Extinction Rebellion iscensätter ett symboliskt massutdöende på ett naturhistoriskt museum.
Stora massutdöenden, som ”the Big Five”, är extremt ovanliga i jordens historia. De har inträffat i genomsnitt ungefär en gång per 100 miljoner år under det flercelliga livets historia, men de har nästan alltid haft att göra med för hög eller för låg koldioxidhalt. Många är därför oroliga för att det ska hända igen på grund av att koldioxid från förbränningen av fossila bränslen har höjt halten i atmosfären.
Hur stor är den risken? Hur oroliga ska vi vara, och hur viktigt är det att snabbt minska användningen av fossila bränslen? Vi kan få en indikation på det genom att ta reda på lite mer om de massutdöenden som inträffat förut i den geologiska historien.
Fem katastrofer, som nästan utplånat allt liv på jorden, har inträffat under den geologiska eonen Fanerozoikum, tiden mellan perioden Kambrium, då flercelligt liv uppstod, och Kvartär, den period vi lever i idag. Under denna tid har antalet biologiska släkten (genera, plural av genus) ökat, särskilt de senaste 200 miljoner åren, samtidigt som 99% av alla arter (species) som någonsin existerat har dött ut:
Släkten? Arter? Om vi ska tala om utrotning av ”arter” behöver vi veta hur livet på jorden systematiseras hierarkiskt:
Det finns exempelvis 12 arter av släktet ”räv”, som är ett av 35 olika släkten i familjen ”hunddjur”, var och en med olika arter. De ingår i ordningen ”rovdjur” tillsammans med andra familjer som också består av olika släkten och arter av klassen däggdjur, som i sin tur ingår i stammen ryggradsdjur. Högst upp i hierarkin är allt liv indelat i tre ”domäner” – bakterier (5-10 miljoner arter), arkebakterier (20% av biomassan, men med okänt antal arter), och till sist domänen Eukaryoter, d v s djurriket, växtriket och svampriket, vart och ett med sina olika stammar, klasser, ordningar, familjer, släkten och arter. Det finns 32 kända ordningar av klassen insekter, som är den artrikaste landlevande djurgruppen. Av jordens idag omkring 1,4 miljoner kända djurarter utgör insekterna cirka 900 000. Det totala antalet arter på jorden idag uppskattas till någonstans mellan 6 och 9 miljoner, men det är egentligen ingen som vet säkert, och uppgifterna varierar mellan 2 och 100 miljoner.
Att arter dör ut är en naturlig del av evolutionen, men massutdöenden är de enstaka katastrofer då extremt många, nästan alla, existerande arter och ibland hela släkten eller till och med familjer av släkten har försvunnit.
Om vi även ska räkna med det encelliga livets historia ända från 3,5 miljarder år sedan så har liknande katastrofer inträffat fler gånger än de fem kända. Jag kommer att inkludera en sjätte katastrof i slutet av en period med det talande namnet Kryogenium (Kryo=kyla) för mellan 720 och 635 miljoner år sedan, alltså före Fanerozoicum. För 650 miljoner år sedan var nämligen livets saga också på väg att ta slut i en istid som kan ha omslutit hela jordklotet (”Snowball Earth”-hypotesen, Snöbollsjorden). Trots det hade denna katastrof en helt avgörande betydelse för att det flercelliga livet, och i förlängningen vi själva, skulle kunna uppstå.
Jag lägger också till en sjunde period av global uppvärmning som kallas PETM för 55 miljoner år sedan (Paleocen-Eocen Thermal Maximum), eftersom den ofta används som varnande exempel för oss idag, trots att den faktiskt inte alls var lika förödande som de sex andra, utan till och med gynnade många livsformer, bland annat däggdjuren, som vi människor tillhör.
Vad var orsakerna bakom dessa sju massutdöenden? Finns det något vi kan lära av dem, för att om möjligt undvika risken för ett massutdöende till? Eller kanske till och med sluta oroa oss?
Livet, koldioxiden och temperaturen
Det är inte helt lätt att ta reda på exakt vad som hände för flera hundra miljoner år sedan. Det är ett detektivarbete med hjälp av olika ledtrådar, och ofta får vi nöja oss med olika mer eller mindre osäkra hypoteser. Normalt är det flera olika faktorer i ett komplext samspel som bidragit till katastroferna. Men koldioxidhalten verkar så gott som alltid ha spelat en huvudroll.
Här är en översikt över de geologiska perioderna under Fanerozoicum, alltså hela den tid då det funnits mer avancerat liv än bakterier på jorden framtill idag:
Den ger en grov uppfattning om hur koldioxidhalten i atmosfären och den globala medeltemperaturen förändrats genom tiderna, enligt många forskare. Båda har varit betydligt högre än idag. Koldioxidhalten (lila) har överlag sjunkit från ungefär 3000 miljondelar (upp till 8 000 miljondelar) till bara 280 miljondelar före industrialiseringen på 1800-talet, och temperaturerna (blått) har till största del legat ungefär 8°C högre än idag, enligt den här analysen. Livet har i så fall trivts bra under dessa, för oss, extrema förhållanden, och vi lever i själva verket i en av de kallaste och koldioxidfattigaste perioderna under hela Fanerozoicum.
I översikten ovan ser det dock inte ut att finnas något som helst samband mellan koldioxidhalt och temperatur, trots att vi vet mycket väl att det gör det. Koldioxid är ju en växthusgas som påverkar temperaturen, och temperaturen påverkar också koldioxidhalten. Att det inte framgår av den här grafen beror på att den inte tar hänsyn till att solintensiteten har ökat en hel del under jordens historia. Lägger man till den faktorn blir det tydligare att koldioxidhalt och temperatur samvarierar (mer om det nedan):
Global uppvärmning
250-200 miljoner år sedan: Perm och Trias
Av de sju massutdöendena under de senaste 650 miljoner åren som jag valt ut kan man säga att tre orsakades av global nedkylning och tre av global uppvärmning, medan ett orsakades av både global nedkylning och uppvärmning. Koldioxidhalten i atmosfären hade en avgörande roll i alla utom ett, det som utplånade dinosaurierna för 65 miljoner år sedan.
De två massutdöendena i slutet av Trias för 200 miljoner år sedan och i slutet av Perm för 250 miljoner år sedan berodde på global uppvärmning till följd av kraftigt stigande koldioxidhalt i atmosfären. Orsaken var i båda fallen vulkanisk aktivitet, antagligen förknippad med den tektoniska aktivitet som samlat jordens alla kontinenter till superkontinenten Pangea för 300 miljoner år sedan, och sedan bröt upp den igen efter 100 miljoner år.
Spåren av en gigantisk supervulkan från Perm finns kvar i det som nu är Sibirien (Sibiriska trapporna, the Siberian Traps eller Sibirskije trappy), men som då låg i norra Pangea. Det utbrottet bildade ett hav med 3 miljoner kubikkilometer lava på en yta lika stor som hela USA, och spydde ut aska, koldioxid och svaveldioxid i atmosfären under 500 000 år. Askan föll över hela jordklotet, och svaveldioxiden försurade regnet när det sköljdes ur atmosfären, vilket drabbade livet både i haven och på land. Koldioxiden ackumulerades däremot i atmosfären och höjde temperaturen globalt.
När haven blev varmare gasade även de ut koldioxid, och halten steg efterhand till 7 000 ppm, nästan 20 gånger högre än idag, vilket successivt höjde medeltemperaturen i luften till som mest 27°C och i haven till 39°C. Till det bidrog antagligen också att metanhydrater på havsbottnen tinade och gasades ut till atmosfären, där metanet reagerade med syret i och bildade koldioxid.
I de varma haven avstannade cirkulationen, vattnet stagnerade och syrehalten sjönk till dödliga nivåer. Men inte nog med det, syrebristen gynnade dessutom anaeroba bakterier som producerar giftigt svavelväte.
57% av alla biologiska familjer och 83% av alla släkten försvann i denna katastrof. 96% av alla marina arter.
Det tog 2 miljoner år för temperaturen att återgå till det normala, och 9 miljoner år för ekosystemen att återställas. Men bara 50 miljoner år senare, i slutet av den geologiska perioden Trias och början av Jura upprepades i princip samma förlopp igen i samband med att Pangea bröts upp och världsdelarna började drivas dit där vi finner dem idag.
De här katastroferna banade väg för dinosaurierna, som kom att dominera jorden under de följande perioderna Jura och Krita.
50 miljoner år sedan: början av Tertiär (Paleocen-Eocen Thermal Maximum, PETM))
Under de första 10 miljoner åren av den geologiska perioden Tertiär, som tar vid efter dinosauriernas utdöende för 65 miljoner år sedan, var det redan mycket varmt, nästan 25°C med en koldioxidhalt på 1 500 (+/- 500) miljondelar, mer än tre gånger så hög som idag (enligt NASA):
Precis i skiftet mellan epokerna Paleocen och Eocen inträffade en period av snabb global uppvärmning med ytterligare 6-8°C kallad ”the Paleocen-Eocen Thermal Maximum” (PETM) som varade i 200 000 år. Orsaken var att koldioxidhalten plötsligt fördubblades.
Isotopanalys talar för att den extra koldioxiden under PETM härrörde från organiskt material. Det är svårt att veta hur det gick till men en sannolik hypotes är att uppvärmningen hade en första fas som berodde på att stora skogar och/eller frilagda koldepåer brann, och en andra fas där metanhydrat på havsbottnarna tinade. Sammanlagt ska dessa båda processer ha pågått i 19 000 år och tillfört atmosfären 139 000 gigaton (miljarder ton) extra koldioxidekvivalenter.
Det är 7,3 gigaton/år, vilket är betydligt mindre än människans utsläpp idag, som ligger på 38 gigaton/år. Det kan låta skrämmande, och PETM används ofta som exempel för att varna för global uppvärmning idag. Men då ska man komma ihåg att även med den nuvarande takten skulle det trots allt ta 3 650 år för oss att komma upp i samma utsläppsnivåer som under PETM. Enbart en tiondel så mycket, 13 900 gigaton, skulle ta 365 år, och även om vi omgående skulle öka takten till 100 gigaton/år skulle den tiondelen ta 139 år. Det förutsätter att de fossila bränslena räcker så länge och att vi dessutom inte innan dess kommer att ersätta dem med andra energitekniker i någon betydande utsträckning .
Det är vanskligt att jämföra två perioder med så olika förutsättningar som PETM och nutid på det här sättet. Inte minst kan feedbackeffekterna, och därmed klimatkänsligheten, har varit väldigt annorlunda i ett så varmt klimat med så mycket högre koldioxidhalt som rådde då jämfört med nu. Eftersom den direkta effekten från en höjning av koldioxidhalten ökar logaritmiskt, d v s i avtagande takt, påverkar en viss höjning av koldioxidhalten idag, från drygt 400 miljondelar, temperaturen mer än samma höjning gjorde från 1 500 miljondelar under Paleocen. Å andra sidan verkar feedbackeffekterna under Paleocen ha förstärkt den direkta uppvärmningen på 1°C från en fördubbling av koldioxidhalten (från 1 500 till 3 000 miljondelar) till hela 6-8°C, vilket betyder att klimatkänsligheten var minst dubbelt så hög då som nu (om man utgår från de 3°C som FN:s klimatpanel räknar med idag).
Den globala uppvärmningen under PETM var dock inte alls lika förödande för livet på jorden som de övriga massutdöenden jag undersökt. Den drabbade bara vissa arter i havet, medan alla andra gynnades. 35-50% av två sorters encelliga fotosyntetiserande Foraminiferer i djuphavet försvann under PETM, sannolikt på grund av värmen. Andra encelliga organismer utvecklades och blomstrade, till exempel olika arter av fytoplankton, bland annat de skalbildande och fotosyntetiserande kalkflagellaterna (kokolitoforer, kiselplankton) som idag utgör grunden i havens näringskedja och producerar en stor del av syret i atmosfären. Koraller och skalbildande djur i de grunda haven decimerades, men utrotades inte, av den havsförsurning som den höga koldioxidhalten orsakade. Däggdjuren på land, bland annat primaterna, våra förfäder, gynnades däremot av denna värmeperiod, och spred sig över allt större områden.
Efter 200 000 år hade temperaturen sjunkit tillbaka till den normala värmen igen, antagligen för att koldioxiden absorberats av växter och lakats ur atmosfären genom vittring. Men under de kommande 5 miljoner åren i början av den följande epoken Eocen fortsatte temperaturen att stiga upp till 28°C, utan några allvarliga konsekvenser för livet. Det var under den här perioden, den varmaste och mest koldioxidrika på 65 miljoner år, som de första primaterna, som vi människor härstammar från, uppstod och utvecklades (för mellan 80 och 55 miljoner år sedan). Alla dagens växter och djur, inklusive koraller (som är både och) härstammar från de arter som överlevde denna period med extremt mycket högre koldioxidhalt och värme än idag. Det var kanske under denna katastrof som dagens skaldjur utvecklade förmågan att reglera sitt eget pH även vid havsförsurning, och så att de istället kan utnyttja överflödet av koldioxid till att bilda större och kraftigare skal (av kalcium+kol från koldioxid=kalciumkarbonat). Här är en bild från en studie av hur humrar, som funnits i 300 miljoner år, påverkas av försurning på grund av ökad koldioxidhalt (400 miljondelar, som i dagens atmosfär, till vänster, och 2 850 miljondelar till höger):
Och här vad som hänt med en sorts fytoplankton, de fotosyntetiserande och kalcifierande kalkflagellaterna (kokolithoforider) när koldioxidhalten ökat och temperaturen stigit i modern tid:
Och här en graf som visar hur en stor mängd olika arter av marina organismer påverkas i fem olika parametrar när pH-värdet sjunker:
Global nedkylning
Vid minst tre tillfällen har det förekommit massutdöenden på grund av kyla – för 650 miljoner år sedan under Cryogenium (kryo=kyla) och 450 miljoner år sedan i slutet av Ordovicium då orsaken var extremt låg koldioxidhalt, samt för 65 miljoner år sedan i slutet av Krita, då dinosaurierna dog ut.
650 miljoner år sedan: Cryogenium
Livet uppstod antagligen för ungefär 3,5 miljarder år sedan, och bestod under nära 3 miljarder år enbart av encelliga organismer, fotosyntetiserande cyanobakterier, som bildade en tunn slemmig hinna på bottnen i grunda hav. Syrehalten var låg, bara 1% i atmosfären, vilket omöjliggjorde uppkomsten av mer komplexa livsformer. Temperaturen var i genomsnitt bara någon grad högre än idag, men jag har inga säkra uppgifter på koldioxidhalten. Enligt den inledande översikten verkar den ha varit extremt hög, men enligt Wrightstone är först framemot och under Kambrium som den steg så kraftigt:
För mellan 650 och 635 miljoner år sedan inträffade en serie utdragna katastrofer under 15 miljoner års tid, som nära nog utplånade allt liv på jorden: flera djupa istider som periodvis kan ha omslutit hela jordklotet, även vid ekvatorn – jorden som en enda stor snöboll. Bevisen består bland annat av morän, som hittats både i USA och Australien, som vid den tiden låg vid ekvatorn, i områden som aldrig annars haft glaciärer.
Det är väldigt sannolikt att denna djupa istid startades av att koldioxidhalten i atmosfären började sjunka. För 650 miljoner år sedan fanns det bara en process som kan förklara detta: vittring av berg. Vid den här tiden fanns inga landväxter som skyddade stenen mot vittring. Koldioxid i regnvatten reagerar med kalk i stenen och bildar kalciumkarbonat som förs ut i havet där det sedimenteras som kalksten. Därifrån kan inte kolet återvända till atmosfären förrän havsbottnen trycks ner i jordens innandöme av tektoniska krafter och spys upp igen av vulkanism, vilket givetvis tar mycket lång tid att ske.
Till den ökade vittringen bidrog också att superkontinenten Rodinia bröts upp för mellan 830 och 630 miljoner år sedan, vilket ledde till att tidigare extremt torra områden blev mer utsatta för regn:
Men även cyanobakterierna spelade antagligen en viss roll genom att binda koldioxid i form av kalk i så kallade stromatoliter (som finns kvar än idag).
Dessutom kan naturligtvis solcykler och variationer i jordens tilt och bana runt solen ha spelat en roll för att utlösa och förstärka en istid. Det var ju drivkraften bakom de fyra senaste nedisningarna som vi haft.
När klimatet blir kallare blir det också torrare, med mindre mängder värmande vattenånga i atmosfären. Med växande isar ökar också jordens albedo. Is och snö reflekterar solljus väldigt effektivt, och när hav, som absorberar solenergi effektivt, ersätts med is och snö ändras jordens strålningsbalans kraftigt.
Temperaturer i nivå med polarvinter, bottenfrysning av grunda hav och kraftigt sänkt havsnivå var ett hårt slag mot det encelliga livet på jorden. Men några av cyanobakterierna anpassade sig uppenbarligen och överlevde denna globala djupfrysning. Dessa så kallade extremofiler finns fortfarande kvar. Vissa klarar sig helt utan solljus, och lever på näring direkt från sten djupt ner i berggrunden, andra lever i heta källor eller vulkaniska sprickor på havsbottnen där heta gaser sprutar ut från jordens inre, och vissa frodas även i is och snö.
Det är märkligt att tänka sig att allt som lever på jorden idag, även vi människor, härstammar från dessa bakterier, även om de mer avancerade livsformer som utvecklades i fortsättningen inte kunde föra vidare samma stryktålighet.
Det som till sist tinade upp jorden var återigen vulkanism, som gradvis tillförde koldioxid som ackumulerades i atmosfären eftersom det inte fanns växter eller djur – och inte mycket öppet hav – som kunde absorbera den. När det blev tillräckligt varmt för att smälta isen vid ekvatorn, började jordens albedo (reflektionsförmåga) också att minska, vilket bidrog till ännu mer värme, och så vidare.
Det finns ingen anledning att betvivla att koldioxid spelade en roll både för nedfrysningen och upptiningen. Växthuseffekten från koldioxid påverkas nämligen kraftigast vid förändringar av halten på extremt låga nivåer, eftersom sambandet är logaritmiskt. Varje halvering betyder en sänkning med 1°C, till exempel från 200 ppm till 100 ppm eller från 40 ppm till 20 ppm. Samma sak när koldioxidhalten ökar från extremt låg nivå, då så lite som 60 ppm kan betyda att medeltemperaturen stiger med flera grader.
Den här katastrofen fick dock en helt avgörande betydelse för att mer komplexa livsformer skulle kunna utvecklas. 15 miljoner år efter att isen smält tog livet det största steget någonsin i form av de första flercelliga organismerna. Syrehalten i atmosfären nämligen började nämligen stiga kraftigt:
Det berodde på att solens ultravioletta ljus under istiden hade reagerat med vattenmolekylerna i isen och bildat väteperoxid. När isen smälte och det blev varmare frigjordes syret från vätet och hamnade i atmosfären.
455-430 miljoner år sedan: slutet av Ordovicium – början av Silur
Den här katastrofen liknar den förra, och har delvis samma sorts orsaker, men med en viss variation.
Under ungefär 200 miljoner år, och särskilt under den nästan 100 miljoner år långa geologiska perioden Kambrium, utvecklades livet kraftigt i ett varmt klimat med en medeltemperatur mellan 23°C och 25°C, dvs ungefär 7°C högre än idag. Även koldioxidhalten i atmosfären var hög, över 2 000 ppm, 5 gånger högre än idag.
Den viktigaste orsaken till att livet frodades och utvecklades var att syrehalten fortsatte att ligga på en gynnsam nivå tack vare fotosyntetiserande fytoplankton. I haven utvecklades flera olika växtarter, och redan under de första 40 miljoner åren uppstod nästan alla de stora djurgrupper som finns idag. De första djuren med ögon, rörliga kroppsdelar och förmåga att simma uppstod. Vi kan se de första fiskarna, de första rovdjuren, djur med exoskelett, ryggradsdjur o s v. I början fanns det gott om lediga nischer, men konkurrensen ökade efter hand, och därmed specialiseringen. Man brukar kalla den här perioden för ”Den kambriska explosionen”.
Under Ordovicium, som började för 500 miljoner år sedan, fortsatte den gynnsamma utvecklingen och det varma klimatet under 45 miljoner år. En stor del av världens kontinenter låg vid den här tiden under havet, s.k. epikontinentala hav som vimlade av liv.
Katastrofen kom mot slutet av Ordovicium och början av Silur, och skulle utplåna 85% av alla arter. Efter en lång period med värme blev det plötsligt (med geologiska mått) väldigt kallt, en djup istid som omfattade hela det södra halvklotet – eftersom det var där all landmassa fanns. När isarna väl börjat växa, förstärks kylan på grund av ökad albedo. Havsnivån sjönk med 100 meter när alltmer vatten bands som snö och is, vilket frilade grunda havsområden som också reflekterade mer solenergi.
Massutdöendet är dock en komplex och utdragen process. Alla arter dog inte på samma gång, och inte av samma orsaker.
Med den lägre havsnivån försvann de epikontinentala haven, och havsströmmarnas näringsflöden ändrades. På vissa håll blev det näringsbrist, på andra övergödning, i förhållande till hur de olika arterna anpassat sig. Syrehalten steg, vilket de djuplevande havsdjuren inte mådde bra av.
En del av förklaringen till att koldioxidhalten sjönk att det hade bildats mycket nytt berg, både till följd av vulkanism och bildandet av nya bergskedjor. Det bidrog till att mer koldioxid bands från atmosfären genom vittring.
Aktiva vulkaner bidrar temporärt också till att kyla jorden, men de spyr också ut koldioxid som har motsatt effekt – inte tillräckligt dock för att förhindra den här katastrofen.
En annan, lite mer oväntad, orsak till de sjunkande halterna av koldioxid i atmosfären, är uppkomsten av landväxter i form av kryptogamer, som bildade ett mossliknande täcke direkt på stenarna. Det började redan för 550 miljoner år, och när växterna spred sig över landmassorna band de också alltmer koldioxid från atmosfären.
Dessutom bidrog landväxterna till en ökning av den fotosyntetiserande biomassan som krävde koldioxid i haven. De frigjorde nämligen näringsämnen från den sten de växte på, inte minst stora mängder fosfor, som med regnet fördes ut i havet. Av denna biomassa sedimenterades en stor del, vilket band ännu mer koldioxid på havets botten.
Denna övergödning kan också ha bidragit till katastrofen på ett annat sätt. En hypotes är att massutdöendet i haven delvis berodde på syrebrist till följd av gigantiska algblomningar. Det finns nämligen spår som tyder på en kraftig tillväxt av anaeroba bakterier, som alltså klarar sig utan syre. De producerar dessutom giftigt svavelväte.
Ironiskt nog uppstod det nya arter under denna istid, som anpassade sig till de nya förhållandena, men som dukade under när isen smälte, havet steg, syrehalten sjönk och näringsflödena normaliserades. Det finns alltså arter som bara existerade under själva katastrofen. Även organismer som överlevt istiden på kontinentalsocklarna dog när syrefattigt och svavelrikt vatten strömmade in när havsnivån steg.
Det finns också en del som talar för att även en supernova kan ha haft betydelse för detta massutdöende, kanske även andra. Frågan är inte så noga utforskad av geologer och paleoklimatologer, antagligen för att de inte är så inlästa på astronomiska fenomen. De forskare som är det publicerar inte heller sina resultat i samma tidskrifter. Men ändå…
När en stjärna exploderar i en supernova skickar den ut en kraftig dos strålning (gamma, röntgen, ultraviolett ljus). Jorden träffas varje dag av sådan strålning, men oftast från stjärnor långt bort och inte i så höga doser att det har betydelse. Vill det sig illa, och det gör det kanske med 100 miljoner års mellanrum, kan dock dosen från en mer närliggande supernova koncentreras i en smal stråle och faktiskt orsaka mycket skada. Det är inte strålningen i sig som är farlig, eftersom det mesta absorberas av atmosfären och bara en mindre del av UV-strålningen når jordytan. Det som händer är att gammastrålningen bryter upp kväve- och syremolekyler, som i sin tur återförenas som kväveoxid och kvävedioxid, varav den första förstör ozonskiktet och den andra absorberar synligt ljus. Under några år ökar det UV-strålningen till jordytan tillräckligt för att döda känsliga organismer, till exempel fytoplankton som är den viktigaste producenten av syre, och djur som levde i ytvatten. Samtidigt blir regnet surare och solinstrålningen minskar på grund av kvävedioxiden, så att det blir så kallt att snön inte smälter på sommaren i stora områden, vilket innebär att mer solljus reflekteras och det blir ännu kallare – det skulle mycket väl kunna trigga en istid.
Det som talar för att en supernova kanske till och med spelade en avgörande roll i den här massutrotningen är dels att det var arter som var känsliga för UV-strålning som dog först och mest, och att arter som levde i ytvatten drabbades hårdare än de som levde djupare.
65 miljoner år sedan: slutet av Krita
Den senaste är den mest kända, nämligen den som inträffade för 65 miljoner år sedan och bland annat utrotade dinosaurierna (utom fåglarna) i slutet av den geologiska perioden Krita. Den orsakades med största sannolikhet av ett stort asteroidnedslag i nuvarande Mexiko. Stora mängder stoft slungades upp i atmosfären, förmörkade solen i flera år och sänkte jordens medeltemperatur. Växterna dog, om inte av kylan så av mörkret, vilket i sin tur dödade växtätarna och därmed rovdjuren. De som klarade sig bäst var små djur som levde i hålor i jorden (där de gömde sig för rovdjur), bland annat de däggdjur som skulle utvecklas till primater, bland annat oss människor.
Både istid och global uppvärmning
376-360 miljoner år sedan: Slutet av Devon
Under den här perioden hade växterna etablerat sig med djupa rötter och spritt sig över stora områden med hjälp av frön och bildade skogar. På land fanns mängder av insekter av olika slag, och de första amfibierna hade tagit sig upp på stränderna. Annars fanns de flesta djurarterna i havet, fiskar och skaldjur som levde vid enorma rev som bildats av främst svampar och kalcifierande bakterier, men också koraller.
Det som hände i slutet av Devon var egentligen inte en katastrof utan flera, som inträffade under lång tid, 25 miljoner år, och hade flera olika orsaker. Det var en tid med upprepade och kraftiga svängningar i temperatur som dels utrotade många arter, och dels bromsade utvecklingen av nya arter. Klimatet växlade mellan istider och global uppvärmning, mellan hög syrehalt och syrebrist (med höga halter av svavelväte från anaeroba bakterier), hög havsnivå och låg, med olika störningar av havscirkulationen som konsekvens.
Bakom detta instabila klimat fanns uppenbarligen en blandning orsaker, liknande dem som redan beskrivits ovan: Den kraftiga ökningen av landväxter som sög koldioxid från atmosfären och ökade vittringen, men också läckte näring och orsakade övergödning och syrebrist i haven. En ny supervulkan i Sibirien som under tusentals år spred sot, svavel och koldioxid, vilket som vi sett kunde bidra på olika sätt både till nedkylning och uppvärmning, men också försurning. Sannolikt även större asteroidnedslag i Australien och Sverige (Siljansringen), som åtminstone temporärt orsakade mörker och kyla.
[Uppdaterat: 20-08-09] Denna katastrof drabbade framför allt livet i grunda, varma vatten både i havet och på land, och framför allt de revbyggande organismerna. Djur som specialiserat sig i små ekologiska nischer drabbades hårdast, medan andra, exempelvis de skalbildande Trilobiterna och de ål-liknande ryggradsdjuren Konodonterna, anpassade sig till den lägre syrehalten.
Det är svårt att veta exakt, men uppskattningsvis 22% av alla marina familjer, främst ryggradslösa djur, 57% av alla släkten och 75% av alla arter, utplånades under Devon.
Koldioxid och temperatur
Vi har sett att extremt hög koldioxidhalt i atmosfären kan orsaka katastrofal global uppvärmning, och att extremt låg halt tvärtom kan utlösa en förödande istid. Men det verkar inte som om klimatet är särskilt känsligt för övrigt. I så fall hade vi haft betydligt fler katastrofer och massutdöenden, med tanke på hur både temperaturen och koldioxidhalten varierat.
Det är också uppenbart att livet blomstrat både med betydligt högre koldioxidhalt och ett betydligt varmare klimat än idag. Det betyder förstås inte att ett lika varmt klimat idag inte skulle skapa problem, men det innebär inte heller självklart ett hot om massutdöende. Tvärtom, en avsevärt högre temperatur och koldioxidhalt än idag har historiskt sett mest varit gynnsamt för livet – och det gäller lika mycket i moderna växthus där man håller en mångdubbelt högra koldioxidhalt än i luften utanför. Under de senaste 50 åren har vi faktiskt också sett att växtligheten, och därmed livsmedelsproduktionen, på jorden ökat kraftigt (med 30%) samtidigt som koldioxidhalten och temperaturen stigit i världen. Och där finns, enligt NASA, ett direkt orsakssamband. Det är antagligen tursamt, eftersom koldioxidhalten sjunkit nära gränsen för när växterna överlever:
Mindre koldioxid i atmosfären medför inte bara en risk att det blir kallare, utan också att skördarna minskar, och än värre, att växternas syreproduktion minskar.
Tvärtemot vad många tror lever vi inte i en extremt varm och koldioxidrik tid utan i en av de kallaste perioderna med den lägsta koldioxidhalten på över 500 miljoner år, farligt nära gränsen för istid och koldioxidbrist för växtligheten. När de första primaterna uppträdde på jorden efter dinosaurernas utdöende var det 10°C varmare och koldioxidhalten 1 000 miljondelar, mer än dubbelt så hög som idag.
Riskerna med kyla är också mycket större än med värme. 20 gånger fler människor dör av kyla än av värme. Det krävs också en betydligt mindre sänkning av koldioxidhalten för att utlösa ett massutdöende på grund av kyla och koldioxidbrist, än höjning för att orsaka en katastrof på grund av global uppvärmning. Redan med en halvering från dagens koldioxidhalt kommer vi nära den gräns där växterna dör, och är på god väg mot en ny förödande istid.
Det är omstritt hur mycket varmare det blir av en dubblering av koldioxidhalten, det vill säga hur känsligt klimatet är för förändringar av koldioxidhalten (eller av koldioxidekvivalenter). Sambandet mellan koldioxidhalten i sig och temperatur vet man att det är logaritmiskt. Effekten av en dubblering av koldioxiddioxidhalten (från 200 miljondelar till 400, från 400 till 800 eller 800 till 1600 osv) är alltid ungefär 1°C. Men det finns olika uppfattningar om hur det påverkar klimatsystemet och i vilken utsträckning de processer som denna uppvärmning från koldioxiden sätter igång förstärker eller dämpar temperaturhöjningen i atmosfären. FN:s klimatpanel räknar med att en dubblering medför en uppvärmning på 3°C, som alltså från dagens nivåer skulle kräva en ökning av koldioxidhalten i atmosfären med drygt 400 miljondelar (till drygt 800 miljondelar). För en avkylning med 3°C kan man i så fall anta att det räcker med en halvering med bara 200 miljondelar för att jordens medeltemperatur skulle sjunka 3°C och sannolikt utlösa en riktigt förödande istid. Ytterligare en sänkning med 3°C skulle bara kräva en fortsatt minskning av koldioxidhalten med 100 miljondelar.
Det finns förstås forskare som anser att klimatkänsligheten är lägre än så, på grund av att dämpande faktorer i större utsträckning väger upp de förstärkande.
Läs mer om koldioxidhaltens logaritmiska samband med temperatur, feedback-effekter och klimatkänslighet:
Har du verkligen koll på växthuseffekten?
Lindzen, klimatkänsligheten och debattklimatet
Lärdomar från massutdöendena
I ett geologiskt perspektiv är alltså koldioxidhalten extremt låg idag, och frågan är om den är särskilt hög i förhållande till de senaste 1 000 eller 400 000 åren heller:
Är koldioxidhalten extremt hög numera?
Några klimatförändringar har vi faktiskt inte sett till ännu. Den arktiska havsisen minskade lika mycket på 1930-talet och har inte minskat alls sedan 2007, isbjörnsstammen har vuxit, torkan i världen har minskat, snöutbredningen har ökat, skogsbränderna har minskat, stormar och orkaner varken har blivit fler eller värre, havsnivån har stigit i samma takt som den gjort i 100 år, skördarna har kontinuerligt har slagit rekord på rekord (bland annat tack vare högre koldioxidhalt), öknarna har krympt, fattigdomen har minskat, de tropiska sjukdomarna inte har ökat, och antalet utrotade arter har minskat i 100 år (en miljon arter inte alls är utrotningshotade). Det finns massor av belägg och andra exempel här på Klimatforum.
Frågan är också om temperaturen stigit på något oroande sätt de senaste 150 åren. Det har blivit varmare efter den lilla istiden, men allt talar för att det handlar om naturliga klimatcykler och att det mesta av uppvärmningen skedde före 1940:
Varför man inte kan lita på de officiella temperaturkurvorna
Är justeringarna av temperaturdata legitima?
Bevis för att temperaturdata manipuleras utan vetenskaplig grund
När NASA erkände att de ändrat 1900-talets temperaturer på Island utan vetenskaplig grund
Det finns förstås ingen anledning för oss idag att oroa oss för klimatförändringar beroende på att alla kontinenter samlas vid ekvatorn, men kontinentaldriften pågår hela tiden och i förkastningslinjerna mellan de tektoniska plattorna pågår ständigt vulkanisk aktivitet. Sotpartiklar och svaveldioxid från större vulkanutbrott kan kyla ner jordens klimat under flera år och på så sätt orsaka missväxt och svält, och i värsta fall utlösa en istid. Det finns också flera slumrande supervulkaner, bland annat under Yellowstone Park, som vid ett utbrott visserligen först skulle sänka jordens temperatur, men i längden orsaka en katastrofal global uppvärmning om koldioxidhalterna steg till samma extrema nivåer som under Perm och Trias.
Svaveldioxid från vulkanutbrott medför också surt regn, men försurning på grund av människans utsläpp har också varit mycket på tapeten. Skogsdöden som man varnade om på 1970-talet blev i och för sig aldrig av, och de ”försurade sjöarna” orsakades av övergödning, inte fossila bränslen. Det är också ganska klart att den s.k. havsförsurningen inte är, och inte heller kommer att bli, ett problem.
Hotas skaldjuren av havsförsurning?
Hotas korallreven av global uppvärmning och havsförsurning?
Många oroar sig också för att fruset metan (metanhydrat) på havsbottnen ska tina och accelerera den globala uppvärmningen på ett katastrofalt sätt. Men risken för det är obefintlig:
Borde man oroa sig för ”metanbomben” i Arktis?
Asteroidnedslag kommer jorden helt säkert att drabbas av någon gång i framtiden, så det gäller att vi har koll på stjärnhimlen. Med tillräcklig förvarning kan vi säkert förhindra en katastrof, men vem vet. Kanske borde vi forska mer på det redan nu, men det är nog inget vi kommer att satsa på förrän hotet uppstår. Men asteroider kartläggs i alla fall. Gammastrålning från supernovor är i samma kategori. Vi vet inte när det kan komma att inträffa, bara att det kommer att inträffa, och registrerar kontinuerligt. Det verkliga hotet i det sammanhanget är som vi sett inte strålningen, utan från ämnen som den bildar när den träffar atmosfären – kväveoxid, som bryter ner ozonskiktet som skyddar oss mot UV-strålning, och kvävedioxid som blockerar solljus.
Kvävedioxid är för övrigt en förorening från förbränning av fossila bränslen, framför allt dieselmotorer, som det ännu inte finns någon teknik för att rena. Så det är ett allvarligt miljöproblem. Halterna har länge varit på väg ner, men trenden har planat ut på 2000-talet. Kvävedioxid uppehåller sig väldigt kort tid, bara 16 timmar. Det är enbart ett hälsoproblem, och ingenting som påverkar klimatet
Övergödning är ett stort miljöproblem, framför allt på grund av användningen av konstgödsel som läcker fosfor till sjöar och hav. Det förvärrar algblomningar och leder till syrefria bottnar i de djupare delarna av innanhav, som östersjön. Det intensiva industrijordbruket leder till undanträngning av både växt- och djurarter, men också till utarmade jordar och sämre näringsvärden i grödorna, men ur klimatsynpunkt är ökad växtlighet inget problem, oavsett hur man ser på det.
Kyla är betydligt dödligare än värme. Det dör 20 gånger fler människor av kyla än av värme. Historiskt sett har också varma perioder kännetecknats av välstånd och utveckling, medan kalla perioder kännetecknats av missväxt, svält och krig. Vi ska vara betydligt mer oroliga för att det bli kallare, än att det blir varmare, och att koldioxidhalten ska bli bli för låg än stiga ytterligare några hundra miljondelar. Om det är sant, som jag tror, att den moderna uppvärmningen är en del av en naturlig klimatcykel som snart kommer att vända nedåt i en avkylande trend, så bör vi se till att fortsätta att använda fossila bränslen, framför allt för att ha tillgång till billig och pålitlig energi, men också för att om möjligt förstärka växthuseffekten en aning.
Global uppvärmning
Massutdöendena under Perm, Trias och PETM används gärna som varnande exempel på vad höga halter av koldioxid kan ställa till med.
Under utdöenden på grund av global uppvärmning orsakad av koldioxid i atmosfären har dock halterna varit 20 gånger högre än idag, alltså många tusentals miljondelar istället för fyrahundra miljondelar, och medfört en uppvärmning på mer än 10 grader.
Man ser ibland jämförelser mellan dagens utsläpp och de mängder koldioxid som supervulkanen spydde ut. Det sägs att om vi fortsätter en obegränsad användning av fossila bränslen så blir det i samma storleksordning, bara på väldigt mycket kortare tid. Men det är inte så intressant. Det viktiga är ju hur mycket halten i atmosfären steg, och vilken uppvärmning det orsakade.
Rent matematiskt skulle alltså en fördubbling av dagens halter medföra en tiondel av denna uppvärmning, men eftersom en ökning av lufttemperaturen med 5 grader inte skulle värma haven tillräckligt mycket för att frigöra metan, skulle det bli mindre än 1 grad, kanske snarare 0,5 grad.
Den direkta växthuseffekten ökar logaritmiskt när halten av koldioxid (eller koldioxidekvivalenter) stiger. En fördubbling ger alltid ungefär 1 grads uppvärmning, oavsett om det är från 100 ppm till 200 ppm, 400 ppm till 800 ppm eller 1000 ppm till 2000 ppm. Det krävs alltså alltid dubbelt så mycket koldioxid för att ge ytterligare en grads uppvärmning.
Till det kommer indirekta effekter, dvs feedback från den uppvärmning koldioxiden orsakar. De kan vara både förstärkande (positiv feedback) eller dämpande (negativ feedback). Man räknar oftast med att förstärkande feedback dominerar och tredubblar den direkta effekten från koldioxid, men det finns stor osäkerhet i dessa bedömningar och mycket vi inte vet om feedback. Mycket talar för att den moderna uppvärmningen sedan slutet av 1970-talet inte har förstärkts på något mätbart sätt, och därmed att negativ feedback effektivt balanserar den positiva feedbacken.
Vid de extrema halter som orsakade massutdöenden vid sällsynta tillfällen i den geologiska historien har uppenbarligen positiv feedback av någon anledning tagit överhanden. Men det har vi inte sett några tecken på hittills i modern tid, och klimathistorien visar att det varit både betydligt högre temperatur och koldioxidhalt än idag utan att det fått några negativa effekter för livet på jorden. Tvärtom har det oftast varit positivt, även i den mänskliga civilisationens historia. Paleoklimatologin visar att livet som regel blomstrat och utvecklats under perioder med betydligt högre koldioxidhalt och temperatur än idag, faktiskt under större delen av livets historia. I huvudsak verkar klimatet ha varit väldigt robust och livet gynnats av koldioxid och värme.
Extremt höga halter av koldioxid har bidragit till att orsaka massutdöenden vid några ovanliga tillfällen i historien men det betyder uppenbarligen inte att vi på långa vägar samma risk idag till följd förbränning av fossila bränslen. Inte ens om vi ansträngde oss i hundra år skulle vi kunna öka halterna i atmosfären till nivåer i närheten av de som orsakat massutdöenden. Men i själva verket kommer vi med all säkerhet istället utveckla bra och billiga alternativ som inte bara ersätter utan också vida överträffar fossila bränslen.
Hittills har stigande koldioxidhalt och ökande värme inte haft några negativa effekter alls, bara positiva. Och det finns stora risker förknippade med att sluta använda fossila bränslen också.
Varför klimathotet är så allvarligt.
Global nedfrysning
Den andra lärdomen från den geologiska historien är att det är betydligt viktigare att koldioxidhalten i atmosfären inte sjunker för mycket.
Medan det krävs väldigt mycket koldioxid för att orsaka ett massutdöende på grund av global uppvärmning, behöver halterna inte sjunka särskilt mycket alls för att det ska bli farligt. Den logaritmiska effekten av en förändring av halten av koldioxidekvivalenter blir allt kraftigare ju lägre halterna är. En halvering medför en direkt effekt på 1 grad – från 400 ppm till 200 ppm, från 200 ppm till 100 ppm, från 100 ppm till 50 ppm. Ovanpå det kommer feedbackeffekter. Det skulle ganska säkert trigga en ny istid, kanske inte en som utplånar livet på jorden, men med betydligt mer katastrofala konsekvenser än från den globala uppvärmning vi kan vänta oss av oförändrade koldioxidutsläpp under ytterligare 100 år.
Vi lever som sagt i en av de kallaste perioderna i livets historia, och de senaste fem miljoner åren har dominerats av istider. I den utsträckning koldioxidhalten har betydelse för temperaturen så ska vi kanske vara betydligt mer oroliga för låga nivåer än för lite högre.
Men livet på jorden skulle påverkas negativt av sjunkande koldioxidhalt på andra sätt. Under 150 ppm dör fotosyntetiserande växter och organismer, och de växer förstås allt sämre redan innan koldioxidhalten sjunker så lågt. Ökningen av koldioxidhalterna i atmosfär och hav under de senaste 30 åren har gjort jorden grönare och bidragit mycket till att skördarna ökat och gett stort världen ett livsmedelsöverskott, trots att folkmängden också ökat kraftigt. En sänkning av koldioxidhalten skulle alltså omedelbart ha negativa effekter för livet på jorden så snart den började.
Modern tid (1850-2020)
Global uppvärmning och utrotning av djurarter
Det är ingen tvekan om att människan tränger undan djurarter, att vissa är hotade och andra dör ut, men det finns inga belägg för att utrotningen av arter ökar. Tvärtom, så har den minskat kraftigt under hela 1900-talet fram till nu. FN:s rapporter som varnar för att miljontals arter kommer att dö ut under 2000-talet stämmer helt enkelt inte. Antalet utrotade arter har minskat kraftigt sedan 1870:
Det kan man lätt vända på med lite statistisk manipulation, så att det istället ser ut som om det blivit värre, genom att successivt ackumulera antalet utdöda djur ända från 1500-talet:
Den här missledande grafen är från FN, som i samma rapport lika missledande hävdade att 1 miljon arter är utrotningshotade. Läs mer om det här:
Är 1 miljon arter utrotningshotade?
Hotas isbjörnarna av utrotning inom 80 år?
Det finns inga belägg för att några djur- eller växtarter har påverkats negativt av den moderna uppvärmningen de senaste 150 åren. Det betyder inte att att inte finns många arter som har minskat och som är hotade, men det beror huvudsakligen på att de har trängts undan av människan så att deras habitat minskat eller försvunnit. Miljögifter och andra effekter av mänsklig aktivitet är också ett problem. Men det har ingenting med global uppvärmning att göra.
Är koldioxid orsaken till den moderna uppvärmningen
Det finns faktiskt ingenting som talar för att människans utsläpp av koldioxid har bidragit till uppvärmningen de senaste 150 åren. Den är en del av en naturlig klimatcykel, eller i själva verket flera samverkande naturliga klimatcykler. Det har jag skrivit mycket om här på Klimatforum och i min bok Borde man oroa sig för klimathotet?
Borde man oroa sig för KLIMATHOTET?
Min bok ”Borde man oroa sig för klimathotet” kan köpas på Elsa Widdings förlag på webbplatsen Klimatkarusellen.
Några läsares reaktioner:
“Har boken hemma på bordet, slår upp ibland. Hade det på bordet vid middagsbjudningar (före Corona). Obetalbart bra. Riktig njutning att läsa. Beställde boken precis till mitt barnbarn som födelsedagspresent- 13 år. Perfekt!”
“Boken är mycket läsvärd, borde läsas av alla människor men främst av våra politiker så dom slutar med sina vansinniga och meningslösa projekt.”
“Jag läste färdigt din bok idag. Otroligt berikande och omtumlande. Vilket otroligt arbete som ligger bakom den.”
Recensioner
Göran Sjöberg: https://anthropocene.live/2020/04/28/borde-man-oroa-sig-for-klimathotet/
Ingemar Nordin: http://www.klimatupplysningen.se/2020/05/04/en-faktarik-bok-om-klimatet/
Intervjuer (Youtube)
Se gärna mina samtal med Mikael Willgert och Lennart Matikainen:
Klimatforum 