Tuż po zakończeniu optymalnego okresu ochłodzenia Ziemi – Ostatniego Maksimum Glacjalnego (Last Glacial Maximum), wystąpienie zmian orbity Ziemi spowodowało pierwsze zwiastuny topnienia lodu w Arktyce. Około 18 tys. lat temu, gdy przedostatnie zdarzenie Heinricha (H1) na półkuli północnej przyczyniło się do zaburzenia cyrkulacji termohalinowej i wysłodzenia wód z topniejącego lodu, energia cieplna w oceanach skierowała się na półkulę południową (Jeremy D. Shakun i in., 2012). To z kolei tam sprzyjało wydzielaniu się dwutlenku węgla do atmosfery (Pamela Martin i in., 2005) i po następnych 500 latach rozprzestrzenieniu go po całej kuli ziemskiej i z powrotem na półkulę północną (Kurt Cuffey 2001).
Z biegiem lat, dystrybucja energii cieplnej wraz z dwutlenkiem węgla, musiały również mieć wpływ na intensywniejsze ogrzewanie stref klimatu borealnego, a zwłaszcza umiarkowanego. I właśnie wtedy około 12,5 tysiąca lat temu miało miejsce nie tyle zdarzenie Heinricha, co katastrofa geologiczno-hydrologiczna, gdy wylały się do północnego Atlantyku ogromne masy wód z równie ogromnego jeziora Agassiz, co ponownie zaburzyło proces ocieplania się kuli ziemskiej. A orbita naszej planety cały czas nachylała się tak by więcej promieni słonecznych oświetlało Arktykę i wysokie szerokości geograficzne półkuli północnej (Jeremy D. Shakun i in., 2012).
Temperatura globalna, od ostatniego maksimum glacjalnego 20 tysięcy lat temu do optimum holoceńskiego 7,5 tysiąca lat temu, wzrosła wtedy nawet o 4-5 stopni Celsjusza, a koncentracja dwutlenku węgla ze 180 ppm do 300 ppm. Maksymalny wzrost temperatury w tamtych czasach był taki mniej więcej jak na początku XX wieku (Jeremy D. Shakun i in., 2012; Shaun A. Marcott i in., 2013).
Rysunek 1. Zmiany temperatury w ostatnich 22 000 lat. Źródła: Jeremy Shakun 2012 (linia zielona), Shawn Marcott 2013 (linia niebieska), HadCRUT4, przedłużenie w przyszłość w oparciu o scenariusz RCP8.5 Malte Meinshausen 2011 (linia czerwona).
Gdy skończyła się epoka lodowa, nastąpił 12,5 tys. lat temu nasz interglacjał holoceński. Cały czas trwało nachylanie się ekliptyki względem orbity Ziemi, które oświetlało coraz intensywniej rejony Arktyki przyczyniając się do systematycznego wycofywania się i kurczenia się lądolodów: Laurentyńskiego w Ameryce Północnej, Skandynawskiego w Europie i Tajmyrskiego w syberyjskiej Azji. Gdy zaczął lód odsłaniać powierzchnię Oceanu Arktycznego oraz mórz Syberii, Ameryki Północnej, Grenlandii i Europy, Słońce coraz silniej nagrzewało wody w strefie klimatu polarnego, borealnego i umiarkowanego (Christian Stranne i in., 2014).
Prawdopodobnie ocieplanie się wód w Arktyce, uwolnionych spod lądolodów, uruchomiło mechanizm emisji dwutlenku węgla, w którym początkowo przeważały na większości szerokości geograficznych absorpcje CO2 nad emisjami w oceanach. Jednak z biegiem czasu, gdy na początku holocenu, temperatura globalna zaczęła gwałtownie wzrastać, ogrzewanie się oceanów i mórz zaczęło prawdopodobnie przyczyniać się do większych emisji tego gazu do atmosfery niż absorpcji jego do oceanów. Proces ten wraz z ocieplaniem się Ziemi, na początku holocenu, zaczął być taki, że emisje dwutlenku węgla w atmosferze były coraz wyższe. Ziemia coraz silniej ogrzewała się (Wallace S. Broecker i Elizabeth Clark, 2003).
Najszybsze ogrzewanie się półkuli północnej w holocenie trwało 2000 lat. Miało miejsce, od 11,5 tys. lat temu do ok. 9,5 tys. lat temu. Czyli tuż po zakończeniu Młodszego Dryasu (12,8-11,65 tys. lat temu) ostatniej fazy klimatycznej plejstocenu (Yurui Zhang i in., 2016).
Trend temperatury był jednak silnie wzrostowy przez prawie 2000 lat, od początku holocenu do Optimum Holoceńskiego. Koncentracja dwutlenku węgla prawdopodobnie wzrastała od około 200 ppm do około 300 ppm od okresu 11,5 tys. lat temu do ok. 9,5 tys. lat temu. Był to okres czasu, w którym była najwyższy przyrost koncentracji dwutlenku węgla w holocenie. W Optimum Holoceńskim (Friederike Wagner i in., 1999).
Od okresu 9,5 tysiąca lat do 7,5 tysiąca lat temu koncentracje CO2 i temperatury średnio mniej więcej ustabilizowały się. Istniały wówczas okresy zwyżkowe i spadkowe wspomnianych parametrów. Można powiedzieć śmiało, że Arktyka i obszary subpolarne były dalej silnie naświetlane przez Słońce dzięki nachylanej orbicie Ziemi (Gerard Bond i in., 2001).
Dopiero 7,5 tys. lat temu ekliptyka względem orbity Ziemi zapoczątkowała nachylanie się tak, że coraz mniej światła słonecznego zaczęło docierać do wyższych szerokości geograficznych na północnej półkuli. Temperatura globalna zaczęła systematycznie spadać o ok. 1 stopień Celsjusza do drugiej połowy XVIII w., do czasu trwania Małej Epoki Lodowej. A koncentracja CO2 spadała z 295-300 do 278-280 ppm. Jednak od czasu do czasu były mniejsze czy większe trendy wzrostowe, które powodowała wzmożona aktywność słoneczna. Ostatnia taka najsilniejsza, dobrze zbadana (badania proxy), była w średniowieczu w latach 950-1300, ale zbyt słabe nachylenie ekliptyki względem osi Ziemi nie przyczyniło się do wyższych temperatur nie tylko niż w atlantyckim optimum holoceńskim, ale i podczas optymalnie ciepłych okresów starożytnych (Egipt, Grecja, Rzym) (Shawn Marcott i in., 2013).
Rysunek 2. Niebieska linia: rekonstrukcja globalnej temperatury z danych proxy Shawn Marcott i in., 2013. Pokazana jest tutaj wersja RegEM – znaczące różnice pomiędzy wariantami różnych metod uśredniania są wyraźne tylko pod koniec pokazanego okresu, gdzie liczba dostępnych szeregów proxy jest mniejsza. Nie ma to jednak znaczenia, ponieważ zmiany temperatur w ostatnich latach są dobrze znane z pomiarów instrumentalnych, zaznaczonych linią czerwoną (dane HadCRUT). Wykres sporządził Klaus Bitterman.
Od 1770 r. mamy do czynienia z antropogenicznymi emisjami gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla, ale i również metanu. Potem także i podtlenku azotu. A w XX w. również freonów (w ramach HadCRUT4 Malte Meinshausen i in., 2011).
XXI wiek, to wiek, w którym dają o sobie znać nieznaczne emisje naturalne gazów cieplarnianych z gleb (Thomas Crowther 2016; Caitlin E. Hicks Pries 2017). Dwutlenku węgla z wiecznej zmarzliny i z lasów deszczowych oraz metanu z wiecznej zmarzliny i z podwodnych klatratów.
Obecnie jest to coraz poważniejszy problem. Naturalne emisje gazów cieplarnianych przyczyniają się do zwiększania energii cieplnej w systemie klimatycznym Ziemi. Następuje coraz wyższy przyrost temperatury globalnej i koncentracji dwutlenku węgla i metanu w atmosferze. Tego pierwszego gazu również w oceanach. Dokonując ich niebezpiecznego zakwaszenia.
http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/koniec-holocenu-10
https://pl.wikipedia.org/wiki/Ekliptyka
https://en.wikipedia.org/wiki/Last_Glacial_Maximum
https://en.wikipedia.org/wiki/Heinrich_event