Student World

Tento text je úryvkem z knihy Tim Flannery: Měníme podnebí – Minulost a budoucnost klimatických změn

Kdyby se býval život vyvíjel rovnoměrně, bez překážek a výjimečných událostí, neměli bychom geologický vývoj podle čeho dělit. Vývoj však rovnoměrný nebyl a my ho rozdělujeme na jednotlivé etapy podle takzvaných náhlých změn fauny – tedy období, kdy se některé živočišné druhy náhle objeví nebo naopak zmizí. Tyto epizody si můžeme představit jako jakési časové brány – momenty, kdy jedno období, a často i jeden typ klimatu, ustupuje jinému.

K otevření takové brány do jiného času může dojít jen ze tří dostatečně významných příčin – kvůli posunu kontinentů, střetu s vesmírným tělesem a kvůli takovým silám, které ovlivňují klima, například skleníkovým plynům. Každá z nich funguje jiným způsobem, evoluci však pohánějí na základě téhož mechanismu – principu smrti a principu příležitosti.

Časové brány existují ve třech „velikostech“ – malé, střední a velké. Ty nejmenší se otevírají jen na krátkou dobu a na omezeném území. Příkladem může být právě „Období severoamerických suchozemských savců“. Jejich běžnou příčinou je migrace, k níž dochází, když se spojí dva kontinenty, buď tak, že do sebe přímo narazí, nebo pevninskými mosty, které vznikají stoupáním a poklesem moří, nebo zahříváním a ochlazováním Země, a umožňují tak zvířatům a rostlinám migrovat. V takových případech provází časovou bránu náhlý příchod nového živočišného druhu a často i vyhynutí jeho místních konkurentů.

Středně velké časové předěly – které oddělují geologické periody – se týkají celé planety a většinou jsou následkem faktorů, které fungují na globální úrovni, např. skleníkových plynů. V těchto případech můžeme z hornin téměř pokaždé vyčíst týž smutný příběh o vyhynutí některých živočišných druhů, po kterém následuje pomalý vývoj nových forem života, přizpůsobujících se změněným životním podmínkám. Ty největší časové předěly oddělují celé éry. Takové události provází obrovský převrat, při němž vyhyne až 95 procent veškerých živočišných druhů. Naše planeta zažila v minulosti takové hromadné vymírání jen pětkrát, přičemž příčiny byly různé. Naposledy byla Země takto postižena před 65 miliony let, kdy vyhynuly všechny živé organismy vážící více než 35 kilogramů a obrovské množství těch menších. Tehdy vyhynuli i dinosauři a nejpravděpodobnější příčinou vymírání byla srážka Země s asteroidem. Tento asteroid zničil sice jen část planety, především Severní Ameriku a severovýchodní Asii, do atmosféry se však tehdy dostalo obrovské množství hmoty, což mělo za následek změnu podnebí a následně globální vymírání. Lze tedy říci, že vymírání bylo následkem velmi prudké změny klimatu způsobené znečištěním atmosféry. A jak se ukázalo, hlavní úlohu sehrál oxid uhličitý.

Dokladem jsou práce paleobotaniků, kteří studovali průduchy (drobné dýchací otvory) na 65 milionů let starých zkamenělých listech. Ty, které vyrostly po hromadném vymírání, měly dýchacích otvorů mnohem méně než ty, které rostly před ním. Oxid uhličitý byl teď totiž mnohem dostupnější a rostliny k jeho získání nepotřebovaly tolik průduchů. Ztráta průduchů však pro rostliny nebyla výhodná, protože těmito otvory vypouštějí i vodní páru. Studium přesného počtu dýchacích otvorů ukazuje, že množství CO2 v atmosféře vzrostlo o tisíce částic na milion pravděpodobně proto, že asteroid narazil do hornin bohatých na vápenec, čímž se uvolnilo obrovské množství CO2.59 Okamžitá injekce skleníkového plynu způsobila prudký nárůst teploty a zahynuly všechny druhy (včetně mnoha plazů), které se s rostoucím horkem nebyly schopny vyrovnat.

Bylo by užitečné zjistit, zda se některé minulé změny v zemském klimatu nepodobají těm, k nimž dochází v současnosti. Čím hlouběji se však snažíme proniknout do geologického záznamu, tím více nám práci ztěžuje faktor času, který stírá podrobnosti. Paleontologové, kteří se zajímají o historii změny klimatu, jež by mohla být klíčem k naší budoucnosti, pracují zejména na horninách starých 65 milionů let a méně. Největší zásobárnou takových vzorků je dno hlubokých oceánů. Množství cenných informací z hlubokomořského kalu a písku usazených na mořském dně jsme získali na základě dvou projektů, které patří k nejvýznamnějším počinům geologického výzkumu druhé poloviny 20. století – Hlubokomořského vrtného projektu (DSDP) a Oceánského vrtného programu (ODP). Ve vrtech vedoucích více než 1 000 metrů silnou vrstvou hornin bohatých na fosilie našli vědci bezpočet miniaturních svědků tehdejší teploty, salinity a dalších životních podmínek. Když víte, jak takový záznam číst, máte před sebou celou historii klimatu naší planety jako na dlani. A ještě více se dozvíte, když použijete správné přístroje.

Nejdůležitějšími nositeli informací jsou izotopy kyslíku a uhlíku. Izotopy jsou atomy, které se liší jen počtem neutronů. Kyslík má dva stálé izotopy, 16 a 18. Téměř 99,8 % veškerého kyslíku na Zemi představuje 16. Mnohem vzácnější je 18O, který má dva neutrony navíc, tudíž je těžší a hůře se odpařuje. Když se zahřejí oceány, odpaří se velké množství 16O a voda v oceánu je pak relativně bohatá na 18O. Jelikož mořské organismy používají k výrobě svých schránek CO2, mohou vědci ze zkamenělin těchto schránek zjistit poměr 16O a 18O a určit tak tehdejší teplotu. Problémy nastanou, když vzorky pocházejí z období doby ledové, protože tehdy v sobě mohutné polární ledovce zadržovaly mnoho odpařeného 16O a výchozí poměr je velmi zkreslený. Znamená to, že chtějí-li geochemici správně určit, jaká byla v minulosti teplota, musejí vědět, zda jejich vzorky pocházejí z doby ledové či nikoli.

Sledovat lze i dva izotopy uhlíku – 12 a 13 – a s jejich pomocí cirkulaci vody v oceánech. Když rostliny přeměňují sluneční světlo a CO2 na svou potravu, je pro ně snadnější použít lehčí izotopy (tedy 12C). Proto plankton přitahuje do oceánu velké množství 12C. Jsou-li tyto oceány zvrstvené (jako dnes), kdy blízko povrchu je vrstva teplé vody a hlouběji je voda studená, nemůže voda cirkulovat. Když plankton odumře a potopí se, vezme s sebou i 12C, a horní vrstvy tak zůstanou poměrně bohaté na 13C. Avšak tam, kde chladná voda proudí z hloubky směrem vzhůru, vynáší s sebou i 12C. Když tedy v minulosti nebyly oceány tak zvrstvené jako dnes, bylo v kostrách živočišných druhů žijících u hladiny obsaženo velké množství 12C. Dalším ukazatelem minulého klimatu je výskyt tropických živočišných druhů, například korálů. A právě na základě těchto ukazatelů a studia izotopů můžeme sestavit velice podrobný záznam o minulém klimatu.

V roce 2001 se o složitou a náročnou syntézu pokusil James Zachos spolu se svými kolegy z Kalifornské univerzity v Santa Cruz.19 S využitím veškeré dostupné techniky provedli rozbor vzorků z podmořských vrtů z celého světa a na jeho základě sestavili historii našeho klimatu za posledních 65 milionů let. Studie vyzdvihovala zejména práci Milutina Milankoviće, neboť většina klimatických trendů, které Zachos a jeho spolupracovníci ve vývoji klimatu zaznamenali, se řídí právě jeho cykly. Velký vliv však mělo i otevírání a zavírání mořských úžin a vznik pohoří. Ani tyto kosmologické a geologické faktory však nedokázaly objasnit tři změny, které vědci nazvali klimatické anomálie.

Došlo k nim před 55, 34 a 23 miliony let a předznamenaly velké předěly v geologických obdobích – mezi paleocénem, eocénem, oligocénem a miocénem. Jelikož dva posledně zmíněné předěly doprovázelo prudké ochlazení s výrazným nárůstem ledovcového pokryvu, které trvalo 400 000 a 200 000 let a charakterizovalo je nízké a stále klesající množství skleníkových plynů, nejsou pro naši dnešní situaci tak typické a nebudeme se jimi dále zabývat.

Pro naši situaci je mnohem zajímavější nejstarší klimatická anomálie, k níž došlo před 55 miliony let, protože tehdy teplota zemského povrchu prudce stoupla o 5 až 10 °C. Až do listopadu 2003 jsme o tomto výkyvu nevěděli nic podrobného, protože několik rozhodujících metrů usazeniny, které se k němu vztahovalo, v sedimentárním záznamu chybělo. Pak jsme však v rámci Oceánského vrtného programu získali tři vzorky z oblasti Shatsky Rise (32° s. š., 158° v. d.), podmořského horského hřebenu, který se nachází v severním Pacifiku v hloubce více než dva tisíce metrů. Dvě stě metrů pod mořským dnem narazil vrták na 25 cm silnou vrstvu hlubokomořského kalu, jehož rozbor odhalil ohromující věc.

Nejprve si vědci všimli, že tato vrstva leží nad vrstvou, která je silně narušená kyselým prostředím, což byl neklamný důkaz okyselení oceánu. Takový jev můžeme pozorovat, když mořská voda absorbuje velké množství CO2. Není tedy divu, že to významně ovlivnilo život v mořských hloubkách.V oceánském potravním řetězci hrají důležitou roli drobní mořští živočichové, známí jako dírkonožci (foraminifera). Jelikož jejich schránky dobře fosilizují a snadno se určují, poskytují často nejlepší doklady o vlivu změny klimatu na ekosystém. Porovnáme-li organismy nalezené nad narušenou vrstvou s těmi nalezenými pod ní, zjistíme, že v mořských hlubinách došlo k hromadnému vymírání. Zdá se, že těžký otřes utrpěl celý hlubokomořský ekosystém, od drobných živočichů na spodních příčkách potravní pyramidy až po bizarní hlubokomořské ryby, žraloky a olihně na jejím vrcholu. Zasaženy byly i svrchní vrstvy oceánu, na což poukazuje náhlý výskyt nových druhů dírkonožců obývajících mořské břehy a žijících na otevřeném moři.

Na pevnině zase nacházíme důkazy, že v tomto období došlo i k náhlým změnám v množství srážek. Vyvinul se zde podobný srážkový model, jaký je dnes v povodí Amazonky, kde je hlavním zdrojem dešťových srážek voda vypařená z rostlin.113 Nejdůležitější událostí tohoto období, která už navždy změnila život na pevnině, je však řada migrací. Během nich asijská fauna a flóra osídlila Severní Ameriku a Evropu a přispěla k vymření původních obyvatel, kteří se zde až dosud udrželi.
Před 55 miliony let byly Severní Amerika, Asie a Evropa spojeny (nebo téměř spojeny) pevninskými mosty za hranicí polárního kruhu. V důsledku náhlého oteplení byly tyto migrační trasy nakrátko přístupné i mnohým teplomilným druhům. Jednou z nejpozoruhodnějších věcí je však rychlost těchto změn: nástup oteplení trval snad jen několik desítek nebo stovek let. Co bylo příčinou toho všeho? V roce 2004 se zjistilo, že se tehdy do atmosféry dostalo neuvěřitelných 1 500 až 3 000 gigatun uhlíku. Z geologického hlediska k tomuto uvolnění došlo „okamžitě“, tedy tak rychle, že jeho trvání nelze změřit z usazenin. Možná k tomu došlo během pouhých několika jednotek nebo desítek let, během nichž se koncentrace CO2 v atmosféře zvýšila ze zhruba 500 částic z milionu (dvojnásobku průměrné hodnoty za posledních 10 000 let) asi na 2 000 částic z milionu.

Norští vědci nedávno objevili, odkud by všechen ten plyn mohl pocházet. Všimli si, že 55 milionů let staré usazeniny v severním a středním Atlantiku neobsahují vůbec žádné uhličitany. To nasvědčuje, že okyselení oceánu zde bylo mnohem větší než kdekoli jinde a dalo se usoudit, že plyn by mohl pocházet odsud. Prozkoumáním seismických údajů z moře poblíž norského pobřeží objevili několik kráterovitých útvarů širokých až 100 kilometrů a sahajících z hlubin Země až k usazeninám, které byly před 55 miliony let na povrchu. Na spodní straně těchto útvarů se táhnou úzké žíly vulkanické horniny, které pronikly zemskou kůrou.

Poté, co poskládali všechny střípky mozaiky, dospěli k závěru, že změnu klimatu před 55 miliony let způsobil obrovský výron zemního plynu. Zásobárnou paliva pro celou událost mohlo být jedno z největších světových ložisek uhlovodíků, převážně v podobě metanu. I když ho z větší části tvoří fosilní paliva z usazenin, svoji roli zde mohly sehrát i takzvané klatráty, podchlazené, na metan bohaté látky, které se dodnes hojně vyskytují v mořských hlubinách. Palivo je ovšem k ničemu, pokud ho není čím zapálit – a pozůstatkem zážehového mechanismu by mohly být právě ony dlouhé žíly vulkanické horniny. Představme si zlověstný rachot, s nímž se jazyky roztaveného magmatu prodíraly zemskou kůrou k palivu. Když ho dosáhly, palivo se pravděpodobně nevznítilo, jen se prudce ohřálo a expandovalo. Když konečně dosáhlo mořského dna, musel následovat podmořský výbuch, jaký svět ještě neviděl. Většina metanu se však do atmosféry ani nedostala – sloučila se s kyslíkem v mořské vodě (tedy vlastně „shořela“ ještě pod vodou) a na povrch se dostal jen CO2. Oceán tak náhle přišel o většinu kyslíku a podmínky pro podmořský život se prudce zhoršily. Když se pak ještě vlivem CO2 voda okyselila, vyhynuly celé velké skupiny tvorů, z nichž většinu už nikdy nepoznáme. Ve prospěch tohoto scénáře vypovídá stále rostoucí počet důkazů, že se většina dnešních hlubokomořských živočichů vyvinula až později.

Jelikož jde o poměrně nová zjištění, neznáme zdaleka všechny podrobnosti. Možná sopečné krátery v Norském moři jenom mechanismus spustily – uvolnily jen část plynu, ten ohřál celou planetu za mez, kdy se z klatrátů uvolňuje další metan, ten pak způsobil další ohřátí – a teprve výsledkem této pozitivní zpětné vazby byla termální katastrofa. Ať už byl přesný průběh jakýkoli, Zemi trvalo alespoň 20 000 let, než rychle se rozšířivší plankton znovu absorboval všechen nadbytečný uhlík.
Jelikož toto hromadné vymírání před 55 miliony let způsobil prudký nárůst koncentrace skleníkových plynů, nabízí vhodnou paralelu k naší současné situaci. Přesto zde existují významné rozdíly, a tak to, co čeká nás a naše děti, nebude přesnou reprízou tehdejších událostí. Nejdůležitějším rozdílem je, že Země nyní už po miliony let prochází „chladnou“ fází, zatímco před 55 miliony let byla mnohem teplejší –tehdejší koncentrace CO2 byla již před katastrofou asi dvakrát vyšší než nyní. Rovněž neexistovaly žádné polární ledovce a podle všeho zde bylo i méně živočišných druhů přizpůsobených chladnému prostředí – rozhodně žádní tuleňové a lední medvědi. Pravděpodobně v tomto teplém světě neexistovalo ani takové úžasné množství rozmanitých podob života, jaké dnes nacházíme v horách nebo v mořských hlubinách. Tím pádem hrozí, že naše současná Země může kvůli rychlému oteplování přijít o mnohem více než svět před 55 miliony let.

Tento text je úryvkem z knihy Tim Flannery: Měníme podnebí – Minulost a budoucnost klimatických změn
Překlad Martin Seethaler, vázaná s přebalem, 272 stran, 10 ilustrací a grafů, barevná příloha, 350 Kč, ISBN 978-80-7363-121-5
podrobnosti o knize

autor