Mit: Kiedyś w atmosferze było więcej CO2, więc teraz nie ma się czym martwić

W historii Ziemi były okresy, kiedy zawartość CO₂ w atmosferze była znacznie wyższa niż obecnie. Co ciekawe, w niektórych z tych okresów zdarzało się, że nasza planeta doświadczała jednocześnie rozległych zlodowaceń. Czy oznacza to, że dwutlenek węgla nie powoduje ocieplania klimatu? Nie, a to dlatego, że CO₂ nie jest jedynym czynnikiem decydującym o klimacie (z czym każdy sceptyk skwapliwie powinien się zgodzić).

Dawne stężenia CO₂ i natężenie promieniowania słonecznego

Żeby zrozumieć klimat przeszłych epok, musimy uwzględnić wszystkie wymuszenia, które go kształtowały. Royer 2006 przeprowadził badania, analizujące 490 zbiorów danych pośrednich (tzw. proxy), które pozwoliły odtworzyć stężenia CO₂ w atmosferze w ciągu okresu zwanego fanerozoikiem, obejmującego ostatnie 540 milionów lat.

W zamierzchłych czasach poziom dwutlenku węgla w atmosferze osiągał spektakularne wielkości: w ordowiku (440 mln lat temu) mógł nawet przekraczać 5000 ppm. Warto jednak pamiętać o tym, jak w przeszłości świeciło Słońce. Jest ono średnich rozmiarów gwiazdą, która za pomocą mechanizmów syntezy termojądrowej powoli przemienia wodór w hel. Słońce liczy sobie około 4,6 mld lat, a jego temperatura i rozmiary powoli rosną. Co za tym idzie, rośnie jasność Słońca – w ciągu miliarda lat o około 10%. We wczesnym fanerozoiku moc Słońca była o około 4% niższa niż obecnie. Całkowity efekt działania zgromadzonego w atmosferze CO₂ oraz niższego niż obecnie promieniowania słonecznego przedstawia rysunek 2. Okresy rozległego zlodowacenia są oznaczone szarymi pasami.

Okresy, w których koncentracje CO₂ były niskie, zbiegają się z okresami powszechnych zlodowaceń (z wyraźnym wyjątkiem, omówionym dalej). Wprowadźmy pojęcie progowego poziomu CO₂ – na tyle niskiego, by rozpoczął się proces zlodowacenia. Gdy Słońce jest mniej aktywne, poziom progowy jest wysoki – np. w późnym ordowiku wynosił 3000 ppm. Dzisiaj (przy obecnej, znacznie wyższej mocy Słońca) próg istnienia polarnych czap lodowych na Ziemi ocenia się na zaledwie 500 ppm CO₂ – poniżej tego progu wokół biegunów jest lód, zaś powyżej tego stężenia czapy polarne zanikną.

Klimat w ordowiku

Do niedawna uważano, że poziom CO₂ w późnym ordowiku był dużo wyższy niż 3000 ppm – co było trudne do wytłumaczenia w powiązaniu z faktem, że Ziemia doświadczała wtedy epoki lodowej. Dane o CO₂ z późnego ordowiku są skąpe – obejmują tylko 1 punkt pomiarowy, wskazujący na stężenie rzędu 5600 ppm. Tymczasem przy mocy Słońca około 4% niższej niż teraz, do wystąpienia epoki lodowej konieczny był poziom CO₂ niższy niż 3000 ppm. Czy i kiedy w ordowiku poziom CO₂ mógł spaść poniżej wartości progowej? Trudno było to rozstrzygnąć na podstawie tak małej liczby danych.

Późniejsze badania izotopów strontu w osadach wyjaśniły niektóre wątpliwości (Young i inni, 2009). CO₂ jest usuwany z atmosfery między innymi w wyniku procesu wietrzenia skał. W procesie tym rzeki zmywają do oceanu izotop strontu. Proporcje izotopów strontu w warstwach osadów pozwalają stworzyć serie danych o erozji skał na kontynentach. Wynika z nich, że w środkowym ordowiku wietrzenie nasiliło się, co doprowadziło do zwiększonego pochłaniania CO₂ z atmosfery. Jednak proces był równoważony przez zwiększone emisje wulkaniczne dwutlenku węgla. Około 446 mln lat temu aktywność wulkaniczna spadła, jednak wietrzenie pozostało na wysokim poziomie. Spowodowało to spadek poziomu CO₂ poniżej 3000 ppm – co z kolei stało się przyczyną zlodowacenia w późnym ordowiku.

Widzimy, że aby porównywać współczesny klimat z tym sprzed setek milionów lat, trzeba koniecznie brać pod uwagę mniejszą wtedy moc Słońca.

Klimat w pliocenie

A co z bliższymi nam czasami? Podobna do dzisiejszej koncentracja dwutlenku węgla występowała w atmosferze 3 miliony lat temu, w czasach pliocenu. Utrzymywała się ona wtedy na poziomie 365-410 ppm. Globalne temperatury były o 3 do 4°C wyższe niż przed epoką przemysłową, a Arktyka była cieplejsza o 11-16°C (Csank 2011). Poziom oceanów był 25 m wyższy niż obecnie (Dwyer i Chandler, 2008).

Podsumowanie

Gdyby klimatolodzy uważali dwutlenek węgla za jedyny czynnik działający na klimat, wysoki poziom tego gazu w okresach zlodowaceń byłby trudny do wytłumaczenia. Ale każdy klimatolog powie, że CO₂ nie jest jedynym czynnikiem decydującym o klimacie.

To, że w historii naszej planety zdarzały się okresy, kiedy poziom CO₂ był wyższy niż obecnie, nie stoi w sprzeczności z tym, że obecny wzrost koncentracji CO₂ w atmosferze skutkuje globalnym ociepleniem. Przeciwnie, potwierdza silny związek ilości CO₂ w atmosferze z klimatem i jego zmianami.

Marcin Popkiewicz, nad podstawie Skeptical Science, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Materiał dodatkowy

Jak dwutlenek węgla wpływał na dawny klimat? O tym w sfilmowanym wykładzie pokazującym historię klimatu Ziemi pt. „Największy Przełącznik Kontrolny”.