Czy zmierzamy do nowej Epoki Lodowcowej?

Co mówi nauka...

Kilka wieków temu nasza planeta doświadczyła łagodnego okresu ochłodzenia, potocznie nazywanym Małą Epoką Lodowcową. Część tej Epoki zbiegała się z okresem niskiej aktywności słonecznej nazywanym Minimum Maundera (od nazwiska astronoma Edwarda Maundera). Kombinacja niższej wydajności słonecznej i wysokiej aktywności wulkanicznej wraz ze zmianami w cyrkulacji oceanicznej (Free 1999, Crowley 2001) były głównymi czynnikami wpływającymi na temperatury na kontynencie Europejskim  (Mann 2002). 

Rysunek 1: Całkowite Napromieniowanie Słoneczne. Dane z lat 1880 do 1978 wzięte z Solanki. Dane z lat 1979 do 2009 są z Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos (PMOD). 

Czy zmierzamy do następnego Minimum Maundera? Aktywność słoneczna aktualnie pokazuje długoterminowy trend ochłodzenia. W roku 2009 wydajność Słońca była na najniższym poziomie od ponad wieku. Niestety przewidywanie przyszłej aktywności słonecznej jest problematyczne. Przejście z okresu "wielkiego maksimum" (sytuacja w końcu XX wieku) do "wielkiego minimum" jest procesem chaotycznym i trudnym do przewidzenia (Usoskin 2007).

Załóżmy dla przykładu, że Słońce kiedyś w XXI wieku wejdzie w następne Minimum Maundera. Jaki efekt wywoła to na klimacie Ziemi? Symulacje reakcji klimatu przy założeniu że Słońce weszłoby w Minimum Maundera pokazują, że spadek temperatury wywołany przez zmianę aktywności Słońca jest minimalny w porównaniu do ocieplenia spowodowanego przez produkowane przez ludzi gazy cieplarniane (Feulner 2010). Oziębienie wywołane przez niższą wydajność słoneczną jest szacowane na ok. 0,1°C (maksymalnie 0,3°C) podczas gdy ocieplenie przez efekt cieplarniany będzie rzędu 3,7°C do 4,5°C, w zależności od tego ile CO2 będzie emitowane w XXI wieku (więcej na ten temat ...). 

Rysunek 2: Średnie globalne anomalie temperatury w latach 1900 do 2100 w scenariuszach A1B (czerwone linie) i A2 (purpurowe linie) i dla trzech różnych wymuszeń słonecznych: typowego 11-letniego cyklu (linia ciągła), nowego Wielkiemu Minimum z poziomem aktywności słonecznej odpowiadającej zrekonstruowanemu poziomowi ostatniego Minimum Maundera (linia przerywana) i obniżonego poziomu napromieniowania (linia kropkowana). Temperatury obserwowane przez NASA GISS do roku 2009-go są oznaczone liną niebieską (Feulner 2010).

W przeszłości nasz klimat przechodził przez znacznie bardziej dramatyczne zmiany w porównaniu do Małego Wieku Lodowcowego. W ciągu ostatnich 400 tysięcy lat nasza planeta doświadczała sytuacji zlodowacenia przerywanej co 100 tysięcy lat przez krótkie ciepłe okresy. Te ciepłe okresy - tzw. okresy międzylodowcowe - trwały typowo ok. 10.000 lat. Nasz aktualny okres międzylodowcowy zaczął się ok. 11.000 lat temu. Czy jesteśmy zatem w końcowym etapie naszego okresu międzylodowcowego?

Rysunek 3: Zmiany temperatury na stacji Vostok na Antarktydzie (Petit 2000). Okresy międzylodowcowe są zaznaczone kolorem zielonym.

Jak się zaczynają okresy zlodowacenia? Zmiany w orbicie Ziemi powodują zmniejszenie nasłonecznienia na półkuli północnej podczas lata. W następstwie lodowce na północy topią się mniej podczas lata i stopniowo się rozrastają w ciągu tysięcy lat. To z kolei zmienia albedo Ziemi, które przyśpiesza ochłodzenie dalej rozszerzając zasięg lodowców. Ten proces trwa ok. 10000 do 20000 lat przynosząc epokę lodowcową.

Nie wszystkie okresy międzylodowcowe miały tą samą długość. Rdzenie lodowe z Dome C na Antarktydzie pozwalają rzucić okiem na temperatury na Ziemi sięgające do 720.000 lat wstecz. Warunki klimatyczne 420.000 lat temu były zbliżone do aktualnych. Okres międzylodowcowy trwał wtedy 28.000 lat, sugerując, że bez wpływu człowieka aktualny okres międzylodowcowy móglby trwać przez podobną ilość lat (Augustin 2004).

Podobieństwo obecnego stanu klimatu do tego sprzed 400.000 lat jest następstwem podobieństwa konfiguracji orbity Ziemi. W obydwu przypadkach wymuszanie spowodowane zmianami orbitalnymi zmieniało się w znacznie mniejszym stopniu niż w innych okresach międzylodowcowych. Symulacje z aktualną orbitą pokazują, że nawet bez emisji CO2 aktualny okres międzylodowcowy będzie trwał co najmniej 15.000 lat (Berger 2002).

Oczywiście pytanie jak długo nasz okres międzylodowcowy trwałby bez ludzkiej interwencji jest czysto akademicke. Jaki zatem efekt mają nasze emisje CO2 na przyszłe epoki lodowcowe? To pytanie jest rozważane w badaniach, które skupiają się na tzw. "wyzwalaczu" zlodowacenia - czyli wymaganemu spadkowi nasłonecznienia półkuli północnej, który by rozpoczął proces wzrostu czap lodowych (Archer 2005). Im więcej CO2 znajduje się w atmosferze tym więcej musi zmaleć nasłonecznienie żeby rozpocząć zlodowacenie.

Rysunek 3 pokazuje reakcję klimatu na różne scenariusze emisji CO2. Linia zielona oznacza naturalną reakcję bez wpływu emisji CO2. Linia niebieska reprezentuje antropogeniczne wyzwolenie do atmosfery 300 gigaton węgla - ten stopień już przekroczyliśmy. Wyzwolenie 1000 gigaton węgla (linia pomarańczowa) zapobiegłoby epoce lodowcowej przez 130.000 lat. Jeśli antropogeniczna emisja węgla wynosiłaby 5000 gigaton albo więcej to zlodowacenie nie nastąpiłoby przez co najmniej pól miliona lat. W obecnych warunkach kombinacja stosunkowo słabego wymuszania orbitalnego i długiego życia atmosferycznego dwutlenku węgla spowoduje że okres międzylodowcowy będzie najdłuższy w okresie ostatnich 2,6 milionów lat.

Rysunek 3. Efekt CO2 z paliw kopalnych na przyszłą ewolucję średniej globalnej temperatury. Linia zielona oznacza naturalną ewolucję, linia niebieska reprezentuje rezultaty antropogenicznej emisji 300 Gton węgla, linia pomarańczowa odpowiada 1000 Gton a niebieska 5000 Gton węgla (Archer 2005). (Liczby czasu w tysiącach lat)

Możemy zatem być spokojni, że epoka lodowcowa nie czeka nas w niedalekiej przyszłości. Dla tych, którzy mają wątpliwości radzę spojrzeć na północne czapy lodowe. Jeśli one rosną to jest możliwe że dziesięcio-tysięczno-letni proces zlodowacenia się zaczął. Jednakże aktualnie zasięg Arktycznej zmarzliny maleje, lody morza Arktycznego się topią a czapa lodowa Grenlandii traci masę we wzrastającym tempie. Nie są to raczej warunki sprzyjające bliskiej epoce zlodowacenia.