Mokslo ir technologijų pasaulis

Istorinis žvilgsnis

Anksčiau manyta, kad ankstyviausiais Žemės laikais temperatūra jos paviršiuje buvo labai aukšta – čia telkšojo magmos „jūros“, susidariusios dėl asteroidų smūgių ir vidinio Žemės karščio. Tačiau seniausi rasti Žemės mineralai ir uolienos, kurių amžius siekia 4,4–4,3 mlrd. metų, liudija, kad jau tada Žemės paviršiuje tyvuliavo nors ir karšto, bet skysto vandens vandenynas. Prieš 2,5 mlrd. m. jo temperatūra dar buvo apie 70–80 °C, bet nuo tada sparčiai vėso. Prieš ~2,3 mlrd. m. įvyko pirmasis pasaulinis Huronio ledynmetis. Manoma, svarbiausia to priežastis – atmosferoje atsiradęs deguonis, kurį fotosintezės būdu gamino bakterijos. Dėl to atmosferoje sumažėjo metano ir susilpnėjo šiltnamio reiškinys. Prieš 1,5 mlrd. m. vandenyno temperatūra sumažėjo jau iki 20–30°C.

Prieš ~850 mln. m. Žemę ištiko didžiausias jos istorijoje ledynmetis, vadinamas kriogeno periodu, trukęs beveik 200 mln. metų. Jo metu temperatūra galėjo nukristi iki -20 ar net -50 °C, žemynus dengė ledas, kurio vidutinis storis siekė 3 000 metrų. Vandenynas visiškai užšalo, o jo lygis nukrito net iki 1,5 km.

Po kriogeno ledynmečio pastaruosius 600 mln. m. Žemėje vyrauja labai šiltas klimatas, kurį paįvairino tik keletas palyginti neilgų ledynmečių – ordoviko (prieš ~446–444 mln. m.), karbono-permo (prieš ~300 mln. m.) ir dabartinis, prasidėjęs prieš kelis milijonus metų.

Itin šiltas laikotarpis buvo prieš 55 mln. metų, kai neliko ledynų, o ties Šiaurės ašigaliu vidutinė temperatūra buvo apie 24 °C. Dar vienas klimato atšilimo laikotarpis buvo prieš 35 mln. metų. Tuo metu CO₂ atmosferoje buvo 3 kartus daugiau negu dabar, o vandenyno lygis buvo 73 metrais aukštesnis. Maždaug prieš 34 mln. metų sąlygos Žemėje ėmė keistis nuo „šiltnamio“ prie „šaldytuvo“, CO₂ kiekis nukrito iki 280 ppm, pažemėjo ir vandenyno lygis.

Prieš 25 mln. m. Antarktida, iki tol buvęs žalias žemynas, ėmė dengtis ledo šarvu. Pirmiausiai jis uždengė Rytų Antarktidą, kur išliko ligi šiol ir yra seniausias Žemėje, o prieš 14 mln. m. išplito ir Vakarų Antarktidoje. Prieš 3,5–4 mln. m. temperatūra Žemėje vėl pakilo bent 3 laipsniais, o vandenyno lygis buvo maždaug 25 metrais aukštesnis už dabartinį. Prieš 3,5–3 mln. m. klimatas ėmė vėsti ir ledynai išplito Grenlandijoje. Tai jau buvo ledynmečio pradžia, nors didžiausio masto apledėjimai pasiekė per pastaruosius 650 tūkst. m. Nuo tada būta bent aštuonių atšalimo ir pašiltėjimo laikotarpių. Didžiausiųjų metu ledynai uždengdavo didelius Šiaurės Amerikos ir Europos plotus, pietinėse platumose plėtėsi dykumos, o vandenyno lygis nukrisdavo 130–150 m. Tarpledynmečiais temperatūra pakildavo keliais laipsniais. Per paskutinįjį, prieš 130–116 tūkst. m., ji buvo maždaug 5 °C aukštesnė negu dabar.

Paskutinis didysis ledynmetis

Paskutiniojo apledėjimo metu didžiausią tūrį ledynai pasiekė prieš 20 tūkst. metų, o iš Lietuvos pasitraukė prieš 13–13,5 tūkst. metų, tačiau prieš 12 900 m. vėl staiga atšalo. Vos per 20 metų vidutinė liepos mėnesio temperatūra šiauriniame pusrutulyje nukrito apie 10 °C – iki ledynmečio lygio. Ledynai vėl ėmė slinkti. Šiauriniame Atlante susiklostė vadinamieji „Heinricho sluoksniai“ – nuosėdos, suneštos gausių ledkalnių, sklidusių nuo Kanados ledyninio skydo pakraščio ir iš ten plūdusių tirpsmo vandens srautų. Šis atšalimo laikotarpis, vadinamas Ankstyvuoju Driasu, truko vos tūkstantį metų, bet kaip tik tada išmirė daug stambiųjų žinduolių, tarp jų ir mamutai.

Prieš 11 700 m. temperatūra visoje Žemėje vėl staiga atšilo. Tai įvyko labai greitai – 4 °C vos per 50 m., kitų autorių duomenimis – 7 °C vos per 10–20 metų. JAV mokslininkai pateikė duomenų (tiesa, kol kas dar nepakankamų), kad šį staigų, bet laikiną klimato atšilimą galėjo sukelti kometos ar asteroido kritimas ant Šiaurės Amerikos ledyno skydo.

Šis atšilimas ir laikomas pastarojo apledėjimo pabaiga ir poledynmečio pradžia. Bet ir vėliau būta žymių klimato svyravimų. Šilčiausiu laikotarpiu, vadinamu atlančiu (8 600–5 730 m.), vidutinė temperatūra buvo 1–2 °C aukštesnė negu dabar. Lietuvos miškuose išplito lapuočiai – liepos, guobos, ąžuolai. Bet ir tada, prieš 8 200 metų, įvyko trumpas, tačiau stiprus ir staigus atšalimas. Jo žymių surasta Grenlandijos ledo storymėje ir pietų Vokietijos Amerzėjo (Amersee) ežero nuosėdų moliuskų geldelėse.

Mažasis viduramžių ledynmetis

Jau istoriniais laikais santykinis pašiltėjimas buvo ankstyvaisiais viduramžiais, maždaug X–XII amžiais. Jį pakeitė naujas stiprus atšalimas, buvęs Europoje ir Šiaurės Amerikoje maždaug nuo XIV iki XIX amžiaus, pavadintas mažuoju ledynmečiu. Tada Europos kalnuose pailgėjo ledynai. 1690 m. vidutinė temperatūra Anglijoje, jau tiesiogiai išmatuota, buvo 2 °C žemesnė negu dabar. XVI a. viduryje tapytuose dailininko Piterio Breigelio Vyresniojo paveiksluose žmonės Olandijoje brenda per gilų sniegą ir čiuožinėja užšalusiais kanalais, o tai dabar atsitinka retai. Šio atšalimo metu apie 1500 m. išnyko norvegų kolonija Grenlandijoje. Vikingai surado Grenlandiją 984 m., ir įsikūrė tenai ankstyvųjų viduramžių šiltuoju laikotarpiu. Jie vertėsi gyvulininkyste ir žemdirbyste, todėl nesugebėjo prisitaikyti prie atšalimo. Beje, inuitai, atėję į Grenlandiją vėliau už norvegus, sugebėjo išgyventi, nes mokėjo medžioti jūros gyvūnus.

Paskutiniais dešimtmečiais klimatas vėl šiltėja. Nuo XIX a. aštuntojo dešimtmečio temperatūra pakilo maždaug 0,7–0,8 °C. Bet kiek tai truks ir kaip keisis klimatas ateityje – nuomonės skirtingos. Vieni tyrėjai teigia, kad pastarojo meto pašiltėjimas yra „šiltnamio reiškinys“, sukeltas žmogaus išskiriamo anglies dioksido. Kiti mano, kad pašiltėjimą lemia gamtinės priežastys – juk gyvename vienu šalčiausių Žemės istorijos laikotarpių ir gal jau po kelių tūkstančių metų prasidės naujas apledėjimas…

Klimato kaitos priežastys

Klimatą veikia daugybė sąveikaujančių veiksnių, kuriuos pagal stiprumą ir trukmę galima išskaidyti į keletą lygių.

Pirmojo lygio veiksniai – tai Saulės spinduliuotės stiprio kitimas, kuris didėja nuo pat jos susidarymo prieš 5 mlrd. metų. Šiam lygiui priskiriama ir ilgalaikė Žemės atmosferos sudėties kaita. Pirminėje atmosferoje buvo daug daugiau anglies dioksido, metano ir kitų šiltnamio reiškinį sukeliančių dujų. Svarbus veiksnys ir Mėnulis, kuris lėtina Žemės sukimąsi ir jos ašies svyravimą, bet ilgainiui vis tolsta nuo Žemės. Šio lygio veiksniai kinta per milijardus metų, o jų sukeliami Žemės paviršiaus temperatūros pokyčiai siekia keliasdešimt laipsnių.

Antrojo lygio veiksniai – tai nuolat kintanti žemynų padėtis Žemės paviršiuje. Judėdami jie susitelkia tai viename, tai kitame pusrutulyje, tai ties pusiauju, tai apie ašigalius. Nuo to priklauso, kiek Saulės energijos sugeria Žemės paviršius. Su žemynų plotais ir padėtimi tiesiogiai siejasi ir vandenynų išsidėstymas, jų srovės, apytaka, o tai veikia atmosferos sudėtį ir būklę, šilumos pasiskirstymą Žemės paviršiuje, ledynų susidarymą. Šie veiksniai veikia šimtus milijonų metų ir sukelia 15–20 °C dydžio Žemės paviršiaus temperatūros pokyčius.

Trečiojo lygio veiksniai – tai Žemės atstumo nuo Saulės (orbitos ekscentriškumo), jos ašies padėties ir polinkio periodiškas kitimas. Dėl to periodiškai svyruoja ir Saulės energijos kiekis, šildantis Žemės paviršių. Tai vadinama Milankovičiaus ciklu, kuris neblogai paaiškina pastarojo laikotarpio apledėjimų ir tarpledynmečių kaitą. Šie veiksniai kinta šimtų tūkstančių metų laikotarpiu ir sukelia maždaug 10 °C dydžio Žemės temperatūros pokyčius.

Ketvirtojo lygio veiksniai yra ugnikalnių išsiveržimai, asteroidų smūgiai, periodiški Saulės aktyvumo svyravimai ir staigūs jo pokyčiai – „audros“, įvairūs trumpalaikiai vandenyno ir atmosferos reiškiniai, gyvybės, taip pat ir žmogaus įtaka atmosferos sudėčiai. Jie veikia iki kelių dešimčių ar šimtų metų ir sukelia kelių laipsnių temperatūros svyravimą.