enkl.gif
Občanské sdružení Česká geologie
Pštrsossova 16
11000 Praha 1
e-mail: ceskageologie@volny.cz

Změny teplot v historii Země a co z toho vyplývá pro současnost

holocenvybuchyodVEI5.jpg

Úvod

Hlavním zdrojem tepla na zemském povrchu je sluneční energie. Teplo pocházející z nitra Země i všechny ostatní zdroje mají nepatrný podíl.

Sluneční záření (převážně viditelné světlo) se od vysokých vrstev atmosféry až po zemský povrch zčásti odráží a rozptyluje, zčásti přeměňuje na teplo. Část tepla je vyzařována zpět v podobě infračerveného záření. Jak nedávno zjistili čeští geofyzici, určitý podíl tepla ze slunečních paprsků dopadajících na pevninu se účastní složitých pochodů v zemské kůře, kde je hlavním zdrojem energie pro pohyb kontinentů, zemětřesení a sopečnou činnost. Tyto souvislosti zatím nebyly do modelů budoucího vývoje teplot zahrnuty.

Část infračerveného záření je v ovzduší odrážena a pohlcována oblačností a tzv. skleníkovými plyny. Kromě vodní páry jde hlavně o oxid uhličitý (CO2), dále methan a oxid dusný. Skleníkové plyny (spolu s oblačností a prouděním vzduchu) také zmírňují teplotní rozdíly mezi dnem a nocí. Bez skleníkových plynů by i průměrná teplota byla nižší (na Měsíci, který je stejně daleko od Slunce a nemá atmosféru, je průměrná teplota -23°C; nebyl by však o tolik chladnější, kdyby se den a noc střídaly stejně rychle jako na Zemi).

Dlouhodobý vývoj klimatu

V řádu miliard let je výraznou změnou postupné narůstání sluneční aktivity. Před 3,8 miliardami let dosahoval zářivý výkon Slunce jen asi 3/4 dnešní hodnoty. Asi za miliardu let bude Slunce již zářit tak silně, že by se ze zemského povrchu mohla vypařit všechna kapalná voda. Podle záznamu v horninách byly průměrné teploty zemského povrchu po většinu geologické historie srovnatelné s dnešními, což bylo v době, kdy sluneční aktivita byla výrazně slabší, možné jen díky mnohem silnějšímu skleníkovému efektu. To také znamená, že byly menší teplotní rozdíly mezi dnem a nocí, létem a zimou, rovníkem a pólem apod.

Na skleníkovém efektu se tehdy mnohem více než dnes podílel methan, který postupně ubýval vlivem přibývání kyslíku. Pomalu se snižoval i obsah CO2. Před asi 750 milióny let, v období pozdních starohor, došlo zřejmě k největšímu zalednění v historii Země - podle některých autorů dokonce zamrzl celý oceán. Už v prvohorách, které již můžeme díky hojným makroskopickým zkamenělinám zkoumat mnohem podrobněji, docházelo k mnoha klimatickým výkyvům, které měly podle všeho podobné příčiny jako v současnosti. Pevniny však byly zpočátku pusté, bez jakékoliv vegetace, a teprve ve druhé polovině starších prvohor se život rozšířil i na souš.

K výkyvům docházelo i v druhohorách, převážně však šlo o celkově teplé období, kdy zřejmě nikde na pevnině neexistoval celoroční led. Samotné změny teplot tedy nevedly k výraznému kolísání mořské hladiny, na rozdíl od čtvrtohor. Známá katastrofa na konci druhohor, spojená s vyhynutím dinosaurů, byla způsobena dopadem planetky v místech dnešního pobřeží Mexika (kráter Chicxulub). Nejprve byla většina pevnin zasažena žárem od vyvrženin z místa dopadu (rozžhavených výbuchem planetky a poté i třením ve vzduchu), ale brzy poté nastalo období trvající snad několik let, kdy kvůli prachu (a možná i aerosolu kyseliny sírové) ve vysoké atmosféře v podstatě nesvítilo Slunce. V geologicky velmi krátkém čase se však podnebí vrátilo do normálu.

Asi před 53 milióny let průměrné teploty, zhruba o 5 °C vyšší než současné, naposledy překonaly hodnotu z konce druhohor a začalo dlouhodobé ochlazování. Příčinou by mohla být klesající koncentrace CO2. Část uhlíku z CO2 se dostává v podobě organických zbytků a vápencových schránek do usazených hornin (které se mohou geologickými pochody dostat až do zemského pláště), a ani vulkanismus tento úbytek CO2 (spojený i se vznikem fosilních paliv) nevyrovnává - teprve lidská činnost vychýlila koloběh uhlíku opačným směrem od rovnováhy. Před 35 milióny let došlo navíc k rychlejšímu poklesu teplot, který by mohl souviset s několika dopady planetek (např. kráter Popigaj). Tehdy se vytvořil také led v Antarktidě, který patrně už nikdy úplně neroztál. K tomu přispívá také izolovaná poloha antarktické pevniny u pólu, jaká možná v geologické historii vůbec nemá obdoby. Dlouhé trvání chladnějšího výkyvu asi před 35-26 mil. let může souviset se silným vulkanismem v té době. Další ochlazování začalo asi před 15-16 milióny let; opět je možná souvislost jak se sopečnou činností, tak i s dopady kosmických těles (při jednom z nich vznikly i vltavíny). Při dlouhodobém ochlazování na konci třetihor se zřejmě také zvětšovaly rozdíly mezi chladnými a teplými výkyvy, což by souhlasilo s úbytkem skleníkových plynů.

Ve starších čtvrtohorách (pleistocénu), jejichž počátek je nově stanoven na dobu před 2,6 milióny let, se vystřídalo několik ledových dob. Rekordní rozšíření kontinentálního ledovce ze severní Evropy zasáhlo až okraje České vysočiny, kde také vznikly menší horské ledovce. Dnes se jako „ledové doby" označují období trvající přes sto tisíc let, skutečné ledové doby však byly spíše jen kratší úseky v těchto chladnějších obdobích. Naopak uprostřed dob meziledových bylo ještě o trochu tepleji než v současnosti. Hlavní příčinou střídání teplot jsou zřejmě astronomické, tzv. Milankovičovy cykly, které sice nemění celkové množství slunečního záření dopadajícího na planetu, ale mění jeho rozdělení mezi různé oblasti (méně je znám vliv změn sluneční aktivity). Při současném rozložení pevnin je rozhodující oslunění velké plochy souše kolem 65. rovnoběžky severní šířky. Tyto „cykly" však nejsou tak jednoduché jako třeba střídání dne a noci nebo ročních období. Zatímco střídání ročních období nemá skoro žádný vliv na rozdíl teploty ráno a večer stejného dne, délky nejdůležitějších Milankovičových cyklů jsou mnohem více sblížené, a proto se většinou musí uvažovat působení tří cyklů současně.

Jak může malé pootočení zeměkoule vůči dopadajícímu slunečnímu záření způsobit oteplení nebo ochlazení celé planety? Když se na pevnině ochladí tak, že se může udržet sněhová pokrývka, odráží se mnohem více slunečního záření zpět do vesmíru a povrch i ovzduší jsou tak zahřívány mnohem méně. Jde tedy o silnou pozitivní zpětnou vazbu. Pokud se ocitne pod sněhem obrovská plocha pevnin, je již účinek celosvětový (globální). Stejně tak když tají ledovce v polárních a horských oblastech, pozitivní zpětná vazba přispívá k oteplování i na globální úrovni. Další pozitivní zpětnou vazbu představuje uvolňování skleníkových plynů CO2 a methanu z ohřívající se mořské vody a tajících ledovců.

Geologický záznam ukazuje, že na konci mnoha studených období probíhalo velmi rychlé oteplení (možná již v řádu desítek let v průměru téměř o 10 °C, dvouciferné hodnoty mohly být skutečně dosaženy v některých oblastech). Tak rychlé oteplení nemohlo být způsobeno pouze slunečními a Milankovičovými cykly. Svou roli tedy sehrály pozitivní zpětné vazby. Riziko podobného velmi rychlého (i když v dohledné době ne tak extrémního) oteplení tedy není vyloučeno. To je důvod k jisté předběžné opatrnosti v emisích skleníkových plynů, i když vliv člověka na klima je zatím ve srovnání s přírodními vlivy velmi malý. Naopak globální ochlazování, s výjimkou katastrofických událostí jako extrémní sopečné výbuchy, probíhala podstatně pomaleji.

Snad největší takovou katastrofou ve čtvrtohorách byl výbuch sopky Toba na Sumatře asi před 73 tisíci let. Pozůstatkem je obří kráter, dnes vyplněný jezerem. Odhaduje se, že bylo vyvrženo 800 km3 sopečného popela a 6 miliard tun oxidu siřičitého. Ten kromě velmi kyselých dešťů způsobil také vznik aerosolu kyseliny sírové ve vysokých vrstvách atmosféry, který odrážel sluneční záření a tak ochlazoval celou planetu až o 5 °C nejméně po několik desetiletí. Šlo o poslední celosvětové vymírání druhů v geologické historii, a podle genetických výzkumů nepřežila tuto katastrofu ani většina tehdejších lidí. Není vyloučeno, že toto ochlazení, i když dočasné, uspíšilo nástup ledové doby brzy poté.

Podnebí v mladších čtvrtohorách, krátkodobé změny a vliv člověka

Jako mladší čtvrtohory neboli holocén se označuje období od definitivního konce poslední doby ledové před asi 10300 až 11700 lety. Uloženiny z tohoto období jsou zachovány většinou mnohem lépe než pleistocenní a umožňují velmi podrobné členění. Nejdůležitější událostí byl vznik zemědělství a díky němu mnohonásobný nárůst počtu lidí. Zajímavé je, že už v pravěku mohl člověk zemědělstvím podnebí ovlivnit. Pěstováním rýže totiž způsobil vzestup koncentrací methanu nad přirozenou úroveň, znatelný asi od roku 3000 př.n.l., a podle některých autorů toto zabránilo globálnímu ochlazení v té době (podobně někteří soudí, že další doba ledová by již nastala, nebýt emisí CO2 od průmyslové revoluce).

V holocénu můžeme dobře sledovat také vliv krátkodobějších změn sluneční aktivity. Zářivý výkon Slunce je úměrný počtu slunečních skvrn, které jsou pozorovány už od roku 1610. To umožňuje dostatečně přesně nastavit nepřímé metody zjišťování sluneční aktivity i ve starších obdobích, nejméně za posledních 14 000 let. Také sluneční aktivita má cyklické změny, které jsou však ještě složitější než Milankovičovy cykly. Nejznámější je jedenáctiletý cyklus, dále se uvádí jisté pravidelnosti nejčastěji v intervalech 60-120, 205-210, 600-700 a 2000-2400 let (pravděpodobné jsou i cykly mnohem delší, až 220-250 miliónů let v souvislosti s pohybem Sluneční soustavy Galaxií). Většina cyklů dlouhých desítky až stovky let je dána oběhem velkých planet, ale tyto vztahy jsou komplikované, protože působení planet na nitro Slunce není při každém opakování určité významné pozice stejné.

Kupodivu také v četnosti silných sopečných výbuchů v holocénu můžeme sledovat, i přes neúplnost záznamu, střídání období se zřetelně slabší a zřetelně silnější sopečnou činností, které by mohlo odpovídat cyklu 2000-2400 let ve sluneční aktivitě. To by souhlasilo se zjištěním, že sluneční záření je hlavním zdrojem energie také pro vulkanismus.

V grafu jsou nejsilnější známé sopečné výbuchy (na svislé ose hodnota indexu VEI, na vodorovné letopočet) od roku 9000 př.n.l. (podle Global Volcanism Program).

Výbuch sopky Pinatubo na Filipínách v r. 1991 (index VEI = 6, zatím poslední takto silný) způsobil celosvětové ochlazení v prvním roce asi o 0,5-2 °C.

Minimum sluneční aktivity v 17. a na počátku 18. století způsobilo tzv. Malou dobu ledovou, která značně zhoršila podmínky např. v severní Evropě, což byla patrně jedna z příčin švédských výbojů za třicetileté války i po ní.

Od 19. století dochází především vlivem lidské činnosti k nárůstu obsahů oxidu uhličitého (hlavně spalováním ropy a uhlí), ale i methanu a oxidu dusného v atmosféře. Je tedy logické, že se nárůst obsahu skleníkových plynů aspoň zčásti podílí na probíhajícím globálním oteplování. Protože existují dost přesná čísla např. o množství fosilních paliv spálených za určitou dobu, je nezpochybnitelné i to, že zesílení skleníkového efektu způsobuje především lidská činnost. Zatím však nelze dost přesně odpovědět, nakolik se na oteplování podílí zesilování skleníkového efektu a nakolik jde o "přirozený" vývoj. Přestože v globálním průměru se otepluje, mohou existovat i oblasti, kde dochází k ochlazování.

Na teplotu působí také negativní zpětné vazby. Nejzajímavější z nich je předpokládaná možnost zastavení nebo aspoň oslabení Golfského proudu vlivem tání arktického ledu. To by způsobilo značné ochlazení právě v těch oblastech severní Evropy a Ameriky, kde by mohly opět vzniknout rozsáhlé ledovce. Objevil se názor, že tání arktické polární čepičky stojí i za letošním velmi studeným začátkem jara ve střední Evropě.

Působení mnoha činitelů, zpětné vazby a poměrně krátká doba, po kterou člověk podnebí sleduje, velmi komplikují jakékoliv přesné předpovědi. Odhady, o kolik stupňů se oteplí během 50-100 let (pokud vůbec) a kolik z toho bude činit příspěvek člověka při různých hodnotách emisí skleníkových plynů, se velmi liší a nelze říci, který je nejblíže skutečnosti (jisté jen je, že kdo tvrdí, že pouze jeho čísla jsou správná, je nevěrohodný). Podle některých autorů bude příštích sto let klesat sluneční aktivita, což se projeví ochlazováním. V otázkách sluneční aktivity a přeměn sluneční energie v zemské kůře lze ještě očekávat mnoho nových objevů, a třeba se díky nim může ukázat, že pravdu měla menšina.

Podnebí představuje velmi složitý a citlivý systém, což na jedné straně vybízí k opatrnosti, ale zároveň vývoj klimatu dokazuje, že žádné lidské úsilí nemůže zabránit určitým změnám, včetně nežádoucích. Z tohoto pohledu se jeví jako přehnaná některá opatření proti skleníkovým plynům (zvláště „geologické ukládání CO2"), naopak podceněna je prevence tragických následků klimatických změn a přírodních katastrof vůbec, jak ukázalo např. tsunami v Indickém oceánu v roce 2004. Povzbudivé naopak je, že lidstvo přečkalo i mnohem horší přírodní katastrofy, než jaké hrozí v souvislosti s probíhajícím oteplováním.

sestavil Václav Procházka na základě informací z přednášek (J. Kovanda, J. Kadlec, I. Chlupáč), zdrojů volně dostupných na internetu, a výzkumu vlivu slunečního záření na „vnitřní" geologické procesy, jehož první výsledky byly zveřejněny v monografii „Náklony, globální tektonika a predikce zemětřesení" (P. Kalenda, L. Neumann a kol., 2011)

Příbram, duben 2013; úprava 24.11. 2013

24.11.2013 01:26:03
vprochaska
Přihlašte se k odběru novinek na stránkách
Opište prosím kontrolní kód "9366"
Name
Email
Comment
Or visit this link or this one