Zmiany klimatu i wielkie wymieranie

Scenariusz wielkiego wymierania a emisja CO2

Wyobraź sobie, że jesteś nad Ziemią. Błękitna planeta unosi się w kosmosie, nad jej oceanami i kontynentami unoszą się chmury. Na powierzchni planety i w jej oceanach kwitnie życie. 

ziemia w permie

Ziemia w Permie. Źródło: Turbosquid

Jedynie układ kontynentów jest inny, niż dziś - to Ziemia sprzed 251 milionów lat. Jej mieszkańcy nie zdają sobie sprawy, że ich świat właśnie się kończy.

perm-zwierzetaperm-oceany

Spoglądając w bok widzisz zmierzający w kierunku Ziemi asteroid. Duży asteroid, wielkości 50 kilometrów. Jest tak wielki, że kiedy wbija się w skorupę ziemską, jego tył wciąż znajduje się na wysokości ziemskiej stratosfery. Przez chwilę nic nie widać - jasny błysk powoduje chwilową utratę wzroku.

W miejscu uderzenia wszystko natychmiast wyparowuje, uderzenie termiczne, deszcz wyrzuconych w górę skał i trzęsienie ziemi dewastują kontynent. Do atmosfery unosi się pył, który na lata przyćmiewa światło Słońca.

Film pokazuje jak wyglądało takie zdarzenie i jak przebiegałoby ono, gdyby dziś w Ziemię uderzyła taka planetoida.

Cały kontynent został praktycznie wymieciony przez uderzenie. A to był dopiero początek historii zagłady.

Wyobraź sobie:
Fale sejsmiczne rozchodzą się z miejsca uderzenia skupiając się po przeciwnej stronie globu. Skorupa ziemska pęka, z wnętrza Ziemi wylewa się magma tworząc na obszarze 200 tysięcy kilometrów kwadratowych tzw. trapy syberyjskie. Pola wulkanów, które będą istnieć dziesiątki, a może i setki tysięcy lat. W sumie do atmosfery trafi 2000-20000 miliardów ton węgla.

wulkan

Tak mógł wyglądać rejon trapów Syberyjskich.

Olbrzymie ilości pyłów i aerozoli wulkanicznych dołączają do pyłu wyrzuconego podczas zderzenia. Nastaje wszechogarniająca zima... Zatrzymuje się fotosynteza roślin, giną roślinożercy, potem mięsożercy i padlinożercy. Wyrzucone przez wulkany tlenki siarki powodują kwaśne deszcze, które dodatkowo niszczą roślinność. Głód wędruje w górę łańcucha pokarmowego.

Wielkie wymieranie będzie miało trzy etapy. To pierwszy z nich. Wieloletniej zimy, zmiany klimatu i braku pożywienia nie przetrwa wiele gatunków lądowych. Na razie życie w morzach przygląda się temu w miarę spokojnie. Nie wie, że następna przewracająca się kostka domina przygniecie je najciężej.

Wulkany przez tysiące lat wpompowują do atmosfery olbrzymie ilości dwutlenku węgla. Gaz cieplarniany powoli robi swoje - temperatura rośnie o 4-5°C, podnosi się poziom oceanów, szybko rośnie ich kwasowość. Wzrost temperatury na biegunach powoduje zatrzymanie się krążenia oceanicznego i wyłączenia mechanizmów usuwania CO2 z atmosfery, a co gorsza - dotleniania głębokich warstw oceanów. Odtlenieniu sprzyja też wzmocnienie się termokliny i separacja ciepłej górnej warstwy oceanu od relatywnie chłodnych głębin.

Ciepła atmosfera prowadzi do stopniowego ogrzewania się oceanów - ciepło propaguje się do coraz głębszych warstw wody, prowadząc do zmniejszenia natlenienia wód oceanicznych. Ale prawdziwe problem zaczynają się, kiedy następuje destabilizacja złóż hydratów metanu w osadach dennych. Z początku metan wyzwala się stopniowo - wychwytują go bakterie, reaguje z tlenem w wodzie. Prowadzi to do dalszego odtlenienia się oceanów, czemu z zainteresowaniem i niecierpliwością przyglądają się bakterie siarkowe. Ale ich pora dopiero nadejdzie...

Kiedy proces ucieczki metanu zacznie się nasilać, zmniejszenie ciśnienia gazu w złożu może spowodować jego gwałtowną destabilizację. Do atmosfery w ten sposób trafia 1000-10000 miliardów ton metanu, gdzie ma okazję wykazać się jako silny gaz cieplarniany. Metan jest gazem cieplarnianym ponad 20 razy silniejszym od dwutlenku węgla (w horyzoncie 100 lat, dla 20 lat ponad 60 razy silniejszym - wynika to z relatywnie krótkiego czasu życia metanu w atmosferze). Temperatura rośnie o dalsze 5-7°C. W sumie to już wzrost temperatury o 10°C lub nawet więcej.

Niejako przy okazji mają miejsce eksplozje naturalnych bomb paliwowo - powietrznych. Po wymieszaniu z powietrzem, przy stężeniu 5-15% metan tworzy mieszaninę wybuchową. Zapłon metanu uwolnionego nawet z relatywnie niewielkiego złoża wyzwoliłby energię równą eksplozji setek największych bomb wodorowych.

Metan zawarty w hydratach zawiera bardzo wyraźną nadwyżkę izotopu węgla 12C na izotopem 13C. W skałach z tego okresu będzie występować wyraźny skok zawartości węgla 12C. Ćwierć miliarda lat później, istotom zwanym Homo Sapiens, pomoże to określić przyczynę i scenariusz wielkiego wymierania. Pomogą też inne wskazówki - zaobserwowane podniesienie poziomu oceanów w tym okresie i zidentyfikowanie dużych ilości substancji pochodzących od fotosyntetyzujących zielonych bakterii siarkowych. Dziś bakterie te, wraz z fotosyntetyzującymi purpurowymi bakteriami siarkowymi, występują w beztlenowych środowiskach słonowodnych, na przykład w pewnych rejonach bezodpływowych słonych jezior czy w Morzu Czarnym. Energię uzyskują w procesie utleniania siarkowodoru (H2S), gazu trującego dla większości organizmów, a produktem tej reakcji jest siarka.

Bakterie siarkowe były ostatecznym narzędziem zagłady. Odtlenienie oceanów postępowało. Drzemiące dotychczas w przydennych warstwach oceanów i mórz beztlenowe bakterie siarkowe, nie znoszące środowiska tlenowego, zaczęły się mnożyć i wytwarzały ogromne ilości siarkowodoru. Ten rozpuszczał się w wodzie, a w miarę, jak jego stężenie rosło, dyfundował on ku powierzchni, przesuwając chemoklinę (granicę między wodami utlenionymi, a zdominowanymi przez siarkowodór) w stronę powierzchni oceanu. W końcu chemoklina sięgnęła powierzchni...

W takich warunkach zaczęły masowo ginąć oddychające tlenem organizmy morskie. Doskonale natomiast funkcjonowały w nich fotosyntetyzujące zielone i purpurowe bakterie siarkowe, które mogły namnażać się już na samej powierzchni anoksycznego oceanu.

Teraz ogromne ilości trującego siarkowodoru mogły już bez przeszkód trafiać do atmosfery. Powietrze tak bardzo nasyciło się siarkowodorem, że zabijał on zarówno zwierzęta, jak i rośliny, zwłaszcza że wraz z temperaturą rośnie toksyczne działanie tego gazu.

ziemia-siarkowodo

Wizja Ziemi siarkowodorowej.

Siarkowodór nie był jednak jedynym zabójcą, a przynajmniej nie bezpośrednim - gaz ten spowodował zniszczenie powłoki ozonowej w górnych warstwach ziemskiej atmosfery, chroniącej żywe organizmy przed promieniowaniem ultrafioletowym. Zabijało to nie tylko organizmy lądowe, ale także morskie, takie jak plankton. A gdy pierwszy składnik łańcucha pokarmowego przestawał istnieć, w niedługim czasie zagłada spotykała również kolejne organizmy.

wielkie-wymieranie-globalne-ocieplenie

 Zdarzenia prowadzące do wielkiego wymierania.

W wyniku działania CO2 rośnie temperatura atmosfery, a w konsekwencji oceanów

W ogrzanych oceanach następuje destabilizacja pokładów hydratów metanu

W wyniku działania CO2 i CH4 rośnie temperatura, spadek natlenienie wód oceanów

Powstają korzystne warunki dla przydennych anaerobów produkujących siarkowodór

po przekroczeniu krytycznego stężenia siarkowodoru w strefie przydennej
chemoklina szybko przesuwa się aż do powierzchni oceanu

powstają warunki dla rozwoju fotosyntetyzujących bakterii siarkowych, siarkowodór trafia do atmosfery

giną organizmy morskie, potem rośliny i zwierzęta lądowe, znika powłoka ozonowa

Następuje WIELKIE WYMIERANIE...

Film opowiada historię wielkiego wymierania z przełomu Permu i Triasu.

Przedstawiony scenariusz jest oczywiście pewnym uproszczeniem. Opisanym zjawiskom towarzyszyło wiele innych, pomniejszych procesów, wpływających na przebieg katastrofy. Jednak opisana historia, chociaż uproszczona, dobrze oddaje zachodzące wtedy na Ziemi wydarzenia.

wielkie-wymieranie-globalne-ocieplenie

Rys. Bardziej szczegółowe powiązania między zdarzeniami zachodzącymi podczas wielkie go wymierania na przełomie Permu i Triasu. Źródło:Killerinourminds

Opisana katastrofa spowodowała wymarcie 70% gatunków na lądzie (w tym roślin, owadów i kręgowców) i 96% gatunków morskich.

Wiele mniejszych i większych wymierań zdarzyło się w tym samym czasie, co okresy globalnego ocieplenia. Opisana sekwencja wydarzeń pasuje nie tylko do śladów z końca permu. Mniejsze wymieranie u schyłku paleocenu, 54 mln lat temu, zostało już uznane za wynik oceanicznej anoksji, wywołanej przez krótkotrwałe globalne ocieplenie. Obecność biomarkerów i skał osadowych charakterystycznych dla środowiska beztlenowego wskazuje, że taka sama gigantyczna katastrofa ekologiczna mogła wydarzyć się pod koniec triasu, środkowej kredy i dewonu.

Powiązanie wysokiej koncentracji gazów cieplarnianych z wymieraniem istot żywych potwierdzają obecność siarki na wszystkich stanowiskach oraz pomiary izotopowe węgla wykazujące, że koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze gwałtownie rosła tuż przed początkiem wymierania i utrzymywała się na wysokim poziomie przez setki tysięcy, a nawet kilka milionów lat. Dowodzi to, że wielkie wymierania związane są z okresowo powtarzającym się w historii Ziemi ociepleniem klimatu.

Opisane zdarzenia miały miejsce dawno temu, jednak powiązanie z dzisiejszą sytuacją jest aż nadto wyraźne. Zastąpmy trapy syberyjskie spalaniem węgla, a całą resztę zostawmy bez zmian.

Trapy Syberyjskie wyemitowały do atmosfery 2000-20000 miliardów ton węgla. Zajęło im to mnóstwo czasu, dziesiątki tysięcy, a najpewniej setki tysięcy lat. Spalając wszystkie dostępne zasoby ropy, gazu i węgla (co wielu ludzi uznaje za oczywistość), w przeciągu okresu 100-1000 razy krótszego wpompujemy do atmosfery 5000 miliardów ton węgla. Nie wiemy dokładnie jak szybko dwutlenek węgla wydzielał się do atmosfery w trakcie każdego z tych dramatycznych okresów, znamy jednak jego stężenia podczas wymierań.

Wiemy, że zagłady pod koniec ocieplenia paleoceńskiego i pod koniec triasu zaczęły się przy stężeniu CO2 wynoszącym około 1000 ppm. Taką koncentrację dwutlenku węgla w atmosferze możemy osiągnąć już w ciągu niecałych 100 lat! A to może wystarczyć, by rozpoczął się nowy okres oceanicznej anoksji.

Nie jesteśmy pewni, przy jakich dokładnie warunkach może dojść do opisanego przejścia fazowego, odtlenienia oceanów, destabilizacji pokładów hydratu metanu jej skali, rozkwitu bakterii siarkowych. Wiemy za to, że kiedy już rozpoczęty cykl zagłady stanie się dostrzegalny, nie będzie już możliwości zatrzymania zmian i powrotu do wcześniejszego stanu. Owszem, Ziemia, tak, jak wcześniej, najprawdopodobniej powróci do stanu sprzed wielkiego wymierania. Ale nastąpi to po setkach tysięcy lat zagłady. Miejmy nadzieję, że nie będziemy mieli przyjemności obserwować tego spektaklu. Ze sceny.

Przeprowadzanie takiego eksperymentu w praktyce i sprowadzenie zagłady na życie na Ziemi zasługiwałoby na zbiorową nagrodę Darwina dla ludzkości...

Czy podejmiemy działania, aby uniknąć tego scenariusza? Czy zmienimy sposób życia, zainwestujemy w zmianę technologii?

A może uznamy, że byłoby to zbyt uciążliwe? A dla usprawiedliwienia będziemy się pocieszać, że może to wcale nie nastąpi, że w sumie wcale nie wiemy, czy w ogóle jest jakiś problem... A kiedy już najgorsze nadejdzie, ostatni ludzie, przegrawszy walkę o przetrwanie, przeklną pokolenie, które miało jeszcze szansę uratować Ziemię, ale nad przyszłość swoich dzieci przedłożyło własną chwilową wygodę...
Wyobraź ich sobie, uśmiechnij się i zrób im "pa pa".
I Ziemi jaką znamy też.

ziemia-w-twoich-rekach

22 kwietnia - Dzień Ziemi. Źródło: Starynightlights.

Czytaj więcej:
How to kill (almost) all life ang
Methane ang
Methane Catastrophes ang

O tym czy nasz klimat na pewno się ociepla możesz przeczytac w następnym rozdziale. W Zmiany klimatu-kącik sceptyka przedstawiamy argumenty przeciwników ocieplenia globalnego i osób nie do końca przekonanych, co do zmian klimatu i jego skutków.

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto