| Predrag Bokšić |
| VODIČ KROZ LEDENA DOBA |
| ZA ASTRONOME |
Slika 8.1 Prosečne temperature tokom 540 miliona godina (Kambrijum - Holocen) [54].
Pre više milijardi godina Sunce je moralo biti mlada zvezda manjeg sjaja nego danas – 70% manjeg prema standardnom modelu evolucije zvezda. Luminoznost u prošlosti je data kao funkcija vremena sa:
gde su t0 sadašnja starost Sunca, t je starost Sunca u prošlosti, t ≤ t0, L0 je sadašnja luminoznost Sunca. Kada je Sunce počelo da sija pre 4,6 milijardi godina luminoznost je bila 5/7 od današnje vrednosti. Danas je t/t0 = 1, pa je luminoznost L0 = 3,839×1026 W. Na primer, pre 570 miliona godina Sunce je bilo 4,5% manjeg sjaja nego danas. (Slične zvezde menjaju sjaj od 0,1% do 0,4%) [14].
Sedimenti od pre 3,8 milijardi godina pokazuju da je voda bila u tečnom stanju i da je temperatura bila visoka. Glacijacije nisu zabeležene sve do pre 2,7 milijardi godina. Zemlja je u poslednjih 5 miliona godina bila hladnija u proseku nego igde u poslednjih 550 miliona godina (slika 8.1). Izuzetak je ekstrem koji se desio pre 300 miliona godina. Klima tokom fenerozoika je okarakterisana sporim rastom sjaja Sunca i višom koncentracijom ugljen-dioksida u atmosferi.
Kada pogledamo pad prosečne temperature tokom nekoliko milijardi godina, nalazimo da je ovo u suprotnosti sa očekivanjem rasta temperature zbog rasta sjaja Sunca. Najverovatnje objašnjenje leži u vulkanskoj aktivnosti i ondašnjem sastavu atmosfere kada je postojala velika koncentracija ugljen dioksida u atmosferi.
8.2 Zadržavanje toplote u atmosferi
Slika 8.2 Gore: ukupno forsiranje klime (promene luminoznosti Sunca i forsiranje poreklom od ugljen-dioksida) u vatima po kvadratnom metru. Debela kriva je koncentracija ugljen-dioksida prema projektu GEOCARB III, a tanka kriva je “proxy” veličina (veličina koja se meri u prirodi, odakle se dobija izvedena veličina, npr. rastvoreni CO2). Stepen geografske paleolatitude, na donjem delu slike za isto vreme pokazuje do koje geografske paleolatitude se prostiru glečeri polazeći od 90o (pol, na preseku osa), pa prema ekvatoru (osa ide do 0 stepeni naniže). Blede vertikalne linije pre oko 100 My su hladni periodi za koje nije precizirano prostiranje u stepenima paleolatitude [14].
Ledena doba i ugljen-dioksid dele dugu zajedničku istoriju. Ledena sedimentna jezgra na primer sadrže istoriju promene CO2. Krive promena ugljen-dioksida su gotovo identične po fazama i amplitudama kao i krive promena prosečne temperature (slika 2.1, strana 16). Prosečna temperatura zavisi od ugljen-dioksida, ali važi i obratno. Na određenim temperaturama se poboljšava uklanjanje gasa putem geohemijskih reakcija.
Na slici 8.2 je grafik ukupnog forsiranja klime za period Fenerozoika, pretpostavljajući albedo Zemlje od oko 29%.
Da bi se objasnila visoka temperatura pre 570 miliona godina na primer, u skladu sa 4,5% manjim sjajem Sunca nego danas očekuje se 7,5 puta veću koncentraciju ugljen-dioksida od nivoa koji je izmeren 1750. godine nove ere (tzv. “pre-industrijski standard”) od 280 ppm.
Slabiji izražen temperaturni ekstrem - glacijacija pre 445 miliona godina (slika 8.1), koja je trajala 2 miliona godina nije dobro objašnjena sa promenama koncentracije ugljen-dioksida (slika 8.2). Koncentracija ugljen-dioksida bila visoka - oko 4200 ppmv, dok je sjaj Sunca bio smanjen. Moguća hipoteza je da je u tom periodu karakteristična temperatura koja je dovoljna da ubrza proces uklanjanja ugljen-dioksida iz atmosfere bila niža nego što se očekuje danas, na primer zbog sastava zemljišta. Druge hipoteze obuhvataju velik albedo Zemlje u toj epohi, kretanje kroz spiralne grane galaksije Mlečni put, kretanje van diska galaksije i procesi sa kosmičkim zracima.
Biljni i životinjski svet (šume, alge, ljudski faktor) su neraskidivo vezani za klimu i dinamiku ugljen dioksida. Sa sezonama se menja količina ugljen-dioksida u atmosferi koga šume (danas uglavnom šume severne hemisfere) udišu i izdišu – ili obratno, već prema fotosintetičkoj aktivnosti.
Nagli pad koncentracije ugljen-dioksida (slika 8.2) pre 400 miliona godina je povezan sa naglim razvojem vaskularnih kopnenih biljaka. Kopnene biljke utiču na tlo menjajući tako proces geohemijskih reakcija koje vezuju ugljen dioksid.
Hemijske reakcije ugljen-dioksida sa silikatnim stenama su olakšane višestruko, s faktorom 10 do 40, pomoću kopnenih biljaka koje zemljište čine bolje izloženim atmosferskim gasovima. Stene se raspadaju i dolazi do karbonacije, između ostalog. Uklanjanje ugljen-dioksida iz atmosfere se dešava u funkciji temperature, koja u jednačinama bilansa hemijskih reakcija ukazuje na razlike u prosečnoj temperaturi tokom fenerozoika od 7oC i više. Posle nekog vremena, pad temperature dovodi do smanjenja stepena uklanjanja ugljen-dioksida, kada se formira ravnoteža između stepena stvaranja i uklanjanja ovog gasa.
Ekstrem pre 300 miliona godina se dobro poklapa sa promenama uočenim na slici 8.2. U epohi ovog ledenog doba primećujemo minimum koncentracije ugljen-dioksida u atmosferi.
Hladna klima pre 300 miliona godina je izgledala ipak, bogata životom jer je jedinstveni kontinent Pangea bio lociran u tropskoj zoni. Sastav zemljišta je bio drugačiji. (Bakterije koje dovode do raspada ćelijskog lignina (25% gradivne materije biljaka) nisu postojale u tolikoj meri kao danas, stvorile su današnje zalihe uglja.)
Sunčev sjaj u to vreme je morao pokrenuti dugoročno smanjenje ugljen-dioksida poboljšavajući njegovo uklanjanje. Neki istraživači tragaju za malim nepoklapanjem faza glacijacija i koncentracija gasa. Kada promene koncentracije ugljen-dioksida prethode ciklusima glacijacija ili pak kasne za njima, otvara se prostor u okviru kojeg bi ekosistem pružio objašnjenje za ledena doba [14].
