Czapy polarne na Ziemi to rzadkość. Zawdzięczamy je wulkanom i erozji

Analizując ostatnie 420 milionów lat historii naszej planety, badacze zauważyli, że klimat Ziemi przez większość czasu był znacznie cieplejszy niż obecnie. „W geologicznej przeszłości mamy mnóstwo dowodów na okresy, w których panowały ciepłe klimaty, ale znacznie mniej na istnienie epok lodowych” - mówi Benjamin Mills z Uniwersytetu w Leeds magazynowi “New Scientist”.

Czasami jednak zdarzały się w ewolucji Ziemi okresy, kiedy temperatura na naszej planecie spadała na tyle, by na biegunach powstawały stałe pokrywy lodowe. Te epizody były związane z niskim poziomem CO₂ w atmosferze, co osłabiało efekt cieplarniany. Naukowcy od dawna spierali się o to, co powodowało te spadki CO₂. Część z nich wskazywała na ograniczenie aktywności wulkanicznej, inni na wzmożoną erozję skał, która pochłaniała CO₂ z atmosfery.

Aby rozwiązać tę zagadkę, zespół Millsa opracował nowoczesny model systemu ziemskiego, który analizuje zmiany poziomu CO₂ na przestrzeni 420 milionów lat. W przeciwieństwie do wcześniejszych badań uwzględniono w nim nie tylko emisję CO₂ z wulkanów i procesy erozji skał, ale także ruchy kontynentów.

„Nikt wcześniej nie próbował tego ująć w trójwymiarowym modelu” - podkreśla Mills. Wyniki wykazały, że same zmiany emisji CO₂ przez wulkany lub zwiększona erozja skał nie przynosiły same z siebie wystarczająco silnego wpływu na klimat, by wyjaśnić występowanie epok lodowych. Dopiero połączenie obu tych czynników mogło doprowadzić do trwałego ochłodzenia klimatu i powstania lodowych czap polarnych.

Choć dziś niewielu ludzi o tym pamięta, bo to niezwykle powolny proces, to erozja skał w historii naszej planety była jednym z kluczowych czynników stabilizujących długofalowo klimat Ziemi. Rozdrabniane przez deszcze i wiatr skały reagują z atmosferą, a zachodzące wówczas procesy chemiczne wiążą dwutlenek węgla i magazynują go w osadach skalnych. To niezwykle silny efekt chłodzący, ale dziś nie wpływa w istotny sposób na tempo wywołanego przez człowieka ocieplenia, bo do tego, by erozja w wyraźny sposób zmieniła stężenie CO2 w atmosferze potrzeba milionów lat.

Czasami erozja przebiega jednak szybciej, niż zazwyczaj. Wpływ na to może mieć kilka czynników, takich jak kolizje kontynentów, co prowadzi do powstawania wysokich łańcuchów górskich, których skały erodują stosunkowo szybko. Innym czynnikiem jest przemieszczanie się lądów do regionów o wysokiej wilgotności i temperaturze, gdzie intensywne opady deszczu przyspieszają erozję. Wreszcie za zmiany tempa wietrzenia skał odpowiadają zmiany w pokrywie roślinnej. Im szybsza erozja, tym szybciej CO2 jest usuwane z atmosfery.

Z drugiej strony, wulkany pełnią rolę naturalnych emiterów CO₂. Przez większość historii geologicznej naszej planety ich aktywność była kluczowa dla utrzymania stabilnego poziomu gazów cieplarnianych. Jednak w okresach zmniejszonej aktywności wulkanicznej, takich jak podczas niektórych epok lodowych, poziom CO₂ w atmosferze spadał, co sprzyjało ochłodzeniu.

„Nasze badania sugerują, że nie można wskazać jednego mechanizmu odpowiedzialnego za epoki lodowe” - mówi Mills. „Chłodzenie klimatu wymagało zarówno wzmożonej erozji, jak i osłabienia emisji wulkanicznych”.

Choć badania dotyczą długoterminowych zmian klimatu, mają one istotne konsekwencje dla dzisiejszej debaty o globalnym ociepleniu. „Warto zauważyć, że przejście od epoki lodowej do cieplejszego klimatu może nastąpić stosunkowo szybko” - mówi Andrew Merdith, współautor badania. „Nie możemy zakładać, że jeśli uda nam się ograniczyć emisję CO₂, klimat po prostu powróci do warunków sprzed rewolucji przemysłowej.”

Choć model nie odnosi się bezpośrednio do współczesnych zmian klimatycznych, podkreśla, jak delikatna może być równowaga systemu ziemskiego. Potwierdza również, że zmiany klimatu mogą być napędzane przez złożoną interakcję wielu czynników, a nie jeden dominujący mechanizm.

Historia klimatu Ziemi pokazuje, że obecność czap lodowych jest raczej wyjątkiem niż regułą. Nowe badania wskazują, że ich powstawanie wymagało jednoczesnego działania kilku mechanizmów - intensywnej erozji skał, zmniejszonej emisji CO₂ z wulkanów i korzystnego układu kontynentów.

Obecna epoka lodowa, trwająca od około 34 milionów lat, jest rzadkim epizodem w długiej historii naszej planety. Wyniki najnowszych badań podkreślają, że jej przyszłość zależy od wielu czynników - w tym od tego, jak ludzie wpłyną na bilans węglowy atmosfery w nadchodzących dekadach.