Παλαιοκλιματική Μεταβλητότητα: Συνδέοντας το «Κλιματικό Παρελθόν» της Ανατολικής Μεσογείου με την εξελισσόμενη σύγχρονη Κλιματική Αλλαγή

Αν και η ανθρωπογενής επίδραση, κυρίως από το 1850 και μετά, εποχή ορόσημο που σηματοδοτεί την Βιομηχανική Εποχή, θεωρείται ως κυρίαρχος παράγοντας της σημερινής διαμόρφωσης του κλίματος, φυσικοί μηχανισμοί, όπως οι τροχιακές παράμετροι Γης-Ήλιου (οι κύκλοι του Milankovitch), η ηλιακή και η ηφαιστειακή δραστηριότητα και οι ωκεάνιες-ατμοσφαιρικές ταλαντώσεις επενεργούν άμεσα στο κλιματικό σύστημα. Η ευρύτερα γνωστή εναλλαγή των κλιματικών κύκλων (παγετώδεις-μεσοπαγετώδεις εποχές), χαρακτηρίζει μόνο τα τελευταία 2.6 εκατομμύρια χρόνια της ιστορίας της Γης, με περιοδικότητα περίπου 100.000 ετών.

Στο πλαίσιο του Εθνικού Δικτύου για την Κλιματική Αλλαγή/CLIMPACT, η δημιουργία βάσεων παλαιοκλιματικών δεδομένων και η συγκριτική μελέτη υλικού είτε από πυρήνες θαλάσσιων ιζημάτων από το Αιγαίο Πέλαγος και την Ανατολική Μεσόγειο, είτε από επιφανειακούς ορίζοντες στη ξηρά με δειγματοληψία γεωλογικών στρωμάτων, μας επιτρέπει να διερευνήσουμε την Παλαιοκλιματική Μεταβλητότητα και να συμπεράνουμε με βεβαιότητα ότι η παρατηρούμενη θέρμανση, που είναι χαρακτηριστικό της σύγχρονης Κλιματικής Αλλαγής, δεν είναι το φυσικό αποτέλεσμα της αυξημένης ηλιακής ακτινοβολίας εξαιτίας των τροχιακών παραμέτρων της Γης. Αντίθετα, οι συνθήκες αυτές επικράτησαν κατά το «Βέλτιστο του Ολοκαίνου», που αποτέλεσε και την κορύφωση της σύγχρονης μεσοπαγετώδους εποχής και ολοκληρώθηκε πριν από 6 χιλιάδες χρόνια. Μετά από το γεγονός αυτό, η αναμενόμενη πορεία της θερμοκρασίας θα ήταν διαρκώς φθίνουσα, σύμφωνα με το κλιματικό μοντέλο του παγοκήπιου, σε αντίθεση με την αυξητική τάση που παρουσιάζει τα τελευταία 170 χρόνια.

Οι μεσοπαγετώδεις περίοδοι, με μείωση των παγετωδών καλυμμάτων, παρουσιάζουν περιοδικότητα 23.000 ετών που συμπίπτει με τις ελάχιστες τιμές του κύκλου Milankovitch της Μετάπτωσης των Iσημεριών. Η τελευταία παγετώδης περίοδος συνέβη μεταξύ 100.000 – 14.000 χρόνια πριν από σήμερα. Από τότε η Γη διανύει μια μεσοπαγετώδη περίοδο.

Η ανίχνευση των παλαιοκλιματικών στοιχείων στα ιζήματα στηρίζεται στην ανάλυση παλαιοωκεανογραφικών δεικτών, όπως  οι συναθροίσεις των θαλάσσιων μικροαπολιθωμάτων, μικροσκοπικών μονοκύτταρων οργανισμών που αφθονούν στα θαλάσσια περιβάλλοντα, συμπεριλαμβάνοντας τα ασβεστιτικού κελύφους τρηματοφόρα και κοκκολιθοφόρα, που αποτελούν σημαντικό τμήμα του θαλάσσιου ευκαριωτικού φυτοπλαγκτού, ζωοπλαγκτού και ζωοβένθους, αποκρινόμενα άμεσα ακόμη και στις μικρότερες μεταβολές της θερμοκρασίας και των  θρεπτικών στην ανώτερη ευφωτική ζώνη, αλλά και στη διαθεσιμότητα οργανικού υλικού και οξυγόνου στον θαλάσσιο πυθμένα.

Άλλοι παλαιοωκεανογραφικοί δείκτες παλαιοθερμοκρασίας και παλαιοαλατότητας είναι τα σταθερά ισοτόπα οξυγόνου και άνθρακα, καθώς επίσης και οι οργανικοί βιοδείκτες. Οι τελευταίοι αποτελούν τους πλέον αξιόπιστους δείκτες για τον προσδιορισμό μέσων ετήσιων τιμών θερμοκρασιών παλαιότερων χρονικών περιόδων, ειδικότερα μέσω της ανάλυσης των αλκενονών, οργανικών ενώσεων που παράγονται από τα κοκκολιθοφόρα.

ΠαλαιοΚλιματικά Ανάλογα

Οι μελέτες για το Παλαιοκλίμα εστιάζονται σε χαρακτηριστικές χρονικές περιόδους του παρελθόντος που συνιστούν ΠαλαιοΚλιματικά Ανάλογα  και μπορούν να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για την εξέλιξη του κλιματικού συστήματος στην Ανατολική Μεσόγειο και το Αιγαίο Πέλαγος. Τα γεωλογικά παλαιοκλιματικά δεδομένα  συμπεριλαμβάνονται στις εκθέσεις του IPCC (πχ. 6η Έκθεση Αξιολόγησης της IPCC AR6 Climate Change 2021) και συμβάλουν στην παροχή επιστημονικής βάσης στους υπεύθυνους για την χάραξης της σχετικής πολιτικής.

Η γεωλογική περίοδος του Πλειοκαίνου καταγράφει την εντυπωσιακή μετάβαση από μια διαρκώς θερμή Γη, στο ψυχρότερο κλίμα του Πλειστοκαίνου. Όπως και στη σύγχρονη εποχή, τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα κατά το ΠαλαιοΚλιματικό Aνάλογο του Πλειοκαίνου, 3.3-3.0 εκατομμύρια χρόνια πριν από σήμερα, είχαν φτάσει τα 400 ppm, ωστόσο οι μέσες ετήσιες επιφανειακές θαλάσσιες θερμοκρασίες ήταν 2-3 βαθμούς Κελσίου υψηλότερες σε σχέση με τις σημερινές. Καλύμματα πάγου υπήρχαν μόνο στην Ανταρκτική και η θαλάσσια στάθμη ήταν κατά 10-25 μέτρα υψηλότερη από σήμερα, ενώ διαφορετική ήταν η ατμοσφαιρική και η ωκεάνια κυκλοφορία με χαρακτηριστική την εντατικοποίηση του φαινομένου El Niño.

Η Ανατολική Μεσόγειος επηρεάστηκε έντονα από τις κλιματικές διακυμάνσεις κατά το διάστημα του θερμού Πλειοκαίνου. Σε μία πρόσφατη μελέτη ακολουθίας ιζημάτων από την Κύπρο, που χρονολογείται 4.1-3.25 εκατομμύρια χρόνια πριν από σήμερα, καταγράφηκε η περιοδική απόθεση περίπου κάθε 23.000 χρόνια, μίας σειράς διαδοχικών οριζόντων πλούσιων σε οργανικό άνθρακα, των ονομαζόμενων σαπροπηλών, που αποκαλύπτουν έντονες συνθήκες στρωμάτωσης και υψηλής παραγωγικότητας στην θαλάσσια υδάτινη στήλη, και σχετίζονταν με την αυξημένη ένταση του Αφρικανικού Μουσώνα.

Το «Κλιματικό Βέλτιστο του Ολοκαίνου» αντιστοιχεί στο θερμότερο διάστημα της σύγχρονης μεσοπαγετώδους, μεταξύ 10 και 6 χιλ. χρόνια πριν από σήμερα. Το επεισόδιο αυτό αποδίδεται στα υψηλά επίπεδα της ηλιακής ακτινοβολίας στις καλοκαιρινές εποχές, 5-8% υψηλότερα, αντιστοιχώντας στο ελάχιστο του κύκλου της Μετάπτωσης των Ισημεριών. Η θέση της Γης γύρω από τον ήλιο κατά τα μέγιστα του κύκλου της Mετάπτωσης των Iσημεριών αντιστοιχεί με τις συνθήκες που επικρατούν σήμερα. Αντίθετα, κατά τα ελάχιστα του κύκλου, η Γη δέχεται το μέγιστο της ηλιακής ακτινοβολίας στο Βόρειο Ημισφαίριο κατά την θερινή περίοδο. Αυτές οι συνθήκες επικράτησαν κατά το «Βέλτιστο του Ολοκαίνου» και αναμένεται να επανέλθουν μετά από περίπου 23.000 χρόνια, ακολουθώντας τον τροχιακό κύκλο της Μετάπτωσης των Ισημεριών.

Η ενίσχυση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας προκάλεσε μετατόπιση των μουσώνων προς βορειότερες περιοχές.  Στη λεκάνη της Ανατολικής Μεσογείου, το γεγονός είχε ως αποτέλεσμα αύξηση της εκροής του ποταμού Νείλου, με συνέπειες στη θαλάσσια κυκλοφορία. Αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία δυσοξίας ή και ανοξίας στον πυθμένα της Ανατολικής Μεσογείου και η απόθεση του πλούσιου σε οργανικό υλικό ιζηματογενούς στρώματος του σαπροπηλού S1.

Σύμφωνα με μικροπαλαιοντολογικές μελέτες, κατά τη διάρκεια απόθεσης του S1, στην υδάτινη στήλη επικρατούσαν πλαγκτονικά τρηματοφόρα και κοκκολιθοφόρα που διαβιούν σε συνθήκες στρωμάτωσης με αυξημένη παραγωγικότητα στην ενδιάμεση και κατώτερη ευφωτική ζώνη, ενώ στον πυθμένα επιβίωναν βενθονικά τρηματοφόρα ανθεκτικά στην έλλειψη οξυγόνου. Αναλύσεις σταθερών ισοτόπων οξυγόνου σε κελύφη πλαγκτονικών τρηματοφόρων, όπως και δεδομένα των αλκενονών, υποστηρίζουν για το χρονικό αυτό διάστημα, θερμές συνθήκες, με επιφανειακές θαλάσσιες θερμοκρασίες έως και 25 βαθμούς Κελσίου.

Αν και οι κλιματικές μεταβολές των τελευταίων 1500 χρόνων δεν εμφανίζονται απαραίτητα ως μοναδικά, παγκόσμια ή και συγχρονισμένα γεγονότα, ωστόσο, παρέχουν τη δυνατότητα παρακολούθησης και κατανόησης των σύντομων κλιματικών διακυμάνσεων, ακόμη και σε δεκαετή-υπερδεκαετή χρονική κλίμακα.

Η προς το παρόν μοναδική για την περιοχή του Αιγαίου, μελέτη ιζηματογενούς αρχείου των τελευταίων 1500 χρόνων προέρχεται από τη λεκάνη του Άθω στην περιοχή του Βόρειου Αιγαίου. Με βάση την ανάλυση οργανικών βιοδεικτών και μικροπαλαιοντολογικών συγκεντρώσεων προσδιορίστηκε αύξηση της θερμοκρασίας των θαλάσσιων επιφανειακών υδάτων κατά τα χρονικά διαστήματα 850 έως 950 μ.Χ. και 1100 έως 1300. Μία ψυχρή φάση με πτώση της θερμοκρασίας έως 1.5 βαθμούς Κελσίου επικράτησε μεταξύ 1600 έως 1700 και αντιπροσωπεύει τη ψυχρότερη έκφραση στην περιοχή της Μικρής Παγετώδους Εποχής. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων 150 ετών, η βαθμιαία αύξηση της θαλάσσιας θερμοκρασίας κατά την Βιομηχανική Εποχή συνοδευόμενη από ενισχυμένες εισροές από τα παρακείμενα ποτάμια, συντέλεσε στη ροή χαμηλής ποιότητας οργανικού υλικού στο θαλάσσιο πυθμένα του Βόρειου Αιγαίου.

Τα δεδομένα μας από το Βόρειο Αιγαίο παρουσιάζουν εμφανώς τη συγκριτική σχέση της επιφανειακής θαλάσσιας θερμοκρασίας των τελευταίων 100 χρόνων  με τις αυξημένες τιμές θαλάσσιας παλαιοθερμοκρασίας για το «Ολοκαινικό Κλιματικό Βέλτιστο», που αποτέλεσε και την κορύφωση της σύγχρονης μεσοπαγετώδους εποχής και ολοκληρώθηκε πριν από 6 χιλιάδες χρόνια.

Η σημερινή κατάσταση και η εξελισσόμενη Κλιματική Αλλαγή

Ένα συχνό επιχείρημα που αντιμετωπίζει η επιστημονική κοινότητα από τους σκεπτικιστές της Κλιματικής Αλλαγής είναι ότι το κλίμα της Γης έχει μεταβληθεί πολλές φορές, επομένως η επίπτωση της ανθρώπινης δραστηριότητας είναι μηδαμινή μπροστά στην διαρκή φυσική κλιματική μεταβλητότητα. Η απάντηση έρχεται από την ίδια τη γνώση του παλαιοκλιματικού αρχείου, που μας επιτρέπει να κατανοήσουμε την διαφορετικότητα των σύγχρονων κλιματικών συνθηκών παγοκήπιου, δηλαδή την ύπαρξη παγετώνων και στους δύο πόλους, σε αντίθεση με τις θερμές γεωλογικές εποχές του παρελθόντος. 

Η μελέτη των παρελθοντικών καταγραφών αποδεικνύει ότι το κλιματικό σύστημα είναι ιδιαίτερα σύνθετο, έτσι κάθε γεγονός αποτελεί το αποτέλεσμα της δράσης ενός ξεχωριστού μηχανισμού ή ενός συνδυασμού μηχανισμών που συνεισφέρουν με διαφορετικές περιοδικότητες και η έκφραση του επιπλέον διαμορφώνεται στο πλαίσιο των ιδιαιτεροτήτων κάθε γεωγραφικής περιοχής.

Τα παρελθοντικά ΠαλαιοΚλιματικά Ανάλογα με υψηλές θερμοκρασίες, υψηλό CO₂ κλπ, συμβάλλουν στην κατανόηση των ρυθμών εξέλιξης και απόκρισης του γήινου συστήματος, σε πολύ διαφορετικές συνθήκες από τις επικρατούσες σημερινές, καθώς τα γεωλογικά δεδομένα προφανώς και είναι εξαιρετικά χρήσιμα για τις προσομοιώσεις και την δημιουργία κλιματικών σεναρίων.

Ποιές θα είναι οι επιπτώσεις αυτής της κατάστασης στο θαλάσσιο οικοσύστημα?

Το «Κλιματικό Παρελθόν» όπως το γνωρίζουμε από τις έρευνές μας στο Αιγαίο και στην Ανατολική Μεσόγειο, μας διδάσκει ότι η αυξημένη θερμοκρασία σε συνδυασμό με αυξημένες εισροές γλυκού νερού και θρεπτικών συστατικών πυροδοτούν τη θαλάσσια παραγωγικότητα, μειώνουν την κυκλοφορία των θαλάσσιων ρευμάτων και ενισχύουν την στρωμάτωση της υδάτινης στήλης, με αποτέλεσμα την συσσώρευση οργανικής ύλης στον πυθμένα και την ανάπτυξη δυσοξικών ή/και ανοξικών συνθηκών.

Οι ολοένα αυξανόμενες ανθρωπογενείς δραστηριότητες αυξάνουν  την εισροή θρεπτικών που σε συνδυασμό με την αυξημένη στρωμάτωση έχουν σαν αποτέλεσμα την εποχική υπερανάπτυξη του φυτοπλαγκτού και την ένταση των δυσοξικών συνθηκών στον θαλάσσιο πυθμένα.

 Η εξέλιξη των φαινομένων στο χώρο και στον χρόνο θα εξαρτηθεί  από τις αντιδράσεις της ατμοσφαιρικής και της θαλάσσιας κυκλοφορίας στην εξελισσόμενη Κλιματική Αλλαγή και την τρέχουσα Κλιματική Κρίση.

Είναι αυτό το μέλλον του Αιγαίου και της Ανατολικής Μεσογείου?

Μαρία Τριανταφύλλου

Καθηγήτρια Μικροπαλαιοντολογίας-Παλαιοπεριβάλλοντος-Στρωματογραφίας, Τμήμα Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος ΕΚΠΑ

Δ/ντρια Εργαστηρίου Ιστορικής Γεωλογίας & ΒιοΓεωεπιστημών και μέλος του Εθνικού Δικτύου για την Κλιματική Αλλαγή/Πρόγραμμα CLIMPACT

Με την συμβολή των:

-Μαργαρίτα Δήμιζα

Αναπλ. Καθηγήτρια Περιβαλλοντικής Μικροπαλαιοντολογίας, Τμήμα Γεωλογίας & Γεωπεριβάλλοντος ΕΚΠΑ

-Αλεξάνδρα Γώγου

Δ/ντρια Ερευνών, Ινστιτούτο Ωκεανογραφίας, ΕΛΚΕΘΕ

-καθώς και των ερευνητικών ομάδων ΕΚΠΑ και ΕΛΚΕΘΕ στα πλαίσια του Εθνικού Δικτύου για την Κλιματική Αλλαγή/Πρόγραμμα CLIMPACT