Tarih Öncesi İklim Değişikliği
Dünya tarihi boyunca iklim çok değişmiştir. Örneğin, Dinozorlar Çağı olan Mezozoik Çağ'da iklim çok daha sıcaktı ve atmosferde bol miktarda karbondioksit vardı. Bununla birlikte, 65 milyon yıl öncesinden günümüze kadar Senozoik Çağ boyunca iklim kademeli olarak soğumaktadır. Bu bölüm, geçmişteki bu önemli iklim değişikliklerinden bazılarını özetlemektedir.
Geçmiş Buzullaşmalar
Jeolojik tarih boyunca iklim milyonlarca yıl boyunca yavaşça değişmiştir. En son Pliyosen-Kuvaterner buzullaşmasından önce, başka büyük buzullaşmalar da olmuştur. Huroniyen olarak bilinen en eskisi, yaklaşık 2,5 milyar yıl önce, Arkean Eon'unun sonlarına doğru, Proterozoik Eon'un başlarında meydana gelmiştir. O zamanın olayı olan Büyük Oksijenlenme Olayı, genellikle buzullaşmaya neden olmakla ilişkilendirilen önemli bir olaydı. Artan oksijenin güçlü sera gazı metan ile tepkimeye girerek soğumaya neden olduğu düşünülmektedir.
Yaklaşık 700 milyon yıl önce Proterozoik Çağ'ın sonunda başka buzullar da vardı. Bu eski Prekambriyen buzulları Kartopu Dünya hipotezine dahildir. Bu eski zamanlara ait yaygın küresel kaya dizileri, buzulların düşük enlemlerde bile var olduğuna dair kanıtlar içermektedir. Genellikle tropikal deniz ortamlarında oluşan kireçtaşı kayaları ve genellikle soğuk iklimlerde oluşan buzul birikintileri, dünyanın pek çok bölgesinde bu dönemden itibaren bir arada bulunmuştur. Bunun bir örneği Utah'ta görülmektedir. Kıtasal buzullaşmanın kanıtı, Büyük Tuz Gölü'ndeki Antilop Adası'nda iç içe geçmiş kireçtaşı ve buzul çökellerinde (diyamititler) görülmektedir.
Tartışmalı Kartopu Dünya hipotezi, buz ve karın güneş radyasyonunu yansıttığı ve kutup bölgelerinden ekvatora doğru giderek yayıldığı kaçak bir albedo etkisinin kara ve okyanus yüzeylerinin tamamen donmasına ve biyolojik aktivitenin çökmesine neden olduğunu öne sürmektedir. O zamanlar donmuş olan okyanusa karbondioksit giremediği için, Dünya'yı kaplayan buzun ancak yanardağlar atmosfere sera ısınmasına neden olacak kadar yüksek karbondioksit yaydığında eriyebileceği düşünülüyordu. Bazı çalışmalar, donmuş okyanus yüzeyi nedeniyle bugünkü konsantrasyondan 350 kat daha yüksek karbondioksit gerektiğini tahmin etmektedir. Biyolojik faaliyetler devam ettiği için, kartopu dünya hipotezindeki tam donma ve bunun kapsamı tartışmalıdır. Rakip bir hipotez de ekvator okyanusunun bazı bölgelerinin açık kaldığı Slushball Earth hipotezidir. Dünya'nın manyetik kutuplarının kararlılığına ilişkin farklı bilimsel sonuçlar, sonraki metamorfizmanın antik kaya kanıtları üzerindeki etkileri ve mevcut kanıtların alternatif yorumları Kartopu Dünya fikrini tartışmalı kılmaktadır.
Paleozoik Çağ'da da buzullaşmalar meydana gelmiştir; özellikle Ordovisiyen'in sonlarında, yaklaşık 440-460 milyon yıl önce, büyük bir yok oluş olayıyla aynı zamana denk gelen And-Sahra buzullaşması ve 323 ila 300 milyon yıl önce Pennsylvanian Dönemi'nde Karoo Buzul Çağı. Bu buzullaşma, Wegener'in Pangea'nın güney kutup enlemlerine doğru sürüklendiğini öne sürdüğü Kıtasal Sürüklenme hipotezi için gösterdiği kanıtlardan biriydi. Karoo buzullaşması, büyük olasılıkla kara bitkilerinin evrimi ve yükselişi ile ortaya çıkan oksijen artışı ve ardından karbondioksit düşüşü ile ilişkilendirilmiştir.
Son 65 milyon yıl olan Senozoik Çağ boyunca iklim sıcak başlamış ve günümüze kadar kademeli olarak soğumuştur. Bu sıcak döneme Paleosen-Eosen Termal Maksimum adı verilir ve Antarktika ve Grönland bu dönemde buzsuzdu. Eosen'den bu yana, Senozoik Çağ boyunca meydana gelen tektonik olaylar gezegenin sürekli ve önemli ölçüde soğumasına neden olmuştur. Örneğin, Hint Levhası ve Asya Levhası çarpışarak Himalaya Dağlarını oluşturmuş, bu da silikat minerallerinin, özellikle de feldispatın ayrışma ve erozyon oranını artırmıştır. Artan ayrışma atmosferdeki karbondioksiti tüketerek sera etkisini azaltır ve uzun süreli soğumaya neden olur.
Yaklaşık 40 milyon yıl önce, Güney Amerika Levhası ile Antarktika Levhası arasındaki dar boşluk genişleyerek Drake Geçidi'ni açtı. Bu açıklık Antarktika çevresindeki suyun - Antarktika Sirkumpolar Akıntısı'nın - batıdan doğuya sınırsız bir şekilde akmasına izin vererek güney okyanusunu Pasifik, Atlantik ve Hint Okyanuslarının daha sıcak sularından etkili bir şekilde izole etti. Bölge önemli ölçüde soğumuş ve 35 milyon yıl önce Oligosen Dönemi'nde Antarktika'da buzullar oluşmaya başlamıştır.
Yaklaşık 15 milyon yıl önce, Orta ve Güney Amerika arasındaki dalma-batma volkanları Kuzey ve Güney Amerika'yı birbirine bağlayan Panama Kıstağı'nı yarattı. Bu durum Pasifik ve Atlantik Okyanusları arasında su akışını engellemiş ve tropik bölgelerden kutuplara ısı transferini azaltmıştır. Bu azalan ısı transferi daha soğuk bir Antarktika ve daha büyük Antarktika buzulları yarattı. Sonuç olarak, buz tabakası karada ve suda genişledi, Dünya'nın yansıtıcılığını artırdı ve albedo etkisini geliştirdi, bu da pozitif bir geri besleme döngüsü yarattı: daha yansıtıcı buzul buzu, daha fazla soğutma, daha fazla buz, daha fazla soğutma vb.
5 milyon yıl önce, Pliyosen Dönemi'nde, Kuzey Amerika ve Kuzey Avrupa'da buz tabakaları büyümeye başlamıştı. Günümüzdeki buzullaşmanın en yoğun olduğu dönem Pleistosen Devri'nin son 1 milyon yılıdır. Pleistosen'in sıcaklığı 40.000 ila 100.000 yıllık zaman ölçeklerinde neredeyse 10°C (18°F) aralığında önemli ölçüde değişir ve buz tabakaları buna bağlı olarak genişler ve daralır. Bu değişimler, Milankovitch döngüleri olarak adlandırılan, Dünya'nın yörünge parametrelerindeki ince değişikliklere bağlanmaktadır. Geçtiğimiz milyon yıl boyunca, buzullaşma döngüleri yaklaşık olarak her 100.000 yılda bir gerçekleşmiş ve birçok buzul ilerlemesi son 2 milyon yılda meydana gelmiştir (Lisiecki ve Raymo, 2005).
Bir buzul çağı sırasında, iklimin ısındığı dönemlere buzullar arası dönemler denir; buzullar arası dönemler sırasında, iklimin daha da sıcak olduğu çok kısa dönemlere ise interstadialler denir. Bu ısınma yükselişleri, Dünya'nın yörüngesinde meydana gelen ve iklimi dalgalandırabilen değişiklikler olan Milankovitch döngüleri gibi Dünya'nın iklim değişkenlikleriyle ilgilidir. Son 500.000 yılda beş ya da altı buzul arası dönem yaşanmış olup, bunların en sonuncusu içinde bulunduğumuz zamana, Holosen dönemine aittir.
Daha yakın tarihli iki iklim dalgalanması olan Younger Dryas ve Holosen İklim Optimumu, karmaşık değişiklikler göstermektedir. Bu olaylar daha yeni olmakla birlikte çelişkili bilgilere sahiptir. Younger Dryas'ın soğuması Kuzey Yarımküre'de yaygın olarak kabul edilmektedir, ancak olayın yaklaşık 12.000 yıl önceki zamanlaması her yerde eşit görünmemektedir. Ayrıca Güney Yarımküre'de bulunması da zordur. Holosen İklim Optimumu, yaklaşık 6.000 yıl önceki bir ısınmadır; evrensel olarak daha sıcak değildi, şu anki ısınma kadar sıcak değildi ve her yerde aynı anda sıcak değildi.
Geçmiş İklimlerin Vekil Göstergeleri
Geçmiş iklimler hakkında ne biliyoruz? Jeologlar geçmiş iklimi anlamak için vekil göstergeler kullanırlar. Bir vekil gösterge, geçmişteki bir şeyin parmak izi gibi davranan kaya, tortu veya buz kayıtlarında korunan biyolojik, kimyasal veya fiziksel bir imzadır. Bu nedenle, iklimin dolaylı bir göstergesidirler. Proterozoik Eon ve Paleozoik Era'dan eski buzullaşmaların dolaylı bir göstergesi, Utah'taki Mineral Fork Formasyonu'dur ve diamictite (tillite) gibi buzul çökeltilerinin kaya oluşumlarını içerir. Bu koyu renkli kayaç, birçok ince taneli bileşenin yanı sıra modern bir buzul tabakası gibi bazı büyük boyutlu parçalara sahiptir.
Derin deniz tortusu, Senozoik Çağ'da, yaklaşık son 65 milyon yıldaki iklim değişikliğinin dolaylı bir göstergesidir. Uluslararası bir araştırma işbirliği olan Okyanus Sondaj Programı'ndan araştırmacılar, sürekli tortu birikimini kaydeden derin deniz tortu çekirdekleri toplamaktadır. Tortu, milyonlarca yıl boyunca okyanus tabanında biriken derin deniz bentik foraminifer kabuklarından elde edilen kararlı karbon ve oksijen izotoplarının ayrıntılı kimyasal kayıtlarını sağlar. Oksijen izotopları, derin deniz sıcaklıklarının ve kıtasal buz hacminin vekil bir göstergesidir.
Sediman Karotları-Stabil Oksijen İzotopları
Oksijen izotopları geçmiş iklimi nasıl gösterir? İki ana kararlı oksijen izotopu 16O ve 18O'dur. Her ikisi de suda (H2O) ve foraminiferlerin kalsiyum karbonat (CaCO3) kabuklarında bu maddelerin oksijen bileşeni olarak bulunur. En bol ve en hafif izotop 16O'dur. Daha hafif olduğu için okyanus yüzeyinden su buharı olarak daha kolay buharlaşır ve daha sonra okyanus ve karada bulutlara ve yağışa dönüşür. Bu buharlaşma daha sıcak deniz suyunda artar ve planktonun kabukları için karbonat elde ettiği yüzey deniz suyundaki 18O konsantrasyonunu hafifçe artırır. Bu nedenle, deniz tabanı tortusundaki fosilleşmiş kabuklardaki 16O ve 18O oranı, deniz suyunun sıcaklığı ve buharlaşmasının vekil bir göstergesidir.
Unutmayın, daha ağır olan suyu buharlaştırmak daha zordur ve yoğunlaştırmak daha kolaydır. Buharlaşan su buharı kutuplara doğru sürüklenirken ve küçük damlacıklar bulutları ve yağışları oluştururken, 18O'lu su damlacıkları daha hafif formdaki damlacıklardan daha kolay oluşma ve çökelme eğilimindedir ve sürüklenen buharı 18O bakımından tükenmiş bırakır. İklimin daha soğuk olduğu jeolojik zamanlarda, karaya düşen bu hafif yağışların daha fazlası buzul buzu şeklinde kilitlenir. Sadece 14.000 yıl önceki son buzul çağında dev buz tabakalarının bir milden daha kalın olduğunu ve Kuzey Amerika'nın büyük bir bölümünü kapladığını düşünün. Buzullaşma sırasında, buzullar daha fazla 16O'yu etkili bir şekilde hapseder, böylece okyanus suyu ve foraminifer kabukları 18O bakımından zenginleşir. Bu nedenle, foraminiferlerin kalsiyum karbonat kabuklarındaki 18O'nun 16O'ya oranı (𝛿18O) geçmiş iklimin vekil bir göstergesidir. Okyanus Sondaj Programı'ndan elde edilen tortu karotları, tortudaki bu fosillerin sürekli birikimini kaydetmekte ve buzullar, buzullar arası dönemler ve ara dönemlerin bir kaydını sağlamaktadır.
Sediman Karotları-Bor-İzotopları ve Asitlik
Okyanus asitliği karbonik asitten etkilenir ve geçmiş atmosferik CO2 konsantrasyonları için bir vekildir. Okyanusun son 60 milyon yıldaki pH'ını (asitliğini) tahmin etmek için araştırmacılar derin deniz tortu çekirdekleri topladı ve eski planktonik foraminifer kabuklarının bor-izotop oranlarını inceledi. Borun iki izotopu vardır: 11B ve 10B. Borun sulu bileşiklerinde, bu iki izotopun göreceli bolluğu pH'a (asitlik), dolayısıyla CO2 konsantrasyonlarına duyarlıdır. Erken Senozoik dönemde, yaklaşık 60 milyon yıl önce, CO2 konsantrasyonları 2.000 ppm'in üzerindeydi, pH daha yüksekti ve 55 ila 40 milyon yıl önce düşmeye başladı, bor izotop oranlarıyla gösterilen pH'da gözle görülür bir düşüş oldu. Bu düşüş muhtemelen okyanus sırtları, volkanlar ve metamorfik kuşaklardan çıkan CO2 gazının azalması ve Himalaya Dağları'nın yükselmesi ve dalma-batma nedeniyle karbon gömülmesinin artmasından kaynaklanmıştır. Miyosen döneminde, yaklaşık 24 milyon yıl önce, CO2 seviyeleri 500 ppm'in altındaydı ve 800.000 yıl önce CO2 seviyeleri 300 ppm'i geçmiyordu.
Buz Çekirdeklerindeki Karbondioksit Konsantrasyonları
Son Pleistosen Dönemi iklimi için araştırmacılar, Antarktika ve Grönland buz tabakalarından buz çekirdekleri çıkarıp analiz ederek son 800.000 yılın daha ayrıntılı ve doğrudan kimyasal kaydını elde etmektedir. Bu buz tabakaları üzerinde kar birikir ve yıllık katmanlar oluşturur. Bu yıllık katmanlardan oksijen izotopları toplanır ve 18O'nun 16O'ya oranı (𝛿18O) yukarıda tartışıldığı gibi sıcaklığı belirlemek için kullanılır. Buna ek olarak, kar buza dönüşürken buzda küçük atmosferik gaz kabarcıkları bulunur. Bu kabarcıkların analizi, atmosferin bu önceki zamanlardaki bileşimini ortaya koymaktadır.
Bu buzun küçük parçaları kırılır ve eski hava, eski atmosferin kimyasını tespit edebilen bir kütle spektrometresine çıkarılır. Karbondioksit seviyeleri bu ölçümlerden yeniden oluşturulur. Son 800.000 yıl boyunca, sıcak zamanlarda maksimum karbondioksit konsantrasyonu milyonda 300 parça (ppm), soğuk zamanlarda ise minimum 170 ppm olmuştur. Şu anda dünyanın atmosferik karbondioksit içeriği 410 ppm'in üzerindedir.
Okyanus Mikrofosilleri
Foraminiferler, diyatomlar ve radyolaryalılar gibi mikrofosiller, geçmiş iklim kayıtlarını yorumlamak için bir vekil olarak kullanılabilir. Sediman çekirdeğinin farklı katmanlarında farklı mikrofosil türleri bulunur. Mikrofosil grupları topluluk olarak adlandırılır ve bileşimleri yaşadıkları iklim koşullarına bağlı olarak farklılık gösterir. Bir topluluk, buzul zamanları gibi daha soğuk okyanus sularında ve aynı tortu çekirdeğinde farklı bir seviyede yaşayan türlerden oluşurken, diğer bir topluluk daha sıcak sularda yaşayan türlerden oluşmaktadır.
Ağaç Halkaları
Bir ağaç büyüdükçe her yıl oluşan ağaç halkaları, geçmişteki bir başka iklim göstergesidir. Daha kalın olan halkalar daha yağışlı yıllara, daha ince ve birbirine daha yakın olan halkalar ise daha kurak yıllara işaret eder. Bir ağaç her yıl, bir aydınlık ve bir de karanlık bölümü olan bir halka oluşturur. Halkaların genişliği değişir. Ağaçlar hayatta kalmak için çok fazla suya ihtiyaç duyduğundan, daha dar halkalar daha soğuk ve kuru iklimleri gösterir. Bazı ağaçlar birkaç bin yaşında olduğundan, bilim insanları halkalarını bölgesel paleoiklimsel rekonstrüksiyonlar için, örneğin geçmiş sıcaklığı, yağışı, bitki örtüsünü, akarsu akışını, deniz yüzeyi sıcaklığını ve diğer iklime bağlı koşulları yeniden yapılandırmak için kullanabilirler. Paleoklimatik çalışma, geçmişteki belirgin bir jeolojik iklimle ilgili olduğu anlamına gelir. Ayrıca Puebloan kalıntılarında bulunanlar gibi ölü ağaçlar, bölgedeki uzun süreli kuraklıkları göstererek ve muhtemelen köylerin neden terk edildiğini açıklayarak bu vekil göstergeyi genişletmek için kullanılabilir.
Polen
Polen aynı zamanda bir vekil iklim göstergesidir. Çiçekli bitkiler polen taneleri üretir. Polen taneleri mikroskop altında incelendiğinde ayırt edilebilir. Bazen polenler, her yıl katmanlar halinde biriken göl tortularında korunur. Göl tortu çekirdekleri eski polenleri ortaya çıkarabilir. Fosil polen toplulukları ladin, çam ve meşe gibi birden fazla türe ait polen gruplarıdır. Zaman içinde, tortu çekirdekleri ve radyometrik yaş tarihleme teknikleri aracılığıyla polen toplulukları değişerek o dönemde bölgede yaşayan bitkileri ortaya çıkarır. Bu nedenle, farklı bitkiler farklı iklimleri tercih edeceğinden, polen toplulukları geçmiş bir iklim göstergesidir. Örneğin, Kuzeybatı Pasifik'te, Cascades'in doğusunda, otlak ve orman sınırlarına yakın bir bölgede, bilim insanları son iki buzullaşmayı kapsayan son 125.000 yıl boyunca polenleri izledi. Şekilde gösterildiği gibi (Whitlock ve Bartlein 1997 referansından Şekil 2), daha fazla çam ağacı poleni içeren polen toplulukları buzul dönemlerinde, daha az çam ağacı poleni içeren polen toplulukları ise buzullar arası dönemlerde bulunur.
Diğer Vekil Göstergeler
Paleoiklimbilimciler geçmiş iklimleri anlamak için insan tarihi kayıtları, yakın geçmişe ait insan enstrüman kayıtları, göl tortuları, mağara çökeltileri ve mercanlar gibi birçok başka olguyu incelemektedir.
Yorumlar
Yorum Gönder