Атмосферната концентрация на въглероден диоксид - Хамбургски образователен сървър
Никога през последните 10 000 години или през цялата Ледена епоха съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата не е било толкова високо, колкото е сега. Трябва да се върнете няколко милиона години назад в историята на земята, за да намерите по-висока концентрация.
Атмосферната концентрация на въглероден диоксид
Въглероден диоксид в ранната атмосфера
Налична е малко по-добра информация за тези колебания през последните 500 милиона години. През първите 100 милиона години от този период съдържанието на CO2 е между 4000 и 6000 ppm (днес 385 ppm). След това последва фаза със също толкова ниски стойности на CO2 като днес и ледена покривка почти до 30-ия паралел. Между 100 и 250 милиона години съдържанието на CO2 отново е над 1000 ppm. Това беше времето на динозаврите с температури с 8 градуса по-топли от днешните.
Въглероден диоксид в кайнозоя
През последните 65 милиона години, кайнозойската (земната модерна епоха), съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата тогава взе развитието, което доведе до днешните климатични условия. През първите 30 милиона години тя беше около 1000 ppm, като дори надхвърли стойността от 1500 ppm с 50 милиона години. През тази първа половина на кайнозоя земята все още беше свободна от лед. От преди около 35 милиона години концентрацията на CO2 има тенденция да намалява до около 300 ppm, което бележи началото на заледяването на Антарктика преди около 35 милиона години и настоящата ледена епоха преди около два милиона и половина години.
Фиг. 1: Съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата през последните 60 милиона години 1
Основната причина за промените в нивата на CO2 в кайнозойската ера се вижда в движенията на африканските и индийските плочи. Първоначално те са довели до силните планински гънки в Алпите и Хималаите и по този начин до интензивна вулканична дейност. След като Хималаите и Тибетското плато бяха издигнати по-специално, силните химически процеси на изветряне консумираха много атмосферен въглероден диоксид, който се подаваше в морето със седиментите и се изтегляше от въглеродния цикъл за дълги периоди от време.
За климатичното развитие на кайнозойската ера към подновено заледяване съдържанието на CO2 в атмосферата се разглежда като доминиращ фактор. Други задвижвания като слънчева радиация или промени в океанските течения играят само много подчинена роля. В кайнозоя слънчевата радиация дори се е увеличила с 0,4%, което обаче съответства само на радиационно форсиране от +1 W/m 2 - в сравнение с отрицателно форсиране от -10 W/m 2 поради намаляващото съдържание на въглероден диоксид в атмосферата.
Въглероден диоксид в ледниковия период
Фиг. 2: Промени в концентрацията на CO2 в атмосферата през последните 640 000 години и колебания в деутерия като прокси (данни за прокси) за температурата в арктическия лед. Паралелното развитие на двете стойности, както и рязкото нарастване на съдържанието на CO2 от началото на индустриализацията, което с понастоящем (2008 г.) 385 ppm, очевидно надвишава всички стойности от последните 640 000 години, които също не надвишават 300 ppm в по-ранните топли периоди, е поразително е дори по-висока от всякога през последните 10 милиона години (вж. фиг. 1). 2
Атмосферният въглероден диоксид и глобалната температура си влияят взаимно. По-ниската глобална температура намалява съдържанието на CO2, а по-ниското съдържание на CO2 води до още по-голямо намаляване на температурата. Съдържанието на CO2 е в диапазона между 180 и 300 ppm. Настоящата концентрация на въглероден диоксид в атмосферата надхвърля колебанията от ледниковия период и не може да бъде получена от предишно затопляне. Това е следствие от антропогенни емисии и е отговорно за текущото затопляне.
Концентрацията на CO2 след индустриализацията
Фиг. 3: Атмосферната концентрация на въглероден диоксид от началото на ерата до 2007 г. Във вградената кутия, концентрацията и развитието на емисиите от 1970 г. насам. 3
От началото на индустриализацията хората се намесват в естествения цикъл, като все повече изгарят изкопаеми горива като суров нефт, природен газ и въглища, при които въглеродният диоксид се изтегля от естествения цикъл в продължение на стотици милиони години, а заедно с това и концентрацията на CO2 се увеличава в атмосферата. Освен това има директно унищожаване на растителността чрез промени в земеползването или унищожаване на гори, които също отделят CO2. От началото на ерата до началото на индустриализацията атмосферната концентрация на въглероден диоксид варира само леко между 275 и 285 ppm. По време на индустриалната ера атмосферната концентрация на въглероден диоксид се е увеличила с приблизително 36% от 280 ppm на 385 ppm през 2007 г. Първите 50 ppm от увеличението на CO2 отнема над 200 години, докато следващите 55 ppm са постигнати само за 30 години. 4-ти
Настоящото развитие на въглеродния диоксид
От около 2000 г. скоростта на растеж на концентрацията на CO2 показва допълнително нарастване. Докато през 90-те години тя е била само 1,49 ppm/година, тя вече е 1,93 ppm годишно в периода 2000-2006 г. 5 От 2005 г. до 2007 г. увеличението беше дори 2,4 ppm/година, но след това спадна до 1,8 ppm през 2008 г. 5а Междувременно темпът на растеж отново се е повишил и е бил 2.4 ppm/година от 2009 до 2010 г., при което концентрацията се е повишила до над 390 ppm. 5б
Причините се крият от една страна в по-високите емисии, а от друга страна - и това е ново - в намаляващата ефективност на мивките, особено на океана. От 1850 до 2006 г. 330 GtC бяха изпуснати в атмосферата чрез изгаряне на изкопаеми енергии, плюс 156 GtC чрез промени в земеползването, главно чрез унищожаване на горите. Емисиите се увеличиха особено силно през последните години. Докато темпът на растеж на антропогенните емисии е бил все още 1.3% годишно през 90-те години, той е бил почти три пъти по-висок през периода 2000-2006 г. при 3.3%. Общите антропогенни емисии възлизат на 8,4 GtC през 2000 г., но през 2006 г. те са били 9,9 GtC. Това е годишен ръст от 2,9% - в сравнение с 0,7% през 90-те години. Средно емисиите от 2000-2006 г. възлизат на 9,1 GtC годишно, от които 7,6 GtC от изгарянето на изкопаеми горива и 1,5 GtC от промененото земеползване. 6-то
Фиг. 4: Промяната в емисиите на CO2 поради промени в земеползването, изгарянето на изкопаеми горива, производството на цимент и др. (горе вляво), както и промяната в дела на потъващите CO2 в атмосферата (горе вдясно), растителността на сушата (долу вляво) и океана (долу вдясно). Потъващата част на океана очевидно намалява. 6а
Сега е забележимо, че делът на антропогенните емисии, които е поела атмосферата, се е увеличил през последните няколко десетилетия, докато океанският дял е намалял значително. Важна причина за това се вижда в усилването на околополюсните западни ветрове около Антарктика, които транспортират богата на CO2 вода от по-дълбоки океански слоеве до повърхността, където въглеродният диоксид може да бъде освободен в атмосферата. Тъй като това усилване се дължи главно на озоновата дупка над Антарктика, отслабването на поглъщането на CO2 може да бъде временно явление. 7-ми