| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • (N.B.: od takrat izvira 60% svetovnih zalog nafte!)
• (mimogrede: v krednih morjih ogromno
nanoplanktona, katerega ostanki dajo drobnozrnat karbonatni sediment – kredo)
• posledica izjemne produkcije stebrih tokov iz spodnjega plašča?
• močno segret spodnji plašč postane lažji od zgornjega plašča – dviganje vročih teles navzgor ki traja več 10 Ma |
| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • (N.B.: od takrat izvira 60% svetovnih zalog nafte!)
• (mimogrede: v krednih morjih ogromno
nanoplanktona, katerega ostanki dajo drobnozrnat karbonatni sediment – kredo)
• posledica izjemne produkcije stebrih tokov iz spodnjega plašča?
• močno segret spodnji plašč postane lažji od zgornjega plašča – dviganje vročih teles navzgor ki traja več 10 Ma |
| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • (N.B.: od takrat izvira 60% svetovnih zalog nafte!)
• (mimogrede: v krednih morjih ogromno
nanoplanktona, katerega ostanki dajo drobnozrnat karbonatni sediment – kredo)
• posledica izjemne produkcije stebrih tokov iz spodnjega plašča?
• močno segret spodnji plašč postane lažji od zgornjega plašča – dviganje vročih teles navzgor ki traja več 10 Ma |
| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • (N.B.: od takrat izvira 60% svetovnih zalog nafte!)
• (mimogrede: v krednih morjih ogromno
nanoplanktona, katerega ostanki dajo drobnozrnat karbonatni sediment – kredo)
• posledica izjemne produkcije stebrih tokov iz spodnjega plašča?
• močno segret spodnji plašč postane lažji od zgornjega plašča – dviganje vročih teles navzgor ki traja več 10 Ma |
| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • (N.B.: od takrat izvira 60% svetovnih zalog nafte!)
• (mimogrede: v krednih morjih ogromno
nanoplanktona, katerega ostanki dajo drobnozrnat karbonatni sediment – kredo)
• posledica izjemne produkcije stebrih tokov iz spodnjega plašča?
• močno segret spodnji plašč postane lažji od zgornjega plašča – dviganje vročih teles navzgor ki traja več 10 Ma |
| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • (N.B.: od takrat izvira 60% svetovnih zalog nafte!)
• (mimogrede: v krednih morjih ogromno
nanoplanktona, katerega ostanki dajo drobnozrnat karbonatni sediment – kredo)
• posledica izjemne produkcije stebrih tokov iz spodnjega plašča?
• močno segret spodnji plašč postane lažji od zgornjega plašča – dviganje vročih teles navzgor ki traja več 10 Ma |
| KAKO DELUJE PODNEBJE | • podnebje je “povprečno vreme” v časovnih merilih od desetletij do geoloških obdobij
• podnebje Zemlje je toplotni stroj, ki ga poganja sevanje Sonca, toploto pa prenašajo zračni in oceanski tokovi
• na podnebne spremembe pomembno vplivajo geološki
dejavniki:
• premikanje litosferskih plošč vpliva na oceanske tokove, volumen oceanov, razporeditev kopnih mas
• gorovja (orogeneze!) vplivajo na zračne tokove
• vulkanizem v atmosfero prinaša prašne delce in topogredne pline (kakšen je vpliv enih in drugih?)
• seveda tudi obratno podnebje vpliva na geološke
procese, npr.:
• hitrost preperevanja kamnin
• erozija (npr. ledeniki)
• razpored temperatur v skorji in plašču |
| KAKO DELUJE PODNEBJE | • podnebne spremembe se odvijajo v različnih
časovnih merilih in z različnimi amplitudami
• (à propos trenutnim antropogenim podnebnim
spremembam: za Zemljo niso nič posebnega,
problem je le, kako jih bo preneslo človeštvo |
| PALEOKLIMATSKI INDIKATORJI | Podnebje v geološki preteklosti lahko rekonstruiramo iz
stratigrafskega zapisa s pomočjo različnih
paleoklimatskih indikatorjev:
• premog – veliko vegetacije, vlažno podnebje, širok
razpon temperature
• koralni grebeni – tropska in subtropska obalna
morja
• evaporiti – aridno do semiaridno podnebje,
ponavadi visoke temperature
• eolski (vetrni) sedimenti - aridno do semiaridno
podnebje, ponavadi visoke temperature
• lateriti in boksiti – vroče in vlažno podnebje
• ledeniški sedimenti – kontinentalne poledenitve,
hladno podnebje
• fosili značilnih toploljubnih/hladnoljubnih organizmov |
| PALEOKLIMATSKI INDIKATORJI | • FRAKCIONACIJA izotopov na podlagi njihovih različnih mas:
npr. od stabilnih izotopov kisika 16O in 18O je 16O lažji in ga je
zato več v izhlapeli vodi, v morski vodi pa ostaja več 18O
• dotok padavin in rek nazaj v oceane razmerje med izotopoma
sproti izenačuje
• če pa v hladnem podnebju izhlapela voda preko padavin
ostaja vezana v ledenih pokrovih, postane morska voda
obogatena z 18O
• morski organizmi vgrajujejo v svoje skelete izotope kisika v
enakem razmerju, kot je v morski vodi (kemijsko ravnotežje),
zato lahko iz izotopskega razmerja v lupinicah fosilov
sklepamo na temperaturo oceana v geološki preteklosti |
| SONČNO SEVANJE | • energijski tok Sončevega obsevanja Zemlje Znaša 1370 W/m2
• porazdeljen preko celotne sferične površine Zemlje znaša 340 W/m2
• okoli 30% tega se odbije od atmosfere (oblaki), del ga atmosfera absorbira; povprečni energijski tok na površju Zemlje znaša 240 W/m2
• (za primerjavo: povprečni toplotni tok iz notranjosti Zemlje znaša zgolj 0,06 W/m2 !)
• (N.B.: 1% razlike pomeni cca 1° razlike v povprečni temperaturi!)
• dejansko obsevanje posamezne točke na Zemlji pa je odvisno tudi od zemljepisne širine (kot, pod katerim padajo sončni žarki; dolžina potovanja skozi atmosfero)
• te razlike v segrevanju površja poganjajo Zemljin „vremenski stroj“ – kroženje planetarnih zračnih in vodnih mas |
| ALBEDO POVRŠJA ZEMLJE | • del sončne energije se odbije od površine Zemlje – odbojnost (albedo) je odvisna od
različnih dejavnikov
• visok odboj: oblaki (~50%), led in sneg (80-90%), puščavska območja (35%)
• nizek odboj: vegetacija (10-30%), voda (<5%)
• negativna povratna zanka: v vročem, vlažnem podnebju je veliko oblakov, povečan albedo
zniža temperaturo površja
• pozitivna povratna zanka: zasneženo in poledenelo površje močno odbija sončno sevanje,
kar dodatno ohlaja površje |
| LETNA OBSEVANOST ZEMLJINE POVRŠINE | • periodične letne spremembe temperature (letni
časi) na Zemlji so pogojene z načinom kroženja
Zemlje okoli Sonca
• tirnica kroženja je eliptična – oddaljenost Zemlje
od Sonca se med letom stalno spreminja
• zaradi nagiba osi Zemlje glede na ravnino
kroženja (trenutno 23,4°) so različni deli Zemlje
skozi leto različno obsevani (poletje, zima, polarni
dan, polarna noč,...) |
| Coriolisov učinek-KAKO DELUJE PODNEBJE – PLANETARNI ZRAČNI TOKOVi | • telesa na površju Zemlje se vrtijo skupaj z Zemljo (1
obrat/24 h v protiurni smeri, od W proti E)
• pri telesih, ki se gibljejo skozi zrak ali vodo bodisi z
veliko hitrostjo, bodisi dolgo časa, se v času
potovanja od začetne do končne točke Zemlja pod
njimi že opazno zavrti
• za opazovalca na Zemlji zato izgleda, kot bi bila pot
telesa ukrivljena (čeprav je bila pot ravna) – npr. met
žoge na vrteče se vrtiljaku
• na J polobli je odklon v levo, na S v desno
• ta Coriolisov učinek vpliva denimo na polete letal, let
topovskih krogel in na planetarne zračne tokove |
| KAKO DELUJE PODNEBJE – PLANETARNI ZRAČNI TOKOVI | • vročina na ekvatorju segreva zrak, ki se zato dviga in teče proti poloma, kjer se ohlaja in spušča – prenos toplote po celem planetu
• dvigajoči zrak se razširja, oddaja vlago –ekvatorialni deževni pas
• del ohlajenega zraka se spušča v subtropskem pasu in se vrača proti ekvatorju – suho subtropsko podnebje
• zaradi Coriolisovega učinka so ti povratni vetrovi odklonjeni proti zahodu – pasat (vzhodnik)
• drugo kroženje zraka poteka od subtropskih
širin proti zmernim, zaradi Coriolisovega
učinka so vetrovi zahodni
• tretji je polarni sistem konvekcijskega
kroženja zraka z vzhodimi vetrovi
• na zmernih širinah je zaradi konvergence
polarnega in zmerno toplega zraka vreme
zelo nestabilno |
| KAKO DELUJE PODNEBJE – SEZONSKI ZRAČNI TOKOVI | • kroženje zračnih mas poganjajo tudi temperaturne razlike med kopnim (hitro segrevanje, hitro ohlajanje) in oceanom (večja toplotna inercija)
• zimski monsun: zračni tokovi tečejo s hladnega kopnega proti toplemu oceanu – hladni, suhi vetrovi
• poletni monsun: dviganje vročega zraka nad kopnim potegne nad Azijo vlažen oceanski zrak –obilne padavine |
| KAKO DELUJE PODNEBJE – PLANETARNI OCEANSKI TOKOVI | KAKO DELUJE PODNEBJE – PLANETARNI OCEANSKI TOKOVI
• površinske oceanske tokove poganjajo planetarni vetrovi
• tropski pasatni vetrovi ženejo tokove proti W, vetrovi v zmernih širinah ženejo tokove proti E
• formirajo se veliki krožni tokovi (gire), ki na severni polobli krožijo v urni smeri, na južni polobli v
protiurni smeri, manjše gire nastanejo tudi ob polih
• na kroženje morskih tokov močno vpliva razporeditev kontinetov in prelivov med njimi!
• oceanski tokovi so zelo učinkoviti prenašalci toplote |
| KAKO DELUJE PODNEBJE – PLANETARNI OCEANSKI TOKOVI | • razlike v temperaturi oceanske vode pomenijo tudi razliko v gostoti
• v današnjih oceanih je meja med toplo površinsko in hladno globinsko vodo zelo ostra – termoklina;
območji se praktično ne mešata (stratifikacija oceana)
• površinska voda je zelo revna z hranili; le-ta se z razkrojem organizmov nabirajo v mrzli globji vodi
• ponekod ob obalah kontinentov Coriolisova sila odklanja tokove stran od obale, kar povleče navzgor
vodo iz globin (“upwelling”) – biološko zelo produktivna območja |
| KAKO DELUJE PODNEBJE – ABISALNI OCEANSKI TOKOVI | KAKO DELUJE PODNEBJE – ABISALNI OCEANSKI TOKOVI
• zmrzovanje morske vode pozimi v polarnih območjih poveča slanost vode (sol se slabo vključuje v led)
• gosta slana in mrzla voda tone v globino in v smeri proti ekvatorju – počasni abisalni oceanski tokovi
(~1000 let za pot od pola do pola)
• hkrati gosto vodo nadomešča manj slana iz globljega dela oceana – rodovitne antarktične vode
termohalinska cirkulacija v oceanih |
| VPLIV PREMIKANJA KONTINENTOV NA OCEANSKE TOKOVE | • Primer 1: konfiguracija kontinentov omogoča neoviran planetaren ekvatorialen tok
• voda se lahko močno segreje, saj ostaja dolgo časa v ekvatorialnem območju
• tako so toplejši tudi divergentni tokovi v girah
• globalni ocean je toplejši, večje izhlapevanje
• topla in vlažna Zemlja
Primer 2: konfiguracija kontinentov omogoča neoviran
planetaren cirkumpolaren tok
• polarna območja ostanejo izolirana od toplejših območij
• zniža se temperatura polarnih območij
• če je dovolj vlage, nastanejo ledeni pokrovi
• velike temperature razlike med zemljepisnimi širinami |
| VPLIV PREMIKANJA KONTINENTOV NA OCEANSKE TOKOVE | • mezozojski ocen Pantalasa je imel
ekvatorialni tok preko skoraj 80% obsega Zemlje
• temperatura oceana višja kot danes
• manjše temperaturne razlike med polarnimi in tropskimi območji
• brez ledenih pokrovov na polih, počasna globoka cirkulacija
• odpiranje oceana Tetida omogoči nastanek
globalnega cirkumekvatorialnega toka
• razpiranje kontinentov (npr. odpiranje
Atlantika) omogoči še boljše mešanje tokov in
prenašanje topote, še zmanjšane
temperaturne razlike |
| Ohlajanje podnebja v kenozoiku: | • premikanje kontinentov onemogoči globalni ekvatorialni tok
• na južni polobli se ustvari cirkumpolarni antarktični tok
• postopno ohlajanje abisalne vode v oceanih
• postopna rast ledenega pokrova na Antarktiki
• zaprtje Panamskega preliva ustvari Zalivski tok, večja vlažnost v severnih polarnih
območjih --> nastanek ledenega pokrova |
| VPLIV VULKANIZMA NA PODNEBJE | • velike vulkanske erupcije lahko ustvarijo tenčico drobnega vulkanskega prahu v celotni atmosferi Zemlje (povprečno trajanje od mesecev doenega leta) – povečan albedo atmosfere
• posledično velikim vulkanskim izbruhom pogosto sledijo kratke ohladitve podnebja
• vulkanski plini (npr. SO2) povzročajo nastanek kislega dežja; kondenzirane kaplice v atmosferi
ostanejo v atmosferi več let in povzročajo disperzijo sončnih žarkov
• npr.: erupcija filipinskega vulkana Pintaubo 1991
• znižanje povprečne temperature od 0.2° do 2° za več let
• dokumentirana znižanja temperature zaradi
vulkanskih erupcij v bližnji preteklosti (~100.000 let) znašajo do 5 |
| 1816 – “LETO BREZ POLETJA” | • erupcija indonezijskega stratovulkana Tambora 1815 – najmočnejši izbruh v človeški zgodovini
• znižanje povprečne globalne temperature za 3°
• v Zahodni Evropi nizke temperature in stalno deževje uničijo pridelke – velika lakota, nemiri, bolezni,
okoli 200.000 neposrednih žrtev
• sneženje poleti, hlad in megličasto ozračje in propad pridelkov tudi v ZDA, Indiji, na Kitajskem
• rezultat so tudi mračna prozna dela (Frankenstein) in spektakularne slike sončnih zahodov |
| VPLIV OROGENSKIH PROCESOV NA PODNEBJE | • gorovja predstavljajo orografsko bariero
• zaledja gorovij so zato aridna
• to vpliva na povečanje albeda in spremembo podnebja
• vpliv na premikanje planetarnih zračnih mas
Vpliv orogeneze na globalno kroženje
ogljika:
• subdukcijske cone sproščajo CO2(vulkanizem, metamorfizem)
• CO2 se sprošča tudi pri orogenem metamorfizmu
• močno povečana erozija v orogenu in posledična sedimentacija
zakopava organske ostanke (odstranjevanje C iz kroženja)
• kemično preprevanje silikatov razgaljenih kamnin veže CO2
• neto efekt orogeneze je zmanjšanje količine CO2 v obtoku
• je globalna ohladitev podnebja v zadnjih 50 Ma vezana na nastanek
obsežnih gorovij v AlpskoHimalajski verigi? |
| VPLIV ASTRONOMSKIH DEJAVNIKOV | • izsev Sonca se periodično spreminja (v več
časovnih merilih), kar neposredno vpliva na obsevanje Zemlje in s tem na podnebje
• dolgoročni trend: v paleozoiku sončno sevanje predvidoma 3-5% manjše kot danes
• 11 letni ciklus Sončeve aktivnosti (sončne pege)
Maunderjev minimum med 1650 in 1700 –znižanje povprečne temperature v Evropi, izjemno mrzle zime, del Male ledene dobe
Orbitalni parametri kroženja Zemlje okoli Sonca se periodično spreminjajo!
• eliptičnost tirnice s periodo 100.000 let
• nagnjenost osi Zemlje s periodo 41.000 let
• precesija („opletanje“) Zemljine osi s periodo 23.000 let |
| VPLIV ASTRONOMSKIH DEJAVNIKOV | • kombiniran učinek teh treh ciklov povzroča dolgoročne variacije sončne obsevanosti določene zemljepisne širine na Zemlji v iznosu do 10%
• to imenujemo Milankovićevi cikli (po srbskem znanstveniku, ki jih je
izračunal v 30‘ in 40‘ letih 20. stoletja) ali tudi Croll-Milankovićevi cikli
• z analizami izotopa 18O v morskih sedimentih so pokazali, da se je povprečna temperatura v času pleistocena (zadnje „ledene dobe“)
spreminjala skoraj točno v skladu z Milankovićevimi cikli – glaciali in
interglaciali (hladna ledena in topla medledena odobja)
• Milankovićevi cikli preko podnebnih
sprememb izgleda vplivajo tudi na
sedimentacijo stratigrafskih zaporedij
(debeline plasti, itd.) - ciklostratigrafija |
| PODNEBNE RAZMERE V ZEMLJINI ZGODOVINI | • današnje podnebje je eno najhladnejših v Zemljini zgodovini (!)
• cel mezozoik so bile temperature precej višje
• v začetku kenozoika (od eocena dalje) se začne
trend ohlajanja s prehodom v “ledeno dobo” konec pliocena
• pleistocenska „ledena doba“ je v resnici
kratkoperiodično menjavanje toplih in hladnih obdobij
• v geološki zgodovini poznamo poleg te še nekaj
daljših obdobij hladnega podnebja z obsežnimi
poledenitvami
• v arhaiku močen učinek tople grede(?) –
predvidoma mnogo več CO2 in CH4 v atmosferi kot
danes; šibki vetrovi zaradi majhnih T gradientov
(sedimentacija BIF!), stromatoliti, lateriti, evaporiti
kažejo na toplo in pretežno vlažno podnebje
• že konec arhaika pa dokazi za vsaj dve poledenitvi |
| PODNEBNE RAZMERE V ZEMLJINI ZGODOVINI | • so dolgoročna podnebna nihanja vezana na tektoniko plošč in ciklično nastajanje
superkontinentov s perido ~400 Ma?
• menjavanje toplih („topla greda“, greenhouse) in hladnih („ledenica“, icehouse) obdobij
• nastanek superkontinenta: orogeneze, erozija orogenov, izločanje CO2 iz obtoka in
njegovo skladiščenje v oceanskih sedimentih - ledenica
• razpad superkontinenta: ogromne količine vulkanskih plinov (CO2, H2O, CH4) – topla
greda
• samoregulacija oz. blaženje podnebnih sprememb preko CO2 povratne zanke (povezava
temperature in kemičnega preperevanja – kako že?)
• N.B.: vplivi iz vesolja – kozmično sevanje pri kroženju osončja skozi spiralne krake
Galaksije s periodo ~140 Ma? |
| LEDENA ZEMLJA („SNOWBALL EARTH“) | • je bila v proterozoiku Zemlja med 850 in 620 Ma
povsem prekrita z ledom??
• iz tistega časa sledovi poledenitev po celi Zemlji, tudi v tropskih širinah
• globalno podnebje kot na današnji Antarktiki: povprečna temperatura -50°C?
• vzrok: nakopičenje kontinentalnih mas okoli ekvatorja, močno preperevanje kontinentalnih kamnin, padec količine CO2 v atmosferi, poledenitev in povečanje albeda
• prenehanje, ko se z vulkanskim delovanjem v atmosferi spet naberejo toplogredni plini
• „plundrasta Zemlja“ (slushball Earth) – so bili deli
oceana v tropskem območju vseeno nezamrznjeni? („pribežališča za življenje“) |
| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • morska gladina 100-200 m višja kot danes
• višje temperature kot danes:
• površina oceanov +10-15°
• ekvatorialno podnebje +2-6°
• polarno podnebje +20-60°
• brez polarnega ledu
• večina Zemlje porasla z vegetacijo
• okoli 4x več CO2 v atmosferi kot danes
• hitrejše odpiranje oceanov (vulkanizem, subdukcija) -> več CO2
• višja morska gladina pomeni manjšo izpostavljenost kontinentov eroziji (ni ponikanja CO2). ni bilo večjih orogenskih dviganj površja (ni razgaljanja kamnin in kemičnega preperevanja)
• manjše temperaturne razlike upočasnijo
planetarne vetrove in skoraj ustavijo vertikalno
mešanje oceanov – „postana“ voda brez kisika,
velike akumulacije anoksičnih sedimentov –
anoksični dogodki v stratigrafskem razvoju |
| TOPLA GREDA V OBDOBJU KREDE | • (N.B.: od takrat izvira 60% svetovnih zalog nafte!)
• (mimogrede: v krednih morjih ogromno
nanoplanktona, katerega ostanki dajo drobnozrnat karbonatni sediment – kredo)
• posledica izjemne produkcije stebrih tokov iz spodnjega plašča?
• močno segret spodnji plašč postane lažji od zgornjega plašča – dviganje vročih teles navzgor ki traja več 10 Ma |
