Gdyby tak przyjrzeć się historiom wszystkich intensywnych ociepleń klimatu, to zauważymy, że głównym czynnikiem sprawczym ich powstawania były gazy cieplarniane, a ściślej promieniowanie długofalowe (podczerwone) zatrzymujące energię cieplną w systemie klimatycznym Ziemi aniżeli promieniowanie krótkofalowe (widzialne i nadfioletowe).
Rys.1. Zmiany klimatu w ciągu ostatnich 65 milionów lat, wyrażone składem izotopów tlenu w otwornicach bentosowych. Maksymalne termiczne paleocenu i eocenu (PETM) charakteryzuje się krótkim, ale wyraźnym ujemnym odchyleniem, przypisywanym szybkiemu ociepleniu. Zwróć uwagę, że wychylenie jest zaniżone na tym wykresie ze względu na wygładzanie danych.
———
Np. 56 milionów lat temu podczas Paleoceńsko-Eoceńskiego Maksimum Termicznego (PETM) doszło do zdarzenia takiego, że prawdopodobnie spadek komety do północnego Atlantyku spowodował masowe erupcje podwodnych wulkanów i wydzielanie się ogromnych ilości metanu, których nie nadążały neutralizować bakterie metanowe. Ciepłe wody geotermalne intensywnie destabilizowały podmorskie klatraty, czyli hydraty metanu (Storey i in., 2007). To potęgowało nasilenie się ogrzewania wód oceanów, ich zakwaszenie oraz stratyfikację powodującą opadanie wody bardziej zasolonej niż przedtem, która jeszcze silniej zdestabilizowywała klatraty metanu. Spowodowało to też w dużym zakresie odwrócenie cyrkulacji oceanicznej (Nunes i in., 2006).
Wkrótce cząsteczki metanu trafiały masowo do atmosfery, w której żyją one średnio 10-12 lat. Potem zmieniają się w cząsteczki dwutlenku węgla potrafiące utrzymać się w atmosferze przez tysiące lat wzmacniając silnie efekt cieplarniany w taki sposób, że temperatura planety urosła w ciągu około 10 tysięcy lat nawet o 9 stopni Celsjusza. Tak wysokie temperatury utrzymywały się nawet do 200 tysięcy lat (Zeebe i inni, 2016, Turner 2018)
W sumie podczas PETM w ciągu kilku tysięcy lat do atmosfery, do szybkiego cyklu węglowego, trafiło 3000 gigaton węgla (GTC), czyli około 0,5 GTC/rok. A dalej w ciągu kilkudziesięciu tysięcy lat – 1500 GTC (Zeebe i in., 2013). W głębinach oceanicznych nastąpił gwałtowny wzrost zakwaszenia oraz wzrost temperatury do 4-5 stopni Celsjusza, co było przyczyną wymierania bentofauny, zwłaszcza otwornic.
Fot.1. Skamieniałe bruzdnice z okresu PETM. Zakwity tych glonów skutkują zatruciem wody a mogą być skutkiem wzmożonego spływu słodkiej wody do oceanu zaczerpnęliśmy ze strony kursu Earth in the future, The Pennsylvania State University (licencja CC BY-NC-SA 4.0).
——–
Gatunki migrowały z niższych na wyższe szerokości geograficzne. Na biegunie północnym w Arktyce pojawiły się krokodyle i bananowce, spotykane raczej dotychczas w tropikach w strefie okołorównikowej (Lavelle, 2016). Natomiast ssaki migrowały zmniejszając swe rozmiary, dzięki temu miały większe zdolności adaptacyjne chłodzenia swych organizmów (Smith, 2012, Secord i in., 2012).
Na szczęście zdarzenie PETM nie dotknęło pod względem wymierania fauny i flory na lądzie, gdyż i tak emisje wulkaniczne nie były tak intensywne jak pod wodą.
Po fakcie dokonanym, w atmosferze Ziemi przybyło więcej izotopów 12C niż 13C. Zarówno początkowo z podmorskich klatratów, jak i pod wpływem ogrzewania atmosfery także z wieloletniej zmarzliny na lądzie czy też z emisji wulkanicznych. Zakwaszenie oceanu oraz zmiana głębokości kompensacji węglanu wapnia polegająca na już płytszych głębokościach jego rozpuszczaniu oznaczało jedno, że w atmosferze nastąpił dwukrotny skok poziomu stężenia dwutlenku węgla z 1000 ppm przed 56 miliony lat temu do 2000 ppm już 56 milionów lat temu. Dzięki tak gwałtownemu impulsowi węglowemu dowiedzieliśmy się, że do szybkiego cyklu węglowego trafiło 2000-7000 gigaton węgla (Zeebe i in., 2009, Panchuk i in., 2008, Cui i in., 2011, Zhongwu i in., 2014).
Fot.2. Hydraty metanu i unoszące się z nich bąbelki gazu na dnie Kanionu Astoria, na głębokości 850m. Zdjęcie OET/NautilusLive and NOAA Office of Ocean Exploration and Research (licencja CC BY-SA 2.0).
———
Być może było tak, że przez miliony lat od końca katastrofy, w której wyginęły wszystkie dinozaury i amonity oraz wiele innych organizmów, na przełomie ery mezozoicznej i kenozoicznej 66 milionów lat temu, termostat węglowy zaczął słabnąć. To znaczy proces wietrzenia krzemianów był słabszy niż powoli wówczas rosnące erupcje podwodnych wulkanów, które najprawdopodobniej były czynnikiem sprawczym destabilizacji klatratów metanu. Ale być może był to upadek bolidu do wspomnianego północnego Atlantyku.
Generalnie. Zdarzenia takie jak PETM powodowały wzmocnienie efektu cieplarnianego, czyli zwiększenie koncentracji dwutlenku węgla i metanu w atmosferze zatrzymujące więcej energii cieplnej (termicznej) w systemie klimatycznym Ziemi.
Dziś dążymy do podobnego scenariusza jak 56 milionów lat temu. Już są uruchomione dodatnie sprzężenia zwrotne, zwłaszcza z wieloletniej zmarzliny, a gdy świat przekroczy 2 stopnie Celsjusza względem okresu preindustrialnego 1850-1900, to i może nawet nastąpią nieodwracalne gwałtowne emisje metanu z destabilizujących się klatratów, które trafią jak na przełomie paleocenu i eocenu masowo z oceanów do atmosfery.