ODABRANA POGLAVLJA IZ

KLIMATOLOGIJE

Klimatske promjene (2)

Doc.dr. S. Lozić

Odjel za geografiju

Sveučilište u Zadru

HISTORIJSKE I HOLOCENSKE PROMJENE KLIME

• promjene klime - što se više ide u prošlost sve se više gube detalji a ostaje

očita samo opća tendencija promjene klime

• historijski i holocenski period – 12 000 god. - više faza; uvijek je bilo izuzetno

hladnih zima ili vrućih ljeta i suša

• početak otopljavanja sredinom 19. st – kraj jednog hladnog razdoblja – “malo

ledeno doba”, između 1400. i 1850. godine

• brojni su se ledenjaci spustili najniže poslije posljednjeg, würmskog glacijala

• temperatura vode sjevernog Atlantika

bila je 1 – 30C niža nego danas

• brojni posjedi u Alpama, Norveškoj i na

Islandu bili su napušteni

• na Islandu je prestao uzgoj žitarica;

nestanak šuma

• u 16. st. nestaju vikinške kolonije na

Grenlandu

Arm of Ericsfjord, on which Eric the Red had his farm

Church ruins with outer protective wall

designed to keep out farm animals

Bratttahild langhus

http://www.panoramio.com/photo/3466379

tasiusarsuaq

• oko 1780. god. u srednjoj Engleskoj srednja siječanjska temperatura bila je

oko 2,50C niža nego oko 1920. i 1930. god.

• period od 1200. – 1400.: izrazita labilnost klime u Europi → izmjenjivanje

poplava i katastrofalnih suša, vrlo hladnih i blagih zima

• razdoblja postupnog pogoršanja klime → nestanak vinove loze u Engleskoj

oko 1400. god;

• opadanje vinogradarstva u Badenu (Njemačka) → gornja granica uzgoja

vinove loze spustila se za 220 m

• razdoblje između 400. i 1200. god. – u cjelini vrlo povoljno → sekundarni

klimatski optimum (subatlantik ili mali optimum)

• Vikinzi u 9. st. naseljavaju Island, a u 10. st. Grenland (postojali su navigacijski

uvjeti da dođu i do Sjeverne Amerike)

• na Grenlandu se u to doba uzgajaju žitarice; razvijeno stočarstvo

• srednja godišnja temperatura na južnom Grenlandu bila je 2 – 40C viša nego

danas

Routes various Vikings traveled. (Source: McGovern and Perdikaris, 2000)

• srednja Norveška – gornja granica naselja, krčevina i obrađenih polja bila je za

100 – 200 m viša nego danas

• od 1000. – 1300. spominju se brojni vinogrdi u Engleskoj (uzgoj do

Gloucestershirea i Heresfordshirea i Yorka)

• postoje brojni pisani dokumenti

iz 11.-14. st. iz kojih se može

rekonstruirati geografska

raspodjela pa čak i veličina

vinograda

• to upućuje na 1 – 20C višu

srednju ljetnu temperaturu nego

danas i na osobito povoljne

jesenske uvjete

• također se treba uzeti u obzir

utjecaj tla i reljefa tj. dobar izbor

parcela s kvalitetnim tlom i

najpovoljnijom insolacijskom

ekspozicijom

• razdoblje od 5. st. n.e. do oko 2000. p.n.e. – općenito pogoršanje klime

(subboreal)

• najteži klimatski uvjeti – od oko 900. do oko 450. god. prije Krista (rano željezno

doba)

• klima se pogoršala do razmjera katastrofalnih za neke civilizacije – smatra se da

je to bio jedan od pokretača “seobe naroda” (npr. dolazak Ahejaca iz Panonske

zavale u Grčku)

The distribution of the ancient

Greek tribes between 1000

and 800 BC

• prije tog pogoršanja klima dugo je trajalo

klimatski vrlo povoljno razdoblje, tzv. klimatski

optimum (ili atlantski klimatski optimum, ili

atlantik)

• trajalo je otprilike od prije 5500 do prije 2500

godina prije Krista

• srednje ljetne temperature na sjevernoj

hemisferi bile su 2 – 40C više nego danas

• šuma se proširila na sjever Europe

• snježna granica bila je za 300 m viša nego

danas

• istovremeno, bio je prisutan subpluvijal (5000

– 2400 god. prije Krista) tj. vlažno razdoblje u

sjevernoj Africi i na Bliskom istoku – stepska

klima

• naseljavanje Sahare i njenih perifernih područja

• iz tog razdoblja ostale su brojne zidne slike u

pećinama prema kojima se mogu rekonstruirati

migracijski putevi stočara u krajevima koji su

danas pustinja

• s paleoklimatskim promjenama povezane su

promjene faune, što se odrazilo u zidnom

slikarstvu

• oko 3000. god. prije Krista počinje aridizacija

Sahare, stočari napuštaju Saharu

Morska razina u posljednjih 12 000 godina

• kombinirani utjecaj glacioeustatičkih promjena morske razine (u vezi s otapanjem

leda na kopnu i moru) i epirogenetskih pokreta Zemljine kore, tj. obale (tektonika)

• neki dijelovi obala mogu tonuti ili se izdizati, bez obzira na glacioeustatičko

gibanje morske razine → konačni rezultat u nekom istraživanom prostoru bit će

zbroj ili razlika tih komponenata

Paleogeographic reconstruction of the North Sea

appr. 9000 years ago during the early Holocene

and after the end of the last ice age.

• istraživanje položaja morske razine u

holocenu – analiza organskih ostataka s

morskog dna

• određivanje starosti uzoraka (datiranje) –

radiokarbonska metoda → radioaktivni izotop

C14

• da bi se odredio položaj morske razine u

raznim dijelovima holocena korišteni su podaci

radiokarbonskih uzoraka iz cijelog svijeta

• morska razina prije 2000 god. bila je za oko 2

m niža od današnje, a prije 10 000 god za 31 m

• to potvrđuju i brojni arheološki dokazi

Ancient Roman fish tanks ("Piscinae") give an

accurate indication of sea level in this area

around 2,000 years ago. From Kurt Lambeck,

Australian National University

KLIMA POSLJEDNJEG GLACIJALA

• budući da je posljednji glacijal završio prije 12 000 god., do danas su se očuvali

brojni tragovi njegova postojanja – s priličnom sigurnošću se može rekonstruirati

tijek klimatskih promjena u posljednjem razdoblju kvartarne (pleistocenske)

glacijacije

• tijekom kvartarne glacijacije ledeni su pokrovi nekoliko puta nastajali i nestajali –

slični procesi i u starijim glacijacijama

Last glacial period, as seen in ice core data from

Antarctica and Greenland

• postupni pad temperature

započeo je prije oko 120 000

god.

• prije oko 70 000 god. nastali

su optimalni uvjeti za

ekspanziju ledenih pokrova

• ledeni pokrovi: u Sjevernoj Americi,

sjevernoj Europi, Aziji, povećanje

Grenlandskog i Antarktičkog ledenog pokrova

An artist's impression of ice age Earth at glacial

maximum. Based on: "Ice age terrestrial carbon

changes revisited" by Thomas J. Crowley (Global

Biogeochemical Cycles, Vol. 9, 1995, pp. 377-38

Minimum (interglacial, black) and

maximum (glacial, grey) glaciation

• ekvatorska granica ledenih pokrova bila je određena padalinama i temperaturom

ljetnih mjeseci → odnos akumulacije i ablacije (otapanja) snijega i leda

• posljednji, würmski glacijal, započeo je prije 70 000 god. i trajao do prije 12 000

god.

• ledeni pokrov bio je rašireniji prema jugu u maritimnijim dijelovima kontinenata →

utjecaj vlage i veće količine padalina s oceana

Northern hemisphere glaciation during the last ice ages. The set up of 3 to 4 km thick

ice sheets caused a sea level lowering of about 120 m

• južna granica europskog ledenog pokrova postupno se spuštala na jug ili se

povremeno povlačila – taj proces nije bio kontinuiran

• krivulja temperature i južni položaj ledenog pokrova ne poklapaju se savršeno →

ekspanzija i recesija ledenog pokrova bitno je ovisila i o količini padalina

• glacijal - izmjena stadijala i interstadijala

• stadijali – suša i hladnija klima

• interstadijali – toplija i vlažnija klima

• u glavnim hladnim fazama posljednjeg glacijala nataložen je les (prapor)

• les je nastao deflacijom finijeg materijala u suhoj periglacijalnoj klimi najhladnijih

stadijala, u širem pojasu bez vegetacije u blizini ledenih pokrova

• jaki, hladni i suhi vjetrovi su s ledenih pokrova puhali preko periglacijalne zone,

gdje su iz podloge otpuhivali najfiniji materijal

• tamo gdje je snaga vjetrova oslabila i gdje su postojale reljefne prepreke, taj

materijal se taložio i od njega je nastao les

• kasnije je mjestimično dolazilo do pretaloživanja lesa radom tekućica

• na lesu se nakon posljednjeg glacijala razvio debeli sloj vrlo plodna tla → početak

razvoja poljoprivrede u neolitiku

• budući da je agrarna proizvodnja bila osnova ekonomije neolitskih zajednica,

raspored lesa izravno je utjecao i na geografsku raspodjelu stanovništva i naselja

• u europskom dijelu Sredozemlja u maksimumu posljednjeg glacijala klima je bila

hladna a padalina je bilo manje nego danas

• sjeverna Afrika: količina padalina je porasla – na Atlasu su postojali ledenjaci a

stepa oko Sahare proširila se prema njenoj unutrašnjosti

• vürmska glacijalna fauna sisavaca sjeverne Afrike imala je mnogo alohtonih

elemenata (europskih, savanskih)

• u srednjoj Europi temperatura je bila za 8 – 120C niža od današnje a pojas

glavnih zapadnih vjetrova bio je prosječno 10 – 150 bliži ekvatoru → jedan od

uzroka veće vlažnosti Sahare

Engraving of elephant at Wadi Mathendous, Libya

• akumulacija goleme količine leda na

kopnu → pad morske razine

• najniža morska razina u Würmu – oko

120 m niža nego danas

Paleogeografske promjene na Jadranu:

• u maksimumu posljednjeg glacijala

sjeverni Jadran je bio kopno po kojem su

tekle rijeke iz sjeverne Italije, iz našeg

primorja i s Apeninskog poluotoka

• jaka sedimentacija, les (Alpe su bile

prekrivene ledom); les - Susak, Unije, itd.

• les i riječni sedimenti → dokaz o

postojanju kopna na mjestu današnjeg

sjevernog Jadrana

• dokaz su i migracije životinja i biljaka koji

su kopnom dospjeli na otoke →

povezanost otoka s kopnom u fazi

najnižeg položaja morske razine

KLIMA PREWÜRMSKE KENOZOJSKE GLACIJACIJE

• pleistocen → dio kvartara – započeo je prije otprilike 2,6 milijuna godina.

• u pleistocenu se klima nekoliko puta izmijenila – hladna (glacijali) i toplija

(interglacijali) razdoblja

• obrazac koji se ponavlja: postupno zahlađivanje i naglo zatopljavanje

• goleme mase leda bile su koncentrirane u umjerenim geografskim širinama – više

padalina

• debljina leda smanjivala se prema polovima → manje padalina

• slijed klimatskih promjena: rekonstrukcija izotopskih analiza kisika iz

dubokomorskih sedimenata, morskih i kopnenih fosila itd.

• kenozojska glacijacija nije bila neočekivana: izotopske analize kisika iz bentoskih

foraminifera (dno istočnog Pacifika) → temperatura vode na 4000 – 5000 m

dubine kontinuirano je opadala od gornje krede do gornjeg pliocena (za oko 120C)

• postupni globalni pad temperature u pleistocenu kao nastavak pada u pliocenu

• paleobotanička i paleozoološka istraživanja → posljednji glacijal (Würm) bio je

najhladniji

• opća tendencija: svako jače zahlađenje višeg reda veličine bilo je nešto jače od

prethodnog – najniža temperatura: posljednji glacijal

Ocean d18O (temperature) record for the last 2.5 million

years

• uzorci morskih sedimenata iz Sjevernog ledenog mora sadrže glacio-marinske

sedimente stare 6 mil. god. → centralni dio Sjevernog ledenog mora nije bio

zaleđen prije 700 000 god.

• kompleksna evolucija Antarktičkog ledenog pokrova – najprije je nastao ledeni

pokrov na ist. Antarktiku, zatim na zap. Antarktiku; nakon toga spojili su se u

jedinstveni ledeni pokrov

• kopneni led na Zapadnom Antarktiku nastao je na prijelazu iz miocena u pliocen,

prije 10 mil. god., a ledeni pokrov postoji od prije 4 - 5 mil. god.

Subglacial topography and bathymetry of

bedrock underlying Antarctica ice sheet

KLIMA DALEKE GEOLOŠKE

PROŠLOSTI

• izmjena toplih i hladnih razdoblja

(glacijacija)

• topla razdoblja trajala su mnogo

duže

• pet ledenih doba: dva u

prekambriju - proterozoiku, dva u

paleozoiku (jedno u ordovicij/siluru,

jedno u karbon/permu) i jedno u

kenozoiku

• tragova starijih oledbi ima vrlo malo,

neki su pronađeni u Africi, Aziji,

Sjevernoj Americi i Australiji.

• glacijacije ne uvjetuje univerzalni faktor, tj. moguća je glacijacija na obje

hemisfere, ali i samo jedne hemisfere a istovremeno na drugoj vlada toplija

klima

• npr. u perm/karbonu na južnoj hemisferi postojao je ledeni pokrov kontinentskih

dimenzija, klima je bila vrlo hladna a organski svijet oskudan – istovremeno je u

nekim dijelovima sjeverne hemisfere postojala vruća i vlažna tropska klima i

nataložene su goleme mase organskih ostataka (od kojih je nastao kameni

ugljen)

Believed approximate

position of the proto-

continents toward the end

of the Carboniferous

period; the light blue

represents shallow seas

where many of today's coal

deposits are found, as

opposed to deeper waters

which gave rise to oil-

bearing rocks derived from

marine species. The ice

caps were known to be

very large, lowering sea

levels extensively by

locking up oceanic waters

into solid ice, though how

large the ice caps became

is a matter of debate.

UZROCI KLIMATSKIH PROMJENA

• teorije – mogu se svesti na terestričke, kozmičke i kombinaciju jednih i drugih

a) Terestričke teorije promjene klime

• povezane najvećim dijelom s antropogenim utjecajima

• povećanje koncentracije prašine u atmosferi – do određene granice uzrokuje

zatopljavanje; ako koncentracija prijeđe kritičnu granicu – zahlađivanje zbog

izolacije podloge od kratkovalne radijacije

• povećanje CO2 koji efikasno apsorbira dugovalnu radijaciju (efekt staklenika) →

zagrijavanje

• vulkanska aktivnost – nema

izrazite povezanosti sa dugotrajnim

zatopljavanjem ili ohlađivanjem;

kratkotrajni efekti → zahlađivanje

(npr. erupcije vulkana Krakatau

1883., Mt. Pinatubo 1991. itd.)

One of the early explosive eruptions at Mt Pinatubo

after the April 1991 onset of ash eruptions

• međuovisnost promjena u atmosferi i promjena u oceanima → utjecaj

atmosfere na promjene termohalinih svojstava oceana i mora, kako površinskog

sloja zbog promjena u bilanci topline i mase na površini mora, tako i dubokih

slojeva zbog promjena u kvalitativno-kvantitativnim svojstvima dubokih vodenih

masa

• događaju se i promjene u cirkulaciji oceana i mora, koje su posljedica kako

promjena termohalinih svojstava tako i promjena djelovanja vjetrova na površinu

mora

• te promjene utječu na preraspodjelu temperature u regionalnim i globalnim

razmjerima

Recent

thermohaline

circulation

• promjene klime u prošlosti pokušale su se objasniti i paleogeografskim

promjenama, tj. većim ili manjim promjenama geografske raspodjele kopna i

mora

• položaj kontinenta u višim geografskim širinama omogućuje inicijalno zahlađenje

kao pripremu za nastup glacijacije jer se kontinent u višim geografskim širinama

zimi jako ohladi

• blizina polova i odnos kontinenata prema polovima – jedan od faktora postanka

ledenih pokrova

• oko 40 mil. god. dugo postupno ohlađivanje klime prije nastupa kenozojske

glacijacije može se objasniti samo približavanjem sjevernog pola bazenu

Sjevernog ledenog mora (i južnog pola Antarktiku)

Kambrij

Trijas

Paleogen/

eocen

Neogen

• paleomagnetska istraživanja: tijekom geološke prošlosti mijenjao se položaj polova

i međusobni odnos litosfernih ploča → riješen je problem raspodjele glacijalnih

tragova permsko-karbonske glacijacije u nekim danas tropskim dijelovima svijeta

(tropska Afrika, Brazil, Indija i dr.)

• današnji su kontinenti na južnoj hemisferi u permo-karbonu bili okupljeni u

jedinstveni kontinent Gondvanu; na području Gondvane bio je i južni pol → idealna

situacija za nastanak golemog ledenog pokrova

Reconstruction showing final stages of

assembly of Gondwana, 550 Ma ago

Perm

b) Kozmičke teorije promjene klime

• M. Milanković (1879.-1958.) geofizičar, klimatolog i astronom, osnivač Katedre za

nebesku mehaniku i svjetski uvažavan znanstvenik, poznat po teoriji ledenih

doba, koja povezuje varijante Zemljine orbite i dugoročne klimatske promjene.

Ova teorija je poznata pod imenom Milankovićevi ciklusi

• Milankovićeva teorija opisuje kolektivne klimatske učinke promjena u gibanju

Zemlje - radi se o matematičkoj teoriji koja povezuje klimatske promjene s

promjenama u ekscentričnosti orbite, nagibom osi i precesijom.

• pretpostavka je da se ukupna količina

Sunčeve radijacije koja je dolazila do

Zemlje nije mijenjala, ali se mijenjala

raspodjela te radijacije na pojedine

dijelove Zemlje

• uzrok te nejednake raspodjele

zračenja je astronomske prirode, tj.

posljedica je periodične promjene

elemenata Zemljine putanje

Promjena ekscentriciteta elipse Zemljine putanje

• mijenja se od gotovo 0 (kružnica) do 0,068 (izdužena elipsa) – to se zbiva u

periodu od oko 100 000 god.

• pri najvećem ekscentricitetu količina primljene radijacije u afelu razlikuje se u

količini primljene radijacije u perihelu za oko 30%

• Zemlja je danas najbliža Suncu početkom siječnja (perihel) no perihel se

pomiče – to je precesija ekvinocija čiji period iznosi 26 000 godina

• važnost: godišnje doba u koje pada perihelni položaj Zemlje kraće je od drugog

dijela godine (zima je u naše doba na sjevernoj hemisferi kraća od ljeta)

Kružna orbita, ekscentričnost je 0. Izdužena eliptična orbita, ekscentričnost je 0,5

Kut nagiba Zemljine osi

• u odnosu na orbitalnu ravninu oscilira između 22,1° i 24,5° (amplituda je 2,4°)

približno periodično tijekom vremena, s periodom od oko 41.000 godina. S

povećanjem kuta nagiba rastu i amplitude sezonskog ciklusa insolacije.

• na obje hemisfere u doba velikih nagiba Zemljine osi ljeti je veća emisija zračenja

sa Sunca, a zimi je emisija manja; iznos tih promjena u emisiji zračenja nije

jednak za ljeto i za zimu. Godišnja srednja insolacija povećava se na višim

geografskim širinama, dok na nižim širinama dolazi do smanjenja insolacije.

Promjena nagiba Zemljine

osi između 22.1° i 24.5°

Osna precesija

• promjena smjera Zemljine osi u odnosu na

zvijezde stajaćice. Period tog gibanja je

otprilike 23 000 godina.

• to gibanje uzrokuju gravitacijski utjecaji

Sunca i Mjeseca na Zemlju

• u slučaju orijentacije osi tako da je u

perihelu usmjerena prema Suncu, na jednoj

hemisferi će biti izraženije sezonske razlike,

dok će na drugoj hemisferi godišnja doba biti

blaža.

• zbog toga će u perihelu hemisfera na kojoj

je trenutno ljeto primati više zračenja sa

Sunca.

• na istoj hemisferi će za vrijeme prolaska

kroz afel biti zima pa će zato na toj hemisferi

zime biti hladnije. Suprotna hemisfera će

imati relativno hladnija ljeta i toplije zime.

Precesijsko gibanje.

Inklinacija orbite

• inklinacija Zemljine orbite također oscilira u odnosu na kutni moment Sunčevog

sustava s periodom od otprilike 70.000 godina – to je planetarna precesija ili

precesija ekliptike.

• iako Milanković nije proučavao to gibanje, kasnije je pokazano da je to gibanje,

čiji je period sličan periodu oscilacija ekscentričnosti orbite, dobro korelirano s

pojavnošću ledenih doba

Inklinacija orbite

(zeleno) i ostali orbitalni

elementi

• Proučavanje kronologije

Antarktičkog leda određivanjem

omjera kisika i dušika u

zarobljenim mjehurićima zraka

daje direktan uvid u lokalnu

insolaciju.

• Rezultati pokazuju da je klimatski

odgovor navođen insolacijom

sjeverne hemisfere, što je

pretpostavljeno na temelju

Milankovićeve hipoteze.

Prošli i budući Milankovićevi ciklusi. VSOP (Variations Séculaires des Orbites Planétaires) omogućuje vrlo sigurnu

prognozu prošlih i budućih orbitalnih parametara. ε nagnutost osi, e je ekscentričnost orbite, ϖ is longituda

perihela, esin(ϖ) je indeks precesije, koji, zajedno s nagnutošću osi, kontrolira sezonski ciklus insolacije. Q-day je

izračunata dnevno uprosječena insolacija na vrhu atmosfere, u ljetnom solsticiju na širini 65 N. Benthic forams i

Vostok ice core prikazuju kretanje globalne razine mora i temperature u prošlosti, dobiveno iz dva nezavisna

izvora – oceanskog sedimenta, odnosno Antarktičkog leda. Vertikalna siva crta prikazuje trenutno stanje (2000.g.)

• usprkos egzaktnosti, Milankovićeva teorija nije uspjela objasniti neke bitne

činjenice, a to su:

1. promjene elemenata Zemljine putanje postojale su i prije kvartara, u cijelom

tercijaru i ranije, ali nije bilo glacijacija

2. postupan pad temperature u većem dijelu kenozoika

3. prema Milankovićevim proračunima, posljednji, würmski glacijal trajao je od 144

000 do 21 000 god p.n.e., a radiokarbonskom i drugim metodama utvrđeno je da

je počeo prije oko 70 000 god. a prestao prije 10 000 p.n.e. – prevelika razlika

“Kako bi utvrdili što bi se moglo dogoditi klimi na Zemlji u ovome stoljeću, paleoklimatolozi su

zavirili u daleku prošlost - prije tri milijuna godina. Tada su uvjeti na Zemlji bili gotovo isti kao

danas. Znanstvenici u Američkom institutu za geološka istraživanja (USGS) zaključili su da su

temperature i količina CO2 u vrijeme pliocena, od prije 3,15 milijuna godina do prije 2,85

milijuna godina, bile vrlo slične današnjem. To je dalo krila onima koji dovode u pitanje

negativni utjecaj čovjeka na globalno zatopljenje.

Kako je metoda proučavanja starosti fosilnih ostataka s pomoću radioaktivnog izotopa ugljika

C14, koja prati postupno propadanje radioaktivnog ugljika, učinkovita samo na fosilima starim

do jedan milijun godina, paleoklimatolozi rješenja nalaze u ostacima lišća i naslagama

oceanskog dna te proučavaju razne izotope neradioaktivnog, stabilnog ugljika.

Mark Pagani sa Sveučilišta Yale objašnjava da su alge u pliocenu usisale CO2 da bi izvele

fotosintezu te su proizvele organski ugljik s upečatljivim potpisima izotopa koji su bili osjetljivi

na koncentraciju CO2 u morskoj vodi. Ti su potpisi sačuvani u fosilima. Koristeći tu metodu,

znanstvenici su procijenili razine CO2 na nekim mjestima u razdobljima prije 150 milijuna

godina.

Doznali su da su količine CO2 iznosile između 350 i 400 molekula na svaki milijun molekula

zraka. Ovogodišnje mjerenje u Opservatoriju Mauna na Havajima pokazalo je nešto iznad 394

dijelova na milijun. Prema toj metodi, srednji pliocen je bio topao kao što se predviđa da će biti

do 2100., oko dva stupnja Celzija iznad trenutačne globalne temperature.”

13.04.12. , HRT