Klimata pārmaiņas mūsdienās ir viena apspriestākajām un sāpīgākajām problēmām gan politiskajā, gan pieredzes ziņā. Arvien vairāk kļūst skaidrs, ka klimata pārmaiņas ir process, kas pieprasa tūlītēju rīcību. 11500 gadu laikā oglekļa dioksīda (CO2) koncentrācija atmosfērā ir mainījusies par aptuveni 280 ppm, bet temperatūras ziņā par aptuveni 15 grādiem pēc Celsija. Savukārt kopš industriālās revolūcijas CO2 līmenis atmosfērā palielinājies par 40%, 2018. gadā sasniedzot 410 ppm.

Kā rakstīts izdevumā "TIME", Zemes klimata galvenais “dzinējs” ir Saule. Tā uz katru Zemes kvadrātmetru ik gadu nogādā 342 W enerģijas. Zeme absorbē aptuveni 70% no šīs enerģijas, bet pārējo atstaro. Ja tas būtu vienīgais klimata mehānisms, tad vidējā gaisa temperatūra uz Zemes būtu mīnus 15 grādi pēc Celsija. Dzīvība šādos apstākļos nebūtu iespējama. Par laimi, daļa no šīs absorbētās enerģijas pārvēršas par infrasarkano radiāciju, kas atšķirībā no redzamās gaismas saskaras ar siltumnīcefekta gāzēm, kuras atrodas atmosfērā, un atstarojas atpakaļ uz Zemes virsmu. Pateicoties šim siltumnīcas efektam, vidējā temperatūra uz Zemes pašlaik ir plus 15 grādi pēc Celsija.

Siltumnīcefekta gāzes galvenokārt sastāv no ūdens tvaika un daudz apspriestā CO2, kas izraisa aptuveni 30% no kopējā siltumnīcas efekta. Pārējos 70% izraisa ūdens tvaiks. CO2 piemīt sildošs efekts, kā nav ūdens tvaikam. Turklāt pēdējais atmosfērā paliek ļoti neilgu laiku – no dažām stundām līdz vairākām dienām. Tā koncentrācija gaisā var palielināties tikai tad, ja palielinās temperatūra.

CO2 atmosfērā atrodas gadsimtiem ilgi, un tā koncentrāciju neietekmē tikai temperatūra. Gluži otrādi, CO2 var izraisīt atmosfēras sasilšanu, proti, ja palielinās CO2 koncentrācija gaisā, tad palielinās arī gaisa vidējā temperatūra.

Tieši tāpēc ļoti svarīgi ir saprast, kā regulēt CO2 līmeni atmosfērā. Ģeoloģiskajos mēros (100000 gadu un vairāk) galvenais CO2 avots ir bijušas vulkāniskās gāzes, kas katru gadu atmosfērā izdalīja 0,4 miljardus tonnu CO2. Tiesa, tas neuzkrājas atmosfērā bezgalīgi; tas ieplūst un izplūst no tās, atkarībā no citiem dabas procesiem, un glabājas rezervuāros, kas zināmi kā oglekļa krātuves.

Piemēram, okeānā vien ir 50 reizes vairāk CO2 nekā atmosfērā. Tomēr CO2, kas atrodas okeānā, var viegli nonākt arī atmosfērā. Tikai oglekļa krātuves neļauj CO2 nonākt tajā.

Pirmā ģeoloģiskā krātuve ir nogulsnējušās organiskās vielas. Dzīvie organismi satur organisko oglekli, kas fotosintēzes ceļā veidojies no atmosfēriskā CO2, savukārt mirušie organismi bieži nonāk okeānu, ezeru un purvu dibenā. Tādā veidā jūras un kontinentālajā sedimentā uzkrājas gigantisks CO2 daudzums. Daudzus no tiem mēs pazīstam kā fosilo kurināmo (naftu, dabasgāzi un ogles).

Otrā lielākā oglekļa krātuve ir ģeoloģiskā krātuve. Tādus akmeņus kā granīts vai bazalts ietekmē virszemes ūdeņi, kas izskalo no tiem kalciju un bikarbonāta jonus un nogādā tos okeānā. Jūras organismi izmanto tos, lai veidotu cietas vielas, kas rezultātā sastāv no kalcija karbonāta. Vēlāk okeāna dibenā no tā nošķiras kaļķakmens.

Abi minētie oglekļa rezervuāri kopā satur no 50 līdz 100 tūkstošiem reižu vairāk CO2 nekā ir atmosfērā mūsdienās.

Zemes atmosfēra laika griežos

CO2 daudzums Zemes atmosfērā ir piedzīvojis plašas svārstības. Desmitiem gadu veiktie pētījumi tagad ļauj mums iezīmēt aptuvenas līnijas par to, kā šīs izmaiņas ir notikušas kopš Zemes rašanās brīža 4,4 miljardus gadu senā pagātnē.

Pirmatnējā Zemes atmosfēra bija ārkārtīgi bagāta ar CO2 (aptuveni 10 tūkstošus reižu vairāk nekā modernajos laikos), savukārt skābekļa (O2) tajā bija ļoti maz.

Arhaja laikā, kas norisinājās 3,8 līdz 2,5 miljardus gadu senā pagātnē, uz Zemes pirmo reizi radās dzīvība un veidojās pirmie kontinenti. No atmosfēras sāka izplūst CO2 un palielināties O2 daudzums, ko veicināja fotosintēzes attīstība. Aptuveni pirms 2,3 miljardiem gadu CO2 koncentrācija Zemes atmosfērā nokrita līdz aptuveni 20 līdz 100 reizēm vairāk pirmsindustriālajā periodā.

Pirms 2 miljardiem gadu oglekļa cikls mainījās un 350 miljonu gadu senā pagātnē CO2 koncentrācija atmosfērā jau bija tikai 1000 ppm liela. Zīdītāji joprojām nebija radušies. Savukārt vaskulārie augi, kas spēja sintezēt lignīnu, parādījās Devona periodā un ātri izplatījās.

Lignīns ir organiska viela, kas ietilpst augu šūnapvalka sastāvā. Tā ir noturīga pret mikrobiālo degradāciju un miljoniem gadu laikā ļāva masīvam oglekļa daudzumam pārvērsties par, piemēram, oglēm. Visa šā procesa rezultātā CO2 līmenis atmosfērā kļuva līdzīgs mūsdienu līmenim vai zemāks, izraisot lielo ledus laikmetu pirms 320 līdz 280 miljoniem gadu.

Juras perioda beigās pirms 145 miljoniem gadu parādījās pirmie zīdītāji. Pār Zemi valdīja dinozauri, palielinājās tektoniskā aktivitāte un CO2 daudzums atmosfērā palielinājās līdz 500 – 2000 ppm un palika tāds nākamos 100 miljonus gadu.

Pirms 55 miljoniem gadu CO2 līmenis atmosfērā samazinājās un Zeme atdzisa. Pēc tam izveidojās Himalaji un izmainījās laikapstākļi un organiskā oglekļa sedimentācija. Evolūcijai turpinoties, pirms 7 miljoniem gadu uz Zemes parādījās pirmie hominīni jeb cilvēkpērtiķu un cilvēka dzimtas (Hominidae) cilts. CO2 sasniedza pirmsindustriālo līmeni pirms 11500 gadu, kad Zeme iegāja pēdējā ledus laikmetā.

Industriālā revolūcija

Līdz mūsu ēras 19. gadsimtam stāsts par atmosfērisko oglekli bija stāsts par ģeoloģiju, bioloģiju un evolūciju. Šis stāsts krasi mainījās, kad iestājās industriālā revolūcija, proti, brīdis, kad modernais cilvēks (Homo sapiens), kurš parādījās aptuveni pirms 300 tūkstošiem gadu, sāka lielā apjomā izmantot fosilo kurināmo.

Līdz 1950. gadam CO2 koncentrācija atmosfērā sāka pieaugt. 20. gadsimta 70. gados zinātnieki novēroja vidējās gaisa temperatūras paaugstināšanos. 2012. gadā zinātnieki aprēķināja, ka kopš 1901. gada temperatūra ir pieaugusi par 0,9 grādiem pēc Celsija. Tā turpina pieaugt joprojām. Šo pieaugumu nevar izskaidrot ar Saules vai vulkānisko aktivitāti. Iemesls tai ir cilvēka saimnieciskā darbība.

Kā beigsies mūsu stāsts?

160 gadu laikā industriālās sabiedrības sadedzināja aptuveni 25% no Zemes fosilā kurināmā un apvērsa dabisko plūsmu, kas neļāva CO2 nokļūt atmosfērā pārāk lielos daudzumos. Tā rezultātā CO2 daudzums atmosfērā nemitīgi palielinās.

Sekas ir nenovēršamas un smagas. Sākot ar ekstrēmiem laikapstākļiem, jūras līmeņa celšanos, ledāju kušanu, okeānu skābināšanos un beidzot ar ekosistēmu izzušanu. Lai arī pati Zeme ir pārdzīvojusi dažādas katastrofas, tomēr klimata pārmaiņas var likt izzust daudzām sugām, kas nespēs pielāgoties jaunajiem apstākļiem. Tomēr dzīvība neizzudīs.

Mūsu planēta to visu pārdzīvos. Lielākas briesmas draud mums – cilvēkiem un dažādām ekosistēmām.

Kamēr zinātnieki joprojām nevar nonākt pie problēmas risinājumiem, mums visiem būtu vismaz jāsaprot, kas šobrīd notiek ar klimatu un kas pie tā ir vainīgs.