3. Změny klimatu v minulosti

Kdo se věnuje studiu minulých změn klimatu?

Než se pustíme do změn klimatu v daleké minulosti, je třeba si na samotný začátek představit ve zkratce obory, které historii klimatu zkoumají. Změnám a kolísáním podnebí v minulosti se věnují především dva vědní obory: paleoklimatologie a historická klimatologie.

Paleoklimatologie

Paleoklimatologie je vědní obor, který studuje změny a kolísání klimatu před počátkem prvních meteorologických měření. Časově tedy pokrývá období stará tisíce až miliony let. Protože z těchto období ještě nepochází žádné záznamy z meteorologických měření, získávají paleoklimatologové údaje o teplotě vzduchu, vlhkosti vzduchu nebo výšce hladin moří a oceánů z přírodních archivů (tzv. proxy data). Mezi často využívané přírodní archivy patří např. ledovcová jádra, letokruhy stromů, půdní a jezerní sedimenty nebo rašeliniště. Těmto datům se také říká nepřímá data, a to proto, že není možné z nich např. teplotu vzduchu přímo vyčíst jako na teploměru, ale je nutné z nich požadované informace získat nepřímými postupy.

K získání potřebných údajů z přírodních archivů o minulém klimatu byla vyvinuta řada metod. Např. z ledovcových jader jsou získávány vzduchové bubliny, které byly v ledu uvězněny v době vzniku dané vrstvy ledu. Jejich analýzou jsou vědci schopni odvodit složení atmosféry v době až před 800 000 lety a určit průměrnou teplotu vzduchu.

Údaje o teplotě vzduchu nebo množství vláhy za posledních několik tisíc let jsme schopni získat z letokruhů stromů. Každý strom vytvoří každý rok právě jeden letokruh. Pokud se podíváš na pařez uřezaného stromu a spočítáš všechny letokruhy, můžeš se dopočítat, jak byl strom starý. Vědní disciplína dendrochronologie je poskládáním letokruhů mnoha stromů schopná zjistit, jaké podnebí panovalo v době života studovaných stromů.

Dendrochronologie aneb Co nám letokruhy stromů říkají o minulém klimatu?

Dendrochronologie je vědní disciplína, která datuje stáří dřeva na základě letokruhů stromů. Každý letokruh se skládá ze světlé části, která přirůstá na jaře (jarní dřevo), a tmavé, tvrdší části přirůstající v létě (letní dřevo). Jednotlivé letokruhy se liší svou šířkou nebo hustotou a množstvím buněk, které v daný rok vznikly. Právě šířka letokruhů nebo hustota jejich buněk nám říká, jak se danému stromu dařilo v konkrétním roce. Na základě měření jejich šířky nebo hustoty buněk je dendrochronologie schopná zpětně datovat vybraný letokruh do konkrétního roku života stromu. Na základě studia informací z letokruhů je dendrochronologie schopná rekonstruovat průběh minulé teploty vzduchu, vlhkostních podmínek, výskytu epizod sucha, požárů, zemětřesení, sopečných erupcí nebo náletů hmyzu. Vědci jsou schopní měřit šířku letokruhu s přesností na 0,01 mm. Poskládáním desítek až stovek výsledků měření jednotlivých stromů umí dendrochronologové sestavit řady popisující klima i před více než 10 000 lety.

A odkud získávají vědci dřevo ke svému výzkumu? Kromě rostoucích (někdy velmi starých) stromů získávají vzorky ze starých dřevěných staveb (sruby, trámy hradů a kostelů) nebo tzv. subfosilních kmenů (kmeny uložené v prostředí bez přístupu kyslíku).

Historická klimatologie

Historická klimatologie je vědní obor, který studuje minulé klima na základě tzv. dokumentárních a obrazových pramenů. Mezi tyto prameny patří např. kroniky, letopisy, staré deníky, nejstarší noviny, ale i obrazy nebo fotografie. Historičtí klimatologové jsou z nich schopni rekonstruovat především teplotu vzduchu, srážky nebo výskyt epizod sucha.

Časově vyplňuje historická klimatologie období posledních několika set až tisíc let (v závislosti na dostupnosti dokumentárních pramenů). V českém prostředí dokáže historická klimatologie velmi dobře rekonstruovat klimatické podmínky od počátku 16. století. V jiných státech, kde jsou k dispozici delší historické záznamy, např. v Itálii, Japonsku nebo Číně, máme informace o počasí nebo povodních staré i 2500 let. Jak je patrné z výše uvedeného textu, historická klimatologie se kromě popisu minulého podnebí věnuje i studiu živelních pohrom a jejich dopadům (studium povodní, vichřic, krupobití aj.). O pramenech používaných historickými klimatology ke studiu minulého klimatu nebo povodní se více dozvíš např. v Atlasu krajiny ČR v kapitole Historické klima a povodně v českých zemích. Stejně tak se můžeš více dozvědět o tom, jak vědci dokáží na základě starých kronik rekonstruovat klima od počátku 16. století.

Vývoj podnebí na Zemi

Počátky podnebí spadají do nejstarších dob planety Země, která vznikla před 4,6 miliardami let (viz níže). Ke “vzniku” podnebí bylo zapotřebí několika ingrediencí – vytvoření samotné atmosféry, tedy směsi různých plynů, vznik kontinentů, oceánských proudů nebo koloběhu vody. Na podnebí měly v minulosti velký vliv i sopečné erupce, plyny unikající ze zemského pláště a kůry, intenzita slunečního záření, dopady meteoritů, rozložení kontinentů nebo rozmach prvních forem života (např. sinic a řas).

Podnebí na Zemi v nejstarších dobách

O podnebí na Zemi před 4,6–2,2 miliardami let víme poměrně málo. Sluneční svit byl tehdy slabší než v současnosti, teplota vzduchu byla ale výrazně vyšší z důvodu zesíleného skleníkového efektu. Z této doby nemáme ještě žádné doklady o ledovcích. To se změnilo před 2,2–2,1 miliardami let, kdy máme první doklady o zalednění Země (tzv. Huronské zalednění). Z této doby pochází také teorie Země jako “sněhové koule”. V období před 2,1–0,8 miliardami let nemáme opět žádné důkazy o zalednění na Zemi. Avšak v průběhu 200 milionů let (před 0,8–0,6 miliardami let) proběhly na Zemi tři fáze zalednění, kdy ledovce pokrývaly i nízké zeměpisné šířky.

Podnebí v paleozoiku (prvohorách)

Dějiny Země jsou členěny na geologické éry, které jsou dále členěny na kratší periody. Pro lepší přehled si prostuduj obrázek dole. Éra, ze které pochází již relativní dostatek informací o klimatu, se nazývá paleozoikum (dříve známé také jako prvohory, před 542–252 miliony let) a dělí se na šest period. Rozložení kontinentů a oceánů, směr mořských proudů, rozsah zalednění, sopečná činnost nebo živé organismy významně ovlivňovali podnebí na Zemi. Pojďme se na paleozoikum nyní podívat důkladněji.

V období kambria (před 542–485 miliony let), prvním ze šesti period, panovalo teplé a suché klima i daleko od rovníku. Nedochovaly se nám žádné stopy po zalednění a klimatické podmínky byly celkově mírné. Život se rozvíjel v teplých a mělkých mořích, na pevnině však ještě velmi pravděpodobně žádné rostliny ani živočichové nebyli. Mohla za to zřejmě slabá nebo zcela chybějící ozónová vrstva.

Následující ordovik (před 485–443 miliony let) je považován za jedno z nejchladnějších období na Zemi. Došlo v něm k vytvoření mohutného ledovce, což mělo mimo jiné za následek pokles hladiny světového oceánu až o 100 metrů.

V siluru (před 443–419 miliony let) umožnila tenká vrstva ozónu vznik a šíření prvních rostlin na souši. Došlo také k tání ledovců následkem posunu kontinentů blíže k rovníku a opětovnému nárůstu hladiny světového oceánu. Severní Evropa a část Severní Ameriky ležely v rovníkové oblasti. Klima zde bylo teplé a suché, místy se vyskytovaly pouště.

Devon (před 419–359 miliony let) se vyznačoval masivním rozšířením rostlin na souši (např. kapradin). Evropa a Severní Amerika ležely tehdy na obratníku Kozoroha a převládalo zde teplé a suché klima. V průběhu devonu však došlo k poklesu množství oxidu uhličitého v atmosféře a následnému poklesu teploty vzduchu, což mohla být jedna z příčin následného masového vymírání.

Pokud by ses přenesl/a zpět v čase do karbonu (před 359–299 miliony let), ocitl/a by ses uprostřed hustého pralesa s bujnou vegetací a množstvím bažin. Je to také období, kdy ze stromových kapradin vznikalo první černé uhlí. Laurasie, jejíž součástí byla i Evropa, se vyskytovala v oblasti rovníku. Na počátku karbonu panovalo velmi teplé klima, ale postupně docházelo k ochlazení a nakonec i k zalednění jižněji položené Gondwany.

V poslední periodě paleozoika, permu (před 299–252 miliony let), dochází k tání ledovců v Gondwaně a nastupuje zde mírné klima. To bylo příznivé pro tvorbu nového černého uhlí. Na území České republiky se v té době střídaly polopouštní podmínky s vlhčími obdobími. Ke konci permu také došlo k největšímu dosud zaznamenanému masovému vymírání druhů na Zemi následkem prudkého nárůstu oxidu uhličitého, kterému padli za oběť např. i poslední trilobiti (více níže).

V období paleozoika a mezozoika došlo ke vzniku jednoho superkontinentu – Pangey. V době její existence (před 300–200 miliony let) na ní převládalo teplé a suché kontinentální klima vedoucí k ústupu karbonských mokřadů, a naopak šíření pouští. Léta byla teplá, zimy naopak velmi chladné.

Podnebí v mezozoiku (druhohorách)

Podobně jako paleozoikum i mezozoikum (druhohory, před 252–66 miliony let) členíme na kratší periody, v tomto případě tři (trias, jura, křída). Na počátku triasu (před 252–201 miliony let) převládalo celosvětově teplé a suché klima, kdy ještě na 60° severní šířky rostly palmy. Je to období prvních dinosaurů a také savců. Jura (před 201–145 miliony let), stejně jako následná křída, byla periodou nadvlády dinosaurů, přičemž někteří z nich dokázali žít až za polárním kruhem. Klima převládalo teplé a vlhké, což umožňovalo intenzivní vznik převážně černého uhlí. Během křídy (před 145–66 miliony let) se podnebí postupně ochlazovalo, přesto nebyly nalezeny známky po zalednění. I přes postupný pokles teploty byla teplota na Zemi vyšší asi až o 10 °C oproti současnosti a klima bylo vlhčí. Křída byla jednou z nejteplejších period na Zemi. Na jižním pólu v té době panovaly tropické podmínky a rostly bujné lesy. Křída, a tím i věk dinosaurů, byla ukončena pádem asteroidu, který významně zasáhl nejen do podoby následného klimatu, ale i do života na Zemi jako takového.

Asteroid, který ukončil křídu

Asi před 66 miliony lety dopadl na poloostrov Yucatán asteroid o velikosti mezi 10–15 km, váze kolem osmi bilionů tun a objemu asi poloviny Mount Everestu. Asteroid vytvořil kráter Chicxulub (čti Čikšulub) o průměru asi 200 km a současné hloubce 1 km. Dopad tělesa vyvolal celosvětovou ekologickou katastrofu doprovázenou masivním zemětřesením a požáry. Teplota vzduchu stoupla na dobu až několika hodin na 100–260 °C, vznikla obrovská vlna tsunami a ožila řada sopek. Následně došlo k ochlazení průměrné globální teploty vzduchu o 2–8 °C, což vedlo k vymření všech neptačích dinosaurů a celkově 73 % všech obratlovců. Následkem toho došlo v nadcházejících desítkách milionech let k rozvoji savců. A o 66 milionů let později i k objevení se druhu homo sapiens sapiens.

Podnebí v kenozoiku (třetihory–čtvrtohory)

Éra kenozoika započala před 66 miliony lety po pádu asteroidu na Zemi a trvá do současnosti. Dělí se na tři periody: paleogén, neogén (dříve zvané třetihory) a kvartér (dříve čtvrtohory).

Po pádu asteroidu na začátku paleogénu (před 66–23 miliony let) nastalo celosvětové teplé a vlhké klima, které se dále oteplovalo. Vývoj průměrné globální teploty vzduchu za posledních 66 milionů můžeš vidět na obrázku níže. Na počátku paleogénu byla teplota vzduchu vyšší až o 12 °C oproti současnosti. To mělo mimo jiné za následek, že tropické lesy sahaly na obou polokoulích až k polárním pásům a v polárních oblastech rostly subtropické neopadavé lesy. Vrchol oteplení nastal před 56 miliony lety, kdy došlo k významnému teplotnímu výkyvu nazvanému paleocenní-eocenní teplotní maximum.

Před asi 48 miliony let nastalo další výrazné ochlazování podnebí a vysušování. Mohlo za to kromě jiného odtržení Austrálie od Antarktidy a vytvoření studeného mořského proudu kolem Antarktidy, propojení Atlantského a Severního ledového oceánu průlivem a kolísání množství oxidu uhličitého v atmosféře. To vše vedlo ke globálnímu ochlazení, které vyústilo v zalednění Antarktidy před 34 miliony lety. Ochlazení v Antarktidě vedlo k vytvoření pevninského ledovce, který zde v různých podobách přetrvává dodnes. V této době zároveň došlo k náhlému poklesu množství oxidu uhličitého v atmosféře a dalšímu prudkému ochlazování podnebí.

Na počátku neogénu (před 23–2,6 miliony let) je i přes předchozí ochlazování klimatu průměrná globální teplota vzduchu stále vyšší o 7–9 °C oproti současnosti. Klima tedy bylo v porovnání s dneškem stále teplé a vlhké. Avšak před 10 miliony lety došlo k tvorbě Panamské šíje mezi Severní a Jižní Amerikou, která propojila oba kontinenty před 3 miliony let. To vedlo k přerušení teplých oceánských proudů mezi Atlantským a Tichým oceánem, ochlazení klimatu, nárůstu rozlohy Antarktického ledovce a zalednění severní polokoule. Jedním z následků byl vznik grónského ledovce.

Kvartér (před 2,6 miliony až současnost, dříve též čtvrtohory) je nejmladší a nejkratší periodou, ve které byl dotvořen charakter současného podnebí. Kvartér se dále dělí na dvě geologická období: pleistocén a holocén.

Pleistocén (před 2,6 miliony lety–11 700 let před současností) se vyznačoval střídáním dob ledových (glaciály) a meziledových (interglaciálů). Jednalo se o opakované a relativně rychlé výkyvy klimatu, které trvají dodnes. Má se za to, že holocén je další dobou meziledovou. Samotná doba ledová přinesla chladnější (o 11–13 °C ve střední Evropě oproti současnosti) a sušší klima. Rozšiřovaly se pevninské a horské ledovce na obou polokoulích, změnil se směr mořských proudů a ve střední Evropě ustoupily lesy tundře. Celkem známe čtyři doby ledové, v rámci kterých probíhala řada dalších teplotních výkyvů. Délka jednoho takového cyklu se pohybovala mezi 100 000–120 000 lety.

Naopak v dobách meziledových docházelo k oteplení klimatu (až o 2–3 °C oproti současnosti) a nárůstu vlhkosti. Rozdíl klimatických podmínek mezi dobou ledovou a meziledovou si můžeš představit jako rozdíl mezi současným podnebím jižní Moravy a severní Evropy. V dobách meziledových, které průměrně trvaly kolem 15 000–20 000 let, došlo k ústupu ledovců, nárůstu hladiny světového oceánu, k rychlému nástupu lesa na pevnině a celkové změně biodiverzity.

Změny a kolísání klimatu v holocénu

Protože v současnosti žijeme v poslední fázi kvartéru zvané holocén (před 11 700 lety–současnost), věnujeme tomuto období samostatnou kapitolu. Vrchol poslední doby ledové nastal asi před 21 500 lety a od té doby docházelo k postupnému ústupu ledovců a růstu teploty vzduchu. Před 11 700 lety došlo k náhlému nárůstu teploty vzduchu (až o 6 °C) a začíná samotný holocén. Období holocénu se vyznačuje relativně stabilním klimatem a pravidelnými srážkami, což umožnilo rozvoj zemědělství a rozmach lidské civilizace. Přesto ani holocénu se nevyhnulo kolísání klimatu vyznačující se poklesem nebo nárůstem teploty vzduchu.

Jedno z takových kolísání nastalo před 12 800 lety, kdy v oblasti Severní Ameriky, Atlantiku a Evropy došlo k náhlému ochlazení až o 8 °C za 6 měsíců.

Po ochlazení před 8 200 lety nastalo tzv. holocénní klimatické optimum (před 8 200–5 000 lety). Na severní polokouli nastalo teplé a vlhké klima, kdy teplota vzduchu byla ve střední Evropě pravděpodobně o 2–3 °C vyšší než v současnosti a srážky dosahovaly o 350 mm vyšších úhrnů. Klimatické optimum se projevilo nárůstem zalesnění, kdy např. vrcholky všech českých pohoří vyjma Krkonoš byly zalesněné. Teplejší a vlhčí klima umožnilo také rozvoj a šíření zemědělství (neolitická revoluce). Někdy před 5 000 lety se začíná klima ve střední Evropě postupně ochlazovat a před 4 200 lety došlo k náhlému poklesu srážek. To mělo za následek sucho trvající až 100 let, které mělo negativní dopad na řadu starověkých říší (Egypt, Mezopotámie, Čína). Naopak příznivé klimatické podmínky před 2 250–1600 lety (250 př. n. l.–400 n. l.) se označují jako římské klimatické optimum, kdy mírně vyšší teplota vzduchu dopomohla k rozkvětu středomořských civilizací včetně známé římské říše.

Významným mezníkem v dějinách holocénu je rok 536 n. l. V tomto a následujících rocích došlo k několika silným erupcím sopek na severní polokouli, což vedlo k poklesu teploty vzduchu až o 1,7 °C (především ve Středomoří). Toto období je také známé jako pozdní starověká malá doba ledová a trvalo do poloviny 7. století. Během tohoto období nastala řada neúrodných roků, hladomorů a úbytek obyvatel v Evropě, Egyptě a Etiopii. ​

Dalším významným mezníkem v holocénu byla tzv. středověká klimatická anomálie, známá též jako středověké teplotní optimum (10.–13. století n. l.). Během tohoto období rostla teplota vzduchu i úhrn srážek především v Evropě a Severní Americe, ale ke kolísání klimatu docházelo např. i v Číně. Lidstvo reagovalo na příznivé klimatické podmínky vyšší zemědělskou produkcí, nárůstem populace a následným osidlováním nových území (např. známé vikingské plavby do Grónska a Severní Ameriky). Středověkou klimatickou anomálii však hned na počátku 14. století n. l. vystřídalo ochlazení známé jako malá doba ledová (14. století–1850). Průměrná teplota vzduchu v Evropě v tomto období poklesla o 1,5 °C. V Českých zemích na konci 17. století byla teplota vzduchu nižší dokonce až o 2,1 °C a jednalo se o nejchladnější období u nás od roku 1500. Samotný název malé doby ledové nepocházel z ochlazení klimatu, ale nárůstu horských ledovců od druhé poloviny 16. století, které působily značné škody. Více se o malé době ledové dozvíš ve videu níže.

Malá doba ledová

Malá doba ledová skončila v polovině 19. století, kdy horské ledovce začaly ustupovat. Od této doby pozorujeme postupný globální nárůst teploty vzduchu, který se naplno projevil od konce 70. let 20. století. Dnes je tato změna známá jako globální oteplování.

Kvíz ze změn klimatu v minulosti

Otestuj své znalosti z této kapitoly ve znalostním kvízu.