Zemeljsko podnebje je v svoji več milijard let dolgi zgodovini prešlo že skozi zelo nenavadna obdobja. Iz nekaterih geoloških najdb lahko sklepamo, da so pred približno pol milijarde let vsi zemeljski oceani zamrznili in vsa Zemlja je bila kot ena velika snežna kepa. Povsod na planetu, tudi na območju ekvatorja, je bilo tako mraz, kot je danes samo na Antarktiki.
Ko zamrznejo vsa morja
Teorije o ledenem oklepu, ki naj bi v preteklosti popolnoma pokril naš planet, se je oprijelo ime Zemlja kot snežna kepa (Snowball Earth). Dokazi za popolno poledenitev vsega planeta kažejo vsaj na dve takšni epizodi v zgodovini Zemlje. Zadnjič naj bi Zemlja zamrznila kot velikanska snežna kepa pred približno 640 milijoni let, pred njo pa je bila podobna zaledenitev pred 710 milijoni let. Vsako od obeh obdobij poledenitve je trajalo približno 10 milijonov let.
Med takšno poledenitvijo, ko je iz planeta nastala velikanska snežna kepa, se je povprečna temperatura na površju Zemlje po nekaterih ocenah spustila na 50 stopinj Celzija pod ničlo, debela plast snega je prekrivala tudi tropska območja in ledena skorja na oceanih je bila debela več kot kilometer. Samo toploti, ki je še vedno prihajala iz vroče zemeljske notranjosti, se lahko zahvalimo, da vsa morja niso zamrznila povsem do dna.
Takšne skrajne podnebne razmere so bile seveda pogubne za večino takratnih preprostih živih bitij. A nekaj organizmov je takšne ekstremne razmere vseeno preživelo in kmalu po koncu zadnje popolne poledenitve so se pojavila prva mnogocelična živa bitja, temu pojavu danes pravimo kambrijska eksplozija raznolikosti življenjskih oblik.
Čeprav trdnih dokazov o vplivu skrajnih podnebnih razmer na nastanek mnogoceličnih oblik življenja nimamo, je mnogo znanstvenikov prepričanih, da časovno sovpadanje podnebnih ekstremov in pojava novih oblik življenja ni naključje.
Sneg in led v tropih
Dolgo časa so se geologi ukvarjali z nenavadnimi najdbami ledeniških skalnih tvorb na območju ekvatorja, ki so nakazovale na to, da so bila tudi tropska območja nekoč prekrita z ledenim oklepom. Nihče namreč ni verjel, da bi se poledenitev med preteklimi ledenimi dobami lahko spustila tudi niže od zemljepisnih širin, ki ustrezajo Evropi in Severni Ameriki. Težava je bila namreč, da si nihče ni znal zamisliti naravnega mehanizma, ki bi lahko ledeno oblogo, če bi se ta razširila po vsem planetu, tudi odstranil.
Ko se na začetku ledene dobe območja ledenikov začnejo širiti z obeh polov proti ekvatorju, to proces Zemljinega ohlajanja samo še pospeši. Zaledenela morska površina in zasnežena površina kontinentov namreč odbijata nazaj v vesolje veliko več sončne svetlobe, kot jo površina tekoče vode ali nezasnežena pokrajina kontinentov. Ker se zaradi bele površine zaledenele in zasnežene Zemlje absorbira manj Sončeve energije kot prej, postaja na zaledeneli Zemlji čedalje bolj mraz.
Med znanstveniki, ki so razmišljali o klimatski preteklosti planeta, je dolgo časa veljalo prepričanje, da če bi zaledenitev zaobjela tudi tropske kraje, bi to pomenilo, da se Zemlja iz te ledene dobe ne bi nikoli več izkopala. V ledeni oklep bi bila ujeta za vse večne čase, saj niso poznali mehanizma, ki bi jo lahko spet segrel.
Kdo oblači in slači planet?
A planet Zemlja ima nekaj, česar nima noben drug planet osončja. Samo na Zemlji se kontinenti premikajo, povzročajo potrese in vulkanske izbruhe ter ves čas spreminjajo obličje planeta. In prav odkritje tektonike kontinentalnih plošč, ki je specifično zemeljski pojav, je prineslo mehanizem, ki bi lahko spet segrel planet. Poglejmo, kako.
Metaforično bi lahko rekli, da ima Zemlja poseben mehanizem, ki jo oblači oziroma slači glede na to, ali ji je vroče ali pa jo zebe. Bistveni element tega cikla je toplogredni plin ogljikov dioksid, ki deluje v atmosferi kot izolacija oziroma dodatno oblačilo planeta. Več kot je v ozračju ogljikovega dioksida, bolj je Zemlja oblečena in manj energije oddaja v vesolje.
V morjih se iz absorbiranega ogljikovega dioksida tvorijo karbonatne kamnine, ki se odlagajo na morsko dno. Proces tvorjenja kamnin pa je odvisen od temperature. Toplejše kot je površje Zemlje, hitreje se tvorijo kamnine in z večjo intenzivnostjo odstranjujejo ogljikov dioksid iz ozračja. Lahko bi rekli, da je proces tvorjenja karbonatnih kamnin nekakšno slačenje planeta in spravljanje obleke (ogljikovega dioksida) v omaro (kamnine na morskem dnu). Ker se v toplejšem okolju iz ozračja izloči več ogljikovega dioksida, to povzroči, da se planet začne ohlajati.
Obstaja pa tudi mehanizem, ki začne delovati, če se planet preveč ohladi. Tu priskoči na pomoč specifika planeta Zemlje, na kateri se kontinenti premikajo oziroma drsijo na velikih tektonskih ploščah. Ogljikovi sedimenti, ki so se v toplem obdobju odlagali na dnu morja, se lahko s pomočjo tektonike plošč zarijejo pod sosednjo ploščo in pridejo do vročega predela globlje pod zemeljsko površino, kjer se spet spremenijo v ogljikov dioksid ter se vrnejo v ozračje skozi vulkanske izbruhe in tako spet odenejo planet v toplejša oblačila.
Toplogredni plini so rešili planet
Prav vulkanska aktivnost Zemlje je rešila planet pred usodo, da bi po obdobju snežne kepe ostal za večno popolnoma zamrznjen. Vulkani so v ozračje dovajali ogljikov dioksid, ki deluje v ozračju kot dodatna izolacija. Vzpostavi učinek tople grede, ki sončevi svetlobi pusti, da pride do površja, preprečuje pa njeno vračanje v vesolje. Večanje količine ogljikovega dioksida ima v prenesenem pomenu enak učinek, kot da bi Zemlja oblekla dodatna oblačila.
Ker pa je bila Zemlja tako zelo mrzla, se je moralo v ozračju nabrati zelo veliko toplogrednega plina, da se je Zemlja dovolj oblekla in so se začeli ledeniki taliti. Ker ni bilo dežja, se ogljikov dioksid ni spiral, ampak je ostajal v ozračju. Potrebna je bila nekaj sto- ali celo tisočkrat večja koncentracija ogljikovega dioksida v atmosferi, kot je današnja, da se je led sploh začel taliti.
Tej ekstremni ledeni dobi je hitro sledilo obdobje peklenske vročine. Ko so se namreč stalile debele plasti snega in ledu, se je spet povečala absorbcija sončeve svetlobe, saj tekoča voda odbija veliko manj svetlobne energije kot zaledenela. Povprečna temperatura Zemljinega površja se je tako iz minus 50 dvignila na peklenskih plus 50. V geološko gledano zelo kratkem času se je Zemlja iz snežne kepe spremenila v pravo savno. A na srečo so višje temperature pospešile tudi tvorjenje karbonatnih kamnin v morjih, tako da se je izolacijski plašč atmosfere spet zmanjšal. Podnebje na Zemlji se je tako spet normaliziralo.
Kot tudi narava ne pomaga več
Da pa ne bi iz zgodbe o Zemlji kot velikanski snežni kepi potegnili napačnega sklepa, da narava vselej že nekako poskrbi za ureditev še tako nenavadnih okoliščin, navedimo še sodoben primer, ki priča o tem, da moramo biti pri uvajanju novih tehnologij, ki lahko vplivajo na okolje, zelo previdni. Še posebno je potrebna pazljivost takrat, ko v okolje uvajamo nove kemijske spojine, za katere nikoli ne moremo predvideti vseh vplivov na naravo.
Lep primer je ozonska luknja, ki jo je povzročila industrijska uporaba klorofluoroogljikov (CFC-jev) v klimatskih napravah, hladilnikih in razpršilih. Ko so bili CFC-ji industrijsko že zelo razširjeni, so znanstveniki ugotovili, da zelo učinkovito uničujejo plast ozona v stratosferi. Ena sama molekula CFC-ja lahko razbije več tisoč molekul ozona, preden postane neaktivna. Zato danes proizvodnjo in uporabo teh spojin regulira montrealska konvencija, za katero je Kofi Anan izjavil, da je eden najuspešnejših mednarodnih sporazumov.
Sreča v nesreči je bila, da so za industrijski namen uporabe izbrali klorove in ne bromove spojine. Paul J. Crutzen, ki je leta 1995 še z dvema kolegoma za odkritje ozonske luknje in s tem povezane atmosferske kemije dobil Nobelovo nagrado, je v svojem predavanju ob podelitvi nagrade poudaril, da bi spojine, ki bi temeljile na bromu, ozonsko plast uničevale še stokrat hitreje kot CFC-ji. Ozonska luknja bi se razširila nad vse površje Zemlje že v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja, preden bi se sploh zavedeli, kaj se dogaja. Kakšne posledice bi imelo to za živa bitja, si raje ne poskušajmo zamisliti.
