Aneb jak se stalo, že když Země jednou zmrzla, tak bílá koule odrážející teplo zase vůbec rozmrzla? Co s tím má do činění poloha kontinentů a sopky?
Zpětné vazby v klimatických procesech se obvykle vykládají následujícím způsobem: Ochlazení – větší ledová pokrývka – více odraženého světla – další ochlazení. Jakmile by Země jednou zmrzla, jak by vůbec mohla znovu rozmrznout? No a protože víme, že v pozdním prekambriu k něčemu podobnému skutečně došlo, jak se tehdy podařilo ochlazení zvrátit?
Pojďme se na příslušný mechanismus podívat trochu podrobněji. Protože pozemská atmosféra tehdy podle všeho neobsahovala metan (skleníkový plyn), můžeme ho z našich úvah pominout. Poslední cca 4 miliardy let nebylo na Zemi nikdy takové teplo, aby se většina vody vyvařila (a její skleníkový efekt by pak vedl k dalšímu oteplení s neodvratnou kladnou zpětnou vazbou – něco podobného se podle všeho stalo na Venuši, viz starší článek http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/A18C530A96F86BBFC125722600681B12). Roli hlavního skleníkového plynu tak hrál oxidu uhličitý.
Záporná zpětná vazba funguje u oxidu uhličitého i bez přítomnosti živých organismů. Čím více je v atmosféře CO2, tím je tepleji. Tím větší je ovšem také atmosferický tlak a rozpustnost tohoto plynu ve vodě (pomiňme závislost rozpustnosti na teplotě), zrychluje se reakce kyselé vody s minerály zemské kůry, především křemičitany. Tím se oxid uhličitý ukládá do uhličitanových hornin, mizí z atmosféry a klima se zase ochlazuje.
Mechanismem, který dodává CO2 do atmosféry, jsou především sopečné výbuchy. Tak vypadal cyklus uhlíku před tím, než do hry významněji promluvily živé organismy. Ke globálnímu zalednění došlo někdy před 700 miliony lety a mohly ho skutečně vyvolat organismy, které fotosyntézou odstraňovaly oxid z uhličitý z atmosféry (viz např. Starší článek na Science Worldu, O největší době ledové – http://www.scienceworld.cz/sw.nsf/ID/42A2915AC0DA1199C1256E970048FA5C).
A nyní relativně nový pohled od Lawrence M. Krausse. Větší význam než fotosyntetické organismy pasoucí se na CO2 mohl podle něj tehdy sehrát jiný faktor – kontinenty se tehdy shromáždily k rovníku, docházelo zde k velkému výparu a množství dešťů vymývalo CO2 z atmosféry.
To, že se nějaká oblast pokryje ledem, je obvykle chápáno jako kladná zpětná vazba. Jenže takhle to fungovat nemusí. Led ve skutečnosti brání dalšímu vymývání CO2 z atmosféry. Pak už stačí jen počkat, až sopečné výbuchy koncentraci oxidu uhličitého zase zvýší a znovu se oteplí.
Před 700 miliony let ale byly kontinenty blízko rovníku. Ledovec je tedy velmi dlouho nepokryl, vymývání oxidu uhličitého pokračovalo a záporná zpětná vazba nemohla nastoupit. V důsledku toho se dále ochlazovalo. A protože kontinenty byly u rovníku, ochlazovalo se tak dlouho, až zamrzly i ony (což právě znamenalo největší zalednění v dějinách Země). Pak ale vymývání konečně přestalo a koncentrace CO2 začala opět stoupat díky sopečné činnosti. Sopky jsou schopné doplnit celé současné množství CO2 v atmosféře za méně než milion let.
Tím se vysvětluje, že sněhová koule znovu rozmrzla. Pokud by existovaly pouze kladné zpětné vazby, nikdy by k tomu nemohlo dojít (poznámka: například Lovelock v knize Gaia předpokládal, že jednou zamrzlá Země by už nerozmrzla). Mimochodem, po rozmrznutí následoval další klimatický výkyv směrem nahoru. Jak tály ledovce v oblasti rovníku, dostalo se do atmosféry velkém množství zemské páry, následoval skleníkový efekt a průměrná teplota se rázem vyhoupla až na zhruba 50 stupňů – „Země se proměnila z kostky ledu ve žhavé tropické peklo,“ píše Lawrence M. Kraus.
Možná, že celý cyklus prudkého oteplení a zamrznutí se tehdy opakoval vícekrát. K uklidnění klimatu pak kromě jiného zřejmě přispěla změna polohy kontinentů…
Zdroj: Lawrence M. Krauss: Proměny vesmíru, Paseka, Praha 2007
