Przyczyna nagłej zmiany w długości okresów interglacjalnych na Ziemi
Ziemia znajduje się obecnie w okresie pomiędzy dużymi zlodowaceniami. Cykliczne występowanie okresów glacjalnych i interglacjalnych stanowi istotny element naszej historii geologicznej. Należy przy tym zaznaczyć, że ostatnia epoka lodowcowa dobiegła końca mniej więcej 11 000 lat temu. Okresy międzylodowcowe następują w wyniku zmian natężenia promieniowania słonecznego, co jest powiązane z orbitą Ziemi i stopniowymi zmianami w nachyleniu jej osi. Okresy interglacjalne trwały początkowo około 41 000 lat. Następnie, około 1 miliona lat temu, nastąpiło spowolnienie, w wyniku czego ich długość zwiększyła się do około 100 000 lat. Ta zaskakująca zmiana w cykliczności okresów lodowcowych i międzylodowcowych określana jest mianem przejścia środkowego plejstocenu. Jego przyczyny stanowią jednak niezwykłą zagadkę. „To przejście jawi się jako tak enigmatyczne, ponieważ w tamtym czasie nie miały miejsca żadne oczywiste zmiany w konfiguracji orbitalnej”, wyjaśnia Frerk Pöppelmeier, odbywający staż podoktorski na Wydziale Fizyki Klimatu i Środowiska Uniwersytetu Berneńskiego, główny badacz projektu CliMoTran. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu CliMoTran Pöppelmeier poszukiwał wyjaśnienia dla tej wyjątkowej i zagadkowej zmiany klimatu. W tym celu wykorzystał najnowocześniejsze techniki modelowania komputerowego, aby zbadać potencjalne sprzężenia zwrotne, które mogły być motorem tej zmiany. „Skupiłem się przede wszystkim na stanie cyrkulacji oceanicznej i jej zmianach podczas przejścia klimatycznego”, wyjaśnia Pöppelmeier. „Ponieważ ocean jest największym rezerwuarem, który może bez problemu wymieniać dwutlenek węgla z atmosferą, odgrywa on kluczową rolę w kształtowaniu klimatu”.
Uwzględnienie pokryw lodowych
Do zbadania tego problemu zespół projektu wykorzystał wydajny obliczeniowo model klimatu Bern3D, za pomocą którego można wykonywać szybkie symulacje okresów trwających od tysięcy do milionów lat, uwzględniając większość elementów i sprzężeń zwrotnych, które uważa się za stojące za globalną zmianą klimatu. Podczas przejścia środkowego plejstocenu wielkość i zasięg pokryw lodowych na półkuli północnej zmieniły się w sposób dramatyczny, wywierając głęboki wpływ na klimat i cyrkulację oceaniczną. Wiele hipotez koncentruje się wokół tych pokryw lodowych, choć wcześniej model ich nie uwzględniał. Pierwszą rzeczą, jaką zrobił Pöppelmeier, było uwzględnienie w modelu tego nowego dynamicznego komponentu – pokryw lodowych. Następnie badacz porównał symulacje modelu z rekonstrukcjami paleoklimatu, czyli pradawnego klimatu, aby ocenić, który ze scenariuszy był najbardziej realistyczny.
Zmiana klimatu jako złożone zjawisko
Badania Pöppelmeiera, prowadzone dzięki wsparciu działań „Maria Skłodowska-Curie”, wykazały, że nie można zidentyfikować pojedynczego czynnika, który spowodował przejście środkowego plejstocenu. Prawdopodobnie mamy tutaj do czynienia z efektem działania wielu różnych czynników jednocześnie. „Co najważniejsze, wiele wskazuje na to, że powolny spadek stężenia dwutlenku węgla w atmosferze doprowadził do nieliniowej reakcji systemu klimatycznego, w szczególności kontynentalnych pokryw lodowych, które po przekroczeniu krytycznego progu stężenia CO2 w atmosferze zaczęły w sposób znaczący się powiększać”, tłumaczy. Wyniki sugerują, że przekraczanie progów dla stężenia CO2 w atmosferze silnie wpływa na funkcjonowanie całego systemu klimatycznego. Ma ono znaczenie nie tylko w skalach czasowych rzędu dziesięcioleci czy stuleci, czyli w kontekście klimatycznych punktów krytycznych mających znaczenie dzisiaj, takich jak cyrkulacja oceaniczna, wieczna zmarzlina czy sytuacja amazońskich lasów deszczowych, ale także w horyzontach czasowych glacjałów i interglacjałów. „Można więc przypuszczać, że antropogeniczne czynniki wpływające na klimat zasadniczo zmienią los klimatu Ziemi w długim horyzoncie czasowym”, zauważa Pöppelmeier.
Rozwiązanie zagadki przejścia środkowego plejstocenu
Pöppelmeier nie rezygnuje z badań tego ważnego okresu w dziejach klimatu Ziemi. Pomogą mu w tym nowe bezpośrednie rekonstrukcje stężeń gazów cieplarnianych w atmosferze, których w ciągu najbliższych kilku lat ma dostarczyć finansowany ze środków UE projekt Ma (Beyond EPICA: Oldest Ice). Co więcej, Pöppelmeier bierze udział w projekcie ClimTip, który właśnie otrzymał finansowanie z programu „Horyzont Europa”. W jego ramach zamierza przyjrzeć się bliżej także innym przejściom klimatycznym, takim jak gwałtowne ocieplenie podczas ostatniego zlodowacenia.
Słowa kluczowe
CliMoTran, zmiana klimatu, przejście środkowego plejstocenu, pokrywy lodowe, tajemnica, modelowanie, przejście, zagadka
