Untuk waktu yang lama, iklim bumi berfluktuasi karena sepuluh alasan berbeda, termasuk goyangan orbit, pergeseran tektonik, perubahan evolusi, dan faktor lainnya. Mereka menjerumuskan planet ini baik di zaman es atau di panas tropis. Bagaimana mereka berhubungan dengan perubahan iklim antropogenik kontemporer?
Sepanjang sejarahnya, Bumi telah berhasil menjadi bola salju dan rumah kaca. Dan jika iklim berubah sebelum manusia muncul, lalu bagaimana kita tahu bahwa kitalah yang harus disalahkan atas pemanasan tajam yang kita amati hari ini?
Sebagian karena kita dapat menarik hubungan sebab-akibat yang jelas antara emisi karbon dioksida antropogenik dan kenaikan suhu global 1,28 derajat Celcius (yang kebetulan berlanjut) selama era pra-industri. Molekul karbon dioksida menyerap radiasi infra merah, sehingga jika jumlahnya di atmosfer meningkat, mereka menahan lebih banyak panas, yang menguap dari permukaan planet.
Pada saat yang sama, ahli paleoklimatologi telah membuat langkah besar dalam memahami proses yang menyebabkan perubahan iklim di masa lalu. Berikut sepuluh kasus perubahan iklim alami - dibandingkan dengan situasi saat ini.
Siklus matahari
Skala: pendinginan 0,1-0,3 derajat Celcius
Garis waktu: penurunan berkala dalam aktivitas matahari mulai dari 30 hingga 160 tahun, dipisahkan oleh beberapa abad
Video promosi:
Setiap 11 tahun, medan magnet matahari berubah, dan dengan itu muncul siklus 11 tahun pencerahan dan peredupan. Tetapi fluktuasi ini kecil dan hanya mempengaruhi iklim bumi secara tidak signifikan.
Jauh lebih penting adalah "solar minima besar", periode sepuluh tahun penurunan aktivitas matahari yang telah terjadi 25 kali selama 11.000 tahun terakhir. Contoh terbaru, minimum Maunder, terjadi antara 1645 dan 1715 dan menyebabkan energi matahari turun 0,04% -0,08% di bawah rata-rata saat ini. Untuk waktu yang lama, para ilmuwan percaya bahwa minimum Maunder dapat menyebabkan "Zaman Es Kecil", hawa dingin yang berlangsung dari abad ke-15 hingga abad ke-19. Tetapi sejak itu diketahui bahwa itu terlalu singkat dan terjadi pada waktu yang salah. Pendinginan tersebut kemungkinan besar disebabkan oleh aktivitas vulkanik.
Selama setengah abad terakhir, Matahari sedikit redup, dan Bumi sedang memanas, dan tidak mungkin mengaitkan pemanasan global dengan benda langit.
Belerang vulkanik
Skala: Pendinginan 0,6 - 2 derajat Celcius
Jangka waktu: dari 1 hingga 20 tahun
Pada tahun 539 atau 540 A. D. e. ada letusan yang sangat kuat dari gunung berapi Ilopango di El Salvador sehingga semburannya mencapai stratosfer. Selanjutnya, musim panas yang dingin, kekeringan, kelaparan, dan wabah penyakit menghancurkan pemukiman di seluruh dunia.
Letusan skala Ilopango melemparkan tetesan reflektif asam sulfat ke stratosfer, yang menyaring sinar matahari dan mendinginkan iklim. Akibatnya, es laut menumpuk, lebih banyak sinar matahari dipantulkan kembali ke luar angkasa, dan pendinginan global semakin memburuk dan lama.
Setelah letusan Ilopango, suhu global turun 2 derajat selama 20 tahun. Sudah di zaman kita, letusan Gunung Pinatubo di Filipina pada tahun 1991 mendinginkan iklim global sebesar 0,6 derajat selama 15 bulan.
Belerang vulkanik di stratosfer bisa sangat merusak, tetapi dalam skala sejarah Bumi, efeknya kecil dan juga sementara.
Fluktuasi iklim jangka pendek
Skala: hingga 0,15 derajat Celcius
Jangka waktu: dari 2 hingga 7 tahun
Selain kondisi cuaca musiman, terdapat siklus jangka pendek lain yang juga mempengaruhi curah hujan dan suhu. Yang paling signifikan dari ini, El Niño atau Osilasi Selatan, adalah perubahan berkala dalam sirkulasi di Samudra Pasifik tropis selama dua hingga tujuh tahun yang mempengaruhi curah hujan di Amerika Utara. Osilasi Atlantik Utara dan Dipol Samudra Hindia memiliki dampak regional yang kuat. Keduanya berinteraksi dengan El Niño.
Keterkaitan siklus ini untuk waktu yang lama mencegah bukti bahwa perubahan antropogenik signifikan secara statistik, dan bukan hanya lompatan lain dalam variabilitas alami. Namun sejak itu, perubahan iklim antropogenik telah melangkah jauh melampaui variabilitas cuaca alami dan suhu musiman. Penilaian Iklim Nasional AS 2017 menyimpulkan bahwa "tidak ada bukti konklusif dari data pengamatan yang dapat menjelaskan perubahan iklim yang diamati oleh siklus alam."
Getaran orbit
Skala: kira-kira 6 derajat Celcius selama 100.000 tahun siklus terakhir; bervariasi dengan waktu geologi
Waktu: Reguler, siklus yang tumpang tindih selama 23.000, 41.000, 100.000, 405.000, dan 2.400.000 tahun
Orbit bumi berfluktuasi ketika Matahari, Bulan, dan planet lain mengubah posisi relatifnya. Karena fluktuasi siklus ini, yang disebut siklus Milankovitch, jumlah sinar matahari berfluktuasi di garis lintang tengah sebesar 25%, dan perubahan iklim. Siklus ini telah beroperasi sepanjang sejarah, menciptakan lapisan sedimen yang bergantian yang dapat dilihat pada batuan dan penggalian.
Selama era Pleistosen, yang berakhir sekitar 11.700 tahun yang lalu, siklus Milankovitch mengirim planet ini ke salah satu zaman esnya. Ketika pergeseran orbit Bumi membuat musim panas di utara lebih hangat dari rata-rata, lapisan es masif di Amerika Utara, Eropa, dan Asia mencair; ketika orbit bergeser lagi dan musim panas menjadi lebih dingin lagi, perisai ini tumbuh kembali. Karena lautan hangat melarutkan lebih sedikit karbon dioksida, kandungan atmosfer meningkat dan turun seiring dengan osilasi orbital, memperkuat efeknya.
Saat ini, Bumi mendekati minimum lain sinar matahari utara, jadi tanpa emisi karbon dioksida antropogenik, kita akan memasuki zaman es baru dalam 1.500 tahun mendatang atau lebih.
Matahari muda yang redup
Skala: tidak ada efek suhu kumulatif
Garis waktu: permanen
Terlepas dari fluktuasi jangka pendek, kecerahan matahari secara keseluruhan meningkat 0,009% per juta tahun, dan sejak lahirnya tata surya 4,5 miliar tahun yang lalu, kecerahannya meningkat sebesar 48%.
Para ilmuwan percaya bahwa dari kelemahan matahari muda, seharusnya bumi tetap membeku selama paruh pertama keberadaannya. Pada saat yang sama, secara paradoks, para ahli geologi telah menemukan batu berumur 3,4 miliar tahun yang terbentuk di air dengan gelombang. Iklim hangat yang tidak terduga pada awal Bumi tampaknya disebabkan oleh beberapa kombinasi faktor: lebih sedikit erosi tanah, langit yang lebih cerah, hari yang lebih pendek, dan komposisi khusus atmosfer sebelum Bumi mendapatkan atmosfer yang kaya oksigen.
Kondisi yang menguntungkan di paruh kedua keberadaan Bumi, meskipun kecerahan matahari meningkat, tidak mengarah pada paradoks: termostat pelapukan Bumi melawan efek tambahan sinar matahari, menstabilkan Bumi.
Karbon dioksida dan termostat pelapukan
Skala: melawan perubahan lainnya
Garis waktu: 100.000 tahun atau lebih
Pengatur utama iklim bumi telah lama menjadi tingkat karbondioksida di atmosfer, karena karbondioksida adalah gas rumah kaca persisten yang menghalangi panas, mencegahnya naik dari permukaan planet.
Gunung berapi, batuan metamorf, dan oksidasi karbon dalam sedimen yang terkikis semuanya mengeluarkan karbon dioksida ke langit, dan reaksi kimia dengan batuan silikat menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer untuk membentuk batu kapur. Keseimbangan antara proses ini bekerja seperti termostat, karena ketika iklim memanas, reaksi kimia lebih efektif dalam menghilangkan karbon dioksida, sehingga menghambat pemanasan. Ketika iklim mendingin, efisiensi reaksi, sebaliknya, menurun, memfasilitasi pendinginan. Akibatnya, dalam jangka waktu yang lama, iklim bumi relatif stabil, menyediakan lingkungan yang layak huni. Secara khusus, tingkat karbon dioksida rata-rata terus menurun sebagai akibat dari meningkatnya kecerahan Matahari.
Namun, butuh ratusan juta tahun agar termostat pelapukan bereaksi terhadap lonjakan karbon dioksida di atmosfer. Lautan bumi menyerap dan menghilangkan karbon berlebih lebih cepat, tetapi bahkan proses ini memakan waktu ribuan tahun - dan dapat dihentikan, dengan risiko pengasaman laut. Setiap tahun, pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan sekitar 100 kali lebih banyak karbon dioksida daripada letusan gunung berapi - lautan dan pelapukan gagal - sehingga iklim memanas dan lautan teroksidasi.
Pergeseran tektonik
Skala: sekitar 30 derajat Celcius dalam 500 juta tahun terakhir
Garis waktu: jutaan tahun
Pergerakan massa terestrial dari kerak bumi dapat secara perlahan memindahkan termostat pelapukan ke posisi baru.
Selama 50 juta tahun terakhir, planet ini mendingin, tabrakan lempeng tektonik mendorong batuan yang reaktif secara kimiawi seperti basal dan abu vulkanik ke daerah tropis lembab yang hangat, meningkatkan laju reaksi yang menarik karbon dioksida dari langit. Selain itu, selama 20 juta tahun terakhir, dengan munculnya pegunungan Himalaya, Andes, Alpen, dan pegunungan lainnya, laju erosi telah meningkat lebih dari dua kali lipat, yang menyebabkan percepatan pelapukan. Faktor lain yang mempercepat tren pendinginan adalah pemisahan Amerika Selatan dan Tasmania dari Antartika 35,7 juta tahun lalu. Arus laut baru telah terbentuk di sekitar Antartika, dan telah meningkatkan sirkulasi air dan plankton, yang mengonsumsi karbon dioksida. Hasilnya, lapisan es Antartika tumbuh secara signifikan.
Sebelumnya, selama periode Jurassic dan Cretaceous, dinosaurus menjelajahi Antartika, karena tanpa pegunungan ini, aktivitas vulkanik yang meningkat membuat karbon dioksida pada tingkat sekitar 1.000 bagian per juta (naik dari 415 hari ini). Suhu rata-rata di dunia tanpa es ini 5-9 derajat Celcius lebih tinggi dari sekarang, dan permukaan laut lebih tinggi 75 meter.
Air Terjun Asteroid (Chikshulub)
Skala: pendinginan pertama sekitar 20 derajat Celcius, kemudian pemanasan 5 derajat Celcius
Garis waktu: berabad-abad pendinginan, 100.000 tahun pemanasan
Basis data dampak asteroid di Bumi mengandung 190 kawah. Tak satu pun dari mereka memiliki efek nyata pada iklim bumi, kecuali asteroid Chikshulub, yang menghancurkan sebagian Meksiko dan membunuh dinosaurus 66 juta tahun lalu. Simulasi komputer menunjukkan bahwa Chikshulub telah membuang cukup debu dan belerang ke atmosfer bagian atas untuk mengaburkan sinar matahari dan mendinginkan Bumi lebih dari 20 derajat Celcius, serta mengasamkan lautan. Planet ini membutuhkan waktu berabad-abad untuk kembali ke suhu sebelumnya, tetapi kemudian menghangat 5 derajat lagi karena masuknya karbon dioksida dari batu kapur Meksiko yang hancur ke atmosfer.
Bagaimana aktivitas vulkanik di India mempengaruhi perubahan iklim dan kepunahan massal masih kontroversial.
Perubahan evolusioner
Skala: bergantung pada peristiwa, mendingin sekitar 5 derajat Celcius di akhir periode Ordovisium (445 juta tahun lalu)
Garis waktu: jutaan tahun
Terkadang evolusi spesies kehidupan baru akan mengatur ulang termostat Bumi. Dengan demikian, cyanobacteria fotosintetik, yang muncul sekitar 3 miliar tahun lalu, meluncurkan proses terraforming, melepaskan oksigen. Saat mereka menyebar, oksigen di atmosfer meningkat 2,4 miliar tahun yang lalu, sementara tingkat metana dan karbon dioksida turun tajam. Lebih dari 200 juta tahun, Bumi telah beberapa kali berubah menjadi "bola salju". 717 juta tahun yang lalu, evolusi kehidupan laut, yang lebih besar dari mikroba, memicu serangkaian bola salju lainnya - dalam hal ini, saat organisme mulai melepaskan detritus ke kedalaman laut, mengambil karbon dari atmosfer dan menyembunyikannya di kedalaman.
Ketika tanaman darat paling awal muncul sekitar 230 juta tahun kemudian di periode Ordovisium, mereka mulai membentuk biosfer bumi, mengubur karbon di benua dan mengekstraksi nutrisi dari darat - mereka hanyut ke lautan dan juga merangsang kehidupan di sana. Perubahan ini tampaknya telah menyebabkan Zaman Es, yang dimulai sekitar 445 juta tahun yang lalu. Kemudian, pada periode Devonian, evolusi pohon, ditambah dengan pembentukan gunung, semakin mengurangi tingkat dan suhu karbon dioksida, dan Zaman Es Paleozoikum dimulai.
Provinsi beku besar
Skala: Pemanasan 3 hingga 9 derajat Celcius
Garis waktu: ratusan ribu tahun
Banjir kontinental lava dan magma bawah tanah - yang disebut provinsi beku besar - telah mengakibatkan lebih dari satu kepunahan massal. Peristiwa mengerikan ini melepaskan gudang senjata pembunuh di Bumi (termasuk hujan asam, kabut asam, keracunan merkuri, dan penipisan ozon), dan juga menyebabkan pemanasan planet ini, melepaskan sejumlah besar metana dan karbon dioksida ke atmosfer - lebih cepat dari yang mereka bisa. menangani pelapukan termostat.
Selama bencana Perm 252 juta tahun yang lalu, yang menghancurkan 81% spesies laut, magma bawah tanah membakar batu bara Siberia, meningkatkan kandungan karbon dioksida di atmosfer menjadi 8.000 bagian per juta dan memanaskan suhu hingga 5-9 derajat Celcius. Maksimum Termal Paleosen-Eosen, peristiwa yang lebih kecil 56 juta tahun yang lalu, menciptakan metana di ladang minyak di Atlantik Utara dan mengirimkannya ke langit, menghangatkan planet ini 5 derajat Celcius dan membuat laut menjadi asam. Belakangan, pohon palem tumbuh di pantai Kutub Utara dan aligator berjemur. Emisi serupa dari karbon fosil terjadi pada akhir periode Trias dan periode awal Jura - dan berakhir dengan pemanasan global, zona mati di laut dan pengasaman laut.
Jika semua ini terdengar asing bagi Anda, itu karena aktivitas antropogenik saat ini memiliki konsekuensi yang serupa.
Seperti yang dicatat oleh sekelompok peneliti kepunahan Triassic-Jurassic pada bulan April di jurnal Nature Communications: "Kami memperkirakan jumlah karbon dioksida yang dipancarkan ke atmosfer oleh setiap pulsa magma pada akhir Triassic sebanding dengan perkiraan emisi antropogenik untuk abad ke-21."
