Klimatické zmeny dávnoveku určovali osudy veľkých civilizácií

Egypt na hojdačke klimatických zmien

Pred 11 tisíc rokmi by ste v oblasti dnešnej Sahary mali skutočne čo robiť, aby ste na rozľahlých planinách našli čo i len jediné zrnko púštneho piesku. Po definitívnom ústupe poslednej doby ľadovej sa totižto rozsiahle časti severnej Afriky zmenili doslova na rajskú záhradu, napájanú obrovskými riekami a ešte väčšími jazerami. Krajinu namiesto pohyblivých piesočných dún a bezútešných soľných plání skrášľovali žírne savany a miliónové stáda migrujúcich bylinožravcov, tiahnuce sa až kamsi za horizont. Na brehoch jazier a mokradí nebolo núdze o krokodíly a veľké stáda hrochov. Tento romantický výjav, ktorý by ste v súčasnosti hľadali skôr na náhorných plošinách východnej Afriky, sa však pred asi 7 tisíc rokmi dramatický zmenil a dokonca aj v pamäti najstarších Egypťanov sa objavoval už len ako mýtus, vierohodnosť ktorého sa strácala za hmlistým horizontom dávnoveku. Dramatická klimatická zmena spojená s postupným rozširovaním najväčšej púšte na svete však nakoniec viedla k čomusi úžasnému, k vzniku egyptskej civilizácie.

Obr. 1: Sahara v strednom Holocéne, pred približne 11 tisíc rokmi, nebola ani zďaleka tak nehostinným miestom, akým je dnes (Foto: National Geographic)

Klimatické optimum Holocénu
Ešte pred asi 20 tisíc rokmi to v severnej Afrike vôbec nevyzeralo na to, že by sa tento pustý púštny región mal stať kolískou prekvitajúcej civilizácie. Klimatické podmienky v období vrcholenia poslednej doby ľadovej boli na Sahare dokonca ešte drsnejšie ako dnes. Rozsiahle polia piesočných presypov datované do tohto obdobia ležali asi o 500 km južnejšie od hranice rozšírenia súčasných púští, teda v oblasti dnešných tropických saván. K výraznej zmene však došlo pred 11 tisíc rokmi, kedy v celej oblasti zavládlo vlhšie podnebie, s pravidelne sa opakujúcimi dažďami (Obr. 2). Dokonca aj v tých najsuchších častiach Sahary ročne napršalo viac ako 250 litrov vody na meter štvorcový, čo bolo dostatok na to, aby sa tu udomácnili trvalé trávnaté porasty typické skôr pre súčasný Sahel.

Obr. 2: (hore) Zmena priestorovej lokalizácie stálych osídlení v oblasti východnej Sahary v priebehu Holocénu do obdobia pred 3500 r. p.n.l. - ako vidieť na mapkách, rozšírenie osídlenia ovplyvňovali najmä posuny zrážkovo bohatších zón z tropických oblastí Afriky smerom k Stredozemnému moru (Zdroj: Kuper a Kröpelin 2006); (dole) paleohydrologická mapa saharského priestoru v období pred 11 až 8 tisíc rokmi (Zdroj)

Všetko to mala na svedomí globálna zmena klímy, ktorá súvisela s posunom cirkulačných a teda aj klimatických zón smerom na sever v dôsledku ústupu kontinentálnych ľadovcov a intenzívnejšieho slnečného žiarenia na severnej pologuli. Zvlášť druhý z uvedených faktorov mal na klímu severnej Afriky zásadnejší vplyv, keďže od intenzity priameho slnečného žiarenia závisí aj intenzita a dosah afrických monzúnov – periodicky sa meniacich vetrov, ktoré do priestoru sahelskej a východnej Afriky v súčasnosti prinášajú v letnom období výdatnejšie dažde. Vyšší príkon slnečného žiarenia viedol na začiatku holocénu k tomu, že severná hranica monzúnov sa posunula o niekoľko stoviek kilometrov na sever, až do oblasti dnešného Egypta a Líbye. V období stredného holocénu, tzv. Atlantiku (6000 – 3000 r. p.n.l.) sa tak v oblasti od severnej Afriky až po Indiu stabilizovala vlhšia klíma. Okrem toho, priemerné teploty boli asi o 2-3 °C vyššie ako dnes.  

Vnútrozemské jazerá, ako napríklad Čadské v strednej Afrike, mali rozlohu vnútrozemských morí a Níl nebol ani zďaleka jedinou veľkou riekou odvodňujúcou africké vnútrozemie. Od juhu k severu tadiaľto pretekali občasné alebo trvalé vodné toky a väčšinu zníženín vypĺňali dočasne vysychajúce alebo trvalé jazerá. Saharský priestor bol v tomto období vyslovene jazernou krajinou. Početné skalné kresby hrochov, žiráf, gaziel, krokodílov a vodného vtáctva (Obr. 3) sú dôkazom nielen bohatej savanovej a jazernej fauny, ale aj toho, že stredná Sahara bola v období Atlantiku husto osídlená nomádskymi pastiermi dobytka, a predovšetkým lovcami vysokej zveri a zberačmi. Ďalej na východ, v oblasti dnešnej Núbie (juhovýchodná časť dnešného Egypta), začala na prelome deviateho a ôsmeho tisícročia p.n.l. prosperovať jedna z prvých poľnohospodárskych kultúr staroveku – Nabta, ktorá nielenže obývala trvalé sídliská, ale zdá sa, že ako vôbec prvá začala pestovať poľné plodiny, vyrábať keramiku a chovať dobytok. Okrem toho, títo prví núbijskí poľnohospodári hĺbili v zemi objemné zásobárne na zrno, kopali hlboké studne a budovali dômyselné záchytné systémy na dažďovú vodu.

Obr. 3: (vľavo hore) Skalná kresba slona pochádzajúca z regiónu Tadrart Acacus (Líbya) datovaná do obdobia medzi 12 000 pred n.l. až 10 n.l je dôkazom výrazných klimatických zmien, ktorými Sahara prešla v období stredného holocénu (Foto: Luca Galuzzi); (vpravo hore) unikátne skalné kresby levov v pieskovcovom masíve pohoria Acacus z regiónu Fazzen (južná Líbya; Foto: Luca Galuzzi); (dole) skalné kresby domestikovaného dobytka, pastierov a lovcov v horskej oblasti Tissili-n-Ajjer v južnom Alžírsku (Foto: Frederica Leone)

Klimatický kolaps veľkej púšte
Klimatické podmienky sa však na začiatku piateho tisícročia p.n.l. začali zhoršovať. Celý saharský priestor postihlo vysušovanie (aridizácia), ktoré sa neustále zrýchľovalo. Letný monzún strácal na sile, severná hranica jeho vplyvu začala ustupovať k juhu, čoho dôsledkom boli čoraz zriedkavejšie letné dažde. Veľké jazerá sa rýchlo zmenšovali, tie menšie nenávratne zanikali. Po ich definitívnom ústupe ostali v plochých zníženinách už len piesočné a bahenné usadeniny. Rieky tečúce z južných vysočín do Stredozemného mora natrvalo zmizli a z ich širokých vyprahnutých údolí (vádí) začal vietor vyvievať obrovské množstvá piesku, z ktorého časom vznikli rozsiahle „moria“ piesočných presypov. Zhoršujúce sa životné podmienky nakoniec prinútili lovcov, zberačov, ale aj poľnohospodárov z Núbie k migrácii za znesiteľnejším podnebím, ale najmä vodou, na juh a východ, do nílskeho údolia. Tu bola prosperita zabezpečená každoročnými záplavami úrodného vulkanického bahna z etiópskej vysočiny. Stále väčší prílev prisťahovalcov z rozsiahlych oblastí vysychajúcej púšte vyvíjal tlak na riešenie napätej demografickej situácie. Na brehoch veľtoku tak začali postupne vznikať čoraz väčšie sídelné štruktúry, ktoré sa stali základom prvých vyspelých spoločenstiev v preddynastickom období egyptských dejín, ktoré je možné datovať do polovice štvrtého tisícročia p.n.l.

Obr. 4: Početné oázy a jazerá v oblasti regiónu Awbari v južnej Líbyi sú pozostatkom rozsiahleho jazera Megafezzan, ktoré sa tu rozkladalo v strednom holocéne a ktoré definitívne zmizlo pred asi 3000 rokmi (Foto: Frederica Leone)

Egypt povstal z púšte
Noví prisťahovalci však nepriniesli do nílskeho údolia len púštny piesok a prach zachytený na skromnom oblečení. Priniesli si so sebou čosi, čo zásadných spôsobom ovplyvnilo a urýchlilo nastávajúci vývoj celej nílskej civilizácie – nové spôsoby pestovania obilia, ako aj nové odrody poľných plodín, chov dobytka a kôz a nakoniec aj pokrokovejšiu techniku výroby keramiky. Rýchlo rastúca populácia si vyžadovala centralizovanejšiu formu riadenia hospodárstva a obchodu, čo nakoniec viedlo k sformovaniu štátneho zriadenia. Zväčšujúca sa nadprodukcia základných potravín umožňovala uvoľňovať stále väčšie množstvo ľudí z poľnohospodárstva pre iné hospodárske aktivity, čím rástla deľba práce, ako aj miera jej špecializácie. Vo väčšej miere sa začali rozvíjať špecializované remeslá, služby a realizovali sa rozsiahle stavebné projekty (chrámy, zavlažovacie systémy, atď.). Egypt v tomto zmysle doslova povstal z prachu púšte, aby v období nasledujúcich troch tisícročí mohol dosiahnuť hneď niekoľkokrát vrchol svojej prosperity.

Obr. 5: Bez významných klimatických zmien by pravdepodobne Egypt nikdy nedosiahol statusu veľkej ríše - mapa znázorňuje územný rozsah Egypta v dobe okolo roku 1450 p.n.l. (Zdroj)

Kaskádový kolaps a nílska civilizácia
No ani po období najvýraznejších klimatických zmien spojených s vysušovaním Sahary v štvrtom tisícročí p.n.l. neostala veľká púšť bez trvalého osídlenia. Okrem nílskeho údolia vzrastal aj význam púštnych oáz (Obr. 4), ktorých tektonické dná siahajú až k hladine podzemnej vody. Ide o tú istú vodu, aká omývala brehy zaniknutých jazier a riek v strednom holocéne a ktorá dnes vytvára jeden z najväčších podzemných rezervárov sladkej vody na našej planéte. Je preto trochu paradoxné, že pod povrchom jednej z najsuchších púští sveta leží takmer nepredstaviteľné množstvo kvalitnej pitnej vody. Izolované oázy vo východnej a západnej púšti (vzhľadom na nílske údolie) tvorili oporné body na významných obchodných trasách, prostredníctvom ktorých bol súdobý Egypt v spojení s okolitým svetom. Ich význam je možné zhodnotiť aj tak, že bez nich by egyptská civilizácia nikdy nedosiahla taký význam a vplyv, ako tomu bolo napríklad počas vrcholenia Starej, Strednej a Novej ríše (Obr. 5).

Séria klimatických zmien, ktoré postihli severnú Afriku a celý saharský priestor, viedla v období posledných 7 tisíc rokov k postupnému zhoršovaniu (vysušovaniu) podnebia trvajúcemu de facto až do dnešných dní. Tieto zmeny, pre ktoré by sa mohol ujať príznačný termín „kaskádový kolaps“, si „vybrali svoju daň“ v podobe cyklicky sa opakujúcich spoločenských a civilizačných kríz, ktorými nílska civilizácia v priebehu troch tisícročí prešla. Aj napriek tejto nepriazni je celkom zrejmé, že bez týchto opakujúcich sa období politickej a hospodárskej nestability by Egypt nakoniec nemohol dosiahnuť to, čo nedokázala žiadna ďalšia civilizácia – pretrvať vo svojej pôvodnej podobe celé tisícročia!

Obr. 6: Archeologický skvost súčasnej Kréty – pozostatky niekdajšieho najväčšieho palácového komplexu starovekých Minojcov, Knossosu (Autor: Xavier Patiño i Vidal)

Pád minojskej Kréty

Minojská civilizácia, jedna z najprominentnejších kultúr doby bronzovej, prekvitala na ostrove Kréta v období medzi rokmi 2700 až 1450 pred n.l (Obr. 6-7). Obyvatelia tohto neveľkého ostrova, ležiaceho na rázcestí medzi Európou, Afrikou a Áziou, stavali skvostné paláce s dychvyrážajúcimi architektonickými prvkami, vyrábali nádhernú keramiku, ktorú obdivovali dokonca aj egyptskí faraóni a dorábali olivový olej tak lahodný, že jeho renomé sa šírilo ďaleko za hranice Stredomoria. Okrem obratnosti v remeslách a obchode dosiahli Minojci vysoký stupeň poznania vo všetkých vtedy známych vedných oboroch, a okrem toho, vytvorili písmo natoľko zložité, že dodnes sa nenašiel nikto, kto by ho rozlúštil.

Po vyše 1200 rokoch takmer izolovaného a bezkonfliktného vývoja nakoniec minojská civilizácia odchádza z javiska svetových dejín podobne záhadne ako sa objavila. Dodnes sa vedú vášnivé diskusie o tom, čo bolo tou skutočnou príčinou pádu tohto ostrovného národa. Niektorí tvrdia, že to bola kataklizmatická erupcia neďalekej sopky Théra, iní sa naopak domnievajú, že tým pravým a posledným klinčekom do rakvy boli vpády výbojných Mykéncov z gréckej pevniny, či dokonca dramatické klimatické zmeny, ktoré postihli celé Stredomorie v polovici druhého tisícročia pred. n.l. Ďalšou z možností by mohli byť aj časté a pustošivé zemetrasenia, ktoré sa v seizmicky aktívnej egejskej oblasti vyskytujú takmer so železnou pravidelnosťou. Do úvahy však asi najviac pripadá teória, podľa ktorej žiadna z vyššie uvedených príčin by nikdy nebola viedla k zániku minojskej Kréty, nebyť synergického účinku tých ostatných.

Obr. 7: (vľavo) Zachovaný zvyšok severnej brány paláca Knossos s dochovanou časťou fresky; (vpravo) zrekonštruovaná časť fresky v paláci Knossos (Foto: Xavier Patiño i Vidal)

Nezodpovedané otázky o konci Minojcov

Krétska civilizácia pretrvala viac ako jedno tisícročie od strednej doby bronzovej až po rok 1200 pred n.l. Jej relatívne náhly kolaps, ktorý nasledoval po období nevídanej prosperity (niekedy označovaného ako Druhé palácové obdobie; 1700-1450 pred. n.l.) na sklonku 15. storočia pred n.l., priviedol mnohých archeológov a historikov k vytvoreniu priam až katastrofických teórií o konci Minojcov. Spomedzi dodnes najviac uznávaných hypotéz si zaslúžia našu pozornosť predovšetkým dve, a to kataklizmatický sopečný výbuch stratovulkánu Théra na ostrove Santorini (najpravdepodobnejšie v období medzi rokmi 1650-1600 pred n.l.; Obr. 8-9) a príchod a silnejúci vplyv kontinentálnych Achájcov, datujúci sa do obdobia po roku 1500 pred. n.l. Akokoľvek sa však snažíme dať do vzájomnej príčinnej súvislosti jednu alebo druhú udalosť s koncom minojskej Kréty, vždy narážame na jeden a ten istý problém – datovanie.

Ako ukazuje aj archeologický výskum, žiadna z týchto udalostí sa ani približne neodohrala v čase, kedy podľa historikov došlo k definitívnemu zániku a deštrukcii minojských palácov z druhého obdobia, teda okolo roku 1450 pred n.l. Kolosálna sopečná erupcia Théry, údajne jedna zo siedmich najväčších za posledných 4000 rokov (asi 4-krát silnejšia ako Krakatoa, VEI 7), síce veľmi pravdepodobne spôsobila obyvateľom Kréty značné ťažkosti, no podľa súčasných poznatkov o tejto udalosti, sa odohrala o celé dve storočia skôr. Ak možno geologické datovanie erupcie považovať za viac či menej správne a prijmeme fakt, že k nej došlo niekedy okolo roku 1645 (±7 rokov) pred n.l., potom musíme túto udalosť dokonca vylúčiť aj z okruhu príčin dlhodobejšieho úpadku minojskej civilizácie (ak je možné o ňom takto uvažovať). Prečo? Nech už bol výbuch 120 kilometrov vzdialenej sopky akokoľvek silný a jeho dôsledky akokoľvek deštruktívne a pretrvávajúce, pravdou je, že Minojci sa s nim dokázali pomerne rýchlo vysporiadať, keďže éra honosnejších palácov v Knossose, Faistose a Malii sa datuje zväčša až do obdobia po roku 1600 pred n.l.

Obr. 8: Súčasný ostrov Santorini, ležiaci 120 km severne od Kréty, je len torzom niekdajšieho kompaktného ostrova – hlavný ostrov v tvare polmesiaca otvoreného k západu tvorí východnú obrubu rozsiahlej kaldery sopky Thera (kaldera má priemer 16 km; Zdroj: J. Craig Venter Institute)

Obr. 9: Rozoklaný a exponovaný reliéf Santorini je pripomienkou jednej z najsilnejších vulkanických erupcií za posledných 4 tisíc rokov – došlo k nej okolo roku 1645 p.n.l. (Zdroj: J. Craig Venter Institute)

Mykénci na Kréte

Dokonca ani druhá z hypotéz – invázia Achájcov (Mykéncov) z gréckej pevniny a ich neskorší rastúci vplyv na ostrove – veľmi neobstojí vo svetle dochovaných historických dokumentov. Pôvodná predstava totižto tvrdila, že čoraz častejšie vojenské nájazdy kráľov z gréckeho Peloponézu si vyžiadali enormné ekonomické a ľudské straty na ostrove a v konečnom dôsledku viedli k deštrukcii všetkých palácových komplexov, vrátane toho najväčšieho v Knossose. Žial, túto hypotézu dodnes presvedčivo nepotvrdil žiadny archeologický výskum, čo je možno trochu v rozpore s našou predstavou o Achájcoch, ako o výbojnom a agresívnom národe vládnucom v tom čase z peloponézskych Mykén. Zdá sa, že kultúrny a politický vplyv Minojcov bol ešte aj v období po roku 1500 pred n.l. dostatočne silný na to, aby mu spočiatku podľahli aj samotní Achájci. Ich príchod na Krétu, ako aj ich rastúci vplyv, mali teda skôr neinvázny (neagresívny) charakter, pričom Mykénci veľmi pravdepodobne len využili situáciu po zničujúcom zemetrasení okolo roku 1520 pred n.l., ktorému padli za obeť takmer všetky významné paláce na Kréte, s výnimkou toho v Knossose.

V tejto súvislosti je celkom možné, že pokusy o nastolenie vlastnej vládnucej dynastie napokon Mykéncom síce vyšli ešte pred rokom 1450 pred n.l., no ako sa zdá, spočiatku sa to zaobišlo bez zásadnejšej infiltrácie mykénskej kultúry na ostrov. Aj keď ich rastúca dominancia na ostrove pravdepodobne ani zďaleka nepredstavovala ten povestný posledný klinček do rakvy minojskej civilizácie, jedno im však odoprieť nemožno. Definitívne prevzatie moci v Knossose malo v neskoršom období jeden dosť podstatný dôsledok na rozvoj miestnej kultúry a hospodárstva – po roku 1450 pred n.l. stroskotali aj posledné snahy o znovuvybudovanie zničených palácov, čím bola minojská civilizácia (v tomto zmysle hlavne jej kultúra) de facto odsúdená na zánik.

Obr. 10: Mapy odchýlok priemerných teplôt [°C], tlaku vzduchu [hPa] a zrážok [mm/mesiac] pre vybrané trojmesačné obdobia (OND - október až december; JFM - január až marec; AMJ - apríl až jún) v období epizód silného El Niña/La Niñe podľa výstupov modelu CCSM3 (simulácie pre obdobie s dĺžkou trvania 540 rokov počnúc rokom 1450 p.n.l.), na mapách zrážok hnedé odtiene indikujú podnormálne úhrny zimných zrážok v oblasti východného Stredomoria a Kréty v obdobiach silného El Niña (Zdroj: Bronnimann 2007)

Vysychanie Stredomoria a El Niño

Je tu však ešte jedná vedecká hypotéza založená na paleoklimatologickej rekonštrukcii v oblasti východného a centrálneho Stredomoria, ktorá možno vnesie do tejto záhady trochu viac svetla. Ako vieme z histórie, k vzostupom a pádom mnohých kultúr a civilizácii dochádzalo predovšetkým v dôsledku ich schopnosti, resp. neschopnosti vyrovnať sa s novými ekonomicko- a kultúrno-spoločenskými podmienkami, ktoré mali, a to si musíme priznať, väčšinou svoj pôvod v zmenách prírodného prostredia (či už sú to zmeny spôsobené samotným človekom alebo prírodnými faktormi). Klimatické zmeny väčšinou zohrávajú z tohto pohľadu kľúčovú, či dokonca primárnu úlohu. Dobrým príkladom bezprostredného vplyvu dlhodobých zmien klímy na vzostup alebo úpadok komplexnejších ľudských kultúr sú staroveký Egypt, majská civilizácia alebo rané juhoamerické kultúry na tichomorskom pobreží.

Ako sa zdá z výskumu paleoklimatologických proxy (nepriamych) údajov z Kréty a jej širšieho okolia, minojskú civilizáciu stretol veľmi podobný osud ako o 2300 rokov neskôr vyspelú majskú kultúru. Dlhotrvajúce sucho, ktoré vo viacerých vlnách postihlo celú oblasť Stredomoria, vrátane Kréty, v období 1450 až 1200 pred n.l., udrelo najsilnejšie na oporný pilier ekonomiky Minojcov – poľnohospodárstvo. Na otázku, prečo k tomuto dlhému obdobiu výraznej absencie zimných zrážok došlo práve v polovici druhého tisícročia pred n.l., prináša aspoň čiastočnú odpoveď výskum jazerných a morských sedimentov nielen na samotnej Kréte, ale aj vo vzdialených juhoamerických Andách. Zistilo sa totiž, že periódy sucha v južnej Európe a Stredomorí trvajúce aj niekoľko desaťročí majú svoj vzdialený pôvod v dynamike výskytu oceánsko-atmosférického fenoménu El Niño (všeobecnejšie ENSO – El Niño/Southern Oscillation, Obr. 11), ktorý je svojimi dôsledkami známejší skôr z oblasti Tichomoria.

Obr. 11: Schematický obraz podmienok počas troch štádií ENSO oscilácie – La Niña podmienky (vľavo), neutrálne podmienky (v strede) a El Niño podmienky (vpravo; Zdroj) 
 

Zdalo by sa, že to, čo sa odohráva v počasí na opačnom konci sveta nemôže v žiadnom prípade ovplyvniť charakter klímy na takom malom ostrove, akým je Kréta. Lenže táto „oceánsko-atmosférická“ hojdačka, preklápajúca v perióde 2-7 rokov, je jednoducho príliš veľká a rozsiahla na to, aby sa neprejavila v celoplanetárnom meradle, teda aj na Kréte. Výskum atmosférických oscilácií a najmä ich vzájomného prepojenia je pomerne zložitý, no už dnes vieme, že mnohé z nich (napr. ENSO a NAO-severoatlantická oscilácia) sú medzi sebou poprepájané komplexnými časovo-priestorovými väzbami. Inak povedané, abnormálny režim jednej môže na veľkú vzdialenosť ovplyvniť inú, a to buď takmer okamžite alebo s oneskorením niekoľkých mesiacov či dokonca rokov. Táto tzv. telekonekcia sa zvyčajne prejavuje v zmene teplotného alebo zrážkového režimu nielen v oblasti pôvodu klimatickej anomálie (Pacifik), ale aj v regióne vzdialenom tisícky kilometrov – napr. v Európe či v Stredomorí. V prípade Kréty a centrálneho Stredomoria znamenajú roky s výskytom El Niña suchšie zimy (Obr. 10). Ak sa však niekoľko rokov po sebe vystrieda tento jav častejšie a v silnejšej podobe, znamená to jediné – dlhodobé katastrofálne sucho.

Obr. 12: Rekonštruovaný priebeh výskytu a intenzity El Niña z oblasti Ánd (Laguna Pallcacocha v Peru) pre obdobie 9000 r. p.n.l až do súčasnosti - vyššie hodnoty intenzity "Red colour" indikátora poukazujú na silnejšie epizódy El Niña v oblasti - ako vidieť, od obdobia pred približne 1500 r. p.n.l. sa začalo silné El Niño vyskytovať veľmi často (Zdroj: Moy et al. 2002)

K niečomu podobnému pravdepodobne došlo práve v období uprostred druhého tisícročia pred n.l. Jazerné usadeniny z ľadovcových plies v Andách (napr. Laguna Pallcacocha v Peru, Obr. 12) poukazujú na to, že v období okolo roku 3000 pred n.l. sa fenomén ENSO dostal do úplne nového režimu, kedy v jeho takmer pravidelnom oscilovaní medzi fázami El Niño/La Niña sa čoraz častejšie začala presadzovať jeho teplá fáza, El Niño. Jeho efekt na globálnu klímu sa začal zvýrazňovať nielen v dôsledku jeho frekventovanejšieho výskytu, ale aj vyššej intenzity – len pre zaujímavosť, silné El Niño z roku 1998 prípadne roku 1983 nedosahovalo ani polovicu intenzity tých najsilnejších z polovice druhého tisícročia pred n.l. Simulácie klimatických modelov taktiež naznačujú, že pri takto silných javoch El Niño sa telekonekcia prenosu signálu atmosférickej anomálie zlepšuje/zvýrazňuje približne 4-násobne (!). Na základe porovnania rôznych paleoklimatologických proxy údajov je teda možné potvrdiť, že výrazne suché obdobie medzi rokmi 1450 až 1200 pred n.l. sa veľmi dobre prekrýva s obdobím nástupu najsilnejších fáz El Niña (je celkom možné, že išlo o obdobie s takmer permanentnou fázou El Niña). Režim ENSO sa vrátil do pôvodného stavu (porovnateľného so súčasným alebo tým, ktorý prevládal do roku 3000 pred n.l.) okolo roku 1200 pred n.l., čo celkom dobre korešponduje s obdobím konca suchých zimných periód.

Obr. 13: Ilustračná mapka minojskej Kréty s lokalizáciou starovekých sídelných miest a palácov (Zdroj: Wikipedia)

Čo teda spôsobilo zánik minojskej Kréty?

Ako sme naznačili už v úvode tejto časti článku, jeden faktor ešte nemusí predstavovať a väčšinou ani nepredstavuje tú skutočnú a pravú príčinu úpadku konkrétnej civilizácie. Väčšinou ide skôr o súhru nepriaznivých faktorov, ktoré sa buď stretli zhodou okolností v približne rovnakom časovom okamihu alebo sa vyskytli za sebou v dlhšom časovom horizonte, ale svojím pretrvávajúcim pôsobením zvýrazňujú navzájom svoje negatívne dôsledky v určitom regióne. Z tohto textu je celkom jasné, že sa skôr prikloníme k druhej zo spomínaných možností. Sopečná erupcia Théry, ale predovšetkým neskoršie silné zemetrasenia okolo roku 1520 pred n.l. v kombinácii s nastolením nového klimatického režimu, ktorý bol špecifický častejšími a intenzívnejšími suchami v zimnom období, len pripravili „vhodné“ prostredie pre príchod novej vládnucej triedy ne-minojskeho pôvodu. Tá len veľmi pomaly dokončila to, čo prírodné živly naštartovali – postupný a neodvratný úpadok prvej európskej civilizácie – minojskej Kréty.

Literatúra

Bronnimann, S. 2007. Impact of El Nino-Southern Oscillation on European climate. Rev. Geophys 45, RG3003, doi: 10.1029/2006RG000199, 2007.

Hammer, C. U., Clausen, H. B., Friedrich, W. L., Tauber, H. 1987. The Minoan eruption of Santorini in Greece dated to 1645 BC? Nature, 328, 517–519, 1987.

Mann, M. E., Bradley, R. S., Hughes, M. K. 2000. Long-term variability in the El Nino Southern Oscillation and associated teleconnections, in: El Nino and the Southern Oscillation: multiscale variability and its impacts on natural ecosystems and society, edited by: Diaz, H. F. and Markgraf, V., Cambridge University Press, 321–372, 2000.

Moy, C. M., Seltzer, G. O., Rodbell, D. T., Anderson, D. M. 2002. Variability of El Nino/Southern Oscillation activity at millennial timescales during the Holocene epoch, Nature, 420, 162–165.

Petrík, I. 2008. Pemza a bronz – na pomedzí mytológie a histórie egejského sveta. VEDA, vydavateľstvo Slovenskej akadémie vied, Bratislava 2008. 280 p.

Tsonis, A. A., Swanson, K. L., Sugihara, G., Tsonis, P. A. 2010. Climate change and the demise of Minoan civilization. Clim. Past, 6, 525-530, 2010.

Sandweiss, D. H., Richardson, J. B., Reitz, E. J., et al. 1996. Geoerchaeological evidence from Peru for a 5000 years BP onset of El Nino. Science, 273, 1531–1533, 1996.

Wang, G., Tsonis, A. A. 2008. On the variability of ENSO  at millennial timescales, Geophys. Res. Lett., 35, L17702, doi:10.1029/2008GL035092, 2008.

Pokorný, P., Bárta, M., (eds.) 2008. Něco překrásného se končí - kolapsy v přírodě a společnosti. Vydavatelstvo Dokořán, Praha. ISBN 978-80-7363-197-0. 256 s.  

Zdroje
http://www.emersonkent.com/map_archive/egypt_syria_mesopotamia_1450_bc.htm
http://www.pnas.org/content/108/2/458/F1.expansion.html

Smrť v Jurskom parku

Príbeh veľkého vymierania v jurskom období

Ak ste niekedy mali doma akvárium s rybičkami, určite veľmi dobre viete, aké dôležité pre tento domáci vodný zverinec je udržanie optimálnej úrovne kyslíka vo vode. Skúsili ste niekedy vypnúť vodnú pumpičku, ktorá zabezpečuje nielen samotné okysličovanie, ale aj rozvod na kyslík bohatej vody po celej nádržke? Síce vám to nedoporučujem, ale ak sa k tomuto kroku predsa len odhodláte, do 24 hodín vám nezostane nič iné, len sa poobzerať po novom akváriovom osadenstve. Aj bez tohto nákladného experimentu s úbohými rybkami, musí byť asi každému rozumnému človeku jasné, že úroveň obsahu rozpusteného kyslíka vo vode je pre život vo vodnom prostredí skutočne kľúčová. A platí to aj pre morské prostredie. Akonáhle obsah kyslíka klesne pod kritickú úroveň a dôjde k tzv. hypoxii, všetky vodné živočíchy (s výnimkou tých, ktoré dýchajú atmosférický kyslík), od najmenších červov až po žraloky, začnú bojovať o svoj život a tie viac citlivé na nízky obsah kyslíka začnú hynúť alebo odumierať. Aj bez hĺbavejšieho premýšľania si vieme asi všetci predstaviť, čo by sa stalo, ak by množstvo kyslíka kleslo na nulu (anoxia). Žiaľ, rozsiahle a mŕtve anoxické zóny v oceánoch a moriach poznáme aj z dnešnej doby. Dobrým príkladom sú pobrežné oblasti Mexického zálivu alebo Severného, Baltského alebo Čierneho mora (Obr. 2-3). 

Obr. 1: Mŕtve zóny v pobrežných oblastiach sú často krát spôsobené premnožením morských rias a siníc a ich následným odumieraním; príklad podobného premnoženia z oblasti La Jolla neďaleko San Diega v Kalifornii (Zdroj) 

A prečo o tom hovoríme? Nedávno bol publikovaný článok, ktorý prináša zaujímavý pohľad na doposiaľ málo známy rozsah dôsledkov globálneho otepľovania v období spodnej jury. V priebehu jurského stupňa Toark (pred 183 – 174 milión rokmi) došlo k významnému otepľovaniu svetových oceánov, ktoré bolo doprevádzané vznikom rozsiahlych hypoxických a anoxických zón a masovým vymieraním morského života na celej planéte. Toto obdobie, podobne ako aj o niečo neskoršia perióda na prelome paleocénu a eocénu (PETM) v treťohorách, by pre nás malo byť varovným príkladom toho, ako súčasné a veľmi rýchle otepľovanie planéty môže morský život priviesť až na pokraj úplného kolapsu.  

Obr. 2: Červené krúžky na mape znázorňujú mŕtve zóny so známou veľkosťou, naopak čierne body predstavujú zóny, o veľkosti ktorých nemáme žiadne bližšie informácie (Zdroj)  

Obr. 3: Plošný rozsah zóny hypoxie a anoxie v Čiernom mori neďaleko ústia rieky Dunaj v období 1973 až 1990 (Zdroj)  

Vývoj klímy v druhohorách

Ešte predtým, ako sa dostaneme k popisu samotnej udalosti počas spodnojurskej periódy, nie je na škodu si pripomenúť celkový obraz globálnych klimatických pomerov a ich zmien počas jurského, ale aj celého druhohorného obdobia (250 – 65 mil. rokov).

Obdobie jury (200 – 145 mil. rokov) bolo spolu so skorším obdobím triasu (250 – 200 mil. rokov) a neskoršou kriedou (145 – 65 mil. rokov) súčasťou druhohorného obdobia (Mezozoikum), ktoré sa v priemere vyznačovalo veľmi teplou klímou. Globálne teploty (GT), či už na pevninách alebo v oceánoch, boli o 7 až 12 °C vyššie ako v súčasnosti. Takto vysoké GT boli výsledkom nielen odlišnej geografie oceánov a pevnín, ale predovšetkým vysokej koncentrácie CO₂ v atmosfére – počas väčšiny mezozoika presahovala hodnotu 1500 ppm, a na konci triasu a v prvej polovici kriedy dokonca 2000 ppm (dnešná hodnota je 392 ppm). Na počiatku druhohôr existoval rozsiahly superkontinent Pangea, ktorý sa v priebehu triasu a jury začal rozpadať na menšie pevninské fragmenty, aby do konca kriedy nadobudlo rozloženie pevnín takmer dnešných kontúr. 

Tento vývoj zásadne ovplyvnil charakter globálnej a regionálnej klímy. Vzhľadom na prítomnosť jedinej celistvej pevninskej masy, klíma v triase bola nielen veľmi teplá, ale aj mimoriadne suchá (GT bola vyššia o ~ 7 °C ako dnes, priemerné teplotné maximá vo vnútrozemí Pangei presahovali vysoko 45 °C). Vlhké enklávy vznikali len pri pobreží oceánu, ktoré bolo pravidelne „zalievané“ výdatnými monzúnovými dažďami. Pozvoľný rozpad superkontinentu, ktorý začal už v samotnom triase a zrýchlil svoje tempo v nasledujúcom období druhohôr viedol k tomu, že podnebie v jure bolo o niečo vlhšie, no stále rovnako teplé ako v triase. Na perifériách Pangei začali vznikal rozsiahle zálivy a vnútorné alebo do pevniny hlboko vrezané okrajové moria (najväčšie z nich bolo Tethys, Obr. 4). Nová konfigurácia pevniny síce oslabila globálne monzúnové prúdenie, no na druhú stranu priviedla oceánickú vlhkosť hlbšie do vnútrozemia Pangei (pozn.: v tomto čase už Pangea pozostávala z dvoch kontinentov, na severe ležiacej Laurázie a južnejšej Gondwany). 

Obr. 4: Geografické rozloženie pevnín a oceánov v priebehu jury; 200-145 mil. rokov (Zdroj)  

Druhohorný „hothouse“

Tektonické pohyby litosférických dosiek, sprevádzané rozsiahlym a veľmi intenzívnym vulkanizmom, dosiahli svoj vrchol v poslednom období mezozoika, v kriede. Laurázia sa posunula viac na sever, medzi americkým, euroázijským a africkým kontinentom sa definitívne otvoril Atlantický oceán a od Gondwany sa začala v „horúčkovitom“ tempe vzďaľovať India. Na rozsiahlych plochách pevnín sa postupne rozlievalo more a vulkanizmus tlačil koncentrácie atmosférického CO₂ do stále vyšších úrovní. Len na margo pripomíname, že vulkanizmus dosahoval maximum najmä v období medzi 135 až 115 mil. rokmi, čo celkom dobre korešponduje s obdobím maximálnych koncentrácií atmosférického CO₂. Zvetrávanie hornín na pevninách v dôsledku ich malej plochy výrazne pokleslo, čím sa znížil záchyt CO₂ z atmosféry. 

Toto všetko prispelo k tomu, že v období kriedy, pred ~ 90 mil. rokmi, dosiahla GT svoje druhohorné teplotné maximum (vyššia o ~ 12 °C v porovnaní so súčasnosťou).  Ako ale vidieť, zhoda v načasovaní vrcholu koncentrácií CO₂ s mezozoickým teplotným maximom je veľkým otáznikom paleoklimatologického výskumu ešte aj dnes. Rovnako otáznym zostáva aj dôkaz existencie významnejšieho zaľadnenia v priebehu celého mezozoika. Berúc do úvahy všetky relevantné indikátory súdobej klímy zdá sa, že druhohorné polárne oblasti boli veľmi pravdepodobne bez trvalej prítomnosti rozsiahlejších ľadovcov, aj keď výrazná sezónnosť v teplote vzduchu tu existovať musela. Naznačuje to výskum zo Sibíri a Antarktídy, ktorých vnútrozemia pripomínali z pohľadu režimu počasia dnešné kontinentálne oblasti miernych šírok (napr.: východnú Európu). Vyskytovali sa tu tak horúce letá ako aj chladné zimy, a to aj so snehom. Priemerná ročná teplota však bola vyššia. Dôkazom toho je prítomnosť fosílií subtropickej fauny a flóry.

Obr. 5: Umelecká predstava jurskej krajiny (Zdroj) 

Jurské hypertermálne obdobie v Toarku

Ako vidieť z textu vyššie, jura bola obdobím, ktoré sa nijako zvlášť nevymykalo z druhohorného priemeru. Podnebie na rozsiahlych plochách planéty, a to aj v polárnych šírkach, bolo veľmi teplé a prevažne aj dosť vlhké. S výnimkou strednej jury, bola GT v priemere o minimálne 5-6 °C vyššia ako dnes. Okrem toho však dochádzalo aj k udalostiam, kedy sa GT posunula ešte o „kúsok“ vyššie. Jednou z týchto udalostí bol rýchly nárast GT v období najvrchnejšieho stupňa spodnej jury (Toark) pred približne 183 milión rokmi, ktoré nápadne pripomína súčasné globálne otepľovanie. Priemerné teploty v subtropických oblastiach vzrástli o 2-3,5 °C a o 6-8 °C v polárnych šírkach. Zdajú sa vám tieto hodnoty nejako povedomé? Niet divu. Podobné cifry ste si zrejme všimli v poslednej správe IPCC panelu o klimatickej zmene. V prípade, že ľudstvo bude pokračovať v 21. storočí vo vývoji ako doposiaľ (podľa scenára „business as usual“), odhady rastu teploty do konca tohoto storočia sa budú pohybovať vo veľmi podobných intervaloch ako počas Toarku. Podobnosť sa však skrýva aj niečom inom. Zdá sa totiž, že otepľovanie v spodnej jure vyvolala tá istá príčina, ktorá stojí nielen za súčasnou klimatickou zmenou, ale napríklad aj za udalosťou PETM spred 55 milión rokmi. Ako inak, je ňou rýchlo rastúca koncentrácia CO₂ v zemskej atmosfére.

Ako je to s kyslíkom v morskej vode?

Teraz si na chvíľku odskočíme k problematike vzniku mŕtvych zón v oceánoch. Molekulárny kyslík, ktorý morská fauna a flóra nevyhnutne potrebuje pre svoju existenciu, sa do morskej vody dostáva dvoma hlavnými spôsobmi. Jednak je to pomocou fotosyntézy vodných rastlín, morských rias a fytoplanktónu, alebo prostredníctvom miešania morskej vody a vzduchu na hladine oceánov (výrazne tomuto napomáha najmä vlnenie). Celkové množstvo rozpusteného kyslíka vo vode však nezávisí len od intenzity fotosystézy či sily morského príboja, ale ako vidieť na Obr. 6 a 7, aj od teploty vody. V teplejšej vode sa ho rozpustí menej ako v chladnej. A keďže teplota morskej vody, až na menšie odchýlky spôsobené morskými prúdmi, všeobecne klesá od rovníka (obratníkov) smerom k pólom, obrátená zonálnosť existuje v množstve rozpusteného kyslíka (v mol na liter vody). V najteplejší oblastiach oceánov tak koncentrácia kyslíka klesá niekedy až pod 4 ml/l, zatiaľ čo v polárnych oblastiach siaha takmer až k 10 ml/l (Obr. 7). 

Obr. 6: Globálne rozloženie priemernej ročnej teploty morskej vody do hĺbky 10 metrov v roku 2009 (Zdroj: NOAA) 

Obr. 7: Globálne rozloženie priemerného ročného množstva rozpusteného kyslíka [v mol/l] do hĺbky 10 metrov v roku 2009 (Zdroj: NOAA)

Vo vertikálnom profile je priebeh množstva kyslíka vo vode trochu komplikovanejší a závisí nielen od teploty, ale aj biologickej aktivity. V povrchových vrstvách oceánov dosahuje spravidla maximum a do hĺbky približne 1000 metrov klesá na svoje absolútne minimum, potom opäť stúpa a pri dne dosahuje druhotné maximum. V hĺbke okolo 1000 metrov sa v závislosti od podmienok často krát vytvárajú známe „anoxické“ (mŕtve) zóny s takmer nulovou koncentráciou kyslíka. Je to výsledok metabolizmu aeróbnych baktérií, ktoré sa v tejto hĺbke koncentrujú vo väčších množstvách, živia sa pritom biologickým odpadom padajúcim z povrchových vrstiev oceánu dole ku dnu. Baktérie pre svoj metabolizmus potrebujú kyslík, ktorý sa v týchto vrstvách dopĺňa len veľmi pomaly, a to z vody klesajúcej z povrchu oceánu. K vytváraniu mŕtvych zón však v poslednej dobe významne prispieva najmä človek, a to tým, že znečisťuje pobrežné oblasti chemickými látkami a nutrientmi pochádzajúcimi napríklad z poľnohospodárstva alebo miestnej kanalizácie. Tieto látky stimulujú rast siníc, morských rias a fytoplanktónu v povrchových pobrežných vodách. Po odumretí klesajú ich zvyšky do hlbších vrstiev, kde sú potravou pre aeróbne baktérie. Tie v podmienkach prebytku organického „materiálu“ spotrebovávajú veľké množstvá kyslíka až na úroveň, kedy dochádza k hypoxii, či dokonca až k anoxii. Príkladom najznámejšej mŕtvej zóny je anoxická zóna v Mexickom zálive, ktorý je výdatne živený nutrientmi rieky Mississippi (pravidelne dosahuje rozlohu viac ako 10 tisíc km²).     

Globálne otepľovanie a anoxické zóny v spodnej jure

Na základe nedávno zverejneného výskumu fosílnych kolónií bentických organizmov (organizmy žijúce na morskom dne – kôrovce, červy, atď.) a ich druhovej rozmanitosti v spodnojurských čiernych bridliciach z rôznych lokalít na Zemi, autori poukázali na existenciu rozsiahlych anoxických zón v časovom intervale s dĺžkou asi 900 tisíc rokov v období Toarku (Obr. 8). Skúmané súvrstvia tmavých bridlíc boli nielen veľmi chudobné na akékoľvek fosílie organizmov, teda nielen bentity, ale obsahovali aj vysoký podiel organického uhlíka a sulfidu železnatého (FeS). To samo o sebe už niečo vypovedá o tom, že morský život musel byť v tomto období druhovo veľmi chudobný a podmienky v oceánoch boli blízke anoxickým. Zhodou okolností sa toto obdobie celkom dobre kryje s periódou, v ktorej nastali významné zmeny množstva atmosférického CO₂ (nárast), nasledované rýchlym rastom GT a hladiny svetových oceánov (na základe rozsahu vytvárania morských sedimentov). Ako sa však uvádza aj v samotnej štúdii, vytváranie anoxických zón nebolo jedinou príčinou masového vymierania morského života, ktoré je zreteľné z geologických vrstiev. Tou druhou bola veľmi pravdepodobne acidifikácia (okysľovanie) morskej vody, spôsobená vysokými koncentráciami vzdušného CO₂. 

Obr. 8: Porovnanie vývoja rekonštruovaných teplôt v toarkskom období (na základe izotopovej analýzy kyslíka δ¹⁸O) s vývojom úrovne hladiny oceánov a indexom nMDS2, ktorý odráža druhovú diverzitu bentických organizmov - záporné odchýlky reprezentujú pokles biodiverzity (Zdroj)

Kde ale vypátrať príčinu samotného otepľovania? Hľadanie nebolo síce jednoduché, no zdá sa, že iniciátorom bol opäť raz planetárny vulkanizmus, podobne ako počas udalosti PETM. Tesne pred samotným vymieraním došlo totiž v oblasti Antarktídy a južnej Afriky k mohutnému výronu bazaltových láv, ktorý navyše zrejme destabilizoval podmorské sedimenty klatrátov metánu. Následné unikanie uhlíka do atmosféry viedlo k zvýšeniu koncentrácií CO₂ a k rýchlemu otepľovaniu planéty. Ako inak, následky na seba nenechali dlho čakať. Intenzívnejší hydrologický cyklus na pevninách (podmienený hlavne intenzívnejšími zrážkami) a častejšie extrémy počasia mohli viesť k rýchlejšiemu splachovaniu organických zvyškov suchozemskej biosféry do pobrežných oblastí okrajových morí a zálivov a stimulovať tak rýchlejší rast fytoplanktónu. Konečným výsledkom mohol byť vznik rozsiahlych anoxických zón v oceánoch, ktoré sa postupne rozšírili až ku dnu a zasiahli tak kolónie bentických organizmov. Všetko nahráva teórii, že koincidencia planetárneho vulkanizmu, otepľovania a rozširovania anoxických zón tak nakoniec viedla k následnému a veľmi rozsiahlemu vymieraniu života v morskom prostredí.

Aký plynie z tohto príbehu záver?

Ak už žiadny iný, tak minimálne ten, že máme k dispozícii ďalší zaujímavý analóg pre situáciu, v ktorej sa momentálne nachádzame aj my v súčasnosti. Táto štúdia prináša ďalší pozoruhodný pohľad na to, k akým závažným a pre nás niekedy až nepredstaviteľným dôsledkom môže iniciálne zvýšovanie množstva CO₂ v atmosfére nakoniec viesť, nech už je jeho pôvod akýkoľvek. Niektoré následky súčasného otepľovania (napr. zvýšenie zrážok na pevninách, zväčšovanie rozsahu požiarov, atď.) sa môžu zdať na prvý pohľad podružné a nevýznamné, no ako nám ukazuje aj vyššie popísaný výskum, ich vzájomné pôsobenie môže viesť k extrémnym environmentálnym stresom, ktorým morské, ale aj suchozemské ekosystémy vzdorujú len s veľkými obtiažami, prípadne reagujú na ne úplnym kolapsom. Zostane po našej civilizácii v horninovom zázname rovnaký geologický otlačok ako po spodnojurskom globálnom otepľovaní spred 180 milión rokmi? Dúfajme, že nie. Ak áno, potom celkom určite nie sme hodní druhej a tretej časti latinského označenia nášho druhu (homo sapiens sapiens). Vrstvy čiernych bridlíc z toarkského obdobia by pre nás mali byť varovaním!  

Literatúra

Danise S, Twitchett RJ, Little CTS, Clémence M-E. 2013. The Impact of Global Warming and Anoxia on Marine Benthic Community Dynamics: an Example from the Toarcian (Early Jurassic). PLoS ONE 8(2): e56255. doi:10.1371/journal.pone.0056255.  
http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0056255

Hallam, A., 1985. A review of Mesozoic climates. J. Geol. Soc. Lond., 142, 433–445.

Herman, A.B., Spicer, R.A., 1997. New quantitative palaeoclimate data for the Late Cretaceous Arctic: Evidence for a warm polar ocean. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 128, 227–251.

Kutzbach, J.E., 1994. Idealized Pangean climates: Sensitivity to orbital change. In: Klein, G.D. (ed.), Pangea: Paleoclimate, Tectonics and Sedimentation during Accretion, Zenith and Breakup of a supercontinent. Geological Society of American Special Paper, 288, pp. 41–55.

Parrish, J.T., 1993. Climate of the supercontinent Pangea. J. Geol., 101, 215–233.

Price, G.D., 1999. The evidence and implications of polar-ice during the Mesozoic. Earth Sci. Rev., 48, 183–210.

Iné zdroje

http://www.skepticalscience.com/jurassic-global-warming.html

http://geology.gsapubs.org/content/28/8/747.abstract

http://131.91.162.18/nasa/module-3/temperature-trend-changes/past-climates

http://en.wikipedia.org/wiki/Oxygen_minimum_zone

http://en.wikipedia.org/wiki/Dead_zone_%28ecology%29
http://www.blacksea-commission.org/_publ-Newsletter07.asp

Posledné veľké otepľovanie

Pred 55 miliónmi rokmi, na sklonku treťohornej epochy zvanej paleocén, sa doslova v priebehu nepatrného zlomku geologického času odohrala jedna najrýchlejších globálnych klimatickej zmien, akú kedy naša planéta zažila. Odohrala sa približne 10 miliónov rokov po možno ešte väčšej globálnej kataklizme, ktorá pred približne 65 miliónmi rokov vyhladila zo zemského povrchu dinosaury a ukončila tak dlhé, 185 milión rokov trvajúce, zväčša veľmi teplé obdobie druhohôr. Pre toto hypertermálne obdobie sa v paleoklimatológii zaužívalo označenie „Paleocénno-eocénne termálne maximum“ (skrátene PETM). Globálny priemer teploty vtedy v priebehu necelých 20 tisíc rokov vyskočil o úctyhodných 5 až 9°C. Čo je však ešte zaujímavejšie, zásadnú teplotnú zmenu prekonali oceány, a to dokonca vo veľkých hĺbkach, kde sa oteplilo o 6 až 8°C. Väčšina vtedy existujúcich ekosystémov síce bola schopná sa tejto rýchlej zmene prispôsobiť – tropická fauna a flóra migrovala do Severnej Ameriky a Európy a tropické druhy rýb sa rozšírili bližšie k zemským pólom – no udalosť PETM sprevádzalo aj niekoľko veľmi negatívnych dôsledkov, ktorých paralely a prvotné signály môžeme na Zemi vidieť aj v súčasnosti.

Jedným z nich bol rozsiahly kolaps morského života a vymieranie drobného zooplanktónu v dôsledku zvýšenia kyslosti (pokles pH) a teploty morskej vody. Žiaľ, podobností medzi PETM a súčasnou zmenou klímy je ďaleko viac. Prudké oteplenie počas PETM bolo totiž pravdepodobne spôsobené tou istou príčinou, o akej sa najčastejšie hovorí v spojitosti s globálnym otepľovaním v posledných 150 rokoch – masívnym nárastom koncentrácií skleníkových plynov v zemskej atmosfére, predovšetkým oxidu uhličitého a metánu. Záujem klimatológov o udalosť PETM je preto veľmi dobre zdôvodniteľný. Práve podrobnejšie a presnejšie informácie o udalosti PETM nám celkom určite môžu poslúžiť k tomu, aby sme si o rozsahu globálnych zmien, ktoré možno očakávať v nasledujúcich storočiach, mohli vytvoriť aspoň približnú predstavu. Ako však naznačujú novšie paleoklimatologické štúdie, je tu jedno veľké „ALE“. Zdá sa, že dokonca aj v porovnaní s PETM je súčasné otepľovanie mimoriadne rýchle a v prípade, že sa splní stredný a najlepší odhad rastu globálnej teploty, teda o približne 4 °C do roku 2100, pôjde o klimatickú zmenu s rýchlosťou 100-násobne prevyšujúcou kataklizmatické obdobie z prelomu paleocénu a eocénu.

Obr. 1: Rozsah oteplenia počas PETM na úrovni dlhodobého priemeru ročnej teploty vzduchu v niektorých vybraných regiónoch sveta (Zdroj: http://www.carbonvirgin.com/content/show/popup/url/petm) 

PETM – príčiny otepľovania

Naša planéta prešla počas svojho dlhého vývoja početnými epizódami prirodzeného otepľovania a ochladzovania. Príčin týchto zmien bolo mnoho, no najčastejšícm mechanizmom, alebo inak povedané, ich primárnym impulzom boli tzv. Milankovičove cykly, ktoré súvisia s dlhodobými zmenami parametrov zemskej orbity. Tie v priebehu určitých, pravidelne sa opakujúcich periód (v posledných aspoň 450 tisíc rokov ide o periódy s trvaním 21, 41 a 100 tisíc rokov) zásadne podmieňujú zmeny pozície a vzdialenosti Zeme od Slnka v zimnom a letnom období, a tým aj celkovú intenzitu slnečného žiarenia dopadajúceho na zemský povrch severnej pologule. Vo vedeckej komunite prevláda zhoda v tom, že mechanizmus týchto zmien vedie k štartovaniu ale aj ukončovaniu dôb ľadových, ako aj teplejších interglaciálov. Okrem toho však poznáme aj skupinu klimatických zmien, ktorých pôvod nemožno spájať výlučne s Milankovičovými cyklami, ale s faktormi, stojacími napríklad aj za súčasným globálnym otepľovaním. Exemplárnym príkladom takéhoto klimatického „skoku“ je práve udalosť PETM.

Obr. 2: Porovnanie tempa rastu globálnej teploty dnes (červená) a v priebehu PETM (modrá)

Celkové oteplenie počas udalosti PETM nebolo všade rovnaké. Povrchové vrstvy oceánov vzrástli najviac vo vysokých zemepisných šírkach, a to o ~ 6-9 °C, menej v trópoch (~ 4 °C). Ešte viac sa však zvýšili teploty vo väčších hĺbkach, v miernych a polárnych šírkach o ~ 8 °C, bližšie k rovníku o ~ 6 °C. Na pevninách, v porovnaní s oceánmi boli teplotné zmeny o niečo menej výrazne, aj keď stále veľmi veľké. V miernych šírkach sa oteplilo o ~ 5 °C, pri rovníku o ~ 3 °C. Dôsledky na zmeny rozloženia zrážok a ich veľkosť pravdepodobne záviseli od regiónu. Niektoré štúdie naznačujú suchšie podmienky (globálne rozšírenie sucha) v priebehu PETM, iné poukazujú na to, že niektoré regióny mali významne vyššie ročné úhrny zrážok. Na základe paleoklimatologického výskumu globálny obraz o klimatických zmenách počas PETM je dnes už síce jasnejší, no značné neistoty stále pretrvávajú ohľadom presnejšieho označenie zdroja a pôvodu obrovských emisií uhlíka do zemskej atmosféry.

Podľa toho, čo doteraz vieme, v období medzi 55 a 54,5 miliónmi rokmi došlo vo fosíliách k významnému nárastu zastúpenia ľahkého izotopu uhlíka 12C, ktorý je pri fotosyntéze rastlín uprednostňovaný pred ťažším uhlíkom 13C. Čo to znamená? Poukazuje to na masívny nárast koncentrácií uhlíka v zemskej atmosfére, a to najmä vo forme CO2, ktorého pôvodom mohla buď samotná biosféra (horenie biomasy) alebo sedimenty bohaté na ľahší izotop uhlíka, teda uhlie alebo tiež ropa (do úvahy pripadajú aj metánové hydráty alebo permafrost). Izotopové analýzy geologických vrstiev na pevninách a v oceánoch, ako aj dôkazy o rozsahu a veľkosti samotného otepľovania naznačujú, že pri udalosti PETM sa v priebehu necelých 10 tisíc rokov muselo do atmosféry dostať približne 3 až 10 biliónov ton čistého uhlíka (najlepší odhad 5 biliónov ton), s horným odhadom rýchlosti emisie max. 2 Gt C za rok (2 mld. ton uhlíka). Len pre porovnanie, ľudstvo dnes vypúšťa do atmosféry takmer 5-násobne väčšie množstvo uhlíka – ročná antropogénna emisia je takmer 10 Gt C (cca 35 Gt CO2).

Dnes presne nevieme, odkiaľ sa tak obrovské množstvo uhlíka v priebehu PETM zobralo (je asi 3-násobné v porovnaní s tým, aké je dnes uložené v biosfére), no najpravdepodobnejšia hypotéza hovorí o tom, že v iniciálnom štádiu jeho zdrojom boli už spomínané sedimenty uhlia a ropy, do ktorých prenikala roztavená magma v dôsledku veľmi intenzívneho vulkanizmu v priestore rodiaceho sa Atlantického oceánu. Vulkanizmus a horenie uhlia viedlo k prvotnému nárastu koncentrácií CO2, ktorého radiačný efekt zvýšil globálnu teplotu o približne 2 až 4°C. Vzhľadom na tak výrazne oteplenie, hypotéza ďalej počíta so zapojením silných pozitívnych väzieb zo strany ďalšieho, veľmi silného skleníkového plynu – metánu. Jeho pôvod možno vystopovať hlboko na dne oceánov. Signál otepľovania atmosféry sa totižto pomocou morských prúdov dostal pomerne rýchlo aj do hlbších častí oceánov. Veľmi rýchle a razantné oteplenie hlbokomorského prostredia mohlo destabilizovať sedimenty metánhydrátov, ktorý nakoniec v podobe plynného metánu začal unikať do atmosféry a podporovať už tak vysokú koncentráciu CO2.

Obr. 3: Vývoj koncentrácie CO2 v období od začiatku fenerozoika (548 mil. rokov)

Do hry však veľmi pravdepodobne vstúpil aj ďalší veľký zdroj metánu – permafrost, a to predovšetkým v oblasti vtedajšej Antarktídy. Len pre zaujímavosť, dnes je na morskom dne vo forme metánhydrátu uložených približne 500 až 10 000 Gt C a v permafroste ďalších asi 400 Gt C. V dôsledku výraznej klimatickej zmeny sa v priebehu dlhšieho času stala významným zdrojom uhlíka aj samotná biosféra. Vyššie povrchové teploty a rozširujúce sa sucho na pevninách spôsobovali, podobne ako dnes, častejšie a rozsiahlejšie požiare suchozemskej vegetácie. Prevažnú časť oteplenie počas PETM nemožno nakoniec pripísať iniciálnemu otepleniu, ale naopak silným pozitívnym spätným väzbám (najmä zo strany metánu), ktoré pravdepodobne zohrajú dôležitú úlohu aj v najbližšej budúcnosti.

S obrovským nárastom koncentrácií CO2 si síce planéta dokázala poradiť, ale trvalo jej celých 200 tisíc rokov než nadbytočný uhlík z atmosféry zapracovala opäť do biosféry a zemskej kôry. PETM pravdepodobne predstavovalo sériu niekoľkých po sebe nasledujúcich náhlych oteplení, na ktoré sa paleocénna flóra a fauna síce dokázala adaptovať, no konečná klimatická zmena bola nakoniec tak výrazná, že stála za zrodom novej geologickej epochy – eocénu.

Skleníkový eocén

Udalosť PETM pravdepodobne do istej miery ovplyvnila aj prvú tretinu nasledujúceho geologického obdobia – eocénu (obdobie pred 55 až 34 mil. rokmi). Týmto obdobím vyvrcholila a skončila jedna z najteplejších periód v známej geologickej histórii Zeme. Globálna teplota síce už nebola tak vysoká ako počas druhohôr alebo PETM, no bola dostatočne vysoká na to, aby znemožnila akékoľvek trvalejšie zaľadnenie polárnych oblasti, zvlášť Antarktídy. Takmer na celej planéte panovalo veľmi teplé a aj vlhké podnebie. Oveľa teplejšie ako dnes boli predovšetkým polárne oblasti, kde priemerná ročná teplota bola o celých 30°C vyššia ako v súčasnosti. Na globálnej úrovni bolo teplejšie o približne 6 až 8 °C. V niektorých oblastiach Grónska a Aljašky mala klíma takmer subtropický charakter. Potvrdzujú to nálezy fosílnych zvyškov paliem, či dokonca krokodílov, napríklad z Ellesmerovho ostrova v severnej Kanade. Geografická konfigurácia kontinentov a oceánov bola, až na menšie „drobnosti“, takmer totožná s tou súčasnou. Európa, Severná či Južná Amerika sa už viac-menej nachádzali vo svojich súčasných polohách. Avšak tie „drobnosti“, ktoré sme v predošlej vete bez povšimnutia preskočili, zohrali pri formovaní eocénnej klímy zásadnú úlohu. Okrem vysokých koncentrácií CO2, ktoré sa v prvej polovici Eocénu pohybovali vysoko nad úrovňou 1000 ppm, to bola predovšetkým podstatne odlišná konfigurácia morských prúdov a teda aj intenzívnejšia výmena tepla medzi trópmi a polárnymi oblasťami, čo z Eocénu vytvorilo doslova saunu.

Obr. 4: Najzávažnejším dôsledkom PETM bolo hromadné vymieranie morského života - najviac postihnutou skupinou živočíchov boli mikroskopické organizmy radu Foraminifera (Dierkavce) - vymrelo až 50% druhov

Pred 55 mil. rokmi bola Antarktída spojená kontinentálnymi mostami s ďalšími dvoma veľkými pevninskými blokmi – Austráliou a Južnou Amerikou. Toto prepojenie umožňovalo, aby sa k Antarktíde dostávala teplá povrchová voda z tropických oblasti južnej pologule. Výsledkom boli teploty v priemere o minimálne 30°C vyššie aké panujú v Antarktíde v súčasnosti. Celý kontinent bol pokrytý lesmi mierneho podnebného pásma a zaľadnenie, ak vôbec v tomto období existovalo, sa obmedzovalo len na najvyššie horské oblasti (treba však pripomenúť, že Antarktída v tejto dobe pripomínala skôr rozsiahle súostrovie ako kompaktný kontinent). V dôsledku absencie kontinentálneho zaľadnenia Grónska a Antarktídy siahala hladina svetových oceánov o 50 metrov vyššie ako dnes. Dôkazy o horúcom podnebí z prvej polovice Eocénu sú k dispozícii aj z hlbokomorských vrtov. Tie naznačujú, že oceány boli prehriate až ku dnu. V porovnaní so súčasnou teplotou na dne oceánov (priemerne okolo 0-2°C) boli teploty v Eocéne skutočne extrémne vysoké – 14 až 16°C (!). Zohľadniac vtedajší objem všetkých morí a oceánov ako aj existenciu minimálneho vertikálneho a horizontálneho gradientu teploty vody, je asi len veľmi ťažké si predstaviť, aké ohromné množstvo energie v podobe tepla bolo v eocénnych oceánoch „uložené“.

PETM vs. súčasná zmena klímy

Aby sme však uviedli udalosť PETM do kontextu so súčasným otepľovaním, dobré je si uvedomiť, že doposiaľ pozorované otepľovanie v 20. storočí je zatiaľ približne 10-krát tak rýchle ako to, ktoré vieme doložiť z geologických záznamov spred 55 miliónov rokov. Celkové globálne oteplenie v priebehu PETM pravdepodobne dosahovalo až k 9°C za obdobie dlhé asi 20 tisíc rokov, čo je v prepočte na 100 rokov otepľovanie s rýchlosťou 0,025°C/storočie. Planéta sa v poslednom storočí otepľovala rýchlosťou asi 1 až 4°C (v závislosti od regiónu). Je však veľmi pravdepodobné, že toto tempo sa bude naďalej zvyšovať. V prípade, že sa splní stredný a najlepší odhad rastu globálnej teploty, teda o približne 4 °C do roku 2100, pôjde o klimatickú zmenu s rýchlosťou 100-násobne prevyšujúcou kataklizmatické obdobie z prelomu paleocénu a eocénu. PETM však bledne v porovnaní so súčasnou zmenou klímy aj iných parametroch. Ako sme už uviedli vyššie, maximálny odhad ročnej emisie čistého uhlíka počas PETM bola približne 2 Gt C (niekedy sa uvádza maximálne 1,7 Gt C), pričom dnes celková antropogénna emisia sa pohybuje až na úrovni 9-10 Gt C s predpokladom rastu až k hodnotám 25-30 Gt C v polovici tohto storočia (len pre porovnanie, ročná emisia čistého uhlíka vulkanizmom je približne 0,06 Gt C). Od počiatku priemyselnej revolúcie, pred 250 rokmi, dokázali ľudia zvýšiť koncentráciu skleníkových plynov na úroveň, aká panovala na Zemi naposledy pred približne 15 až 20 mil. rokmi. Zemi trvalo 40 miliónov rokov, kým za pomoci vlastnej autoregulácie a globálneho teplotného termostatu znížila úroveň CO2 zo 700 ppm na predindustrálnych 280 ppm.

Obr. 5: Simulácie povrchovej teploty modelom CCSM3 (NCAR) pre 6 vybraných periód, pred 250 mil., 55 mil. (PETM), 21 tis. (LGM) rokmi, v 19. a 20. storočí a pre koniec 21. storočia (Zdroj: http://www.ncar.ucar.edu/feature/fieldguides/paleoclimate/)

Návrat do eocénu?

Podľa dokonca aj toho najpravdepodobnejšieho emisného scenára IPCC (SRES A1B), by celkové koncentrácie CO2 mohli do roku 2100 dosiahnuť úroveň 700 ppm, teda hodnotu, ktorá sa naposledy na Zemi vyskytovala práve v období Eocénu, ešte pred zaľadnením Antarktídy. Dokonca aj keď zoberieme do úvahy o niečo optimistickejší scenár SRES B1, ktorý je v prípade absencie akýchkoľvek mitigačných opatrení a redukcií emisií CO2 skôr nereálny, predpokladané koncentrácie CO2 v roku 2100 budú pravdepodobne stále vyššie než v období posledných 30 mil. rokov (500 ppm). Keďže však vývoj emisií CO2 v poslednom desaťročí skôr konvergoval k pesimistickejším scenárom IPCC, treba zobrať do úvahy aj možnosť, že by koncentrácie v roku 2100 mohli dosiahnuť hodnotu okolo 1000 ppm (scenár A1Fl), čo je už hodnota príznačná pre prvú a najteplejšiu fázu Eocénu.

V prípade, že by sa tak skutočne stalo, je veľmi pravdepodobné, že do roku 2300 by mohla globálna teplota vzduchu vzrásť o 8 až 10°C, čo by boli podmienky porovnateľné s najteplejšími periódami Eocénu. Ako sme už uviedli vyššie, Zemi trvalo 40 miliónov rokov než sa ochladila z eocénneho „skleníka“ na dnešné holocénne teplotné optimum. Ako sa však zdá, ľudia majú potenciál sa vrátiť do Eocénu asi 200 tisíc krát rýchlejšie. Pochopiteľne, je veľmi otázne, či dokonca aj v prípade, že vývoj pôjde cestou najpesimistickejších emisných a teplotných scenárov, sa globálne oteplí o spomínaných 10°C. Predsalen, globálna geografia oceánov a pevnín je v súčasnosti trochu iná ako tomu bolo v Eocéne a okrem toho, odozva antarktického kontinentálneho ľadovca bude relatívne pomalá (niekoľko tisíc rokov). Isté neistoty vyplývajú aj z použitia samotných emisných scenárov, a ešte väčšie z absencie fyzikálneho chápania a parametrizácie všetkých spätných väzieb v klimatickom systéme Zeme (niektoré globálne otepľovanie zosilnia, iné ho môžu potlačiť). Avšak argumentácia pomocou existujúcich neistôt, či už v klimatických modeloch alebo empirických údajoch, nie je z pohľadu riešenia globálnej klimatickej zmeny tým najšťastnejším krokom. Ako vieme veľmi dobre, neistoty takmer vždy hrajú v náš neprospech!

Neistoty zostávajú, ale ...

Aj napriek tomu, že udalosť PETM je pre nás zatiaľ nie celkom pochopená perióda vývoja globálnej klímy Zeme, neistoty vyplývajúce z obmedzených schopností používaných paleoklimatologických metód datovania a izotopových analýzy fosílnych zvyškov, by v žiadnom prípade nemali byť interpretované v zmysle nedostatočného/nekorektného pohľadu na citlivosť klimatického systému Zeme na takto výrazne zmeny fyzikálneho stavu atmosféry. Práve naopak, udalosť PETM nám ukazuje plný rozsah toho, ako dokáže celý planetárny systém komplexne reagovať na rýchlu zmenu chemizmu atmosféry. Skúsenosť s PETM, aj keď nie ešte celkom vyčerpávajúca a presná, nám ukazuje aj ďalšiu skutočnosť. Iniciálne oteplenie, ktoré sme v posledných približne 100-120 rokov započali v dôsledku spaľovania fosílnych palív je zdá sa len tou prvou, menšou časťou celkového otepľovania, ktoré nás veľmi pravdepodobne ešte len čaká. Dôležité v tomto zmysle bude, ako rýchlo a s akým rozsahom sa do celého procesu v najbližšom storočí zapoja pozitívne, prípadne negatívne spätné väzby, schopné prvotné oteplenie podporiť, resp. zoslabiť. Najväčšie obavy panujú okolo deštrukcie permafrostu v polárnych a subpolárnych oblastiach, ako aj nestabilné hlbokomorské sedimenty metán hydrátu, ktoré môžu byť obrovským zdrojom metánu.

Autori:

Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Oddelenie klimatológie, Boční II 1401, 141 31 Praha 4, Česká republika),

Mgr. Alexander Ač, PhD. (Centrum výskumu globálnej zmeny AV ČR, v.v.i., Bělidla 986/4a, 603 00 Brno, Česká republika).

Literatúra

Archer, D. 2009. The Long Thaw. Princeton University Press. 2009. 180 p.

Aubry, M-P., Lucas, S. G., Berggren, W. A. 1999. Late Paleocene-Early Eocene Biotic and Climatic Events in the Marine and Terrestrial Records. New York: Columbia University Press. ISBN 978-0231102384

Burroughs, W. J. 2007. Climate Change: A Multidisciplinary Approach. Cambridge University Press, New York.  378 p.

Hartmann, D. L. 1994. Global Physical Climatology. Academic Press – Elsevier. 1994. 412 p.

Kump, L. R. 2011. The Last Great Global Warming. Scientific American, 2011, p. 56-61.

Ruddiman, W. F. 2008. Earth´s Climate: Past and Future. Druhé vydanie, V. H. Freeman & Com.

Zachos, J. C., Dickens, G. R., Zeebe, R. E. 2008. An early Cenozoic perspective on greenhouse warming and carbon-cycle dynamics. Nature 451, 279–283. (DOI 10.1038/nature06588).

Iné zdroje
http://www.skepticalscience.com/eocenepark.html,
http://www.skepticalscience.com/end-of-the-hothouse.html,
http://www.skepticalscience.com/New-Understanding-of-Past-GW-Events_UNH.html,
http://www.skepticalscience.com/Petmpf.html,
http://www.globalwarmingart.com/wiki/File:65_Myr_Climate_Change_Rev_png,
http://www.ipcc-data.org/ddc_co2.html,
http://www.wunderground.com/climate/PETM.asp?MR=13,
http://www.palaeontologyonline.com/articles/2011/the-paleocene-eocene-thermal-maximum/.