Wykonajmy teraz ukłon w stronę sceptyków, podkreślających, że w historii Ziemi bywały okresy, w których koncentracja dwutlenku węgla była wielokrotnie wyższa niż dziś. Szczera prawda. O ile przed epoką przedprzemysłową mieliśmy w atmosferze 280 ppm dwutlenku węgla, a podczas epok lodowcowych jedynie 170 ppm, to we wczesnym Kenozoiku stężenie tego gazu było rzędu 1000-2000 ppm. Największa ilość dwutlenku węgla w atmosferze podczas Kenozoiku odpowiadała więc mniej więcej ośmiokrotności wartości minimalnej (czyli trzem podwojeniom: 170 → 340 → 680 → 1360). Zauważyliśmy już wcześniej, że każde podwojenie ilości gazu cieplarnianego daje podobne wymuszanie radiacyjne, co oznacza, że trzy podwojenia dają wymuszanie radiacyjne rzędu trzykrotności 4 W/m2. Tak więc same zmiany ilości dwutlenku węgla w atmosferze spowodowały zmianę wymuszania radiacyjnego o -12 W/m2, o rząd wielkości więcej, niż te związane ze Słońcem czy ułożeniem kontynentów.
Dlaczego jednak tak wielkie zmiany koncentracji dwutlenku węgla miały miejsce? Tak wielkie ilości węgla nie mogły pochodzić z „szybkiego” cyklu węglowego, jak podczas epoka lodowcowych – pozwoliłoby to co najwyżej na zmiany rzędu 100 ppm, a nie 1000 ppm. I tu do gry włączają się wulkany i wietrzenie skał.
Na początku rozpatrywanego okresu Indie przemieszczały się na północ, wywołując erupcje wulkaniczne w rejonie, do którego rzeki Azji od milionów lat zrzucały osady węglowe organicznego pochodzenia. Do atmosfery trafiała nadmiarowa ilość dwutlenku węgla, który się w niej kumulował – temperatura planety więc rosła. Gdy 50 milionów lat temu płyta indyjska uderzyła w Azję, wślizgnęła się pod nią, prowadząc do wypiętrzenia Himalajów i Wyżyny Tybetańskiej, a więc odsłonięcia wielkich pokładów niezwietrzałych skał.
Równocześnie wzmożona aktywność wulkaniczna ustała, i rozpoczął się trwający miliony lat trend zmniejszania się ilości dwutlenku węgla w atmosferze. W miarę, jak ilość dwutlenku spadała, słabł też efekt cieplarniany i obniżała się temperatura planety. Gdy 34 milionów lat temu koncentracja dwutlenku węgla spadła do poziomu około 450 ppm, Antarktyda zaczęła pokrywać się czapą lodową (przyczyniło się też do tego oddzielenie się Antarktydy od Ameryki Południowej – stan ten ma miejsce także obecnie). Poziom 450 ppm dwutlenku węgla był więc granicą pomiędzy wolnym od lodu światem z poziomem wody wyższym o 75 metrów, a Antarktydą pokrytą grubym lądolodem.
Policzyłeś wcześniej, kiedy osiągniemy ten poziom przy dalszej kontynuacji naszej obecnej drogi. W latach ’30 obecnego stulecia. Oczywiście, lody Antarktydy nie stopią się z dnia na dzień, jednak gdy proces ten już się rozpocznie, nie będziemy w stanie go zatrzymać.
A jak to ma się do stwierdzeń sceptyków (i poglądu wielu zwyczajnych ludzi), że naturalne zmiany klimatu są wielkie w porównaniu z naszymi działaniami? Owszem, naturalne czynniki potrafią zmieniać ilości gazów cieplarnianych w atmosferze i klimat w radykalnym stopniu. Przyjrzyjmy się jednak skalom czasowym. Gdy Indie pędziły na północ przez ocean, koncentracja dwutlenku węgla rosła o 0,0001 ppm rocznie, czyli o 1 ppm w ciągu 10 tysięcy lat. W ciągu miliona lat prowadziło to do skumulowania się w atmosferze dodatkowych 100 ppm dwutlenku węgla. Dziś, spalając paliwa kopalne, zwiększamy koncentrację dwutlenku węgla o 2 ppm rocznie (a proces wciąż przyspiesza). Nasze emisje są o rzędy wielkości większe od naturalnych, podobnie tempo zmiany wymuszania radiacyjnego. To my kontrolujemy dziś klimat Ziemi, choć „kontrolujemy” to raczej niewłaściwe słowo – wsiedliśmy raczej do rollercoastera i pędzimy przed siebie, przeprowadzając eksperyment na klimacie planety.
Stopniowo temperatura spadała dalej. Kilka milionów lat temu zaczęła zamarzać Arktyka, a następnie Ziemia weszła w okres cykli epok lodowcowych, którym już się przyjrzeliśmy.
55 milionów lat temu, zanim jeszcze Indie zderzyły się z Azją, doszło do bardzo dziwnego zdarzenia, które określamy mianem PETM – Paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego – gwałtownego wzrostu temperatury o 5-9°C. Do atmosfery trafiło wtedy 3 000 miliardów ton węgla – ilość porównywalna z całymi zasobami ropy, węgla i gazu. Wiemy, że był to węgiel pochodzenia organicznego – świadczy o tym gwałtowny wzrost ilości lekkiego węgla 12C względem cięższego węgla 13C (podobnie jak obecnie, gdy wrzucamy do cyklu węglowego węgiel z paliw kopalnych).
Jedynym znanym nam możliwym źródłem tak wielkiej ilości węgla są hydraty metanu. Ich pokłady są stabilne w warunkach wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury. Wzrost temperatury w okresie 60-55 milionów lat temu doprowadził do ogrzania się głębin oceanów o 2-3°C i destabilizacji pokładów hydratu. Niewielkie ilości wyzwalanego metanu mogą rozpuszczać się w wodzie, wychwytują go bakterie, reaguje też z tlenem zmieniając się w dwutlenek węgla. Jednak kiedy proces ucieczki metanu zacznie się nasilać, zmniejszenie ciśnienia gazu w złożu może spowodować jego gwałtowną destabilizację i wydostanie się metanu do atmosfery. Metan jest silnym gazem cieplarnianym, a po utlenieniu się do dwutlenku węgla może istnieć w atmosferze przez tysiące lat, co prowadzi do wzmocnienia efektu cieplarnianego i dalszego nagrzewania się atmosfery i oceanów. W tych warunkach postępowała destabilizacja złóż hydratów – proces ten trwał około tysiąca lat. Cykl węglowy został nasycony tak wielką ilością węgla, że powrót do stanu wyjściowego trwał około 100 tysięcy lat – dokładnie taką skalę czasową pochłaniania zbliżonej emisji z paliw kopalnych przewidują nasze modele. Jeśli więc wpuścimy do atmosfery tysiące miliardów ton węgla, musimy liczyć się z tym, że klimat nie powróci do znanego nam stanu w żadnej dającej się wyobrazić przyszłości. PETM był bardzo ciepłym okresem – to właśnie wtedy nad brzegami Oceanu Arktycznego rosły bananowce i mieszkały krokodyle.
Podczas PETM wymarła blisko połowa mieszkających w głębinach oceanicznych gatunków foraminifer, jednak ponieważ wzrost temperatury trwał około 1000 lat, zwierzęta i rośliny miały czas na adaptacje – zdecydowana większość gatunków lądowych przetrwała te zmiany, choć miejsca ich występowania przesunęły się nawet o tysiące kilometrów w kierunku biegunów. Nasze obecne ocieplenie będzie zachodzić znacznie szybciej, nie będzie więc czasu na adaptację genetyczną, co gorsze zaś gatunki już obecnie są poddane wyjątkowej presji z naszej strony, a ich habitaty pofragmentowane, co bardzo utrudni, a wielu gatunkom wręcz uniemożliwi migrację.
Podczas PETM do atmosfery trafiła podobna ilość dwutlenku węgla do tej, którą wyemitujemy, jeśli spalimy większość paliw kopalnych. Oprócz skali czasowej – obecnie znacznie szybszej – jest jeszcze jedna istotna różnica. Podczas PETM doszło do ocieplenia wywołanego przez hydraty metanu, nałożonego na trwający miliony lat trend ocieplający. Dziś jesteśmy na drodze do trwającego zaledwie stulecie wpompowania do atmosfery tysięcy miliardów ton węgla z paliw kopalnych, które samo w sobie podniesie temperaturę o kilka stopni, a na to gwałtowne ocieplenie dodatkowo nałoży się destabilizacja istniejących dziś pokładów hydratu metanu. A są one, po trwającym dziesiątki milionów ochładzaniu się klimatu, znacznie obfitsze niż wtedy – szacuje się je na 2 000 do 10 000 miliardów ton.
Aby znaleźć analog takiej sytuacji, musimy cofnąć się jeszcze dalej w przeszłość – do przełomu Permu i Triasu 250 milionów lat temu.
Następna część: Wielkie Wymieranie
