Klíma v histórii Zeme

#6: Zmeny klímy v geologickej dobe na Zemi a na Slovensku – priebeh a ich príčiny

Klíma sa v minulosti vždy menila. Prirodzené zmeny podnebia prebiehajú neustále a sú výsledkom zložitých interakcií medzi geologickými, astronomickými a atmosférickými faktormi. Pochopenie príčin týchto zmien je nevyhnutné pre pochopenie histórie Zeme a predpovedanie budúceho vývoja klímy. Rekonštrukciou podnebia pred érou prístrojových meraní a pozorovaní sa zaoberá historická klimatológia a paleoklimatológia, ktoré prispievajú k poznaniu stavu a chovania klimatického systému v dobách, kedy jednoznačne prevažoval vplyv prírodných faktorov ako zmeny orbitálnej dráhy Zeme, slnečnej aktivity, rozloženia pevnín a oceánov, či vegetácie a sopečnej činnosti.

Zmeny klímy v geologických dobách
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, ale 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. Tieto opakujúce sa globálne planetárne zaľadnenia, nazývané aj obdobia „snehovej gule“ (“Snowball Earth“), trvali približne do obdobia pred 635 mil. rokov. Hoci o ich presných príčinách sa stále diskutuje, pravdepodobne boli podmienené kombináciou zníženého slnečného žiarenia v dôsledku polohy Zeme, zväčšenia rozlohy kontinentov vo vysokých zemepisných šírkach a zmenou v koncentráciách skleníkových plynov. V období pred približne 635 - 540 mil. rokov dochádzalo pravdepodobne v dôsledku početných sopečných erupcií ku nahromadeniu skleníkových plynov, najmä oxidu uhličitého, čo pomohlo ukončiť opakujúce sa zaľadnenia a zosilnením skleníkového efektu umožnilo postupné zohrievanie Zeme a prechod do miernejších teplotných podmienok.
Klimatické podmienky sa počas kambria (540 - 490 mil. rokov) na začiatku prvohôr (Paleozoikum) niesli 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 a silúru je známa ďalšia ľadová doba (450 - 430 mil. rokov), ktorá spôsobila hromadné vymieranie. Toto ochladenie pravdepodobne postihlo väčšiu časť vtedajšieho tropického pásma v rámci superkontinentu Gondwana (južný kontinent) a bolo pravdepodobne spôsobené kombináciou faktorov vrátane polohy kontinentov, zmenami v oceánskej cirkulácii a variáciou obežnej dráhy Zeme.
Obdobie devónu (419 - 359 mil. rokov) bolo charakterizované teplým a vlhkým podnebím, ktoré podporilo významné rozšírenie lesov. Toto obdobie bolo podmienené pokračujúcimi pohybmi tektonických platní, ktoré viedli k umiestneniu kontinentov bližšie k rovníku, čo viedlo k teplejším a vlhkejším podmienkam.
Ďalšie obdobie ochladenia nasledovalo na rozhraní geologických období Karbónu a Permu (známe ako Permo-karbónske zaľadnenie) pred 300 mil. rokov.
Klíma druhohôr (252 - 66 mil. rokov) 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 z 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. rokov, v období Eocénu, sa globálne začalo postupne ochladzovať a asi pred 35 mil. rokov 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. rokov). Je potvrdené, že už v období pred 25 mil. rokov 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. rokov, 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, atď.). Pred asi 3 mil. rokov dochádza k trvalému zaľadneniu Grónska.
Počas obdobia zatiaľ poslednej geologickej doby - štvrtohôr (Pleistocén a Holocén - 2,6 mil. rokov až po súčasnosť) - 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. rokov, Eemský interglaciál.
Posledná doba ľadová (koniec Pleistocénu) dosiahla svoj vrchol v období medzi 22 000 - 14 000 rokov. V tomto období sa na severnej pologuli rozprestierali dva rozsiahle pevninské ľadovce - tzv. Laurentský a Škandinávsky. Počas vrcholenia tejto chladnej etapy Pleistocénu sa pohybovali priemerné ročné teploty vzduchu 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 rokov došlo k náhlemu otepleniu a masívnemu ústupu ľadovcov na severnej pologuli. Najskôr ustúpil ľadovec v oblasti dnešných Skalnatých vrchov (Rocky Mountains) a Aljašky (pred asi 10 000 rokov). 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 rokov. 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 rokov). Post-glaciálne klimatické optimum nastalo približne pred 7 000 až 5 000 rokov, kedy sa priemerné letné teploty vzduchu v strednej Európe pohybovali na úrovni okolo 12 - 13 °C (dnes 10 °C).

Použitá a odporúčaná literatúra k danej tematike:
Encyclopedia Britannica: Climate Change Throughout History (online). [Odkaz]
Hartmann, D.L. 1994: Global Physical Climatology. Academic Press, San Diego, CA.
Lapin, M. a Tomlain, J., 2001: Všeobecná a regionálna klimatológia. UK, Bratislava, 184 s.
Melo, M., Lapin, M., Pecho, J. 2022: Climate in the Past and Present in the Slovak Landscapes - The Central European Context (online, OKS). [Odkaz] 
Ruddiman, W. F. 2014: Earth's climate : past and future. New York, NY ; Basingstoke. 445 pp.

#7: Zmeny klímy v historickej dobe na Zemi – priebeh a ich príčiny

Po skončení poslednej doby ľadovej pred približne 11 700 rokov nastalo obdobie holocénu charakteristické postupným otepľovaním. Kontinentálne a horské ľadovce (aj v Tatrách) začali ustupovať a hladina oceánov sa zvýšila. 

Obdobie Atlantiku
Obdobie pred 7 500 až 5 000 rokov (obdobie Atlantiku) sa považuje za obdobie post-glaciálneho klimatického optima. V Európe bolo v tomto období o 2 - 3 °C teplejšie v porovnaní s 20. storočím. Priemerná ročná teplota vzduchu na nížinách Slovenska bola v tomto (zatiaľ najteplejšom období holocénu) zhruba 13 - 14 °C, pričom aj úhrn atmosférických zrážok bol vyšší. Teplejšie a vlhšie podmienky boli ideálnym prostredím pre šírenie rôznych druhov rastlín (o čom sa dnes dozvedáme napríklad pri proxy údajoch z rašelinísk). Slovensko bolo maximálne zalesnené a hranica lesa bola približne o 300 - 400 m vyššie než v súčasnosti. Podobne to bolo aj v iných krajinách. Na Islande bola napríklad až polovica pevniny pokrytá brezovými lesmi (kým dnes to je zhruba 1 % územia). Nie je teda prekvapivé, že práve toto obdobie sa spája aj s prvými poľnohospodárskymi osídleniami v strednej Európe. 

Bronzová a železná doba
Ďalšie obdobie (pred 5 000 až 2 500 rokov) bolo stále relatívne teplé (priemerná ročná teplota vzduchu na nížinách Slovenska bolo okolo 11- 12 °C), avšak už s menším úhrnom atmosférických zrážok. Z pohľadu ľudskej histórie sa toto obdobie spája s bronzovou a rannou železnou dobou. 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.

Rímska ríša
Obdobie Rímskej ríše sa často nazýva aj klimatické optimum počas Rímskej ríše (cca od roku 250 p.n.l. po 350 až 400 n.l.). Ide o relatívne teplé obdobie (niektoré štíty Álp zostávali bez snehu a ľadu dokonca aj v zime). V Severnej Afrike v tomto období boli zaznamenané intenzívne úhrny atmosférických zrážok. Po tomto období, na začiatku stredoveku, došlo zase k miernemu ochladeniu a nástupu ľadovcov v niektorých oblastiach. Suchá v Európe a Ázii (s maximom výskytu okolo roku 300 n.l.) boli pravdepodobne spúšťačom migrácií smerom k Číne, ale aj k Rímskej ríši. 

Stredoveké klimatické optimum
Obdobie od roku približne 1 000 až do 1 200 n.l. sa označuje ako stredoveké teplé obdobie alebo druhé klimatické optimum Holocénu (jeho presné vymedzenie je však aj dnes značne neisté). Priemerné teploty vzduchu v tomto období boli o niečo vyššie než v ďalších storočiach, ale nie o viac ako 1 - 2 °C. 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 1 100 n.l. panovali v priestore severného Atlantiku pomerne priaznivé klimatické podmienky, ktoré umožnili Vikingom osídlenie Islandu, juhozápadného Grónska, Labradoru a Newfounlandu. Taktiež existujú dôkazy o tom, že podmienky v tomto období umožňovali pestovanie vínnej révy v oblastiach severozápadnej Európy. 

Malá doba ľadová
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 vínna réva a skončilo sa osídlenie Grónska. V období rokov 1780 až 1820 boli teploty vzduchu v priestore Atlantického oceánu, na sever od 50. rovnobežky, približne o 1 až 3 °C nižšie ako dnes. Toto ochladenie sa spája so zníženou solárnou aktivitou, menším počtom slnečných škvŕn a zároveň zvýšenou vulkanickou aktivitou. Malá doba ľadová sa na našom území vyznačovala chladným a vlhkým počasím, ako aj dlhými a mrazivými zimami. Neskorší nástup vegetačných období predstavoval menej času na dozrievanie úrody. Predpokladá sa, že nižšie úrody, a tým pádom aj nedostatok potravín a živín, sa podpísalo na podlomenom zdraví vtedajšieho obyvateľstva. V kombinácii s celkovo chladnejšími podmienkami potom aj tento fakt prispel k intenzívnejšiemu šíreniu morových epidémií v tomto období. 

Obdobie pravidelných meteorologických pozorovaní
Prvé pravidelné meteorologické pozorovania začali v Anglicku v druhej polovici 17. storočia. V 18. a 19. storočí sa založili prvé meteorologické stanice aj v iných krajinách. Najstaršie prístrojové pozorovania počasia v strednej Európe datujú do roku 1654 (pozorovania vo Varšave), kým nepretržité systematické pozorovania až do súčasnosti máme v strednej Európe zhruba 250 rokov do minulosti. Najstaršie záznamy o meraní teploty vzduchu na Slovensku máme z obdobia 1717 až 1720. Na začiatku 20. storočia sa už aj na Slovensku teplota vzduchu merala na viacerých staniciach a dokonca sa na rovnakých staniciach meria až dodnes. Máme teda nepretržité rady meraní, na základe ktorých môžeme pozorovať, ako sa mení teplota vzduchu. Postupne sa množstvo staníc, kde sa merala teplota vzduchu, navyšovalo a ku klasickým meraniam v meteorologických búdkach na pevnine pribudli aj merania teploty vzduchu nad oceánom z teplomerov na plaviacich sa lodiach. Približne od roku 1980 sa teplota vzduchu meria aj pomocou družíc. V druhej polovici 20 storočia sa s rozvojom počítačov v meteorológii začali používať aj meteorologické modely, takže sme získali ďalšie doplňujúce údaje k meraným meteorologickým prvkom. Pomocou modelov dnes vieme zistiť nielen počasie na pár dní dopredu, či to, ako sa bude meniť klíma v budúcnosti, ale taktiež vieme namodelovať aj klímu do minulosti. 

Obdobie po priemyselnej revolúcii
Priemyselná revolúcia začala okolo roku 1750, avšak dôsledky uvoľňovania skleníkových plynov sa začali zreteľnejšie prejavovať až koncom 19. storočia. Obdobie 1850 - 1900, kedy zmena klímy ešte nebola identifikovateľná, sa preto dnes používa na porovnanie súčasnej klímy s klímou bez vplyvu človeka. V odborných textoch sa za „klímu predindustriálneho obdobia“ považuje práve klíma tohto 50-ročného obdobia (1850 - 1900). Od polovice 19. storočia sa na severnej pologuli postupne otepľovalo, najmä v období rokov 1880 až 1940. Južná pologuľa sa naopak ochladzovala. Od 40. rokov 20. storočia do polovice 60. rokov sa naopak na prevažnej časti severnej pologule (najmä v polárnych regiónoch) mierne ochladilo. Od 70. rokov sa znova otepľuje, po roku 1980 veľmi výrazne.

Použitá a odporúčaná literatúra k danej tematike:

Encyclopedia Britannica: Climate Change Throughout History (online). [Odkaz]
Hartmann, D.L. 1994: Global Physical Climatology. Academic Press, San Diego, CA.
Kršák, P. 2009: Ottov historický atlas Slovensko. Ottovo nakladatelství, Praha.
Lapin, M. a Tomlain, J., 2001: Všeobecná a regionálna klimatológia. UK, Bratislava, 184 s.
Melo, M., Lapin, M., Pecho, J. 2022: Climate in the Past and Present in the Slovak Landscapes - The Central European Context (online, OKS). [Odkaz]
Ruddiman, W. F. 2014: Earth's climate : past and future. New York, NY ; Basingstoke. 445 pp.