1/14/15
….ještě k původu glaciálních cyklů
Krátkodobé změny klimatu I
Původ asymetrie glaciálních cyklů
Interference precese s náklonem v terminacích by mohla vysvětlit jak synchronní změny na SH a NH, tak ostrý charakter terminací….
40 kyr cykly: ve fázi …led řídí CO2
Náklon by ale musel pocházet z jiné složky klimatického systému, např. meridionální tlakový gradient? Pouhým posunem klíčové sezónní insolace k pólu ztrácíme excentricitu…
20 kyr cykly: CO2 opožděný, ale CH4 před …CH4 řídí led 100 kyr cyklus: CO2 před ledem, ale málo (~2000 let) … CO2 řízen nezávisle na ledu, a led není primárně řízen CO2)
Ruddiman 2006
Původ asymetrie glaciálních cyklů
Ruddiman 2006
Původ asymetrie glaciálních cyklů
KRÁTKODOBÉ ZMĚNY KLIMATU
1) Solární cykly
40 kyr cykly: čistý nárůst objemu ledu
2) Klimatické jevy neznámého původu Heinrichovy eventy Dansgaard-Oeschgerovy eventy Bondovy eventy 3) Interní oscilace Southern Oscillation / El Nino North Atlantic oscillation Quasi-biennial oscillation, etc.
20 kyr cykly: …akumulace ledu kompenzována následnou ablací >> čistý nárůst objemu ledu 0
4) Antropogenní vlivy
Ruddiman 2006
Dansgaard-Oeschgerovy eventy Rychlá oteplení (během dekád) (např. před 11 500 lety oteplení Grónska o 8oC během 40 let) následovaná pomalejším ochlazením
Ruddiman 2008
Dansgaard-Oeschgerovy eventy
Dansgaard-Oeschgerovy eventy
Pomalejší oteplení a nižší amplituda na jižní polokouli (místy odlišná fáze?) ……místy odlišná fáze
Blunier a Brook 2001
1
1/14/15
Dansgaard-Oeschgerovy eventy ……metan z hydrátů vyloučen; Izotopy H naznačují vliv CH4 emisí z boreálních rašelinišť
Heinrichovy eventy
Heinrichovy eventy
…..původ?
Hypotéza “binge-purge”
Destabilizace ledovcových šelfů v sev. Atlantiku, (velké množství ker) popsány z posledního glaciálu
(MacAyeal 1993, Sarnthein et al.. 2001)
- akumulace geotermálního tepla pod ledovcem (~7000 let) - následné tání a uvolnění tepla (750 let)
?
?
Jiné vnitřní příčiny destabilizace
vázány na chladná období předcházející oteplení DOE někdy až o 1500 let (H1, H2, H4, H5 Maslin et al. 2001)
Bock et al 2010
the hydrogen isotopic composition of methane emitted by marine clathrates (~−190‰) is much heavier than that of the predominant wetland sources (−300 to −400‰)
Heinrichovy eventy (a DO eventy) …..původ? Možné externí příčiny destabilizace:
Ruddiman et al. 2008
Heinrichovy eventy (a DO eventy)
hypotéza “jigsaw puzzle” (Crowley 1992)
Periodicita?
nebo “Atlantic Heat Piracy”
- amplifikace solárních cyklů (viz periodicita a obdobné cykly v holocénu – Bond)
…konzistentní s teplotními rozdíly mezi sev. Atl. a Antarktidou (viz výše)
- zdvih mořské hladiny (viz předstih odlamování ledovců před oteplením v H1,2,4 a 5) -zemětřesení (Hunt a Malin 1998) H
-stochastická rezonance (R. Alley)
Možná příčina: přítok sladké vody do Atlantiku např. v důsledku mírného odtávání ledovců (např. z vnitřních příčin) …….malé množství může mít dalekosáhlý vliv na globální cirkulaci (Rahmstorf et al. 2005)
DO
-změny koncentrací CO2 nebo CH4 (CH4 se viditelně mění s DO eventy – viz výše (CO2 špatný záznam: Antarktida nízké rozlišení, Grónsko kontaminace CaCO3 prachem. Možné změny kolem 10 ppm, ale příliš šumu, nejisté) -změna termohalinní cirkulace (viz dále) Long & Stoy (2013)
Ruddiman et al. 2008
Bondovy eventy
Bondovy eventy
Ruddiman et al. 2008
Bondovy eventy
Bond et al. 1997
Bond et al. 1997
Isono et al. 2009
2
1/14/15
Bondovy eventy
Solární cykly
KRÁTKODOBÉ ZMĚNY KLIMATU
Změny svítivosti v UV i viditelné části spektra
1) Solární cykly
Změny magnetického pole
2) Klimatické jevy neznámého původu Heinrichovy eventy Dansgaard-Oeschgerovy eventy Bondovy eventy
Změny v množství unikajících ionizovaných částic
facula skvrna
3) Interní oscilace Southern Oscillation / El Nino North Atlantic oscillation Quasi-biennial oscillation, etc. visibleearth.nasa.gov
4) Antropogenní vlivy
Skvrny: silné magnetické pole, které zpomaluje vyvěrání plazmatu >> skvrny jsou o 1500-2000oC chladnější než okolí, které má kolem 6000oC
Isono et al. 2009
Solární cykly
Změny intenzity “slunečního větru” >> změny intenzity a velikosti heliosféry
Solární cykly heliosféra vs. CRF >> změny oblačnosti ???
…tvorba radionuklidů Be10, C14
Proxy sluneční aktivity “sluneční vítr” = ionizované částice + pole (především magnetické) wikipedia.com
http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/voyager_agu.html
změny oblačnosti >> klima
změny oblačnosti >> klima
Vysoká oblačnost: spíše otepluje
změny oblačnosti >> klima Vysoké konvekční mraky (cumulonimbus): víceméně neutrální
Nízká oblačnost: spíše ochlazuje
V SOUHRNU JE EFEKT ZVÝŠENÉ OBLAČNOSTI PRAVDĚPODOBNĚ OCHLAZUJÍCÍ earthobservatory.nasa.gov/Features/Clouds/
earthobservatory.nasa.gov/Features/Clouds/
earthobservatory.nasa.gov/Features/Clouds/
3
1/14/15
SOLÁRNÍ CYKLY
SOLÁRNÍ CYKLY
Změny svítivosti posledních 2000 let: změny 0.1-0.2% celkové insolace (tj. <3 W/m2)
Změny svítivosti posledních 2000 let: změny 0.1-0.2% celkové insolace (tj. <3 W/m2)
11 let: 22 let: V porovnání s vlivem prec a náklonu je to velmi málo
Solární cykly
11 let: Schwabe cycle více slunečních skvrn >> vyšší celková radiace
Schwabe cycle Hale cycle změna polarity magnetického pole Slunce
…..změna teploty povrchu fázově posunutá (opožděná) vůči změně sluneční radiace o c. 2.2 let (Scafetta a West 2005) kvůli vysoké tepelné kapacitě oceánu
70-100 let: Gleissberg cycle modulace amplitudy Schwabova cyklu (Sonnett and Finney, 1990, Braun, et al., 2005) 210 let: Suess cycle (Braun, et al., 2005) 2300 let: Hallstatt cycle 6000 let (Xapsos a Burke 2009)
Huybers & Denton (2008)
…..ze stejného důvodu reaguje teplota citlivěji na delší cykly (např. Hale, 22 let, je c. 1.5x efektivnější než Schwabe, 11 let)
wikipedia.com
Haigh et al. (2010):
Solární cykly
Haigh et al. (2010):
pokles stratosf. ozónu pod 45 km a nárůst nad 45km
Překvapivé výsledky
>> nárůst celkové radiace přicházející do troposféry o 0.1 W/m2 předchozí výsledky (Lean 2000) naznačovaly pokles o 0.08 W/m2 (radiace na povrchu atmosféry TOA: pokles u obou studií)
Haigh et al. (2010): Pokles UV ale nárůst viditelného záření Během poklesu sluneční aktivity (2004-2007, satelitní měření)
Příklady možného vlivu solárních cyklů
Příklady možného vlivu solárních cyklů
Maunderovo minimum: 0.05-0.1% rozdíl oproti dnešku (např. Wang et al. 2005)
Maunderovo minimum: 0.05-0.1% nárůst radiace oproti dnešku (např. Wang et al. 2005)
>> možná příčina “malé doby ledové” wikipedia.com
Příklady možného vlivu solárních cyklů
>> možná příčina “malé doby ledové” wikipedia.com
Hodell et al. 2001
4
1/14/15
Příklady možného vlivu solárních cyklů
Původ 50-ti letého cyklu….
Solární cykly, Delší měřítko (holocén)
Atlantic Multidecadal Oscillation? filtr ~50 let
~208 let
Hodell et al. 2001
Isono et al. 2009
Současné oteplování způsobeno solární aktivitou? Erlykin 2009: "We deduce that the maximum recent increase in the mean surface temperature of the Earth which can be ascribed to solar activity is 14% of the observed global warming.” Benestad 2009: "Our analysis shows that the most likely contribution from solar forcing a global warming is 7 ± 1% for the 20th century and is negligible for warming since 1980.” Lockwood 2008: "It is shown that the contribution of solar variability to the temperature trend since 1987 is small and downward; the best estimate is -1.3% and the 2? confidence level sets the uncertainty range of -0.7 to -1.9%.” Lean 2008: "According to this analysis, solar forcing contributed negligible to long-term warming in the past 25 years and 10% of the warming in the past 100 years..."
KRÁTKODOBÉ ZMĚNY KLIMATU
1) Solární cykly 2) Klimatické jevy neznámého původu Heinrichovy eventy Dansgaard-Oeschgerovy eventy Bondovy eventy 3) Interní oscilace Southern Oscillation / El Nino NAO, AMO…. Quasi-biennial oscillation, etc. 4) Antropogenní vlivy
www.skepticalscience.com
El Niño Southern Oscillation
Southern Oscillation
Southern Oscillation
…. dlouhodobá variabilita souvisí se změnami intenzity australského monzunu, které jsou řízeny insolací na rovníku,
…. dlouhodobá variabilita
ale i řadou dalších faktorů (nárůst intenzity během holocénu:….Increasing deglacial atmospheric CO2 concentrations tend to weaken ENSO, whereas retreating glacial ice sheets intensify ENSO; Liu et al. 2014).
Merkel et al. 2010
Ruddiman et al. 2008
Beaufort et al. 2010
5
1/14/15
North Atlantic Oscillation
Quasi-Biennial Oscillation
KRÁTKODOBÉ ZMĚNY KLIMATU
1) Solární cykly 2) Klimatické jevy neznámého původu Heinrichovy eventy Dansgaard-Oeschgerovy eventy Bondovy eventy 3) Interní oscilace Southern Oscillation / El Nino North Atlantic oscillation Quasi-biennial oscillation, etc. 4) Antropogenní vlivy
http://earthobservatory.nasa.gov/Study/NAO/NAO_2.html
Wikimedia Commons
Koncentrace CO2
PETM (Paleocen-Eocene Thermal Maximum): Nárůst CO2 od počátku industriální revoluce (dnes ~400 ppm)
krátké (< 200 tis.let) ale výrazné oteplení o 5-9 °C (např. Zachos et al. 2003, Sluijs et al. 2006)
Holocén: Málo spolehlivých a podrobných dat, ale zdá se, že krátkodobé variace pCO2 nepřesáhly 10 ppm
výrazná negativní exkurze δ13C v hlubokomořských sedimentech (např. Röhl et al., 2005)
+ pozitivní zpětné vazby
Zachos et al. 2008
PETM
PETM
Detail teplotní změny a izotopové anomálie δ13C >>náhlé uvolnění ~500 Gt uhlíku do Atmosféry
Náhlé uvolnění skleníkových plynů Pokles díky negativním zpětným vazbám
Nárůst teploty
acidifikace oceánu
náhlé uvolnění ~500 Gt uhlíku do atmosféry Kaskáda pozitivních zpětných vazeb >> až 2000 Gt uhlíku
Zachos et al., Science, 2001
PETM
GLOBÁLNÍ (EUSTATICKÝ) POKLES HLADINY?
NAOPAK: TRANGRESE
metanové hydráty? Co spustilo jejich destabilizaci?
Cramer a Kent 2005
Zachos et al. 2008
Cramer a Kent 2005
6
1/14/15
….TRANSGRESE předchází izot. anomálii
PETM alternativy:
PETM problémy s disociací hydrátů:
1) 2) 3)
chabé doklady pro oteplení mořského dna
příliš velké množství (10-20% rezervoáru)
okamžitá a prudká změna izot. C i O (při rozlišení ~1 tis.let)
(změna d18O by měla předcházet d13C
o ~3000 let)
1) požáry rozsáhlých paleocénních rašelinišť (Kurtz et al. 2003: stačilo by 2-4%
odhadovaného C v paleoc. terestrických org. sedimentech) …..chybí spouštěč
2) impakt (kometový led s nízkým d13C) ….i jako spouštěč požárů
…doklady pro impakt i rozsáhlé požáry v blízkosti PETM existují, ale diskutabilní
PETM transgrese
Lepší vysvětlení VULKANISMUS:
North Atlantic Igneous Province (NAIP)
zvýšená aktivita na P/E (např. Saunders et al., 1997; Holbrook et al., 2001)
>> částečně subaerický >> CO2 greenhouse >> oteplení
>> uvolnění metanových hydrátů
Cramer a Kent 2005
Sluijs et al. 2008, Paleoceanography
Cramer a Kent 2005
PETM není jediný (viz ETM) >> periodicita? vliv orbitálních cyklů? >> PETM a ETM při překročení určité limitní hodnoty T 3728 PgC
2491 PgC
295 PgC
DeConto et al. 2012 Lunt et al. 2011
Návrat pomalý….
pokles díky negativním zpětným vazbám
Wright & Schaller 2013
Podle Milankovičovské teorie je teď na řadě GLACIÁL…..
Wright & Schaller 2013
Zachos et al. 2008
Temperature change at Vostok, Antarctica (Petit 2000). The timing of warmer interglacials is highlighted in green; our current interglacial, the Holocene, is the one on the far right of the graph.
7
1/14/15
Údaje z geologické minulosti naznačují, že naše znalosti fungování klimatu ještě nejsou zdaleka na takové úrovni, abychom dokázali domyslet všechny důsledky vlastní činnosti (řada zpětných vazeb v klimatickém systému nám uniká – viz PETM);
PETM: Acidifikace oceánu vedla k vymření mnoha druhů (především bentických) organizmů, ale jiné skupiny na této klimatické změně “vydělaly”. Např. speciace savců. Z hlediska mnoha jednotlivých druhů katastrofa, ale z dlouhodobého evolučního hlediska spíše pozitivní změna.
Každá změna má velkou setrvačnost
8
