10 trường hợp biến động do con người gây ra trong khí hậu Trái đất

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Trong một thời gian dài, khí hậu Trái đất đã biến động vì mười lý do khác nhau, bao gồm dao động quỹ đạo, dịch chuyển kiến tạo, thay đổi tiến hóa và các yếu tố khác. Chúng đã làm chìm hành tinh này trong kỷ băng hà hoặc trong nhiệt đới. Chúng liên quan như thế nào đến biến đổi khí hậu do con người gây ra hiện nay?

Trong lịch sử, Trái đất từng là một quả cầu tuyết và một nhà kính. Và nếu khí hậu thay đổi trước khi có sự xuất hiện của con người, thì làm sao chúng ta biết rằng chính chúng ta là người chịu trách nhiệm cho sự nóng lên mạnh mẽ mà chúng ta quan sát được ngày nay?

Một phần vì chúng ta có thể rút ra mối quan hệ nhân quả rõ ràng giữa lượng khí thải carbon dioxide do con người gây ra và sự gia tăng 1,28 độ C của nhiệt độ toàn cầu (tình cờ tiếp tục) trong thời kỳ tiền công nghiệp. Các phân tử carbon dioxide hấp thụ bức xạ hồng ngoại, do đó, khi lượng của chúng trong khí quyển tăng lên, chúng sẽ giữ lại nhiều nhiệt hơn, lượng nhiệt bốc hơi khỏi bề mặt hành tinh.

Đồng thời, các nhà cổ sinh vật học đã đạt được những bước tiến lớn trong việc tìm hiểu các quá trình dẫn đến biến đổi khí hậu trong quá khứ. Dưới đây là mười trường hợp của biến đổi khí hậu tự nhiên - so với tình hình hiện tại.

Chu kỳ mặt trời

Tỉ lệ:làm mát 0, 1-0, 3 độ C

Thời gian:sự sụt giảm định kỳ trong hoạt động mặt trời kéo dài từ 30 đến 160 năm, cách nhau vài thế kỷ

Cứ 11 năm một lần, từ trường mặt trời thay đổi, và kéo theo đó là chu kỳ sáng và mờ 11 năm. Nhưng những biến động này là nhỏ và chỉ ảnh hưởng không đáng kể đến khí hậu Trái đất.

Quan trọng hơn nhiều là "cực tiểu năng lượng mặt trời lớn", khoảng thời gian 10 năm giảm hoạt động mặt trời đã xảy ra 25 lần trong 11.000 năm qua. Một ví dụ gần đây, mức tối thiểu Maunder, xảy ra từ năm 1645 đến 1715 và khiến năng lượng mặt trời giảm 0,04% -0,08% dưới mức trung bình hiện tại. Trong một thời gian dài, các nhà khoa học tin rằng cực tiểu Maunder có thể gây ra "Kỷ băng hà nhỏ", một thời kỳ lạnh giá kéo dài từ thế kỷ 15 đến thế kỷ 19. Nhưng từ đó nổi lên rằng nó quá ngắn và xảy ra sai thời điểm. Đợt lạnh giá rất có thể do hoạt động núi lửa gây ra.

Trong nửa thế kỷ qua, Mặt trời hơi mờ đi và Trái đất đang nóng lên, và không thể liên kết hiện tượng nóng lên toàn cầu với một thiên thể.

Lưu huỳnh núi lửa

Tỉ lệ:làm lạnh 0, 6 - 2 độ C

Thời gian:từ 1 đến 20 tuổi

Năm 539 hoặc 540 sau Công nguyên e. đã có một vụ phun trào mạnh mẽ của núi lửa Ilopango ở El Salvador đến mức chùm của nó chạm tới tầng bình lưu. Sau đó, mùa hè lạnh giá, hạn hán, nạn đói và bệnh dịch đã tàn phá các khu định cư trên khắp thế giới.

Các vụ phun trào trên quy mô Ilopango ném những giọt axit sulfuric phản chiếu vào tầng bình lưu, tầng bình lưu có tác dụng che chắn ánh sáng mặt trời và làm mát khí hậu. Kết quả là, băng biển tích tụ, nhiều ánh sáng mặt trời phản xạ trở lại không gian hơn và tình trạng nguội lạnh toàn cầu được tăng cường và kéo dài.

Sau vụ phun trào của Ilopango, nhiệt độ toàn cầu đã giảm 2 độ trong vòng 20 năm. Đã có trong thời đại của chúng ta, vụ phun trào của Núi Pinatubo ở Philippines vào năm 1991 đã làm khí hậu toàn cầu giảm 0,6 độ C trong thời gian 15 tháng.

Lưu huỳnh trong núi lửa ở tầng bình lưu có thể gây tàn phá, nhưng trên quy mô lịch sử Trái đất, ảnh hưởng của nó là rất nhỏ và cũng chỉ thoáng qua.

Biến động khí hậu ngắn hạn

Tỉ lệ:lên đến 0, 15 độ C

Thời gian: từ 2 đến 7 năm

Ngoài các điều kiện thời tiết theo mùa, có những chu kỳ ngắn hạn khác cũng ảnh hưởng đến lượng mưa và nhiệt độ. Quan trọng nhất trong số này, El Niño hay Dao động phương Nam, là một sự thay đổi tuần hoàn trong hoàn lưu ở vùng biển nhiệt đới Thái Bình Dương trong khoảng thời gian từ hai đến bảy năm ảnh hưởng đến lượng mưa ở Bắc Mỹ. Dao động Bắc Đại Tây Dương và Lưỡng cực Ấn Độ Dương có tác động khu vực mạnh mẽ. Cả hai đều tương tác với El Niño.

Mối tương quan giữa các chu kỳ này từ lâu đã cản trở khả năng chứng minh rằng sự thay đổi do con người tạo ra là có ý nghĩa thống kê, và không chỉ là một bước nhảy vọt khác về sự biến đổi tự nhiên. Nhưng kể từ đó, biến đổi khí hậu do con người gây ra đã vượt xa sự thay đổi thời tiết tự nhiên và nhiệt độ theo mùa. Đánh giá Khí hậu Quốc gia Hoa Kỳ năm 2017 kết luận rằng "không có bằng chứng thuyết phục nào từ dữ liệu quan sát có thể giải thích sự thay đổi khí hậu quan sát được theo các chu kỳ tự nhiên."

Quỹ đạo rung động

Tỉ lệ: xấp xỉ 6 độ C trong chu kỳ 100.000 năm qua; thay đổi theo thời gian địa chất

Thời gian: chu kỳ chồng chéo, đều đặn của 23.000, 41.000, 100.000, 405.000 và 2.400.000 năm

Quỹ đạo của Trái đất dao động khi Mặt trời, Mặt trăng và các hành tinh khác thay đổi vị trí tương đối của chúng. Do những biến động theo chu kỳ này, cái gọi là chu kỳ Milankovitch, lượng ánh sáng mặt trời dao động ở vĩ độ trung bình là 25%, và khí hậu thay đổi. Những chu kỳ này đã vận hành trong suốt lịch sử, tạo ra các lớp trầm tích xen kẽ có thể được nhìn thấy trong đá và các cuộc khai quật.

Trong kỷ nguyên Pleistocen, kết thúc khoảng 11.700 năm trước, các chu kỳ Milankovitch đã đưa hành tinh này vào một trong những kỷ băng hà của nó. Khi sự dịch chuyển quỹ đạo của Trái đất khiến mùa hè phía bắc ấm hơn mức trung bình, các tảng băng khổng lồ ở Bắc Mỹ, Châu Âu và Châu Á tan chảy; khi quỹ đạo dịch chuyển một lần nữa và mùa hè lại trở nên lạnh hơn, những tấm chắn này lại mọc trở lại. Khi đại dương ấm hòa tan ít carbon dioxide hơn, hàm lượng khí quyển tăng và giảm đồng thời với các dao động quỹ đạo, khuếch đại hiệu ứng của chúng.

Ngày nay, Trái đất đang tiến gần đến mức tối thiểu khác của ánh sáng mặt trời ở phía bắc, vì vậy nếu không có lượng khí thải carbon dioxide do con người gây ra, chúng ta sẽ bước vào kỷ băng hà mới trong 1.500 năm tới hoặc lâu hơn.

Mặt trời non yếu

Tỉ lệ: không có tổng nhiệt độ ảnh hưởng

Thời gian: dài hạn

Bất chấp những biến động ngắn hạn, độ sáng của mặt trời nói chung tăng 0,009% mỗi triệu năm, và kể từ khi hệ mặt trời ra đời cách đây 4,5 tỷ năm, nó đã tăng 48%.

Các nhà khoa học tin rằng do sự yếu đi của mặt trời trẻ, nên theo đó Trái đất vẫn bị đóng băng trong suốt nửa đầu của sự tồn tại. Đồng thời, nghịch lý thay, các nhà địa chất đã phát hiện ra những tảng đá có tuổi đời 3,4 tỷ năm, hình thành trong nước cùng với sóng. Khí hậu ấm bất ngờ của Trái đất sơ khai xuất hiện là do sự kết hợp của một số yếu tố: ít xói mòn đất hơn, bầu trời quang đãng hơn, ngày ngắn hơn và thành phần đặc biệt của khí quyển trước khi Trái đất có bầu khí quyển giàu oxy.

Điều kiện thuận lợi trong nửa sau của sự tồn tại của Trái đất, mặc dù độ sáng của Mặt trời tăng lên, nhưng không dẫn đến một nghịch lý: bộ điều chỉnh nhiệt thời tiết của Trái đất chống lại tác động của ánh sáng mặt trời bổ sung, ổn định Trái đất.

Carbon dioxide và bộ điều nhiệt thời tiết

Tỉ lệ: chống lại những thay đổi khác

Thời gian: 100.000 năm hoặc lâu hơn

Cơ quan điều chỉnh chính của khí hậu Trái đất từ lâu đã là mức độ carbon dioxide trong khí quyển, vì carbon dioxide là một khí nhà kính khó phân hủy có tác dụng ngăn nhiệt, ngăn không cho nó bốc lên từ bề mặt hành tinh.

Núi lửa, đá biến chất và quá trình oxy hóa carbon trong trầm tích bị xói mòn đều thải ra khí carbon dioxide lên bầu trời, và các phản ứng hóa học với đá silicat loại bỏ carbon dioxide khỏi khí quyển, tạo thành đá vôi. Sự cân bằng giữa các quá trình này hoạt động giống như một bộ điều chỉnh nhiệt, bởi vì khi khí hậu ấm lên, các phản ứng hóa học có hiệu quả hơn trong việc loại bỏ carbon dioxide, do đó làm chậm quá trình ấm lên. Khi khí hậu lạnh đi, ngược lại, hiệu suất của các phản ứng giảm, tạo điều kiện cho quá trình làm mát. Do đó, trong một thời gian dài, khí hậu Trái đất vẫn tương đối ổn định, cung cấp một môi trường có thể sinh sống được. Đặc biệt, mức độ carbon dioxide trung bình đang giảm dần do độ sáng của Mặt trời ngày càng tăng.

Tuy nhiên, phải mất hàng trăm triệu năm để bộ điều nhiệt thời tiết phản ứng với sự gia tăng của carbon dioxide trong khí quyển. Các đại dương trên Trái đất hấp thụ và loại bỏ carbon dư thừa nhanh hơn, nhưng ngay cả quá trình này cũng mất hàng thiên niên kỷ - và có thể bị dừng lại, với nguy cơ bị axit hóa đại dương. Mỗi năm, việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra lượng carbon dioxide nhiều hơn khoảng 100 lần so với núi lửa phun trào - các đại dương và thời tiết bị hỏng - do đó khí hậu nóng lên và các đại dương bị axit hóa.

Dịch chuyển kiến tạo

Tỉ lệ: xấp xỉ 30 độ C trong 500 triệu năm qua

Thời gian: hàng triệu năm

Sự chuyển động của các khối đất của vỏ trái đất có thể từ từ dịch chuyển nhiệt phong hóa đến vị trí mới.

Trong 50 triệu năm qua, hành tinh đã nguội đi, các va chạm của mảng kiến tạo đẩy các loại đá phản ứng hóa học như bazan và tro núi lửa vào vùng nhiệt đới ẩm ấm, làm tăng tốc độ phản ứng thu hút carbon dioxide từ bầu trời. Ngoài ra, trong 20 triệu năm qua, với sự gia tăng của dãy Himalaya, Andes, Alps và các ngọn núi khác, tốc độ xói mòn đã tăng hơn gấp đôi, dẫn đến gia tốc phong hóa. Một yếu tố khác thúc đẩy xu hướng lạnh đi là sự tách biệt của Nam Mỹ và Tasmania khỏi Nam Cực cách đây 35,7 triệu năm. Một dòng hải lưu mới đã hình thành xung quanh Nam Cực, và nó đã tăng cường sự lưu thông của nước và sinh vật phù du, vốn tiêu thụ carbon dioxide. Kết quả là, các tảng băng ở Nam Cực đã phát triển đáng kể.

Trước đó, trong kỷ Jura và kỷ Phấn trắng, khủng long đi lang thang ở Nam Cực, bởi vì không có những dãy núi này, hoạt động núi lửa gia tăng đã giữ carbon dioxide ở mức khoảng 1.000 phần triệu (tăng từ 415 ngày nay). Nhiệt độ trung bình của thế giới không có băng này cao hơn hiện tại từ 5-9 độ C và mực nước biển cao hơn 75 mét.

Thác Asteroid (Chikshulub)

Tỉ lệ: đầu tiên làm lạnh khoảng 20 độ C, sau đó làm ấm 5 độ C

Thời gian: hàng thế kỷ làm lạnh, 100.000 năm ấm lên

Cơ sở dữ liệu về tác động của tiểu hành tinh lên Trái đất chứa 190 miệng núi lửa. Không ai trong số chúng có tác động đáng chú ý đến khí hậu Trái đất, ngoại trừ tiểu hành tinh Chikshulub, nó đã phá hủy một phần của Mexico và giết chết loài khủng long cách đây 66 triệu năm. Các mô phỏng trên máy tính cho thấy Chikshulub đã ném đủ bụi và lưu huỳnh lên tầng trên của bầu khí quyển để làm lu mờ ánh sáng mặt trời và làm mát Trái đất hơn 20 độ C và axit hóa các đại dương. Hành tinh này đã mất hàng thế kỷ để trở lại nhiệt độ trước đây, nhưng sau đó nó lại ấm lên thêm 5 độ nữa do sự xâm nhập của carbon dioxide từ đá vôi Mexico đã bị phá hủy vào bầu khí quyển.

Hoạt động núi lửa ở Ấn Độ ảnh hưởng như thế nào đến biến đổi khí hậu và sự tuyệt chủng hàng loạt vẫn còn gây tranh cãi.

Những thay đổi về mặt tiến hóa

Tỉ lệ: phụ thuộc vào sự kiện, làm lạnh khoảng 5 độ C vào cuối kỷ Ordovic (445 triệu năm trước)

Thời gian: hàng triệu năm

Đôi khi sự tiến hóa của các loài sinh vật mới sẽ thiết lập lại bộ điều nhiệt của Trái đất. Ví dụ, vi khuẩn lam quang hợp, xuất hiện cách đây khoảng 3 tỷ năm, đã khởi động quá trình tạo địa hình, giải phóng oxy. Khi chúng lan rộng, hàm lượng oxy trong khí quyển đã tăng lên 2,4 tỷ năm trước, trong khi hàm lượng khí mêtan và carbon dioxide giảm mạnh. Trong suốt 200 triệu năm, Trái đất đã nhiều lần biến thành "quả cầu tuyết". 717 triệu năm trước, sự tiến hóa của sự sống đại dương, lớn hơn cả vi sinh vật, đã kích hoạt thêm một loạt quả cầu tuyết khác - trong trường hợp này là khi các sinh vật bắt đầu giải phóng các mảnh vụn xuống độ sâu đại dương, lấy carbon từ khí quyển và giấu nó ở độ sâu.

Khi các loài thực vật trên đất liền xuất hiện sớm nhất vào khoảng 230 triệu năm sau trong kỷ Ordovic, chúng bắt đầu hình thành sinh quyển của trái đất, chôn vùi carbon trên các lục địa và hút chất dinh dưỡng từ đất - chúng trôi vào đại dương và cũng kích thích sự sống ở đó. Những thay đổi này dường như đã dẫn đến Kỷ Băng hà, bắt đầu khoảng 445 triệu năm trước. Sau đó, trong kỷ Devon, sự tiến hóa của cây cối, cùng với việc xây dựng núi, làm giảm thêm nồng độ và nhiệt độ carbon dioxide, và Kỷ Băng hà Paleozoi bắt đầu.

Các tỉnh lửa lớn

Tỉ lệ: ấm lên từ 3 đến 9 độ C

Thời gian: hàng trăm nghìn năm

Lũ lụt lục địa gồm dung nham và magma dưới lòng đất - những tỉnh được gọi là đá lửa lớn - đã dẫn đến hơn một vụ tuyệt chủng hàng loạt. Những sự kiện khủng khiếp này đã giải phóng một kho vũ khí giết người trên Trái đất (bao gồm mưa axit, sương mù axit, nhiễm độc thủy ngân và suy giảm tầng ôzôn), đồng thời dẫn đến sự ấm lên của hành tinh, giải phóng một lượng lớn khí mê-tan và carbon dioxide vào bầu khí quyển - nhanh hơn chúng có thể. xử lý thời tiết bằng máy điều nhiệt.

Trong thảm họa Perm cách đây 252 triệu năm, đã tiêu diệt 81% các loài sinh vật biển, magma dưới lòng đất đốt cháy than ở Siberia, làm tăng hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển lên 8.000 phần triệu và làm nhiệt độ nóng lên 5-9 độ C. Cực đại nhiệt Paleocene-Eocene, một sự kiện nhỏ hơn cách đây 56 triệu năm, đã tạo ra khí mê-tan từ các mỏ dầu ở Bắc Đại Tây Dương và đưa nó lên trời, làm hành tinh nóng lên 5 độ C và axit hóa đại dương. Sau đó, những cây cọ mọc trên các bờ biển Bắc Cực và những con cá sấu đã đắm mình. Sự phát thải tương tự của carbon hóa thạch đã xảy ra vào cuối kỷ Trias và đầu kỷ Jura - và kết thúc bằng sự ấm lên toàn cầu, các vùng chết ở đại dương và quá trình axit hóa đại dương.

Nếu bất kỳ điều nào trong số này nghe có vẻ quen thuộc với bạn, đó là bởi vì các hoạt động của con người ngày nay cũng gây ra những hậu quả tương tự.

Như một nhóm các nhà nghiên cứu về sự kiện tuyệt chủng kỷ Kỷ-Jura đã ghi nhận vào tháng 4 trên tạp chí Nature Communications: "Chúng tôi ước tính lượng carbon dioxide thải vào khí quyển bởi mỗi xung magma vào cuối kỷ Trias có thể so sánh với dự báo về lượng khí thải do con người thải ra đối với Thế kỷ 21."