Paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne.

Zmiany globalnej temperatury (na podstawie danych izotopowych z oceanów) w kenozoiku, czyli podczas ostatnich 65 mln lat. Krótkotrwałe, silne ocieplenie na granicy paleocenu i eocenu (czyli paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne) oznaczone jest strzałką. Źródło: Wikipedia.

Globalne ocieplenie to w ostatnich latach gorący temat. Z chaosu informacyjnego trudno wyłowić spójne informacje na temat tego, co nas czeka, a opinie naukowców wahają się w szerokim spektrum pomiędzy katastrofalnymi wizjami kontynentów zalewanych wodą z roztopionych lądolodów a całkowitą negacją zjawiska. W takiej sytuacji warto zobaczyć, co stało się w przeszłości – i cofnąć się w czasie do wcześniejszego ocieplenia na globalną skalę.

Zdarzenie to miało miejsce około 56 mln lat temu, na przełomie paleocenu oraz eocenu. W naukowym świecie nosi ono nazwę paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego. W anglojęzycznej literaturze szeroko stosowany jest akronim PETM, oznaczający Paleocene–Eocene Thermal Maximum.

Maksimum klimatyczne sprzed 56 mln lat było ostatnim tak ciepłym okresem w historii Ziemi. Przez kolejne blisko 50 mln lat klimat stopniowo się ochładzał. Wprawdzie na półkuli północnej wciąż panowały warunki dużo cieplejsze niż obecnie (na przykład w miocenie, kiedy to południowa część dzisiejszej Polski zalana była ciepłym morzem – Paratetydą), jednak nie mogły się one równać z PETM. Długi proces ochładzania uwieńczył plejstocen, znany popularnie jako tak zwana „epoka lodowcowa”.

Ocieplenie nadeszło nagle

Co ważne, ocieplenie z końca paleocenu było bardzo gwałtowne – nawet w geologicznej skali czasu. Globalny wzrost temperatury wyniósł od 4 do 8 stopni w ciągu 10-30 tysięcy lat.

Tak szybkie zmiany klimatyczne budzą zrozumiałe zainteresowanie naukowców. Można przypuszczać, że globalne ocieplenie wywołane działalnością człowieka byłoby – niezależnie od jego skali – równie, a nawet bardziej gwałtownym zdarzeniem.

Eocen w Ameryce Północnej.

Tak wyglądały eoceńskie lasy Ameryki Północnej, krótko po paleoceńsko-eoceńskim maksimum termicznym. Klimat był wówczas o wiele cieplejszy niż obecnie. Rekonstrukcja: Smithsonian Museum.

Szybkie spojrzenie na skutki paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego pozwoli nam zatem uzmysłowić sobie, co może nas czekać, jeśli spełnią się najbardziej pesymistyczne wizje klimatologów.

Skutki globalnego ocieplenia

Efekty ocieplenia są czytelne dla geologów. Co najmniej kilka zdarzeń stanowi skutek paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego:

  • wymieranie niektórych grup organizmów żyjących na dnach mórz (tak zwanego bentosu), na czele z otwornicami bentonicznymi,
  • gwałtowny rozwój ssaków; jego przyczyny nie są w pełni wyjaśnione, jednak zjawisko to niewątpliwie miało związek z PETM,
  • rozwój ciepłolubnych, wilgotnych lasów w rejonach podbiegunowych,
  • przystosowania ewolucyjne mające na celu przetrwanie w nowych, cieplejszych warunkach – w tym zmniejszenie rozmiarów ciała (pierwsi przedstawiciele koniowatych skurczyli się w czasie PETM do rozmiarów kota),
  • zmiany chemizmu wód oceanicznych spowodowane wzrostem ich temperatury; w efekcie w morzach odkładało się mniej wapieni, a rozwój kolonii koralowców został ograniczony,
  • wzrost poziomu oceanów; nie był on jednak drastyczny, gdyż w paleocenie nie istniała jeszcze pokrywa lodowa w pobliżu biegunów,
  • szybkie (zachodzące w czasie kilku tysięcy lat) zmiany globalnej cyrkulacji wód oceanicznych.

Globalne ocieplenie miało gigantyczny wpływ na ziemski ekosystem. W skali całego globu biosfera poradziła sobie z tym zdarzeniem. Oczywiście, dla niektórych grup organizmów (na przykład wspomnianych otwornic) paleoceńsko-eoceńskie maksimum klimatyczne miało katastrofalne skutki. Inne jednak odczuły globalne ocieplenie przede wszystkim jako bodziec przyspieszający dalszą ewolucję.

Wśród prawdopodobnych beneficjentów PETM były również ssaki. Nie sposób stwierdzić, czy bez ocieplenia z końca paleocenu dalsza ewolucja tej grupy przebiegałaby w taki sam sposób, prowadząc do pojawienia się naczelnych oraz człowieka.

Plesiadapis.

Paleocen i eocen to czas szybkiego rozwoju ssaków. Na rekonstrukcji rodzaj Plesiadapis – jedno z ogniw ewolucyjnych prowadzących do naczelnych, do których należy także człowiek. Zwierzę to pojawiło się jednak jeszcze przed maksimum termicznym, a więc nie można go bezpośrednio wiązać z globalnym ociepleniem z końca paleocenu. Rekonstrukcja: Nobu Tamura (Palaeocritti.com.

Z punktu widzenia ludzkości zdarzenie PETM można więc określić mianem pięknej katastrofy. Nie należy jednak automatycznie zakładać, że także podczas kolejnych tak gwałtownych turbulencji klimatycznych ssaki oraz człowiek znajdą się w gronie ewolucyjnych zwycięzców.

Uf, jak gorąco: co wywołało zmiany klimatyczne?

Paleoceńsko-eoceńskie maksimum pokazuje, że do szybkiego i katastrofalnego ocieplenia może dojść bez udziału człowieka. Na liście potencjalnych winowajców PETM nie ma ludzkości. Jest za to kilka innych czynników, z których każdy z osobna lub wszystkie razem mogły wywołać ocieplenie na globalną skalę:

  • erupcje wulkaniczne – uwalniają one do atmosfery duże ilości gazów cieplarnianych, w tym metan i dwutlenek węgla; nie wiadomo jednak, jak wulkany mogłyby spowodować tak gwałtowny wzrost temperatury, jak zarejestrowany dla schyłku paleocenu,
  • zmiany cyrkulacji wód oceanicznych spowodowane przemieszczaniem się kontynentów; ocieplenie wywołane przez nową konfigurację prądów morskich mogło prowadzić do kolejnych modyfikacji w układzie prądów oraz dalszego wzrostu temperatury – napędzało to spiralę dodatniego sprzężenia zwrotnego (stąd też cyrkulacja oceaniczna wymieniona jest zarówno jako przyczyna, jak i skutek PETM),
  • uwolnienie do atmosfery dużych ilości metanu zalegającego pod dnami oceanicznymi w postaci tak zwanych klatratów; naukowcy wątpią jednak, czy w późnym paleocenie rzeczywiście istniały warunki sprzyjające gwałtownej emisji gazów cieplarnianych spod den morskich,
  • cykliczność zmian klimatycznych, obserwowana w całym kenozoiku, a także w samym eocenie, sugeruje ich powiązanie z przyczynami astronomicznymi, w tym zmianami położenia i kształtu orbity ziemskiej; czynnik ten musiał jednak współdziałać z innymi, by wywołać tak gwałtowne ocieplenie, jak na pograniczu paleocenu i eocenu,
  • spalanie materii organicznej; jednak nawet obrócenie w popiół wszystkich lasów oraz torfowisk porastających Ziemię w paleocenie nie mogłoby doprowadzić do uwolnienia do atmosfery wystarczającej ilości gazów cieplarnianych,
  • roztopienie wiecznej zmarzliny zalegającej na większości obszaru Antarktydy; dzisiaj te tereny są skute lodem – w paleocenie lądolodów nie było; pod powierzchnią gruntu mogła się zatem swobodnie rozwijać wieczna zmarzlina; jej roztopienie uwolniłoby do atmosfery ogromne ilości dwutlenku węgla.

Prawdopodobnych przyczyn zdarzenia z pogranicza paleocenu i eocenu jest więc co najmniej kilka. Jednak żadna z nich nie mogła w pojedynkę wywołać tak silnego i tak szybkiego wzrostu temperatur.

Należy zatem przypuszczać, że jednocześnie oddziaływało większość z wymienionych czynników. Spowodowało to gwałtowne uwolnienie do atmosfery dużych ilości gazów cieplarnianych, a w konsekwencji – wzrost temperatur na globalną skalę.

Paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne bywa niekiedy przywoływane w kontekście współczesnej działalności człowieka, który na ogromną skalę spala paliwa kopalne i emituje do atmosfery gazy cieplarniane. Kontrowersje wokół przyczyn tego tajemniczego zdarzenia sprzed ponad 50 mln lat nakazują jednak zachowanie ostrożności podczas jakichkolwiek porównań. Dyskusje naukowców świetnie uzmysławiają, w jak skomplikowany sposób regulowany jest ziemski klimat.

Warto przeczytać:

Lee R. Kump, 2011. Ostatnie wielkie ocieplenie. Świat Nauki 8/2011 (240), 44-49.

Warto przeczytać (w języku angielskim):

Higgins, J. A., Schrag, D. P., 2006. Beyond methane: Towards a theory for the Paleocene–Eocene Thermal Maximum. Earth and Planetary Science Letters 245, 523–537. [PDF]

McInerney, F. A., Wing, S. L., 2011. The Paleocene-Eocene Thermal Maximum: A Perturbation of Carbon Cycle, Climate, and Biosphere with Implications for the Future. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 39, 489–516. [PDF]