Evolution af Jorden
Som den lapis lazuli-ædelsten, den ligner, virker den blå, skyudviklede planet, som vi umiddelbart genkender fra satellitbilleder, bemærkelsesværdigt stabil. Kontinenter og oceaner, der er omgivet af en iltrig atmosfære, understøtter velkendte livsformer. Alligevel er denne konstans en illusion, der er skabt af den menneskelige oplevelse af tid. Jorden og dens atmosfære forandres hele tiden. Pladetektonikken flytter kontinenterne, rejser bjerge og flytter havbunden, mens processer, der ikke er fuldt ud forstået, ændrer klimaet.
Sådan konstant forandring har kendetegnet Jorden siden dens begyndelse for ca. 4,5 milliarder år siden. Fra begyndelsen har varme og tyngdekraft præget planetens udvikling. Disse kræfter blev gradvist suppleret af de globale virkninger af livets opståen. Udforskning af denne fortid giver os den eneste mulighed for at forstå livets oprindelse og måske dets fremtid.
Videnskabsfolk plejede at tro, at stenplaneterne, herunder Jorden, Merkur, Venus og Mars, blev skabt ved et hurtigt gravitationskollaps af en støvsky, en deation, der gav anledning til en tæt kugle. I 1960’erne ændrede Apollo-rumprogrammet denne opfattelse. Undersøgelser af kratere på månen afslørede, at disse riller blev forårsaget af nedslag fra objekter, der var i stor mængde for ca. 4,5 milliarder år siden. Herefter viste det sig, at antallet af nedslag hurtigt er faldet. Denne observation gav nyt liv til teorien om akkretion, som Otto Schmidt havde postuleret. Den russiske geofysiker havde i 1944 foreslået, at planeterne voksede i størrelse gradvist, trin for trin.
Ifølge Schmidt klumpede kosmisk støv sig sammen til partikler, partikler blev til grus, grus blev til små kugler, så store kugler, så små planeter, eller planetesimaler, og til sidst blev støvet på størrelse med månen. Efterhånden som planetesimalerne blev større, blev deres antal mindre. Som følge heraf faldt antallet af kollisioner mellem planetesimalerne eller meteoritterne. Færre emner til rådighed til akkretion betød, at det tog lang tid at opbygge en stor planet. En beregning foretaget af George W. Wetherill fra Carnegie Institution of Washington viser, at der kunne gå omkring 100 millioner år mellem dannelsen af et objekt med en diameter på 10 km og et objekt på størrelse med Jorden.
Accretionsprocessen havde betydelige termiske konsekvenser for Jorden, konsekvenser, der på en kraftig måde styrede dens udvikling. Store legemer, der ramte ind i planeten, producerede enorm varme i dens indre og smeltede det kosmiske støv, der fandtes der. Den resulterende ovn – der ligger 200 til 400 kilometer under jorden og kaldes et magmaocean – var aktiv i millioner af år og gav anledning til vulkanudbrud. Da Jorden var ung, blev varmen på overfladen forårsaget af vulkanisme og lavastrømme fra det indre forstærket af det konstante bombardement af enorme objekter, hvoraf nogle måske var på størrelse med månen eller endda Mars. Intet liv var muligt i denne periode.
Ud over at klarlægge, at Jorden var dannet ved akkretion, tvang Apollo-programmet forskerne til at forsøge at rekonstruere den efterfølgende tidsmæssige og fysiske udvikling af den tidlige Jord. Denne opgave var blevet anset for umulig af grundlæggerne af geologien, herunder Charles Lyell, som følgende sætning tilskrives: Ingen spor af en begyndelse, ingen udsigt til en slutning. Dette udsagn giver udtryk for den opfattelse, at den unge jord ikke kunne genskabes, fordi dens rester blev ødelagt af selve dens aktivitet. Men udviklingen af isotopgeologien i 1960’erne havde gjort dette synspunkt forældet. Geokemikere, hvis fantasi var blevet vakt af Apollo og månens fund, begyndte at anvende denne teknik til at forstå Jordens udvikling.
Datering af sten ved hjælp af såkaldte radioaktive ure giver geologer mulighed for at arbejde på gamle terræner, der ikke indeholder fossiler. Viserne på et radioaktivt ur er isotoper – atomer af det samme grundstof med forskellige atomvægte – og geologisk tid måles ud fra den hastighed, hvormed en isotop henfalder til en anden . Blandt de mange ure er de ure, der er baseret på uran 238’s henfald til bly 206 og uran 235’s henfald til bly 207, specielle. Geokronologer kan bestemme alderen på prøver ved kun at analysere datterproduktet – i dette tilfælde bly – af den radioaktive modertype, uran.
Søgning efter zirkoner
ISOTOPE GEOLOGI har gjort det muligt for geologer at fastslå, at Jordens akkretion kulminerede med planetens differentiering: skabelsen af kernen – kilden til Jordens magnetfelt – og begyndelsen af atmosfæren. I 1953 brugte Claire C. Patterson fra California Institute of Technology i sit klassiske arbejde uran-bly-uret til at fastslå en alder på 4,55 milliarder år for Jorden og mange af de meteoritter, der dannede den. I begyndelsen af 1990’erne førte imidlertid arbejde udført af en af os (Allègre) på blyisotoper til en noget ny fortolkning.
Som Patterson argumenterede, blev nogle meteoritter faktisk dannet for ca. 4,56 milliarder år siden, og deres vragrester udgjorde Jorden. Men Jorden fortsatte med at vokse gennem bombardement af planetesimaler indtil omkring 120 millioner til 150 millioner år senere. På det tidspunkt – for 4,44 til 4,41 milliarder år siden – begyndte Jorden at bevare sin atmosfære og skabe sin kerne. Denne mulighed var allerede blevet foreslået af Bruce R. Doe og Robert E. Zartman fra U.S. Geological Survey i Denver for to årtier siden og er i overensstemmelse med Wetherills skøn.
Kontinenternes opståen kom noget senere. Ifølge teorien om pladetektonik er disse landmasser den eneste del af Jordens skorpe, der ikke genbruges og derfor ødelægges under den geotermiske cyklus, der drives af konvektionen i kappen. Kontinenterne udgør således en form for hukommelse, fordi man i deres bjergarter kan læse optegnelserne om det tidlige liv. Geologisk aktivitet, herunder pladetektonik, erosion og metamorfisme, har imidlertid ødelagt næsten alle de gamle bjergarter. Kun meget få fragmenter har overlevet denne geologiske maskine.
Nu er der dog i de seneste årtier blevet foretaget flere vigtige nds, igen ved hjælp af isotopgeokemi. En gruppe under ledelse af Stephen Moorbath fra University of Oxford har opdaget terræn i Vestgrønland, der er mellem 3,7 og 3,8 milliarder år gammelt. Desuden udforskede Samuel A. Bowring fra Massachusetts Institute of Technology et lille område i Nordamerika – Acasta gneiss – som menes at være 3,96 milliarder år gammelt.
Endeligt førte en søgen efter mineralet zircon andre forskere til endnu mere gammelt terræn. Zircon, der typisk findes i kontinentale bjergarter, opløses ikke under erosionsprocessen, men aflejres i partikelform i sediment. Nogle få stykker zirkon kan derfor overleve i milliarder af år og kan tjene som vidnesbyrd om Jordens mere gamle skorpe. Søgningen efter gamle zirkoner begyndte i Paris med Annie Vitrac og Jol R. Lancelot, senere ved henholdsvis universitetet i Marseille og nu ved universitetet i Nmes, samt med Moorbaths og Allgre’s indsats. Det var en gruppe ved Australian National University i Canberra under ledelse af William Compston, der fik den endelige succes. Holdet fandt zirkoner i det vestlige Australien, der var mellem 4,1 og 4,3 milliarder år gamle.
Zirkoner har været afgørende ikke blot for at forstå kontinenternes alder, men også for at bestemme, hvornår livet først opstod. De tidligste fossiler af ubestridelig alder blev fundet i Australien og Sydafrika. Disse levn fra blågrønne alger er omkring 3,5 milliarder år gamle. Manfred Schidlowski fra Max Planck Institute for Chemistry i Mainz har undersøgt Isua-formationen i Vestgrønland og hævder, at der fandtes organisk materiale allerede for 3,8 milliarder år siden. Fordi det meste af optegnelserne om tidligt liv er blevet ødelagt af geologisk aktivitet, kan vi ikke sige præcis, hvornår det første gang opstod – måske opstod det meget hurtigt, måske endda for 4,2 milliarder år siden.
Storier fra gasser
Et af de vigtigste aspekter af planetens udvikling er dannelsen af atmosfæren, fordi det er denne samling af gasser, der gjorde det muligt for livet at kravle op af havene og blive opretholdt. Forskere har siden 1950’erne stillet den hypotese, at den jordiske atmosfære blev skabt af gasser, der kom ud af planetens indre. Når en vulkan spytter gasser ud, er det et eksempel på Jordens fortsatte udgasning, som man kalder det. Men forskerne har sat spørgsmålstegn ved, om denne proces skete pludseligt – for ca. 4,4 milliarder år siden, da kernen differentierede sig – eller om den foregik gradvist over tid.
For at besvare dette spørgsmål undersøgte Allègre og hans kolleger isotoper af sjældne gasser. Disse gasser–herunder helium, argon og xenon–har den særlige egenskab at være kemisk inaktive, dvs. at de i naturen ikke reagerer med andre grundstoffer. To af dem er særligt vigtige for atmosfæriske undersøgelser: argon og xenon. Argon har tre isotoper, hvoraf argon 40 opstår ved henfald af kalium 40. Xenon har ni, hvoraf xenon 129 har to forskellige oprindelser. Xenon 129 opstod som et resultat af nukleosyntese, før Jorden og solsystemet blev dannet. Det blev også skabt ved henfald af radioaktivt jod 129, som ikke længere findes på Jorden. Denne form for jod var til stede meget tidligt, men er siden uddød, og xenon 129 er vokset på dens bekostning.
Som de fleste par har både argon 40 og kalium 40 og xenon 129 og jod 129 en historie at fortælle. De er fremragende kronometre. Selv om atmosfæren blev dannet ved udgasning fra kappen, indeholder den hverken kalium 40 eller jod 129. Alt argon 40 og xenon 129, der er dannet på Jorden og frigivet, findes i atmosfæren i dag. Xenon blev udstødt fra kappen og tilbageholdt i atmosfæren; derfor giver forholdet mellem atmosfæren og kappen af dette grundstof os mulighed for at vurdere alderen for differentieringen. Argon og xenon, der er fanget i kappen, udviklede sig ved det radioaktive henfald af kalium 40 og jod 129. Hvis den totale udgasning af kappen fandt sted i begyndelsen af Jordens dannelse, ville atmosfæren således ikke indeholde argon 40, men ville indeholde xenon 129.
Den største udfordring, som en forsker, der ønsker at måle sådanne henfaldsforhold, står over for, er at opnå høje koncentrationer af sjældne gasser i kappens bjergarter, fordi de er ekstremt begrænsede. Heldigvis forekommer der et naturligt fænomen ved de mellemoceaniske rygge, hvor vulkansk lava overfører nogle silikater fra kappen til overfladen. De små mængder af gasser, der er fanget i mineraler fra kappen, stiger op med smeltevandet til overfladen og koncentreres i små vesikler i den ydre glasagtige kant af lava-overne. Denne proces tjener til at koncentrere mængderne af gasser fra kappen med en faktor 104 eller 105. Ved at indsamle disse sten ved at opmudre havbunden og derefter knuse dem under vakuum i et følsomt massespektrometer kan geokemikere bestemme forholdet mellem isotoperne i kappen. Resultaterne er ganske overraskende. Beregninger af forholdene viser, at mellem 80 og 85 procent af atmosfæren blev udgaset i løbet af Jordens første en million år; resten blev frigivet langsomt, men konstant i løbet af de næste 4,4 milliarder år.
Sammensætningen af denne primitive atmosfære var helt sikkert domineret af kuldioxid, med nitrogen som den næsthyppigste gas. Der var også spor af metan, ammoniak, svovldioxid og saltsyre til stede, men der var ingen ilt. Bortset fra tilstedeværelsen af rigeligt vand lignede atmosfæren atmosfæren på Venus eller Mars. Detaljerne omkring udviklingen af den oprindelige atmosfære er omdiskuteret, især fordi vi ikke ved, hvor stærk solen var på det tidspunkt. Nogle fakta er dog uomtvistelige. Det er indlysende, at kuldioxid spillede en afgørende rolle. Desuden mener mange forskere, at den udviklende atmosfære indeholdt tilstrækkelige mængder af gasser som f.eks. ammoniak og metan til at give anledning til organisk stof.
Selvfølgelig er problemet med solen stadig ikke løst. En hypotese går ud på, at i den arkæiske eon, som varede fra ca. 4,5 milliarder til 2,5 milliarder år siden, var solens kraft kun 75 procent af, hvad den er i dag. Denne mulighed giver anledning til et dilemma: Hvordan kunne livet have overlevet i det relativt kolde klima, der skulle ledsage en svagere sol? En løsning på paradokset om den svage tidlige sol, som det kaldes, blev foreslået af Carl Sagan og George Mullen fra Cornell University i 1970. De to videnskabsmænd foreslog, at metan og ammoniak, som er meget effektive til at fange infrarød stråling, var ret rigelige mængder. Disse gasser kunne have skabt en supergrønthuseffekt. Ideen blev kritiseret med den begrundelse, at sådanne gasser var meget reaktive og havde kort levetid i atmosfæren.
Hvad kontrollerede co?
I slutningen af 1970’erne foreslog Veerabhadran Ramanathan, der nu arbejder på Scripps Institution of Oceanography, og Robert D. Cess og Tobias Owen fra Stony Brook University en anden løsning. De postulerede, at der ikke var behov for metan i den tidlige atmosfære, fordi der var rigeligt med kuldioxid til at fremkalde supergrønthuseffekten. Igen rejste dette argument et andet spørgsmål: Hvor meget kuldioxid var der i den tidlige atmosfære? Jordisk kuldioxid er nu begravet i karbonatbjergarter som f.eks. kalksten, selv om det ikke er klart, hvornår det blev fanget der. I dag dannes kalciumkarbonat primært under biologisk aktivitet; i den arkæiske æon blev kulstof måske primært fjernet under uorganiske reaktioner.
Den hurtige udgasning af planeten frigjorde voluminøse mængder vand fra kappen og skabte havene og det hydrologiske kredsløb. De syrer, der sandsynligvis var til stede i atmosfæren, eroderede bjergarter og dannede karbonatrige bjergarter. Den relative betydning af en sådan mekanisme er dog omdiskuteret. Heinrich D. Holland fra Harvard University mener, at mængden af kuldioxid i atmosfæren faldt hurtigt i løbet af Arkæikum og forblev på et lavt niveau.
Forståelse af kuldioxidindholdet i den tidlige atmosfære er afgørende for forståelsen af klimaets kontrol. To modstridende lejre har fremsat idéer om, hvordan denne proces fungerer. Den første gruppe hævder, at de globale temperaturer og kuldioxid blev kontrolleret af uorganiske geokemiske feedbacks; den anden gruppe hævder, at de blev kontrolleret af biologisk fjernelse.
James C. G. Walker, James F. Kasting og Paul B. Hays, der dengang arbejdede ved University of Michigan i Ann Arbor, foreslog den uorganiske model i 1981. De postulerede, at niveauerne af gas var høje i begyndelsen af Arkæikum og ikke faldt brat. Trioen foreslog, at efterhånden som klimaet blev varmere, fordampede der mere vand, og den hydrologiske cyklus blev mere energisk, hvilket øgede nedbør og afstrømning. Kuldioxiden i atmosfæren blandede sig med regnvand og skabte kulsyreafstrømning, hvorved mineralerne på overfladen blev udsat for forvitring. Silikatmineralerne blandede sig med det kulstof, der havde været i atmosfæren, og lagrede det i sedimentære bjergarter. Mindre kuldioxid i atmosfæren betød til gengæld en mindre drivhuseffekt. Den uorganiske negative feedback-proces opvejede stigningen i solenergi.
Denne løsning står i kontrast til et andet paradigme: biologisk fjernelse. En teori, der blev fremsat af James E. Lovelock, en af ophavsmændene til Gaia-hypotesen, antog, at fotosyntetiserende mikroorganismer, såsom fytoplankton, ville være meget produktive i et miljø med højt kuldioxidindhold. Disse væsener fjernede langsomt kuldioxid fra luften og havene og omdannede det til kalciumkarbonatsedimenter. Kritikerne svarede, at fytoplankton ikke engang havde udviklet sig i det meste af den tid, hvor der har været liv på Jorden. (Gaia-hypotesen går ud på, at livet på Jorden har evnen til at regulere temperaturen og sammensætningen af Jordens overflade og holde den behagelig for levende organismer.)
I begyndelsen af 1990’erne foreslog Tyler Volk fra New York University og David W. Schwartzman fra Howard University en anden Gaia-løsning. De bemærkede, at bakterier øger kuldioxidindholdet i jordbunden ved at nedbryde organisk materiale og ved at generere humussyrer. Begge aktiviteter fremskynder forvitring, hvorved kuldioxid fjernes fra atmosfæren. På dette punkt bliver kontroversen imidlertid akut. Nogle geokemikere, herunder Kasting, der nu arbejder ved Pennsylvania State University, og Holland, postulerer, at mens livet kan være ansvarlig for en del af kuldioxidfjernelsen efter Arkæikum, kan uorganiske geokemiske processer forklare størstedelen af bundet af kuldioxid. Disse forskere betragter livet som en ret svag klimatisk stabiliserende mekanisme i størstedelen af den geologiske tid.
Syre fra alger
KOLFspørgsmålet er fortsat afgørende for, hvordan livet har påvirket atmosfæren. Nedgravning af kulstof er en nøgle til den vitale proces med at opbygge atmosfærens iltkoncentrationer – en forudsætning for udviklingen af visse livsformer. Desuden finder den globale opvarmning sted nu som følge af menneskers frigivelse af dette kulstof. I en milliard eller to milliarder år producerede algerne i havene ilt. Men fordi denne gas er meget reaktiv, og fordi der var mange reducerede mineraler i de gamle oceaner – jern bliver f.eks. let oxideret – blev meget af den ilt, der blev produceret af levende væsener, simpelthen brugt op, før den nåede atmosfæren, hvor den ville være stødt på gasser, der ville reagere med den.
Selv om evolutionære processer havde givet anledning til mere komplicerede livsformer i denne anaerobe æra, ville de ikke have haft ilt. Desuden ville u lteret ultraviolet sollys sandsynligvis have dræbt dem, hvis de havde forladt havet. Forskere som Walker og Preston Cloud, der dengang arbejdede ved University of California i Santa Barbara, har foreslået, at der først for ca. to milliarder år siden, efter at de fleste af de reducerede mineraler i havet var blevet oxideret, ophobede sig atmosfærisk ilt i atmosfæren. For mellem en milliard og to milliarder år siden nåede ilten op på det nuværende niveau, hvilket skabte en niche for liv i udvikling.
Gennem undersøgelse af stabiliteten af visse mineraler, såsom jernoxid eller uranoxid, har Holland vist, at iltindholdet i den arkæiske atmosfære var lavt før for to milliarder år siden. Der er stort set enighed om, at det nuværende iltindhold på 20 procent er resultatet af fotosyntetisk aktivitet. Spørgsmålet er dog stadig, om iltindholdet i atmosfæren er steget gradvist over tid eller pludseligt. Nyere undersøgelser tyder på, at stigningen i iltindholdet begyndte pludseligt mellem 2,1 og 2,03 milliarder år siden, og at den nuværende situation blev nået for 1,5 milliarder år siden.
Fordelingen af ilt i atmosfæren havde en anden vigtig fordel for en organisme, der forsøgte at leve ved eller over overfladen: den beskyttede mod ultraviolet stråling. Ultraviolet stråling nedbryder mange molekyler – fra DNA og ilt til de chlorkulbrinter, der er involveret i stratosfærisk ozonnedbrydning. En sådan energi spalter ilt til den meget ustabile atomform O, som kan kombineres tilbage til O2 og til det meget specielle molekyle O3, eller ozon. Ozon absorberer på sin side ultraviolet stråling. Det var først da ilten var rigelig nok i atmosfæren til at tillade dannelsen af ozon, at livet overhovedet havde en chance for at slå rod eller få fodfæste på landjorden. Det er ikke tilfældigt, at den hurtige udvikling af livet fra prokaryoter (encellede organismer uden kerne) til eukaryoter (encellede organismer med en kerne) til metazoer (flercellede organismer) fandt sted i den milliardårige æra med ilt og ozon.
Selv om atmosfæren nåede et ret stabilt iltniveau i denne periode, var klimaet næppe ensartet. Der var lange faser af relativ varme eller kølighed i overgangen til moderne geologisk tid. Sammensætningen af fossile planktonskaller, der levede nær havbunden, giver et mål for temperaturen i bundvandet. Optegnelserne tyder på, at bundvandet i løbet af de sidste 100 millioner år er blevet afkølet med næsten 15 grader Celsius. Havniveauet faldt med hundreder af meter, og kontinenterne skred fra hinanden. Indlandshavene forsvandt for det meste, og klimaet blev i gennemsnit 10 til 15 grader C. For ca. 20 millioner år siden synes der at være opbygget permanent is på Antarktis.
For ca. to til tre millioner år siden begynder de palæoklimatiske optegnelser at vise betydelige udvidelser og sammentrækninger af varme og kolde perioder i ca. 40.000-årige cyklusser. Denne periodicitet er interessant, fordi den svarer til den tid, det tager Jorden at gennemføre en svingning i hældningen af dens rotationsakse. Det har længe været spekuleret, og for nylig er det blevet beregnet, at kendte ændringer i kredsløbsgeometrien kunne ændre mængden af sollys, der kommer ind mellem vinter og sommer, med omkring 10 procent eller deromkring og kunne være ansvarlig for at indlede eller afslutte istider.
Den varme hånd fra mennesket
MEST INTERESSANT og forvirrende er opdagelsen af, at den dominerende cyklus for mellem 600.000 og 800.000 år siden skiftede fra 40.000-års perioder til 100.000-års intervaller med meget store uktuationer. Den sidste store istidsfase sluttede for ca. 10.000 år siden. Da den var på sit højeste for 20.000 år siden, dækkede iskapper med en tykkelse på omkring to kilometer store dele af Nordeuropa og Nordamerika. Gletsjere bredte sig på højsletter og i bjerge i hele verden. Der blev ophobet nok is på land til at få havniveauet til at falde mere end 100 meter under det niveau, hvor det er i dag. Massive iskapper skurede landet og ændrede jordens økologiske ansigt, som i gennemsnit var ve grader C koldere, end det er i dag.
De præcise årsager til de længere intervaller mellem varme og kolde perioder er endnu ikke afklaret. Vulkanudbrud kan have spillet en væsentlig rolle, som det fremgår af virkningen af El Chichón i Mexico og Mount Pinatubo i Filippinerne. Tektoniske begivenheder, som f.eks. udviklingen af Himalaya, kan have påvirket verdensklimaet. Selv kometers indvirkning kan påvirke klimatiske tendenser på kort sigt med katastrofale konsekvenser for livet. Det er bemærkelsesværdigt, at klimaet på trods af voldsomme, episodiske forstyrrelser har været tilstrækkeligt bufferet til at opretholde livet i 3,5 milliarder år.
En af de mest centrale klimatiske opdagelser i de seneste 30 år stammer fra iskerner i Grønland og Antarktis. Når sneen falder på disse frosne kontinenter, bliver luften mellem snekornene fanget i form af bobler. Sneen bliver gradvist komprimeret til is sammen med de indfangede gasser. Nogle af disse optegnelser kan gå mere end 500.000 år tilbage i tiden; forskerne kan analysere det kemiske indhold af is og bobler fra isstykker, der ligger så dybt som 3.600 meter under overfladen.
Iskerneborerne har fastslået, at den luft, som de gamle egyptere og Anasazi-indianere indåndede, lignede meget den luft, som vi indånder i dag – bortset fra et væld af luftforurenende stoffer, der er indført i løbet af de sidste 100 eller 200 år. De vigtigste af disse tilførte gasser, eller forurenende stoffer, er ekstra kuldioxid og metan. Siden omkring 1860 – den industrielle revolutions udbredelse – er kuldioxidniveauet i atmosfæren steget med mere end 30 % som følge af industrialisering og skovrydning; metanniveauet er mere end fordoblet som følge af landbrug, arealanvendelse og energiproduktion. Det er de øgede mængder af disse gasser, der er i stand til at fange varme, der er årsag til bekymringerne om klimaændringer i det 21. århundrede.
Iskernerne har vist, at den vedvarende naturlige temperaturændring på verdensplan typisk ligger på omkring en grad C pr. årtusind. Disse forskydninger er stadig betydelige nok til at have ændret arternes levesteder radikalt og potentielt at have bidraget til udryddelsen af så karismatiske megafaunaer som mammutter og sabeltigre. Men en meget usædvanlig historie fra iskernerne er ikke den relative stabilitet i klimaet i de sidste 10.000 år. Det viser sig, at der på højdepunktet af den sidste istid for 20.000 år siden var 50 procent mindre kuldioxid og mindre end halvt så meget metan i luften, end der har været i vores epoke, Holocæn. Denne konstatering tyder på en positiv feedback mellem kuldioxid, metan og klimaændringer.
Ræsonnementet, der understøtter ideen om dette destabiliserende feedbacksystem, går som følger. Da verden var koldere, var der mindre koncentration af drivhusgasser, og derfor blev der fanget mindre varme. Efterhånden som Jorden blev varmere, steg kuldioxid- og metanniveauet, hvilket fremskyndede opvarmningen. Hvis livet havde haft en finger med i spillet i denne historie, ville det have været for at drive klimaændringerne frem for at modvirke dem. Det forekommer mere og mere sandsynligt, at da mennesket blev en del af denne cyklus, bidrog det også til at fremskynde opvarmningen. Denne opvarmning har været særlig udtalt siden midten af 1800-tallet på grund af drivhusgasemissioner fra industrialiseringen, ændringer i arealanvendelsen og andre fænomener. Endnu en gang er der dog stadig usikkerhed.
Derimod vil de fleste forskere være enige i, at livet meget vel kan være den vigtigste faktor i den positive feedback mellem klimaændringer og drivhusgasser. Der var en hurtig stigning i den gennemsnitlige globale overfladetemperatur i slutningen af det 20. århundrede . Perioden fra 1980’erne og frem har faktisk været den varmeste i de sidste 2.000 år. 19 af de 20 varmeste år, der er registreret, har fundet sted siden 1980, og de 12 varmeste år har alle fundet sted siden 1990. Det rekordhøjeste år nogensinde var 1998, og 2002 og 2003 lå på henholdsvis anden- og tredjepladsen. Der er god grund til at tro, at 1990’ernes årti ville have været endnu varmere, hvis ikke Pinatubo var gået i udbrud: Denne vulkan lagde nok støv i den høje atmosfære til at blokere for noget sollys, hvilket forårsagede en global afkøling på nogle få tiendedele af en grad i flere år.
Kunne opvarmningen i de sidste 140 år være opstået naturligt? Med stadig større sikkerhed er svaret nej.
Boksen til højre viser en bemærkelsesværdig undersøgelse, der forsøgte at skubbe den nordlige halvkugles temperaturrekord hele 1.000 år tilbage. Klimatologen Michael Mann fra University of Virginia og hans kolleger foretog en kompleks statistisk analyse, der involverede omkring 112 forskellige faktorer, der er relateret til temperaturen, herunder årringe, bjerggletsjeres udbredelse, ændringer i koralrev, solpletaktivitet og vulkanisme.
Den resulterende temperaturoptegnelse er en rekonstruktion af, hvad der kunne have været opnået, hvis termometerbaserede målinger havde været tilgængelige. (De faktiske temperaturmålinger er anvendt for årene efter 1860.) Som det fremgår af konfidensintervallet, er der en betydelig usikkerhed i hvert år i denne 1.000-årige temperaturrekonstruktion. Men den overordnede tendens er klar: et gradvist temperaturfald i de første 900 år, efterfulgt af et kraftigt temperaturopsving i det 20. århundrede. Denne graf antyder, at årtiet i 1990’erne ikke blot var det varmeste i dette århundrede, men i hele det forgangne årtusinde.
Gennem at studere overgangen fra atmosfæren med højt kuldioxidindhold og lavt iltindhold i atmosfæren i Arkæikum til æraen med store evolutionære fremskridt for omkring en halv milliard år siden bliver det klart, at livet kan have været en faktor i stabiliseringen af klimaet. I et andet eksempel – under istiderne og mellemistiderne – synes livet at have den modsatte funktion: det fremskynder forandringerne snarere end at mindske dem. Denne observation har fået en af os (Schneider) til at hævde, at klimaet og livet har udviklet sig sammen, snarere end at livet udelukkende har fungeret som en negativ feedback på klimaet.
Hvis vi mennesker betragter os selv som en del af livet – dvs. en del af det naturlige system – så kan man hævde, at vores kollektive indvirkning på Jorden betyder, at vi kan have en betydningsfuld rolle som medudviklere i planetens fremtid. De nuværende tendenser med befolkningstilvækst, krav om øget levestandard og brug af teknologi og organisationer til at nå disse vækstorienterede mål bidrager alle til forurening. Når prisen for forurening er lav, og atmosfæren bruges som en gratis kloak, kan kuldioxid, metan, chlorkulbrinter, nitrogenoxider, svovloxider og andre giftige stoffer ophobes.
Drastiske forandringer forude
I DERES RAPPORT Klimaændringer 2001 anslog klimaeksperterne i Det Mellemstatslige Panel om Klimaændringer, at verden vil blive opvarmet med mellem 1,4 og 5,8 grader C inden år 2100. Den milde ende af dette interval – en opvarmning på 1,4 grader C pr. 100 år – er stadig 14 gange hurtigere end den 1 grad C pr. 1.000 år, som historisk set har været den gennemsnitlige hastighed for naturlige ændringer på globalt plan. Hvis den høje ende af intervallet indtræffer, kan vi opleve klimaændringer, der er næsten 60 gange hurtigere end de naturlige gennemsnitsforhold, hvilket kan føre til ændringer, som mange vil betragte som farlige. Forandringer med denne hastighed ville næsten helt sikkert tvinge mange arter til at forsøge at flytte deres udbredelsesområde, ligesom de gjorde i forbindelse med overgangen mellem istid og mellemistid for 10.000 og 15.000 år siden. Ikke alene ville arterne være nødt til at reagere på klimaændringer 14 til 60 gange hurtigere, men kun få arter ville have uforstyrrede, åbne vandringsruter, som de havde i slutningen af istiden og begyndelsen af mellemistiden. De negative virkninger af denne betydelige opvarmning – på sundhed, landbrug, kystgeografi og kulturarvssteder, for blot at nævne nogle få – kunne også være alvorlige.
For at kunne foretage de kritiske fremskrivninger af fremtidige klimaændringer, der er nødvendige for at forstå økosystemernes skæbne på Jorden, må vi grave os gennem land, hav og is for at lære så meget som muligt af geologiske, palæoklimatiske og palæoøkologiske optegnelser. Disse optegnelser danner baggrund for at kalibrere de grove instrumenter, som vi skal bruge til at kigge ind i en skummel miljømæssig fremtid, en fremtid, som i stigende grad påvirkes af os.
AUTORERNE
CLAUDE J. ALLGRE og STEPHEN H. SCHNEIDER undersøger forskellige aspekter af Jordens geologiske historie og dens klima. Allgre er professor ved universitetet i Paris og leder afdelingen for geokemi ved det geofysiske institut i Paris. Han er udenlandsk medlem af National Academy of Sciences. Schneider er professor i biologiske videnskaber ved Stanford University og meddirektør for Center for Environmental Science and Policy. Han blev hædret med et MacArthur Prize Fellowship i 1992 og blev valgt til medlem af National Academy of Sciences i 2002.