cauzat cea mai mare extincție oceanică din ultimii 90 de milioane de ani.„Ancient Climate Events: Paleocene Eocene Thermal Maximum”, e-education.psu.edu

Practic, ar fi mult mai bine să nu se ajungă la o situație ca cea din PETM – dacă acel moment se va repeta, va fi dezastruos și va dura foarte mult până efectele vor dispărea.

CITEȘTE ȘI: „Nivelul mărilor a crescut alarmant de la începutul erei industriale.” Interviu cu cercetătorul Bogdan Onac 

Cel mai recent milion de ani

Pe măsură ce distanța față de prezent e mai mică, dovezile despre cum a evoluat clima sunt din ce în ce mai bune. În practică, rezoluția graficelor climatice crește. Pot fi deci văzute și elemente mai subtile legate de climă când vine vorba de cea mai recentă perioadă geologică, Cuaternarul (care a început acum 2,58 milioane de ani).

Din punct de vedere geologic, tot Cuaternarul este o eră glaciară. În limbajul curent, era glaciară înseamnă altceva, însă din punct de vedere geologic, o eră glaciară este o perioadă în care există gheață permanent la cel puțin unul dintre poli. Deci, de mai bine de două milioane de ani, Pământul este într-o eră glaciară geologică – un lucru bun pentru omenire, fiindcă înseamnă că temperaturile sunt relativ joase. Ceea ce este înțeles în mod curent ca eră glaciară, este numită glaciațiune de către geologi. Mamuții și tigrul cu dinți-sabie (Smilodon) au dispărut la sfârșitul ultimei glaciațiuni. Actualmente, Pământul se află într-o perioadă interglaciară.

Pentru ultimele sute de mii de ani, felul în care a variat temperatura este destul de clar. Ba mai mult, acesta poate fi corelat cu cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă – iar cele două sunt strâns legate. În schimb, existența prafului atmosferic, prezentată cu roșu mai sus, are un impact mult mai mic sau chiar neglijabil.

Din graficul de mai sus se înțelege de ce, atunci când crește nivelul de CO2, specialiștii se așteaptă să crească și temperaturile globale. Asta nu este doar o corelare: cercetătorii au descris de mai bine de o sută de ani principiul prin care gazele de seră, precum dioxidul de carbon, încălzesc atmosfera.

CITEȘTE ȘI: Gazele cu efect de seră. Cum acționează efectul de seră?

De-a lungul ultimelor sute de mii de ani, temperatura medie s-a schimbat destul de brusc de mai multe ori,„Climate change: evidence from the geological record”, geolsoc.org.uk în episoade care au durat sute sau mii de ani. Aceste schimbări, spun geologii, au fost probabil cauzate de mai mulți factori, printre care și schimbări bruște ale circulației curenților oceanici,„Understanding Abrupt Climate Change in the Late Quaternary ”, eos.org care au fost, la rândul lor, determinate de alte schimbări, inclusiv de prezența dioxidului de carbon. Atunci când se ating niște puncte critice climatice, situația se poate schimba foarte subit.

De ce se schimbă clima în timp geologic?

Pentru a înțelege exact ce rol joacă schimbările climatice induse de omenire, voi trece în revistă și elemente naturale care joacă un rol în climă.

Tectonica poate avea un rol extrem de important în schimbările climatice. Reacțiile chimice de la marginea plăcilor tectonice pot duce la emiterea sau absorbția unor cantități enorme de dioxid de carbon și alte gaze de seră, dar aceste schimbări au loc extrem de lent, pe durata a milioane de ani.
Din punct de vedere tectonic, în ultimii 50 de milioane de ani planeta trece printr-o răcire – acesta e și motivul pentru care temperatura medie pe glob nici măcar nu s-a apropiat de Maximul Termic Paleocen-Eocen (PETM). 

Biologia planetei influențează, de asemenea, clima. Deși geologia lucrează pe milioane de ani, iar biologia operează în general pe perioade mai scurte, cea din urmă poate influența semnificativ clima. Cel mai clar exemplu este apariția primelor bacterii fotosintetizatoare, acum mai bine de un miliard de ani. Aceste bacterii au creat un dezechilibru major, reducând nivelul de CO2 din atmosferă și declanșând o eră glaciară teribilă. 

În mod normal, astfel de evenimente nu ar trebui să existe în istoria curentă a Pământului, dar este important de notat faptul că biologia și clima sunt într-un echilibru. Prin defrișarea pădurilor sau distrugerea algelor care absorb CO2, clima poate fi influențată relativ repede.

Oscilațiile orbitei Pământului joacă de asemenea un rol important. Nu prea le-am menționat până acum, dar influența lor asupra climei e importantă pe termen de zeci de mii de ani. Pământul nu se învârte fix și frumos în jurul Soarelui. Distribuția celorlalte planete și a Lunii produc mici efecte de precesie și înclinare. Aceste efecte ciclice, numite cicluri Milankovitch, determină răciri ciclice.

Tocmai pentru că aceste modificări ale orbitei sunt ciclice și au niște cauze fizice relativ ușor de înțeles, efectul pe termen lung poate fi prezis, motiv pentru care savanții știu că nu cauzează schimbările climatice curente.

Efectele catastrofale (vulcani, meteoriți) pot de asemenea deturna clima, dar e destul de clar că acestea nu se petrec acum. Dacă ar exista erupții vulcanice majore, ar urma câțiva ani (poate chiar zece sau douăzeci) în care temperaturile ar scădea brusc, din cauza aerosolilor emiși în atmosferă, care ar bloca lumina solară. Acest eveniment ar fi o catastrofă teribilă, dar nu ar influența clima pe termen lung. Cu meteoriții situația e mai complexă, dar este puțin probabil să apară un impact serios în următoarele decenii sau secole, iar în trecutul recent n-a existat unul care să influențeze vremea.

Ciclurile solare, care au loc o dată la 11 ani, au un efect minor asupra climei. Este vorba de schimbări de ordinul a 0,1-0,3 grade Celsius între minimele solare și maximele solare.
Uneori, la câteva sute de ani, aceste cicluri pot avea un efect mai pronunțat, producând așa-numitele mari minime solare sau mari maxime solare. Chiar și așa, efectul este unul relativ scăzut față de schimbările care au loc astăzi pe planetă.

Dioxidul de carbon este, atât în timp geologic, cât și în perioada istorică actuală, principalul buton de control„Atmospheric CO2: Principal Control Knob Governing Earth’s Temperature”, science.org pentru climă. Însă reacțiile geologice care controlează dioxidul de carbon din atmosferă (prin reacții geochimice) au loc pe o scară de zeci sau sute de mii de ani – nu este ceea ce se observă acum.

Partea bună la dioxidul de carbon e că poate fi măsurat relativ ușor, mai ales de când cu dezvoltarea sateliților. Ba mai mult, poate fi măsurat destul de clar și cum a evoluat nivelul de CO2 în trecut. Dacă pentru Eocen sau Triasic dovezile sunt mai greu de găsit și dezbaterile mai aprinse, pentru ultimul milion de ani știu cum cum a evoluat carbonul din atmosferă. Nimic nu se compară cu ce se întâmplă acum.

Schimbările climatice actuale în contextul geologic

Clima planetei s-a schimbat de numeroase ori în timp geologic și va continua să se schimbe, cu sau fără oameni. De cele mai multe ori, schimbările sunt lente, au loc în decurs de zeci sau sute de mii de ani, ori chiar milioane de ani. Există, de asemenea, și cicluri planetare cu durată îndelungată și, uneori, au loc și evenimente cataclismice care transformă radical clima planetei. Studiindu-le pe toate acestea și deslușindu-le interacțiunile complexe, situația actuală poate fi înțeleasă mai bine.

Omenirea a început să emită gaze de seră în cantități semnificative de aproximativ 150 de ani – o perioadă care e doar un instantaneu în timp geologic. În acest interval, dioxidul de carbon din atmosferă a ajuns la un nivel nemaiîntâlnit de un milion de ani. Practic, oamenii au produs deja o schimbare geologică asupra planetei. Rămâne de văzut exact cât de mare și severă va fi această schimbare, dar din punct de vedere geologic, ce ce se întâmplă acum e mai degrabă comparabil cu impactul cu un meteorit decât cu un ciclu natural.

CITEȘTE ȘI: Am vorbit cu cercetătoarea care l-a făcut savant pe Leonardo DiCaprio

Trecutul planetei arată că, atunci când au loc astfel de schimbări bruște, viața se adaptează foarte greu. Schimbările climatice bruște cauzează deseori extincții majore„Vertebrates on the brink as indicators of biological annihilation and the sixth mass extinction”, PNAS  – ceea ce se observă și acum.

E importantă studierea trecutului geologic al Pământului pentru a ști ce se va întâmpla în continuare. Dar e și mai important ca oamenii să realizeze că ceea ce se petrece acum nu e un proces natural, ci unul declanșat de activitățile umane. Pentru a evita o catastrofă precum cele din trecutul geologic al planetei, reducerea cât mai rapidă a emisiilor de gaze de seră este esențială.


În seria Climate 101, analizăm pe larg problema schimbărilor climatice și care este știința din spatele afirmațiilor despre încălzirea planetei. Sperăm că la finalul acestei serii de articole să fie mai clar de ce este problema cea mai importantă cu care se confruntă omenirea în secolul XXI.



Text de

Andrei Mihai

Geofizician ziua, jurnalist de știință noaptea. Adoră o poveste bună. Pasionat de natură, știință, uneori și de oameni.


Ilustrație de

Andrea Nastac

Derulează pixeli de imaginație în grafică și fotografie. Soundtrack-ul de lucru e mereu muzica dată la maxim, chestie care incurajează culorile să pice armonice pe ecran.

MEDIU|STUDIU

Studiu: chimicale dispersate la altitudini înalte ar putea încetini topirea calotelor glaciare

De
Un plan teoretic de rerăcire a zonelor polare susține că dispersarea dioxidului de sulf în stratosferă, prin intermediul unei flote de avioane masive, ar putea încetini sau chiar opri topirea calotelor glaciare
MEDIU|Q&A

„Avem o planetă, nu cinci. Trebuie să ne gândim la asta.” Interviu cu ecologul Chris Hines

De
Chris Hines va ajunge la începutul lui octombrie în București, unde va vorbi, în cadrul Climate Change Summit, despre principalele provocări legate de mediu și soluțiile care se întrevăd.
MEDIU|SCI-FACTS

9 vestigii descoperite pe fundul râurilor secate vara asta

De
O flotă de război din Al Doilea Război Mondial în Serbia și un sat roman în Spania sunt doar câteva dintre lucrurile scoase la suprafață de seceta cdin această vară. 
MEDIU|BIODIVERSITATE URBANĂ

Bufnițele. Vestitoare ale morții sau purtătoare de noroc?

De
Prădătoare nocturne, extrem de silențioase când zboară și foarte gălăgioase când comunică, solitare și misterioase, bufnițele trăiesc între 5 și 50 de ani și vânează până la 10.000 de șoareci într-un an.