Fudan Genel Bilgisi · Küresel Isınma Jeolojik Açıdan Küresel Isınma
Editörün Notu Küresel ısınmanın önemli bir siyasi ve ekolojik konu haline geldiği günümüzde, "Fudan General Knowledge" "Küresel Isınma" serisini düzenledi. Fudan Üniversitesi Genel Eğitim Merkezi, farklı disiplinlerden öğretmenleri, kendi mesleki alanlarından ve akademik ilgi alanlarından başlayarak, küresel ısınma konusunu farklı açılardan tartışan ve disiplinler arası derinlemesine yorum ve analiz yapan makaleler yazmaya davet ediyor.
"Küresel ısınma" araştırmasının kökeni ve kısa tarihi
1990'lardan bu yana, "küresel ısınma" tartışması yoğunlaştı ve şu anda uluslararası siyaseti ve kamuoyunu kasıp kavuran önemli bir kamu meselesi. Ancak 40-50 yıl önce bilim adamlarının tartışma konusu üç nedenden ötürü "küresel ısınma" değil, "küresel soğuma" idi. Birincisi, 1970'lerde insanoğlu, ilk kez küresel yüzey gözlemleri yapmayı mümkün kılan uzaydan uzaktan algılama teknolojisine sahipti ve büyük ölçekli endüstriyel toz emisyonlarının güneş ışığının insidansını engellediğini ve kuzey yarımkürede birkaç yıl boyunca soğuma fenomenine neden olduğunu buldu (Şekil 1); ikincisi, paleo oşinografinin gelişmesidir. Yüzey ikliminin buzul / buzullararası döngü yasasını ortaya koymaktadır ve her buzullararası dönemin süresi nispeten kısadır. Bu yasaya göre, 10.000 yıldan fazla süren buzullararası dönem sona ermek üzere olabilir ve yüzey iklimi yavaş yavaş bir sonraki buzul dönemine girecektir; üçüncüsü, Amerika Birleşik Devletleri'nin iki büyük grubu ile Sovyetler Birliği arasındaki soğuk savaş tüm hızıyla devam ediyordu ve tüm toplum nükleer savaştan ve nükleer kıştan etkilendi. Gölgeler bitti. Bu bağlamda, batı jeoloji topluluğu o zamanki ABD Başkanı Nixon'a, nükleer savaşın neden olabileceği "küresel soğuma" eğilimine dikkat çekmek için bir mektup yazdı ve hatta kitle medyası "yaklaşan buz çağında nasıl hayatta kalınır" gibi şeyler bildirdi. "Heyecan verici bilgileri bekleyin.
Gürültü ve karışıklığın ortasında, vizyoner sıkıntısı yok.Amerikalı jeokimyacı Wallace Broecker (Şekil 2) en etkili olanlardan biridir. Daha 1975 gibi erken bir tarihte, insan karbondioksit emisyonlarının neden olduğu sera etkisinin küresel ısınmaya yol açacağını belirten bir makale yayınladı.Bu eğilim yakında mevcut soğuma eğilimini alt edecek. Aslında küresel ısınmanın başlangıç noktasındayız! 1980'lerden başlayarak, küresel ortalama yüzey sıcaklığı hızla artmaya başladı. 1990'ların sonunda, ortalama yüzey sıcaklığı 0,5ºC arttı! Bu gerçek, Bullock'un spekülasyonunu tamamen doğruladı. Şimdiye kadar, "küresel ısınma" resmi olarak bilimsel bir sorundan siyasi ve kamusal bir soruna genişledi. 1997'de 141 ülke ve bölge, gelişmiş sanayi ülkelerinin karbon emisyonlarına kısıtlamalar getirilmesi çağrısında bulunan "Kyoto Protokolü" nü imzaladı.
21. yüzyılda, bilim topluluğu yüzey ısınmasının yavaşladığını ve hatta durduğunu keşfetti. 1997-1998 Super El Niño etkinliğinden, bir tartışma turunu tetikleyen 15 yıllık bir "küresel ısınma durgunluk dönemi" (Şekil 1) yaşandı. Bununla birlikte, bu süre zarfında, doğal faktörler, aşırı derecede zayıf ve küresel volkanik aktivitenin yoğunlaştığı bir dönemde güneş aktivitesi gibi küresel soğumaya elverişlidir. Bununla birlikte, titiz hesaplamalardan sonra, bu iki soğutma faktörünün, sera gazlarının sürekli emisyonunun getirdiği ısınma etkisini dengelemek için yeterli olmadığı bulundu. Peki aşırı ısı nereye gitti? Büyük ölçekli izleme ve takip sonrasında, ısının okyanusun derinliklerine girdiği keşfedildi. Okyanus muazzam bir termal enerji deposudur.Sanayi devriminden bu yana, insan yapımı sera etkisi enerjisinin% 90'ından fazlası okyanusun iç kısmına girmiştir ve yüzeyde hapsolmuş ısının% 10'undan azı, 1.3ºC'lik küresel ısınmayı ve artan frekansı tetiklemiştir. Aşırı hava olayları. Okyanus, ısının% 90'ını yüzeye geri döndürürse, iklim etkisi düşünülemez. 2015-2016 Süper El Niño faaliyetleri okyanusun durumunu bir kez daha değiştirdi ve ardından küresel yüzey sıcaklığı yeni bir önemli artış turu başlattı (Şekil 1).
Şekil 1 Atmosferik karbondioksit konsantrasyonunun ve Sanayi Devrimi'nden bu yana küresel ortalama yüzey sıcaklığı dalgalanmalarının kayıtları. Orijinal veriler ABD Okyanus ve Atmosfer İdaresi web sitesinden (www.noaa.gov) gelmektedir.
Şekil 2 Amerikan Bilimler Akademisi üyesi, Columbia Üniversitesi'nde profesör olan Wallace Block (1931-2019), Lamont Deniz Laboratuvarı'nın ruhu olarak bilinir ve küresel iklim değişikliği, okyanus kimyası, okyanus sirkülasyonu ve diğer konuları incelemekle bilim camiasında tanınmaktadır. İnternetten fotoğraflar.
Buzul döngüleri sırasında sıcaklık ve karbondioksitteki değişiklikler
100 yıldan fazla bir süredir, atmosferik karbondioksit konsantrasyonu ile küresel yüzey sıcaklığı arasındaki yakın ilişki (Şekil 1), insanları bilinçaltında ikisi arasında nedensel bir bağlantı olduğuna, yani yükselen karbondioksit konsantrasyonunun ısınmayı teşvik ettiğine inandırdı. Ancak yüzeysel fenomene rağmen, ikisi arasındaki ilişki aslında çok karmaşık. Birkaç yıldan on yıla kadar olan zaman ölçeğinde, güneş aktivitesinin yoğunluğu, volkanik patlamaların ölçeği ve sera etkisi gibi dünyanın iklim sisteminin birçok itici faktörü vardır. İklim sistemi, atmosfer, ormanlar, okyanuslar ve buz tabakaları gibi farklı alt sistemleri içerir ve alt sistemler arasında farklı ölçekte madde ve enerji alışverişi vardır. Karbonun farklı alt sistemlerde kalma süresi de büyük ölçüde değişir. Bu nedenle, karbon emisyonları ve küresel iklim değişikliği ile ilgili nicel araştırmalar çok zorlu bir konudur. Birleşmiş Milletler Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC), farklı ölçeklerdeki karbon emisyonlarının neden olduğu dünyanın gelecekteki ısınmasını tahmin etmek için karmaşık sayısal modeller kullanmaya oybirliğiyle kararlıdır, ancak tahmin sonuçlarının büyük hataları vardır. Bilimsel toplulukta, küresel ısınmanın insan faaliyetlerinden kaynaklandığını sorgulayan hala birkaç bilim adamı var.
Jeolojik kayıt, geçmiş karbondioksit ile iklim değişikliği arasındaki ilişkiyi gözlemlemek ve incelemek için bize iyi bir zaman penceresi sağlar. Antarktika ve Kuzey Kutbu Grönland'daki binlerce metrelik buzul birikintileri bu eski kayıtları sağlıyor. Bu buzullar, son yüzbinlerce yılda biriken kar yağışından oluşur. Kar buzun üzerine düştüğünde, iç kısım gevşektir ve atmosferle doğrudan iletişim kurabilir. Üzerinde yeni kar birikmeye devam ettikçe, karın alt bölgesi sıkışmaya başlar, boşluklar küçülür ve son olarak buzulun içinde birçok hava geçirmez kabarcık oluşur (Şekil 3). Bu baloncuklar antik atmosferin "fosilleridir" ve antik atmosferin kimyasal bileşimi hakkında bilgi içerirler! Bilim adamları, buzul platosunda birkaç kilometrelik buz çekirdeği kazdılar ve şimdi son 800.000 yıldaki atmosferik karbondioksit konsantrasyon dalgalanmalarının geçmişini kurtarabilirler (Şekil 3). Aynı zamanda, buzun kendisi hidrojen ve oksijen olmak üzere iki elementten oluşur ve hidrojen ve oksijenin izotopik fraksiyonlaşması, kar yağışı sırasındaki atmosferik sıcaklıkla ilgilidir. Bu nedenle, hidrojen ve oksijen izotoplarının kullanılması, kutupsal atmosferik sıcaklık geçmişini yeniden oluşturabilir.
Şaşırtıcı bir şekilde, son 800.000 yılda sıcaklık ve karbondioksit konsantrasyon dalgalanmaları neredeyse mükemmel bir ilişki göstermiştir (Şekil 3). Geçtiğimiz 800.000 yılı, her biri ortalama 100.000 yıl olmak üzere 80.000 ila 120.000 yıl süren 8 buzul-buzullararası döngüye bölebiliriz. İlk dört buzul döngüsünün genliği nispeten küçüktür ve son dört döngünün genliği büyüktür. Son dört buz çağını örnek olarak alırsak, atmosferik karbondioksit konsantrasyonu 180-190 ppm (yani, 10.000'de 2.8 ve 2.9 parça) idi ve buzullararası dönemde 280-290 ppm'e yükseldi. Buzul-buzullararası döngüdeki 100 ppm'lik konsantrasyon değişikliği, atmosferdeki fazladan 200 milyar ton karbona eşdeğerdir ve Antarktika'nın sıcaklığındaki 9-12ºC'lik bir artışa karşılık gelir. Buzullar arası dönemde olduğumuz için mevcut iklime daha aşinayız, ancak buzul döneminde yeryüzünün yüzü tamamen başka bir manzara. Soğuktan dolayı, buzul çağı boyunca yeryüzündeki buzulların ölçeği çok büyüktü ve bugünün kuzey Avrupa, Kanada ve Kuzey Amerika Birleşik Devletleri, binlerce metre kalınlığındaki bir buz tabakasının altına sıkıştırılmış durumda. Küresel deniz seviyesi 120 metre düştü, Doğu Çin Denizi'nin kıta sahanlığı kara olarak açığa çıktı ve kıyı şeridi günümüz Okinawa Adaları yakınlarında ilerliyor. Kışın, Doğu Asya kıtasını kasıp kavuran Sibirya yüksek ve soğuk dalgaları bugün olduğundan çok daha sertti ve Çin'in iç kesimlerinde şiddetli kuraklık ve çölleşme meydana geldi. Tropik bölgelerdeki yüzeye yakın atmosferik sıcaklık da 4-6ºC önemli ölçüde düştü. Bu nedenle, dünyanın buzul ve buzullararası iklim durumları arasındaki fark çok önemlidir.
Sanayi Devrimi'nden bu yana, karbondioksit konsantrasyonunun, buzul-buzullararası döngünün genliğini aşan 130 ppm'lik bir artışla 280 ppm'den 410 ppm'ye yükseldiğini belirtmek gerekir (Şekil 3). Ayrıca, 410 ppm karbondioksit konsantrasyonu, Dünya'nın son 800.000 yılda hiç görmediği en yüksek değerdir Bazı insanlar bunun son 10 milyon yıldaki en yüksek değer olduğunu bile düşünüyorlar? Böylesine yüksek bir karbondioksit konsantrasyonu ne tür bir iklim etkisi anlamına gelir? Bu, bilim adamlarının kalbinde çözülmemiş ve ağır bir konudur. Örnek olarak 120.000 yıl önceki buzullararası dönemi ele alalım.O zamanlar, karbondioksit konsantrasyonu içinde bulunduğumuz buzullararası dönemden sadece 5-7 ppm daha yüksekti (Şekil 3). Kutup buzulları, daha sıcak ortam nedeniyle küçük bir alanda parçalandı. Küresel deniz seviyesi 2-5 metre yükseldi.
Peki neden atmosferik karbondioksit konsantrasyonunun şu andaki yüksek zirvesi, buzullararası dönemden buzul çağına iklim geçişine neden olmadı? Bir görüş, buzul-buzullararası döngüde, çalışmamızın amacının Dünya'nın ikliminin milenyum-on-bin yıllık bir zaman ölçeğinde değişmesidir ve iklim değişikliğinin şu anki onlarca yıllık düzeyine doğrudan karşılık gelemez. Ek olarak, buzul-buzullar arası döngüde, neden ve sonuç olan iklim değişikliği ve karbondioksit dalgalanmaları henüz sonuçlandırılmamıştır, bu nedenle basitçe tahmin edilemez.
Diğer bir görüş ise tam tersidir. Atmosferik karbondioksit konsantrasyonundaki mevcut artışın, okyanusun ısınan hacminin genişlemesinden kutup buzullarının hızlı çöküşüne, Kuzey Kutbu yaz deniz buzu alanının küçülmesinden kutup ekosistemlerindeki değişikliklere, okyanustan, iklim sisteminin tüm seviyelerini etkilediğine inanılıyor. Asidifikasyon, mercan resiflerinin aşırı hava olaylarının artan sıklığıyla büyük ölçekli ağartılması, vb., Bunların hepsi bu tür belirtilerdir. Ancak bu sadece başlangıç, karbondioksitin iklim etkisi henüz tam olarak gösterilmemiştir. Yeterli zaman verildiği sürece, karbondioksit konsantrasyonu artmasa bile, iklim değişikliği eğilimi ve derecesi derinleşmeye devam edecektir. Ek olarak, Dünya'nın iklim sisteminin doğrusal olmayan bir sistem olduğuna dair birçok kanıt var. Bu, belirli bir kritik noktada, iklim durumunun aniden bir moddan diğerine hızla sıçrayacağı anlamına gelir. Şu anda bu kritik noktaya yaklaşıyor gibiyiz ve yakında iklim durumunda bir değişiklik olabilir.
Şekil 3 Atmosferik karbondioksit konsantrasyonunun ve Antarktika sıcaklığının son 800.000 yıldaki dalgalanma geçmişi. Orijinal veriler Lüthi ve diğerlerinden (2008, Nature, 453, 379-382) ve ABD Okyanus ve Atmosfer İdaresi web sitesinden (www.noaa.gov) gelmektedir.
Jeolojik tarihte yıkıcı karbon salınımı olayları
Sanayi Devrimi'nden bu yana, insanlık tarafından salınan karbondioksitin ölçeği ve hızı o kadar büyüktü: Az önce bahsedilen buzul döngüsüne ek olarak, jeolojik tarihte benzer bir başka olay, 55 milyon yıl önce başlayan Paleosen'e kadar uzanıyor. Yeni çağda son derece sıcak olaylar. Bilinmeyen nedenlerle denizaltı yamaçlarında gömülü olan doğalgaz hidrat o dönemde büyük ölçüde parçalandı.Binlerce yılda atmosfere 3,5 trilyon ton karbon salındığı tahmin ediliyor; buna karşılık aynı dönemde Küresel ortalama sıcaklık, arka plan değerinden 5-10ºC daha yüksektir.Okyanusun büyük ölçekli asitlenmesi, bentik organizmaların kitlesel yok olmasına yol açar (Şekil 4). Karasal flora ve fauna toplulukları da büyük yok oluşlara ve değişikliklere uğrar.Kutup ve tropikal okyanuslar arasındaki sıcaklık farkı azalmıştır. Okyanus akıntı sisteminin yeniden düzenlenmesi, dünyadaki aşırı hidrolojik olayların yoğunluğunu artırdı ve şiddetli yağışlar, çamur kaymaları, toprak kaymaları ve çökmeler gibi jeolojik felaketler sık sık karada meydana geliyor ... 100.000 yıldan fazla bir süre sonra, dünyanın iklim durumu arka plan değerine geri döndü. Geçtiğimiz 100 yılda insan faaliyetleri tarafından 400 milyar tondan fazla karbon salındı, bu da Paleosen-Eosen aşırı termal olayından çok daha düşük bir mertebede. Bununla birlikte, insanın karbon salım hızı, Paleosen-Eosen aşırı termal olayından çok daha yüksektir. Karbon emisyonlarının mevcut hızlanma eğilimi devam ederse, karbon emisyonlarımızın toplam ölçeği, en erken 140 yıl sonra, yani yaklaşık 5 nesil olan Paleosen-Eosen aşırı sıcak olayı ölçeğine ulaşacaktır.
Fakat atmosferik sıcaklık ve atmosferik karbondioksit konsantrasyonu pozitif olarak ilişkilendirilmeli mi? Yukarıda bahsedilen 800.000 yıllık buz çekirdeği kaydı, yörünge ölçeğinde ikisi arasındaki pozitif korelasyonu kanıtlıyor gibi görünüyor, ancak tüm Senozoik iklim evrim tarihine, özellikle de Eosen-Oligosen dönüşüne (yaklaşık 34 yüz On bin yıl önce) Antarktika buz tabakasının oluşumundan sonra, derin deniz tabanı foraminiferal 18O kaydının yansıttığı küresel soğuma eğilimi, tektonik ölçekte nispeten istikrarlı atmosferik karbondioksit konsantrasyonu kaydı ile ilişkili görünmüyor (Zachos ve diğerleri, 2008 , Nature, 451, 279-283), dünyadaki farklı deniz alanlarının son 12 milyon yıldaki deniz yüzeyi sıcaklık kayıtları, atmosferdeki karbondioksit konsantrasyon kayıtları ile pek tutarlı değildir (Herbert ve diğerleri, 2016, Nature-Geoscience, 9, 843- 849).
Uzun vadeli bir ölçekte jeolojik kayıt bize, dünyanın iklim durumunun istikrarlı olmadığını, ancak ara sıra meydana gelen çevresel felaketlere ek olarak, bir durumdan diğerine atlayarak büyük değişiklikler yaşayabileceğini söylüyor. . Kısa zaman ölçeğindeki tarihsel gözlemler, atmosferdeki karbondioksit konsantrasyonunun iklim değişikliği için bir tetikleyici olabileceğini de göstermektedir. Küresel ısınma ile atmosferik karbondioksit arasındaki ilişki hala belirsiz olsa da, bundan sonra karbon emisyonlarını azaltmak için stratejileri tartışmak ve politikalar oluşturmak akıllıca bir harekettir.
Şekil 455 milyon yıl önce meydana gelen feci karbon salımı olayı, büyük ölçekli okyanus asitleşmesine ve bentik organizmaların yok olmasına yol açtı. Okyanusun derinliklerinden birkaç bin metre uzunluğunda karotlar elde etmek için gelişmiş sondaj teknolojisini kullanın. Bu olay keşfedildiğinde, normal açık gri karbonat yataklarının yerini kırmızımsı kahverengi kil yatakları aldı ve normale dönmesi 100.000 yıldan fazla sürdü. Orijinal resim Zacho ve diğerlerinden (2005, Science, 308, 1611-1615) düzenlenmiş ve değiştirilmiştir.
Bu makalenin içeriği Fudan Üniversitesi Genel Eğitim Merkezi tarafından sağlanmaktadır. .
