W przeszłości zawartość CO2 rosła z opóźnieniem za wzrostem temperatury - co to oznacza?

Co mówi nauka...

W ciągu ostatniego pół miliona lat nasz klimat doświadczał długich okresów lodowcowych przerywanych przez stosunkowo krótkie okresy ciepłe, tak zwane okresy międzylodowcowe. Atmosferyczny dwutlenek węgla jest powiązany z tym cyklem. Jego ilość wzrasta o około 80 do 100 części na mlion w miarę jak antarktyczne temperatury wzrastają do 10°C. Ale jeśli przyjrzymy się bliżej to zauważymy, że CO2 zostaje w tyle za temperaturą o ok. 1000 lat. Mimo że ten efekt został przewidziany dwadzieścia lat temu (Lorius 1990), to on wciąż zaskakuje i dezorientuje wielu ludzi. Czy ogrzewanie powoduje wzrost CO2 czy jest na odwrót? W rzeczywistości prawdą jest jedno i drugie.

Rysunek 1: Pomiary zawartości dwutlenku węgla (linia niebieska) w rdzeniu lodowym Vostok (Petit 2000) porównane do zmiany temperatury (linia czerwona) (Barnola 2003).

Epoki międzylodowcowe przychodzą co mniej więcej 100,000 lat. Jest to tak zwany cykl Milankovitch'a wywołany zmianami orbity Ziemi. Są trzy główne składniki zmian ziemskiej orbity. Kształt orbity Ziemi wokół Słońca (mimośród) zmienia się pomiędzy elipsą a kształtem zbliżonym do koła. Oś Ziemi jest nachylona w stosunku do Słońca pod kątem 23 stopni. To nachylenie oscyluje pomiędzy 22,5 a 24,5 (nutacja). Kierunek osi też się zmienia pomiędzy Gwiazdą Północną a Wegą (precesja).

Rysunek 2: Trzy główne zmiany orbitalne. Od lewej do prawej: Mimośród: zmiany kształtu orbity Ziemi. Nutacja: zmiany nachylenia osi Ziemi. Precesja: zmiany kierunku osi Ziemi.

Połączony efekt tych cyklów orbitalnych powoduje długoterminowe zmiany w ilości promieniowania słonecznego padającego na ziemię w różnych porach roku, zwłaszcza na dużych szerokościach geograficznych. Na przykład około 18000 lat temu nastąpił wzrost promieniowania słonecznego padającego na Półkulę Południową podczas południowej wiosny. To wywołało cofające się lody morskie i topienie lodowców na Półkuli Południowej. (Shemesh 2002). Strata lodu wywołała następne sprzężenie zwrotne ponieważ mniej promieniowania słonecznego odbijało się w przestrzeń (obniżone albedo). To dodatkowo wspomagało ocieplenie.

W miarę jak Ocean Południowy ociepla się, rozpuszczalność CO2 w wodzie maleje (Martin 2005). To powoduje oddawanie CO2 przez oceany do atmosfery. Mechanizm tego procesu nie jest dokładnie zrozumiany, ale uważa się, że jest on związany z pionowym mieszaniem oceanu (Toggweiler 1999). Ten proces trwa około 800 do 1000 lat, dlatego obserwowany poziom CO2 wzrasta przez około 1000 lat po początkowym ociepleniu (Monnin 2001, Mudelsee 2001).

Uwalnianie CO2 przez oceany ma kilka efektów. Rosnąca ilość CO2 w atmosferze wzmacnia ocieplenie. Stosunkowo słabe wymuszenie wywołane cyklami Milankovitch'a jest niewystarczające żeby spowodować dramatyczne zmiany temperatury które wyprowadziłyby klimat z wieku lodowcowego. Ale obserwowane ocieplenie jest zgodne ze wzmacniającym efektem CO2. 

CO2 z Oceanu Południowego miesza się w atmosferze, rozprzestrzeniając ocieplenie na Północ. (Cuffey 2001). Tropikalne osady morskie pokazują ocieplenie tropików około 1000 lat po ociepleniu Antarktyki, mniej więcej w tym samym czasie kiedy następuje wzrost ilości CO2 (Stott 2007). Rdzenie lodowe z Grenlandii pokazują, że ocieplenie na Półkuli Północnej jest opóżnione w porównaniu do okresu wzrostu zawartości CO2 w Antarktyce (Caillon 2003).

Stwierdzenie, że opóźnienie wzrostu CO2 zaprzecza że CO2 ma ocieplający efekt, pokazuje brak zrozumienia procesów spowodowanych cyklami Milankovitch'a. Przegląd recenzowanych badań przeszłych okresów odlodowacenia uczy nas kilku rzeczy:

• Wyjście Ziemi z epoki lodowcowej nie jest inicjowane przez CO2 lecz przez cykle orbitalne
• CO2 wzmacnia ocieplenie które nie może być wyjaśnione tylko przez same cykle orbitalne
• CO2 rozprzestrzenia ocieplenie po całej planecie