Róbert Kvak, Meteoinfo.sk / 31.10.2014 19:51
Snaha o pochopenie atmosféry ako chaotického systému tu bola od nepamäti. Množstvo prístupov, ktorých úlohou je objasnenie stavby klimatického systému nielen našej planéty, sa každým desaťročím niekoľko znásobí. Súčasné teórie napriek tomu neprinášajú dostatočne uspokojivé výsledky dlhodobých trendov. So zneužívaním krehkosti atmosféry sa dnes stretávame na každom rohu od samotnej klimatológie až po politiku, kedy sme svedkami subjektivizácie názorov a s tým spojeného presadzovania osobných zámerov alebo zámerov, ktoré zdieľa len určitá časť spoločnosti. Entropia nerovnovážnej sústavy, ktorou atmosféra bezpochyby je, nejedenkrát spôsobí škrt cez rozpočet aj najväčším odborníkom. V dynamickej nerovnováhe postačuje jediný malý impulz na to, aby došlo k zmene výsledku celého systému, preto aj dnes najviac prezentované a sledované numerické modely len s určitou pravdepodobnosťou odhadujú vývoj, ale nevedia presne čo, kedy, ako, prečo a hlavne aká bude podoba systému po zmene určitého parametra. Často ignorovaná história môže byť v tomto ohľade veľmi nápomocná, keďže ňou možno aproximovať správanie atmosféry. Ale aj tu je potrebné mať na zreteli zložitosť podmienok, pri ktorých rekonštrukcie vývoja zemskej klímy spĺňajú potrebné kritériá.
V nasledujúcich odstavcoch nadviažeme na prvý článok týkajúci sa problematiky dynamiky klimatických procesov a javov v kvartéri (viď http://meteoinfo.sk/clanok/51352-stipka-stvrtohornej-historie-diel-1.). Pokúsime sa vám priblížiť hlavné klimatické podmienky a zmeny, ktoré panovali na našej planéte od obdobia spred približne 2,5 milióna rokov do začiatku posledného interglaciálu (Holocénu), v ktorom dnes žijeme.
Na začiatok by sme radi uvideli na právu mieru aplikáciu Milankovičovej teórie, presnejšie Croll-Milankvičovej, ktorá je dnes vedeckou spoločnosťou považovaná za primárnu teóriu vysvetľujúcu zmeny globálnej klímy v štvrtohorách. Za prvé, opakovanie periód jednotlivých zmien pohybu zemského telesa nikdy nebolo konštantné a preto mohlo v niektorých obdobiach dochádzať k zvýrazneniu, naopak v iných k zahľadeniu vplyvu zmeny insolácie ako prvotného impulzu na naštartovanie klimatických zmien, podotýkame globálnych. Za druhé, Croll-Milankovičovou teóriou je nateraz možné presnejšie vysvetliť len obdobie kvartéru, pričom zmeny v ožiarení zemského telesa na základe týchto výpočtov v žiadnom prípade nevysvetľujú klimatické zmeny v predkvartérnom období. Za tretie, za prioritnú časť roka pri použití insolácie ako najdôležitejšieho faktora, je sa potrebné zamerať na zimnú, aj napriek podstatne nižšiemu úhrnu slnečného žiarenia v zimnom polroku oproti letnému. Taktiež pozitívna spätná väzba po poklese slnečného žiarenia mala zo začiatku regionálny charakter, čo významne vstupuje do nasledujúceho vývoja a celkovej amplitúdy klimatických zmien. Tretí bod nadväzuje na prvý skutočnosťou, že jedine pri zmene excentricity obežnej dráhy Zeme nastáva zmena absolútnej prijatej energie zo Slnka, zatiaľ čo pri zmene sklonu rotácie zemskej osi a precesie dochádza k sezónnym a regionálnym rozdielom ožiarenia.
Dobami ľadovými, ktoré mimochodom Croll-Milankovičova teória nevysvetľuje, nemožno nazývať obdobia jednotlivých zaľadnení, ktoré sa na hemisférach rozširovali od pólov k trópom. Dôb ľadových sa v histórií Zeme vyskytlo niekoľko a so značne odlišným priebehom. Každá však zahŕňa glaciály ako aj interglaciály. Naším stredobodom záujmu je teda pleistocénna doba ľadová s viacerými glaciálmi a interglaciálmi (periodicita cca. 40-100 000 rokov, viď obr. č. 1).
Obr. č.1: Rekonštrukcia odchýlky teploty vzduchu za posledných 5,5 mil. rokov oproti dnešku pri použití analýzy stabilných izotopov kyslíka zo stanice Vostok. Zdroj: Enacademic.com
Vďaka paleoklimatickým rekonštrukciám sa za posledných 2,5 milióna rokov predpokladá približne päťdesiat glaciálov, kedy dochádzalo k opakovanému rozvoju kontinentálnych ľadovcov. Veľmi dôležitú úlohu pri ich rozšírení zohrávala orografie a polohy pevniny, oceány ako aj ďalšie klimatické faktory. Dôsledok je pozorovateľný maximálnou rozlohou zaľadnenia, ktorá v Severnej Amerike činila 18,6 mil. km2, zatiaľ čo v celej Eurázií to bolo 14,4 mil. km2, čo svedčí o dominancií chladnejšej Kanady a USA oproti Európe, ktorá trvá dodnes. Taktiež topenie ľadovcov v nastupujúcom interglaciály sa prejavilo na americkej pevnine o 1000 až 2000 rokov neskôr ako v Eurázií.
Pri striedaní glaciálov a interglaciálov, z ktorých sú samozrejme najlepšie zdokumentované tie posledné (obr. č. 2), dochádzalo k posunu podnebných pásiem v horizontálnom ako aj vertikálnom smere. Zmeny nie sú všade sprevádzané rovnakými prejavmi a ani amplitúdami výkyvov. Tu z druhotných vplyvov možno spomenúť výšku morskej hladiny alebo prítomnosť samotného zaľadnenia. Glaciály boli na väčšine planéty (v trópoch nedokázané, pravdepodobne aj opačne) sprevádzané suchším a interglaciály vlhkejším režimom klímy. Napríklad stredná Európa je v tomto smere veľmi pestrým prostredním, keďže aj v minulosti sme sa nachádzali na rozmedzí oceánskych a kontinentálnych vzduchových hmôt a zároveň ležíme medzi chladnejším severom a teplejším juhom.
Obr. č. 2: Posun podnebných pásiem na Zemi vzhľadom k zemepisnej šírke v období posledných štyroch glaciálov. (od rovníka k pólom: 1. rovníkové pásmo, 2. arídne pásmo, 3. mierne pásmo, 4. glaciálne pásmo). Zdroj: Ložek 1973.
Kvartérny klimatický cyklus rozdeľujeme na tri hlavné skupiny, čo do amplitúdy výkyvov. Prvou sú zmeny s veľkou amplitúdou, kde zaraďujeme glaciály (najmladšie Würm, Riss, Mindel, Günz, ...) a interglaciály (najmladšie Riss/ Würm, Mindel/Riss, ...) . Ďalšou sú anomálie v podobe štatidiálov a interštadiálov, ktoré sa vyskytovali v glaciáloch a takisto aj chladnejšie obdobia v interglaciáloch. Najmenšími amplitúdami sa vyznačovali malé oscilácie počas dominantných klimatických trendov. Príkladom môžu byť súčasné zmeny pozorované v jednotlivých desaťročiach až storočiach. Nasledujúce popisy jednotlivých období sa snažíme priblížiť hlavne v strednej Európe, ktorá poskytuje veľmi cenné poznatky o klimatických zmenách.
Obr. č. 3: Súbor grafov znázorňujúci prelínanie glaciálov a interglaciálov (hore) so štadiálmi a interštadiálmi až znázornenými malými výkyvmi počas väčších klimatických trendov (dole). Zdroj: Saltzman 2002.
Dnešná pozícia svetovej klímy v jednom z interglaciálov, ktorý začal pred zhruba 12 000 rokmi, nám ponúka približný obraz toho, aké klimatické podmienky prevládali počas pleistocénnych oteplení. Doterajší priebeh Holocénu je relatívne dobre rekonštruovaný a poskytuje tak možnosť k porovnávaniu s glaciálnymi obdobiami. Počas posledných interglaciálov prevládala na Zemi teplejšia a podstatne vlhkejšia klíma ako je tomu dnes. K značnému ústupu ľadovcov dochádzalo pri priemerných ročných teplotách vyšších o viac ako 2-3 °C, v staršom pleistocéne o viac ako 4-5 °C v porovnaní s dneškom. V strednej Európe je zdokumentovaná výrazná oceanita, kedy priemerné zrážkové úhrny boli vyššie o 75 %, často však až o 100 %, čoho svedkom je aj štúdium Podtatranskej kotliny. Interglaciál Riss/ Würm do značnej miery pripomína Holocén, pričom zimy boli podstatne miernejšie. V období Günz/Mindel má klíma v strednej Európe až submediteránny nádych (dôkazy zo Slovenského krasu). Počas interglaciálov je dominantným prírodným prvkom les, v suchších periódach sa vyskytovali čiastočne odlesnené oblasti. Prítomnosť lesa preto slúžila ako dobrý ukazovateľ hranice medzi interglaciálom a glaciálom, kedy lesné pôdy vystupujú v sprašových sériách bez prítomností stepí s viac vyvinutými pôdami. V starších obdobiach sa pozorujú pôdy typické pre južnejšie zemepisné šírky.
Pozorovateľný výskyt glaciálov je na určitých územiach značne komplikovaný interštadiálmi, ktoré boli chladnejšie ako dnešok, ale teplejšie ako glaciál, nakoľko za glaciál sa považujú všetky obdobia ležiace mimo interglaciálov. V rámci našej oblasti boli priemerné glaciálne ročné teploty nižšie o viac ako 4-5 °C, v štadiáloch až o 8-9 °C v porovnaní s dneškom. Najmä v štadiáloch dochádza k výraznému zaľadneniu aj v blízkosti hraníc terajšieho Slovenska, nehovoriac o horských ľadovcoch. V poslednom glaciály Würm, kulminovala rozloha pevninenského ľadovca (viď obr. č. 5) v Európe pred 21 až 18 tis. rokmi, v S. Amerike to bolo pred 20 až 17 tis. rokmi. Na severnej polguli bolo v Pleistocéne maximálne zaľadnených 30 % rozlohy pevnín (45 x 106 km2 ), ktoré pripadá na Riss. Na južnej pologuli boli ľadovce sústredné v Antarktíde, Patagónií, Andách, na Novom Zélande, v Tasmánií, Južnej Afrike a v najvyšších pohoriach aj v blízkosti rovníka. Veľká časť vody je akumulovaná v ľade a snehu, kvôli čomu kolíše hladina svetového oceánu v stovkách metrov.
V tomto čase u nás prevláda tundra so studenou stepou a pri výrazne kontinentálnom ráze počasie s dlhotrvajúcim suchom a intenzívnou eolickou (veternou) činnosťou vznikajú spraše, na ktorých dnes leží značná časť našich nížin. V dnešnej dobe sa objavujú snahy o posadenie súčasnej arktickej klímy napríklad aj do stredoeurópskych glaciálov. Nejedná sa o rozumné riešenie, pretože hlavne priebeh slnečného svitu je pre južnejšie a severnejšie zemepisné šírky osobitý. Pozornosť by sa mala sústrediť skôr na južnú Sibír.
Obr. č.4: Odchýlka od dnešnej povrchovej teploty pevnín a oceánov počas posledného glaciálu, cca. pred 21 tis. rokmi. Zdroj: NASA
Obr. č. 5: Rozšírenie pevninského ľadovca ako aj morského ľadu na severnej pologuli počas posledného glaciálu. Zdroj: NOAA
Obdobia oddeľujúce štadiály v glaciáloch sú interštadiály. Ich teplotný priemer bol výrazne vyšší oproti celému glaciálu (2-3 °C, v optimách 4 °C), no nižší ako v interglaciáloch. Ich výskyt je viazaný najmä na začiatok glaciálov a neležia v pleniglaciáloch (tzv. plné glaciály), kde dochádza len k menším oscilačným zmenám. V interštadiálnych rokoch sa u nás objavujú nesúvislé lesostepy a vo vlhkejších oblastiach aj odolnejšie dreviny. Pre skorý Würm je charakterická zonality vegetácie a pôd. Medzi obdobia s menšou amplitúdou výkyvu patria aj ochladenia v interglaciáloch, no otázkou často zostáva, či sa už nejednalo o začínajúci glaciál. Príkladom štadiálu je Mladší Dryas (viď obr. č. 8), ktorý sa vyskytol pred cca. 12 000 rokmi a ukončil tak glaciálne obdobie Würmu. Pre glaciály je typické ich dlhé budovanie ľadovcových štítov, ktoré trvalo tisíce rokov, naproti čomu je tu rýchle ukončenie a nástup interglaciálov. V priebehu stoviek rokov sa oteplilo o 5-7 °C.
Obr. č. 6: Ročný chod teploty vzduchu v štadiáloch (LATE PLENI) a interštadiáloch (BOLLING) na severozápade Európy počas posledného glaciálu. Zdroj: Renssen a Irasin 2001.
Obr. č. 7: Rozdiel medzi zimnou a letnou rozlohou morského ľadu s teplotnými odchýlkami v severnom Atlantiku počas štadiálov a interštadiálov posledného glaciálu. Zdroj: Renssen a Irasin 2001.
Treťou skupinou s najmenšou amplitúdou výkyvov sú obdobia s malou zmenou teploty, kedy však dochádzalo k zreteľnému nárastu alebo úbytku zrážok so striedajúcou sa oceanitou a kontinentalitou. V týchto obdobiach dochádza k prerušeniu tvorby spraše a objavujú sa málo výrazné lesné pôdy s nedokonalými vzájomnými prechodmi. Tieto zmeny mohli mať krátku periodicitu a najhumídnejšie vlhkostné pomery sa vyrovnali interštadiálom. Vzhľadom k početnosti ich výskytu sú glaciály delené na skoré, vrcholné a neskoré.
Obr. č. 8: Zvýraznené obdobie interštadiálu Mladší Dryas na konci posledného glaciálu Würm pred cca. 12 000 rokmi. Zdroj: NOAA.
Na záver len dodáme, že teória klimatických zmien počas pleistocénnej doby ľadovej je podstatne problematickejšia a my sme vám ju predstavili len vo veľmi zjednodušenej forme. Z pohľadu klimatológie a meteorológie zostávajú často otázkou presné chody rozloženia teplôt, tlaku, zrážok, vetra, oblačnosti a zvyšných charakteristík atmosféry na konkrétnych územiach počas jednotlivých častí kvartérneho klimatického cyklu, ktorý zahŕňa interglaciál, anaglaciál (prechod ku glaciálu), pleniglaciál (plný glaciál) a kataglaciál (prechod k interglaciálu). Počas glaciálov a interglaciálov nastávala prestavba takmer celého termobarického poľa ako ho poznáme a regionálna klíma bola na nepoznanie alebo inde zas na nerozoznanie od súčasnej. Nič to však nezmení na fakte, že predkvartérne zmeny globálnej klímy sa niesli v znamení ešte väčších až mimoriadnych výkyvov, ako napríklad počas hypotetickej „Snowball Earth“.
Zdroje:
Saltzman, B. 2002. Dynamical Paleoclimatology: Generalized Theory of Global Climate Change. San Diego: Academic Press, 2002. 354 s.
Elias, Scott A. 2007. Encyclopedia of quaternary science. Vol. 3. Amsterdam: Elsevier, 2007. 3365 s.
Ložek, V. 1973. Příroda ve čtvrtohorách. Praha: Academia, 1973. 372 s.
NASA, NOAA