Klíma v histórii Zeme

Klíma sa v minulosti vždy menila, prirodzené zmeny podnebia prebiehajú aj dnes a naďalej aj prebiehať budú. Rekonštrukciou podnebia pred érou prístrojových meraní a pozorovaní sa zaoberá historická klimatológia a paleoklimatológia. Prispieva k poznaniu stavu a chovania klimatického systému v dobách, kedy jednoznačne prevažoval vplyv prírodných faktorov: zmeny orbitálnej dráhy Zeme, slnečnej aktivity, rozloženia pevnín a oceánov, či vegetácie a sopečnej činnosti.

V geologickej minulosti neustále dochádzalo k zmenám klímy - teplejšie obdobia striedali tie chladnejšie a obdobne aj vlhšie striedali suchšie. Avšak porovnávanie súčasnej klímy s tou historickou predstavuje ešte stále veľký problém. Je to jednak preto, že nemáme k dispozícii dostatočné množstvo kvalitných a spoľahlivých údajov a jednak aj preto, že geologické podmienky sa na Zemi výrazne odlišovali od tých súčasných. Iné rozloženie pevnín a oceánov malo za následok iný systém morského prúdenia a tým aj iné podmienky pre prenos tepla z tropických oblasti do vyšších zemepisných šírok. Pre súčasné štúdium historickej klímy majú najväčší význam štvrtohory (kvartér), počas ktorých dochádzalo k pravidelnému, periodickému striedaniu chladných dôb ľadových (tzv. glaciálov) a teplejších dôb medziľadových (tzv. interglaciálov). Priemerná globálna teplota vzduchu bola v období vrcholenia poslednej doby ľadovej oproti dnešnej rádovo nižšia o niekoľko stupňov Celzia (do 10 °C). Polárne oblasti boli naposledy zreteľne teplejšie než dnes v období zatiaľ posledného interglaciálu, pred 125 000 rokmi.

Indikátory historickej klímy

Základným problém paleoklimatológie je zväčšujúci sa nedostatok relevantných historických zdrojov a indikátorov vo vzdialenejšej histórii Zeme. Ak sa pri rekonštrukcii historickej klímy dostávame späť v čase pred obdobie prístrojových pozorovaní je nevyhnutné použiť tzv. proxy údaje - sú to akékoľvek údaje (kvalitatívneho alebo kvantitatívneho charakteru), ktorých hodnoty a zmeny dostatočne významne korešpondujú s klimatickými podmienkami a ich zmenami. Využitie proxy údajov je limitované schopnosťou paleoklimatológa presne kvantifikovať vzťah medzi hodnotami proxy údajov a hodnotami vybraných klimatických elementov, ako napríklad priemernou ročnou alebo sezónnou teplotou vzduchu, prípadne atmosférickými zrážkami a ich režimom a pod. Definovanie týchto nevyhnutných vzťahov sa darí dosiahnuť pomocou jednak laboratórnych alebo iných experimentov (napr. závislosť pomeru izotopov kyslíka ¹⁸O a ¹⁶O od teploty vzduchu, závislosť veľkosti úrody od teploty a zrážok a pod.). Akonáhle dokážeme presne definovať uvedené vzťahy - korelácie, je potrebné ich testovať na vzorkách odpozorovaných klimatických údajov, odlišných od tých, ktoré boli použité pri vytvorení týchto zákonitých vzťahov. Následne sa môžu proxy údaje použiť na kvantifikáciu klimatických elementov vo vybranom časovom období a pre vybranú lokalitu. Zvyčajne si paleoklimatologická rekonštrukcia vyžaduje dlhodobú prax - objaviť a správne interpretovať klimatický signál z časových radov proxy údajov je mimoriadne náročné.

Proxy údajov, ktoré je možné pri paleoklimatickej rekonštrukcii použiť je nepreberné množstvo a majú rôznu povahu a charakter, prípadne schopnosť špecifikovať všeobecné klimatické podmienky v rôznych časových škálach. Tu je ich zjednodušený výber a kategorizácia:

Historické záznamy - ide prevažne o písomné záznamy z obdobia stredovekej Európy a dynastického obdobia Číny - najčastejšie obsahujú informácie týkajúce sa veľkosti úrody obilnín (zvyknú byť uvádzané príčiny zlých úrod a pod.), kvality vinnej révy a objemu zozbieraného hrozna - medzi najstaršie záznamov tohto charakteru patria záznamy dátumov kvitnutia čerešní (Čína).
Záznamy letokruhov stromov (dendrochronológia) - ide o jedny z najkvalitnejších proxy záznamov dostupných v prírode - každoročne závisí hrúbka novovytvoreného dreva v kmeni stromu od priebehu poveternostných podmienok vo vegetačnom období, v suchých regiónov sveta závisí hrúbka nového dreva (jedného letokruhu) od veľkosti zrážok, naopak v chladných regiónov závisí viac od letných teplôt a pod.
Jazerné sedimenty - ide o významné zdrojové proxy údaje, a to predovšetkým v oblastiach s zreteľným striedaním suchších a vlhších sezón, počas ktorých dochádza k zmenám sedimentačnej činnosti riek a vodných tokov - jazerné sedimenty sa vytvárajú každoročne, sú v nich obsiahnuté, okrem hornín, aj ďalšie významné elementy, akými sú napríklad semená tráv, peľové zrnká, kmene stromov a pod.
Ľadovcové jadrá - sú významným zdrojom informácií pri rekonštrukcií ročných priemerov teploty vzduchu, zrážok, prípadne chemického zloženia vzduchu pochádzajúceho zo starších geologických dôb.
Peľové zrnká (palynológia) - podobne ako v prípade jazerných sedimentov ide aj v tomto prípade o významný zdroj klimatických informácií - sedimentácia peľových zŕn však nie je obmedzená len na jazerné panvy - vďačným objektom palynologických analýz môže byť akákoľvek sedimentačná oblasť (panva) v horninovom prostredí (nivné a terasové akumulácie vodných tokov, akumulácie spraší, piesku a pod.) Peľové zrná sú najčastejšie datované pomocou rádiokarbónovej metódy (študuje sa pomer rádioaktívneho uhlíka k jeho inertným formám) - na základe tohto pomeru je možné potom vypočítať približný vek vzorky.
Sedimenty spraší - usadzovanie jemného, pieskovitého až prachovitého materiálu mimo územia pôvodu tohto materiálu (prevažne v zrážkovo bohatších regiónov) - na základe vrstiev spraší je možné určiť paleomagnetickou analýzou ich vek a pôvod.
Oceánske vrty - sedimenty získavané z hĺbky okolo 5000 metrov nám poskytujú významné informácie o dávnych podmienkach povrchových vôd oceánov, predovšetkým o teplote vody a jej salinite (pomocou analýzy pomeru izotopov kyslíka v karbonátoch lastúr a vápnitých schránok dierkavcov, ktoré pôvodne žili v povrchových vodách oceánov).
Koraly - ich rozšírenie je limitované veľmi špecifickými klimatickými podmienkami - teplotou morskej vody, salinitou a pod. O prítomnosti koralových schránok v horninových vrstvách môžeme povedať, že v období odpovedajúcemu danej vrstve prevládalo veľmi teplé podnebie.
Paleoaerosoly - sedimentované v paleopôdach uchovaných v horninovom prostredí sedimentárnych vrstiev - poskytujú dôležité informácie o klimatických podmienkach a poveternostných podmienkach ich vzniku a uloženia.
Geomorfologické útvary - vytváranie a genéza veľmi špecifických tvarov reliéfu nám poskytuje významný informačný kľúč k identifikácií dlhodobých klimatických podmienok, počas ktorých tieto formy reliéfu vznikali (napríklad: glaciálne formy reliéfu môžu vznikal len za určitých teplotných a vlhkostných podmienok, kedy podnebie umožňuje vytváranie ľadovcových polí a horských ľadovcov)

Zmeny klímy v geologickej dobe

V najstarších geologických dobách boli klimatické podmienky na Zemi relatívne stabilné, až na obdobia globálnych ľadových dôb, ktorých počiatok možno vsadiť do obdobia okolo 2,3 mld. rokov. Teplota vzduchu ako aj iné klimatické prvky podliehali dlhodobým cyklom zmien, ktoré boli ovplyvnené najmä chemickým zložením zemskej atmosféry, predovšetkým oxidu uhličitého, ktorého úroveň závisela nielen od geofyzikálnej aktivity Zeme alebo aj od rozsahu a charakteru biosféry v oceánoch (neskôr aj na pevninách). Geologické informácie a proxy údaje v podobe sedimentárnych hornín, skamenelín a pod. sú jediným známym zdrojom údajov pre paleoklimatickú rekonštrukciu tohto obdobia.

V prekambrickom období sa geologické informácie viažu prevažne do období ľadových dôb - prvá z nich pravdepodobne nastala pred 2.9 mld. rokmi, avšak o prvej tzv. globálnej dobe ľadovej možno hovoriť až medzi obdobím od 2.5 do 2.3 mld. rokov. Ďalšie chladné obdobie dejín Zeme zrejme nastalo pred 1.9 mld. rokmi - je však možné, že obe doby ľadové predstavujú vlastne jedno a to isté obdobie - teda dobu ľadovú trvajúcu približne 600 mil. rokov. Posledná globálna doba ľadová skončila približne pred 600 mil. rokmi a trvala približne 300 mil. rokov.

Začiatok prvohôr (Paleozoikum) sa niesol v znamení vysokých globálnych teplôt vzduchu. Prevládalo tropické podnebie - tento fakt bol odvodený predovšetkým z vysokých úrovní chemického zvetrávania hornín, ktoré v tomto období prevládalo. Vysoké globálne teploty vzduchu boli spôsobené najmä vysokými koncentráciami CO₂ v zemskej atmosfére.

Z obdobia ordoviku je známa ďalšia ľadová doba (450-430 mil. rokov). Toto ochladenie pravdepodobne postihlo väčšiu časť vtedajšieho tropického pásma v rámci superkontinentu Gondwana (južný kontinent). Ďalšie obdobie ochladenia nasledovalo na rozhraní geologických období Karbónu a Permu (známe ako Permo-karbónske zaľadnenie) pred 300 mil. rokmi.

Klíma druhohôr sa vyznačovala prevažne teplým charakterom. Spôsobovala to predovšetkým rýchla výmena oceánskych vôd medzi rovníkom a oboma pólmi (vhodná konfigurácia kontinentov v južno-severnom, poludníkovom smere - nevznikali cirkumpolárne morské prúdy). Obdobie Kriedy bolo pravdepodobne jedno najteplejších a najsuchších období od konca Prekambria.

Veľmi teplá a navyše aj veľmi vlhká klíma panovala na začiatku treťohôr v období Paleocénu. Avšak pred 55 mil. rokmi, v období Eocénu sa globálne začalo postupne ochladzovať a asi pred 35 mil. rokmi dochádza k prvému významnejšiemu zaľadneniu Antarktídy (v tomto období došlo k výraznému zníženiu povrchovej teploty vody v oblasti Antarktídy). K ďalšiemu ochladeniu došlo v priebehu Oligocénu, kedy sa začal okolo Antarktídy formovať tzv. cirkumpolárny studený morský prúd (po oddelení Austrálie od Antarktídy pred približne 30 mil. rokmi). Je potvrdené, že už v období pred 25 mil. rokmi bola cela Antarktída pokrytá mohutnou vrstvou ľadu. V Miocéne panovalo v nízkych a stredných zemepisných šírkach veľmi teplé tropické alebo subtropické podnebie (výnimkou bola iba Antarktída). Počas stredného Miocénu (okolo 15 až 10 mil. rokov) sa však začína ochladzovať aj na severnej pologuli, formujú sa prvé zaľadnenia okolo severného pólu a Grónska. V období Pliocénu, pred približne 5 mil. rokmi, dochádza na južnej pologuli k ďalšiemu postupnému ochladzovaniu. Objem antarktického polárneho zaľadnenie je už identický s jeho súčasným rozsahom. V približne rovnakom období dochádza k zaľadneniu horských oblastí novo vyzdvihnutých alpínskych pohorí (Himaláje, Alpy, Kaukaz, Altaj, Pamír,...). Pred asi 3 mil. rokmi dochádza k trvalému zaľadneniu Grónska.

Počas obdobia zatiaľ poslednej geologickej doby - štvrtohôr (Pleistocén a Holocén) - došlo predovšetkým na severnej pologuli k cyklickému striedaniu chladnejších (glaciály) a teplejších (interglaciály) období. Podľa niektorých vedcov je možné, že sa za obdobie posledných 2 mil. rokov vystriedalo až okolo 20 ľadových dôb. Isté je však to, že aspoň sedem ich bolo potvrdených. Každý interglaciál, trvajúci približne 10 000 rokov ± 2 000 rokov, strieda chladnejšiu dobu ľadovú v intervale približne 100-120 tis. rokov. Zatiaľ posledným interglaciálom, ak nerátame Holocén, bolo obdobie približne pred 125 tis. rokmi, emský interglaciál.

Zmeny klímy za obdobie posledného milióna rokov

S vysokom mierou istoty môžeme povedať, že za posledných približne 700 000 rokov bolo globálne na Zemi rovnako teplo alebo ešte teplejšie ako dnes len v priebehu 8 % uvedeného časového intervalu. Zvyšujúca sa istota paleoklimatickej rekonštrukcie je výsledkom využívanie väčšieho množstva dostupných metodík.

Posledná doba ľadová (koniec Pleistocénu) dosiahla svoj vrchol v období medzi 22 000 - 14 000 rokmi. V tomto období sa na severnej pologuli rozprestierali dva rozsiahle pevninské ľadovce - tzv. Laurentský a Škandinávsky. Počas vrcholenie tejto chladnej etapy Pleistocénu sa pohybovali priemerné ročné teploty v stredných šírkach okolo hodnoty 0°C (teda boli až o 10°C nižšie ako v súčasnosti, v oblasti Karibiku to bolo asi o 3°C menej ako dnes). Hladina svetového oceánu bola približne o 85 m nižšie ako dnes. V období pred 14 000 rokmi došlo k náhlemu otepleniu a masívnemu ústupu ľadovcov na severnej pologuli. Najskôr ustúpil ľadovec v oblasti dnešných Rocky Mountains a Aljašky (pred asi 10 000 rokmi), ľadovce v Škandinávii ustúpili len o niekoľko storočí neskôr, zatiaľ čo zaľadnenie v Kanade a v priestore medzi Severnou Amerikou a Grónskom definitívne zmizlo asi pred 8 000 rokmi. V strednej Európe sme mali už okolo roku 8 500 klimatické podmienky podobné tým súčasným, v Severnej Amerike to bolo asi o 1 500 rokov neskôr. Jedno z najznámejších post-glaciálnych chladných období bol Mladší Dryas (pred 10 800 - 10 100 rokmi). Post-glaciálne klimatické optimum nastalo približne pred 7 000 až 5 000 rokmi, kedy sa priemerné letné teploty v strednej Európy pohybovali na úrovni okolo 12-13°C (dnes 10°C).

Zmeny klímy v historickej dobe a v 20. storočí

Doba železná (900 až 300 p.n.l.) bola všeobecne dosť vlhká a vo svojej druhej polovici aj dosť chladná (500 až 300 p.n.l.). V Európe došlo napríklad k zväčšeniu rozlohy močiarov. Obdobie od roku približne 1000 až do 1200 n.l. sa označuje ako stredoveké teplé obdobie alebo druhé klimatické optimum Holocénu (jeho presné vymedzenie je však aj dnes značne neisté). Priemerné teploty v tomto období boli o niečo vyššie než v ďalších storočiach, ale nie o viac ako 1-2 °C, a v mierke pologulí neboli vyššie ako v druhej polovici 20. storočia. Okrem toho najnovšie výskumy naznačujú, že toto teplé obdobie nezasiahlo celú planétu súčasne, skôr išlo o sériu lokálnych a regionálnych oteplení, ktoré prichádzali do rôznych oblastí v rôznom čase. Napríklad v období rokov 900 až 1100 n.l. panovali v priestore severného Atlantiku pomerne priaznivé klimatické podmienky, ktoré umožnili Vikingom osídlenie Islandu, juhozápadného Grónska, Labradoru a Newfounlandu.

Medzi obdobím rokov 1430 až 1850 došlo k všeobecnému ochladeniu, a to predovšetkým v druhej polovici 15. a 17. storočia. V Európe, Severnej Amerike a Ázii došlo k rozšíreniu horského zaľadnenia, v Anglicku sa prestala pestovať vinná réva a skončilo sa osídlenie Grónska. V období rokov 1780 až 1820 boli teploty v priestore Atlantického oceánu, na sever od 50. rovnobežky, približne o 1 až 3°C nižšie ako dnes. Od polovice 19. storočia sa na severnej pologuli postupne otepľovalo, najmä v období rokov 1880 až 1940. Južná pologuľa sa naopak ochladzovala. Od štyridsiatych rokov 20. storočia do polovice 60. rokov sa naopak na prevažne časti severnej pologule (najmä v polárnych regiónoch) mierne ochladilo. Od 70. rokov sa opätovne otepľuje, po roku 1980 veľmi výrazne.

Tlačiť