Kapitel 9. Jordens klimathistoria

Relevanta dokument
Växthuseffekten. Kortvågig solstrålning passerar genom glaset i växthuset (jordens atmosfär).

1. Universum är ca 14 miljoner år gammalt. Planeten Jorden är ca 4,6 miljoner år gammal Människan har funnits i ca år

Växthuseffekten och klimatförändringar

Storskalig cirkulation (Hur vindar blåser över Jorden)

FAKTABLAD I5. Varför blir det istider?

LUFT, VATTEN, MARK, SYROR OCH BASER

Snowball Earth-hypotesen. Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

Atmosfär. Ekosystem. Extremväder. Fossil energi. Fotosyntes

KLIMAT. Klimat är inte väder Klimat är väder på lång sikt

Växthuseffekten. Vi lägger till en förenklad atmosfär i våra beräkningar

Vad hände egentligen när den senaste

VÄXTHUSEFFEKT OCH GLOBAL UPPVÄRMNING DEN GLOBALA UPPVÄRMNINGEN - NÅGOT SOM BERÖR ALLA MÄNNISKOR PÅ JORDEN

Geografi. Grundläggande fenomen inom fysisk geografi Undervisning i klass nio. 14KL5 Fredagen den 15 april

Koldioxid Vattenånga Metan Dikväveoxid (lustgas) Ozon Freoner. Växthusgaser

Rapport om Solenergikurs Sol 20 Sida 1 av 6. Kurs innehåll SOL 20

Inlandsisar och värmeperioder vad styr jordens föränderliga klimat?

Kapitel 11. Global uppvärmning: Klimatet nu och i framtiden

Klimat, vad är det egentligen?

LIVETS UPPKOMST? Livets uppkomst? Livets uppkomst? P r e k a m b r i u m. Hur? Var? Hur? Var?

Ämnen runt omkring oss åk 6

Atmosfär. Cirkulär ekonomi. Delningsekonomi. Albedo. Corporate Social Responsibility (CSR)

Gissa vilket ämne! Geologins Dags tipsrunda 2012 för ungdomar och vuxna. Mer geologi finns på:

Växthuseffekten ger extremt väder i Göteborg Dina val gör skillnad

Fotosyntesen. För att växterna ska kunna genomföra fotosyntesen behöver de: Vatten som de tar upp från marken genom sina rötter.

1. Vad är naturkunskap?

MAMMUT ISTIDEN ÄR HÄR. Utställningsfakta

Klimatvariationer. Vad vet vi om gångna klimat?

Miljöfysik. Föreläsning 2. Växthuseffekten Ozonhålet Värmekraftverk Verkningsgrad

Livets historia Biologi A på Netkurs

om det inte införs nya styrmedel förutspås utsläppen av växthusgaser öka med ytterligare procent till 2030.

Namn: Fysik åk 4 Väder VT Väder Ex. Moln, snö, regn, åska, blåst och temperatur. Meteorologi Läran om vad som händer och sker i luften

2. Järnoxid, vätgas och förångad saltsyra.

Snowball Earth-hypotesen. Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

Klimatförändringar genom jordens historia

MAMMUT. Utställningsfakta

Samtliga veckans ord v VECKANS ORD v 35 (+ omprov v 37)

Exempeluppgift. Förutsättningar för liv

Snowball Earth-hypotesen. Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

Hur trodde man att universum såg ut förr i tiden?

Bakgrundsupplysningar for ppt1

Jordens historia Jordens bildande

Kapitel 5. Atmosfärens cirkulation

Extramaterial till Geografi 7-9

Geologins Dags tipsrunda 2015 för vuxna och andra nyfikna Mer om geologi finns på

Norra halvklotet. Norden Sverige, Norge, Finland, Island och Danmark Norr om 52:a breddgraden Fyra årstider Vår, sommar, höst och vinter

Frågor och svar. om polarforskning

Växthuseffekten ger extremt väder i Göteborg Dina val gör skillnad

IPCCs femte utvärderingsrapport. Klimatförändringarnas fysikaliska bas

Allt börjar... Big Bang. Population III-stjärnor. Supernova-explosioner. Stjärnor bildas

Snowball Earth-hypotesen. Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

IPCCS FEMTE UTVÄRDERINGSRAPPORT DELRAPPORT 1 KLIMATFÖRÄNDRINGARNAS FYSIKALISKA BAS

Fakta om klimatförändringar

Tätheten mellan molekylerna är störst vid fast form och minst vid gasform.

Klimatsmart på jobbet Faktaavsnitt Så fungerar klimatet Reviderad

Snowball Earth-hypotesen. Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

Vilket av våra vanliga bilbränslen är mest miljövänligt? Klass 9c

KLIMA TSMAR T SKOLA KLIMATSMART SKOLA

Min bok om hållbar utveckling

Förra föreläsningen Introduktion - Principer

Markens organiska substans är en blandning av delvis nedbrutna kolhaltiga ämnen som härstammar från växter, djur och mikrober och innehåller:

Geologins Dags tipsrunda 2014 för barn och andra nyfikna Mer om geologi finns på


Jino klass 9a Energi&Energianvändning

Dessa bildar i sin tur stärkelse som växten lagrar som näring.

Är luftkvalitén i Lund bättre än i Teckomatorp?

Läxa till torsdag v. 48

EVOLUTIONEN = LIVETS UTVECKLING. Utveckling pågår

Diamanter Diamanter är det hårdaste ämnet som finns i naturen. Vad består diamanter av?

Fysik C & D Projekt i klimatfysik

ETE331 Framtidens miljöteknik

Vad är vatten? Ytspänning

Vår Historia. Klass 3b Stehagskolan Våren 2011

miljoner år före nutid

Vad är magma? 1 Ett mineral X En bergart 2 Flytande berg. Geologins Dags tipsrunda för barn och andra nyfikna.

Klimatförändringar Omställning Sigtuna/SNF Sigtuna Svante Bodin. Sustainable Climate Policies

UR-val svenska som andraspråk

INSTITUTIONEN FÖR GEOVETENSKAPER

LEKTIONENS MÅL: Centralt innehåll geografi: Jordens klimat och vegetationszoner samt på vilka sätt klimatet påverkar människans levnadsvillkor.

Fotosyntes i ljus och mörker

Värme, kyla och väder. Åk

Följande punkter beskriver de olika undervisningsteman som finns i filmen Dinosaurier!

VATTEN OCH LUFT VILKA ÄMNEN ÄR VATTEN UPPBYGGT AV? VAR KOMMER REGNVATTNET IFRÅN? VAD ÄR BUBBLORNA I LÄSK FÖR NÅGOT? HUR KAN REGN BLI FÖRORENAT?

Kol och klimat. David Bastviken Tema Vatten, Linköpings universitet

Ingenjörsmässig Analys. Klimatförändringarna. Ellie Cijvat Inst. för Elektro- och Informationsteknik

Observera att växthuseffekten är ett naturligt fenomen!!! Utan den skulle jordens medeltemperatur som nu är ca 15ºC ligga 35 grader lägre

Hej alla blivande geografer!

Växtfrön sprids med vinden eller med djur. Hur sprids kryddörtens frön? Växtfrön sprids med vinden eller med djur. Hur sprids kittelgräsets frön?

Under Silurtiden för ca 400 miljoner år sedan låg nästan hela Gotland under vatten, nära ekvatorn.

Snowball Earth-hypotesen. Att jorden var helt istäckt för 700 miljoner år sedan. Bild: BBC

Ekosystemets kretslopp och energiflöde

Här växer människor och kunskap

Sura sulfatjordar vad är det?

Meteorologi. Läran om vädret

3C4390 Klimathot och klimatstrategier i dagens och morgondagens värld. Fredrik Olsson Masahiko Inoue Mikael Wahlberg Lovisa Stenberg Tim Blöthe

Läs och lär kära elev. Pollinering. Pollinering är namnet på blommornas fortplantning.

Om klimatbluffen, eller en obekväm sanning

Ekologi. Samspelet mellan organismerna och den omgivande miljön

ETE331 Framtidens miljöteknik

Afrika. Några länder som ligger i Afrika är Kenya, Sydafrika och Egypten. Några djur som bor här är zebror, lejon, giraffer och elefanter.

Innehållsförteckning. s.1 Innehållsförteckning s.2-13 Instuderingsfrågor

Transkript:

Kapitel 9 Jordens klimathistoria 178

Klimathistoria Organismer uppstod på jorden kort efter att den bildats, men alla kända organismer behöver vatten Temperaturen på jorden har antagligen under hela denna tid varit sådan, att vatten (i vätskeform) har kunnat existera Vi vet också att solen varit 30% svagare just efter att den bildats, vilket med våra beräkningar för strålningsbalansen ger en medeltemperatur på ca -10 C, dvs 25 grader kallare än idag En extra 10 C nedkylning kommer till om vi S( 1-A) också beaktar vattenångans och albedons T 4 s = negativa återkopplingar 2s ( 2-e) Vilka andra parametrar var då inblandade? Albedon lägre? Växthuseffekten större? Energi-inflödet större? Karbonat-silikat-cykeln som nämndes tidigare kan bidra till att stabilisera jordens klimat 179

Påminnelse: Karbonat-silikat-cykeln CO 2 Kemisk vittring CO 2 + CaSiO 3 CaCO 3 + SiO 2 Regn CaSiO 3 CaCO 3 + SiO 2 sedimentering CaCO 3 + SiO 2 CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 Cykeln opererar på tidsskalor på ett par miljoner år 180

Svag-ung-sol-paradoxen (eng: faint young sun) Problemet med flytande vatten trots beräknade låga temperaturer: Svag-ung-sol-paradoxen Tre möjliga lösningar: albedon, växthuseffekten, eller en annan värmekälla än solen En möjlig värmekälla är geotermisk värme Det skulle krävas 70 W/m 2 och man uppskattar att geotermiska värmeflödet var närmare 0.3 W/m 2 (0.1 W/m 2 idag) Detta värmeflöde skulle ha förhindrat att haven frös ändå till bottnen, men skulle ändå leda till istäcke på hundratals meter Albedon För att balansera den minskade solstyrkan skulle det krävas en albedo nära 0 (0.3 idag) Svårt att motivera hur en planet med vatten och moln (för att inte tala om is) kunde absorbera allt solljus Växthuseffekten förblir den bästa kandidaten 181

En CO 2 -rik atmosfär? Fram till ca 3.8 miljarder år sedan är jordens klimat långt ett mysterium Därefter, om klimatet var kallare, skulle vittringsprocesserna varit långsammare CO 2 kunde ackumulera i atmosfären negativ återkoppling För att balansera jordytans temperatur till den som vi har idag, men under 30% mindre solljus, skulle det ha krävts 1000 ggr mer CO 2 i atmosfären än idag, dvs ca 0.3 bar (1 bar = 1 atm) Spekulationerna om att koldioxidhalten kan ha varit så hög som 10 bar, skulle leda till yttemperaturer på 80-90 C Detta kan inte heller uteslutas, och kan ha inverkat på hur livet bildades på jorden 182

En CO 2 -rik atmosfär? Andra effekter utöver CO 2 kommer t.ex. från metan (CH 4 ) Metan uppvisar en positiv återkoppling pga metanogener Bakteriell metanogenes: CO 2 + 4 H 2 CH 4 + 2 H 2 O Processen sker effektivare ju varmare det är Metan i atmosfären är en kraftig växthusgas och ökar därför på temperaturen Höga halter metan kan leda till polymerisering och större kolväten som kan bilda partiklar och därmed en sorts dimma, jmfr Titan: En möjlig kontroll: Dimma CH 4 /CO 2 i atmosfären Vad säger geologiska klimatindikatorer om detta? Yttemperatur Metanproduktion Koldioxidsänka 183

Paleoklimatologi Paleoklimatologin studerar jordens klimat från ett historiskt perspektiv Fossil och sedimentära bergarter Borrkärnor av is från Antarktis och Grönland Årsringar i träd Indikatorerna visar å ena sidan att klimatet hållits relativt stabilt över 4 miljarder år, och därmed låtit liv utvecklas (flytande vatten etc) Men samtidigt också att jordens klimat fluktuerat kraftigt under jordens historia, med långa varma perioder och kortare kalla perioder emellan T.ex. Snowball Earth 184

Istidsbevis Att vi haft istider på jorden är alla forskare överens om, och i Finland har vi många geologiska bevis för åtminstone den senaste istiden För att känna igen tidigare istider, har man använt sig av t.ex. tillit, en bergart som bildats genom att stenar, grus, sand och gyttja packats ihop Beståndsdelarna har samlats upp av glaciärer i rörelse, och deponeras i utkanterna av glaciärerna som morän som senare litifierats 185

Istidsbevis Flyttblock i Finland har uppstått under senaste istiden genom förflyttning med inlandsisen Då liknande stenar samlats upp i isen, som senare bildat isberg, som till sist smultit, faller dessa ner till havsbottnen (dropstones) och bildar undantag i annars jämna sediment Sedimenten kan sedan åldersbestämmas, och därmed kan vi tidsbestämma istider 186

Istider Många istider har identifierats under jordens historia Våra tidigare diskussioner hjälper oss förstå t.ex. Huron-istiden ca 2.2-2.4 miljarder år sedan Vi tror att syrehalten började stiga just före denna period Om CH 4 var en viktig växthusgas, skulle syret ha oxiderat denna och därmed minskat på växthuseffekten nedkylning Stöd från geologiska avlagringar som visar uraninit i avlagringarna före istiden (dvs låg syrehalt), tillit under istiden, och s.k. redbeds (som innehåller järn i oxiderad form) genast efteråt 187

Interglaciala perioder Karbonat-silikat-cykeln kan vara en orsak till att CO 2 från vulkaner lagrades i atmosfären och därmed ökade växthuseffekten tills isarna igen smalt Att temperaturen hölls hög också efter Huron-istiden kan bero på att syrehalten trots allt inte var hög nog för att oxidera all metan, och att metan bildades i avsevärt större mänder än idag av metanogener 188

Snöbollsjorden (Snowball Earth) 750-600 miljoner år sedan var det så kallt att man tror att hela jordklotet varit täckt med is Geologiska bevis för en istid under denna period har återfunnits på alla sju kontinenter Genom paleomagnetism har man kunnat visa att åtminstone Australien under denna tid var vid ekvatorn 189

Snöbollsjorden (Snowball Earth) Hur uppstår en sådan situation? Om alla kontinenter befinner sig nära ekvatorn, kommer karbonat-silikat-cykeln att hålla koldioxidhalten låg trots att stora delar av planeten är täckt av is Isen ökar på planetens albedo, och när isen når 30. breddgraden kommer den positiva is-albedo-återkopplingen att mycket snabbt (endast några tiotal år) att täcka resten av jorden med is Ett totalt istäcke leder till albedon >0.6, och en temperatur på -50 C eller mindre Då jorden är helt täckt av snö och is, avstannar karbonat-silikat-cykeln, och CO 2 från vulkaner börjar igen ackumulera och långsamt värma upp jordytan 190

Snöbollsjorden (Snowball Earth) Då koldioxidhalten nått ca 0.1 bar skulle istäcket ha börjat smälta vid ekvatorn och is-albedoåterkopplingen ha fungerat i andra riktningen och all is smultit på ca 1000 år Före karbonat-silikat-cykeln stabiliserade sig var jordytans temperatur antagligen 50-60 C efter detta Geologiska bevis för en snöbollsjord existerar Bandad järnmalm bildas igen pga att haven inte längre är i kontakt med luftens syre och haven blir därför syrefattiga Efter snöbollsjorden kommer höga halter av CO 2 att leda till sura regn, som vittrar sönder stora mängder bergarter, vilket i sin tur leder till snabbt bildade sediment med höga Cahalter Sådana avlagringar har hittats vid ekvatorn, vilket länge förundrade forskarna 191

Snöbollsjorden Snowball Earth visar tydligt hur komplicerat jordens klimat kan vara, men samtidigt har vi en begränsad mängd parametrar som i slutändan förklarar slutliga temperaturen (albedon, växthuseffekten och inkommande energin) Av dessa tre är det växthuseffekten som kan variera mest 192

Hur överlever liv en snöbollsjord? Som så ofta tidigare är svaret: Ingen vet med säkerhet Olika möjligheter för hur fotosyntesorganismer överlevt har dock föreslagits Möjligen frös inte alla hav, och kring ekvatorn fanns en del områden med öppet vatten ( Slushball Earth ) Geotermiska källor på havsbottnen skulle ha varit helt opåverkade, men skulle inte ha nåtts av solljus Geotermiska källor i t.ex. Yellowstone kan ha förblivit varma, men vattnet i källorna härrör sig från regnvatten Istjockleken kan ha varit så liten som ett par meter på sina ställen och därmed tillåtit en del solljus att penetrera isen så att alger kunnat överleva 193

Klimatet under fanerozoikum (540 milj. år nu) Noggrannare data än från prekambrium pga bl.a. de otaliga fossilfynden Alla organismer har optimala levnadsförhållanden Paleozoikum Kambrium var en mycket varm period, och under de följande perioderna var jorden också fri från is Förutom en kort period i ordovicium I slutet av eran blev det dock extremt kallt Solen var redan nästan lika stark som idag, och pga syrehalten hölls metanhalterna låga CO 2 antagligen orsaken 194

Klimatet under fanerozoikum (540 milj. år nu) Varför skulle CO 2 ha minskat kraftigt under karbon? Vi såg tidigare att denna period, på basen av kolisotoper, var en period då stora kolavlagringar bildades, och därför steg syrehalten Kom igen ihåg: CO 2 + H 2 O kolhydrater + O 2 Om processen skiftas mot höger, minskar också CO 2 Om detta sker snabbt, kan inte karbonat-silikat-cykeln kompensera för CO 2 -sänkan Varje försök till en förklaring går igenom en liknande process: Insättning i en paleoklimat modell för att se om den kan förklara observationer Om den kan, jämför vi med alla andra indikatorer Om ingen av dessa är motsägelsefull, är förklaringen godtagbar 195

Klimatet under fanerozoikum (540 milj. år nu) Mesozoikum Dinosauriernas era Temperaturen klart högre än idag 2-6 C högre vid ekvatorn, 20-60 C vid polerna Många fossilfynd finns från eran Stora ormbunkar och alligatorer i Sibirien Dinosaurier norr om polcirkeln i Alaska Syreisotoper i sediment visar att djuphaven var närmare 15 C varma Idag ca 2 C 196

Klimatet under fanerozoikum (540 milj. år nu) Varför skulle CO 2 ha ökat kraftigt under mesozoikum? En 4x högre koldioxidhalt än idag skulle förklara temperaturen Paleomagnetisk data visar att tektoniska plattorna rörde sig snabbare än idag Carbonat-silikat-cykelns balans skiftas till högre CO 2 i luften En högre koldioxidhalt torde inte ensam kunna leda till så små skillnader i temperatur mellan polerna och ekvatorn Möjligen var atmosfärens eller havens cirkulation annorlunda Olika indikatorer tyder också på färre moln under denna period 197

Klimatet under fanerozoikum (540 milj. år nu) Kenozoikum Eran kännetecknas av en kraftig nedkylning Ursprungliga orsaken kan ha varit att tektoniska plattornas rörelser blev långsammare Accelerationen av nedkylningen som började ca 30 miljoner år sedan kräver dock en annan förklaring Kan vara Indiens fel! 198

Klimatet under fanerozoikum (540 milj. år nu) Varför indien? Ca 30 milj. år sedan krockade Indiska plattan med Asien Resultatet: Himalaya och Tibetanska platån Ett stort område där CO 2 kan leda till kemisk vittring av silikater, dvs karbonat-silikat-cykeln skiftades igen, men den här gången mot en lägre koldioxidhalt 199

Lärdomar För en perfekt förståelse om alla historiska förändringar borde vi inte ha hoppat över kapitlet om plattektonik Plattornas rörelser kan inverka på klimatet Fast det sker långsamt från våra perspektiv I praktiken alla förändringar i klimatet under senaste 500 miljoner åren har uppstått från återkopplingar Karbonat-silikat-cykeln eller processer i biosfären Men den drivande kraften i varje period har ändå varit densamma: CO 2! 200