Under en lång tid har jordens klimat fluktuerat av tio olika skäl, inklusive orbital wobbles, tektoniska förändringar, evolutionära förändringar och andra faktorer. De kastade planeten antingen under istiden eller i tropisk hetta. Hur relaterar de till samtida antropogen klimatförändring?
Under hela sin historia har jorden lyckats bli en snöboll och ett växthus. Och om klimatet förändrats innan människans uppträdande, hur vet vi att det är vi som har skylden för den kraftiga uppvärmningen som vi ser i dag?
Dels för att vi kan få ett tydligt orsakssamband mellan antropogena koldioxidutsläpp och en ökning av den globala temperaturen på 1,28 grader (som förresten fortsätter) under den preindustriella eran. Koldioxidmolekyler absorberar infraröd strålning, så när deras mängd i atmosfären ökar behåller de mer värme, som förångas från planetens yta.
Samtidigt har paleoclimatologer gjort stora framsteg när det gäller att förstå de processer som tidigare lett till klimatförändringar. Här är tio fall av naturliga klimatförändringar - jämfört med den nuvarande situationen.
Solcykler
Skala: kylning med 0,1-0,3 grader Celsius
Tidslinje: periodiska nedgångar i solaktivitet från 30 till 160 år, åtskilda av flera århundraden
Kampanjvideo:
Var 11: e år förändras det solmagnetiska fältet, och med det kommer 11-åriga cykler av ljusare och dimnande. Men dessa fluktuationer är små och påverkar bara jordens klimat obetydligt.
Mycket viktigare är "stora solminima", tioårsperioder med minskad solaktivitet som har inträffat 25 gånger under de senaste 11 000 åren. Ett nyligen exempel, Maunder minimum, inträffade mellan 1645 och 1715 och fick solenergi att falla 0,04% -0,08% under det nuvarande genomsnittet. Under en lång tid trodde forskare att Maunder minimum skulle ha orsakat "Little Ice Age", en kall snäpp som varade från 15 till 1800-talet. Men det har sedan framkommit att det var för kort och hände vid fel tidpunkt. Kylningen orsakades troligen av vulkanisk aktivitet.
Under det senaste halva seklet har solen svagare och jorden värms upp och det är omöjligt att associera den globala uppvärmningen med en himmelkropp.
Vulkaniskt svavel
Skala: 0,6 - 2 grader kylning
Tidsram: från 1 till 20 år
I 539 eller 540 A. D. e. det fanns ett så kraftfullt utbrott av vulkanen Ilopango i El Salvador att dess plommon nådde stratosfären. Därefter förstörde kalla somrar, torka, hungersnöd och pest bosättningar runt om i världen.
Utbrott i Ilopango-skala kastar reflekterande droppar svavelsyra i stratosfären, som skärmar solljus och kyler klimatet. Som ett resultat, havs byggs upp, mer solljus reflekteras tillbaka i rymden, och den globala kylningen blir värre och längre.
Efter utbrottet av Ilopango sjönk den globala temperaturen med 2 grader under 20 år. Redan i vår era kyldes utbrottet av Mount Pinatubo på Filippinerna 1991 det globala klimatet med 0,6 grader i 15 månader.
Vulkaniskt svavel i stratosfären kan vara förödande, men på skalan av jordens historia är dess effekt liten och övergående.
Kortsiktiga klimatförändringar
Skala: upp till 0,15 grader Celsius
Tidsram: från 2 till 7 år
Förutom säsongsbetingade väderförhållanden finns det andra kortsiktiga cykler som också påverkar regn och temperatur. Den viktigaste av dessa, El Niño eller södra oscillationen, är en periodisk förändring i cirkulationen i det tropiska Stilla havet under en period av två till sju år som påverkar nederbörden i Nordamerika. Nordatlantiska oscillationen och Dipole i Indiska oceanen har en stark regional påverkan. Båda interagerar med El Niño.
Sambandet mellan dessa cykler under lång tid förhindrade beviset på att antropogen förändring är statistiskt signifikant, och inte bara ytterligare ett hopp i naturlig variation. Men sedan dess har den antropogena klimatförändringen gått långt utöver den naturliga vädervariationen och säsongens temperaturer. Den amerikanska klimatbedömningen 2017 drog slutsatsen att "det inte finns några avgörande bevis från observationerna som kan förklara den observerade klimatförändringen med naturliga cykler."
Orbitalvibrationer
Skala: cirka 6 grader Celsius under den senaste 100 000-åriga cykeln; varierar med geologisk tid
Tidtagning: Vanliga överlappande cykler på 23 000, 41 000, 100 000, 405 000 och 2 400 000 år
Jordens omloppsbana svängs när solen, månen och andra planeter ändrar sina relativa positioner. På grund av dessa cykliska svängningar, de så kallade Milankovitch-cyklerna, varierar mängden solljus på mellanlängderna med 25% och klimatet förändras. Dessa cykler har fungerat genom historien och skapat alternerande lager av sediment som kan ses i stenar och utgrävningar.
Under Pleistocene-eran, som slutade för cirka 11 700 år sedan, skickade Milankovitch-cykler planeten in i en av dess istider. När jordens omloppsvridning gjorde norra somrar varmare än i genomsnitt smälte massiva isark i Nordamerika, Europa och Asien; när banan växlade igen och somrarna blev kallare igen växte dessa sköldar tillbaka. Eftersom det varma havet löser upp mindre koldioxid ökade atmosfärens innehåll och minskade i överensstämmelse med svängningarna i kretsloppet och förstärkte deras effekt.
Idag närmar sig jorden ytterligare ett minimum av nordligt solljus, så utan antropogena koldioxidutsläpp skulle vi komma in i en ny istid under de närmaste 1 500 åren.
Svag ung sol
Skala: ingen kumulativ temperatureffekt
Tidslinje: permanent
Trots kortvariga fluktuationer ökar solens ljusstyrka som helhet med 0,009% per miljon år, och sedan solsystemets födelse för 4,5 miljarder år sedan har den ökat med 48%.
Forskare tror att från den unga solens svaghet bör det följa att jorden förblev frusen under hela den första halvan av dess existens. Samtidigt har paradologiskt sett geologer upptäckt 3,4 miljarder år gamla stenar som bildats i vatten med vågor. Det oväntade varma klimatet i den tidiga jorden verkar bero på någon kombination av faktorer: mindre landerosion, klarare himmel, kortare dagar och en speciell sammansättning av atmosfären innan Jorden fick en syrerik atmosfär.
Gynnsamma förhållanden under andra hälften av jordens existens, trots ökningen i solens ljusstyrka, leder inte till en paradox: Jordens väderbeständiga termostat motverkar effekterna av extra solljus och stabiliserar jorden.
Koldioxid och väderbeständig termostat
Skala: motverkar andra förändringar
Tidslinje: 100 000 år eller längre
Den huvudsakliga regulatorn för jordens klimat har länge varit nivån på koldioxid i atmosfären, eftersom koldioxid är en ihållande växthusgas som blockerar värme och förhindrar att den stiger från planetens yta.
Vulkaner, metamorfa stenar och koldioxidoxidation i eroderade sediment avger alla koldioxid till himlen, och kemiska reaktioner med silikat stenar avlägsnar koldioxid från atmosfären och bildar kalksten. Balansen mellan dessa processer fungerar som en termostat, eftersom när klimatet värms upp är kemiska reaktioner effektivare för att avlägsna koldioxid och därmed hämma uppvärmningen. När klimatet svalnar minskar reaktionernas tvärtom, tvärtom, vilket underlättar kylningen. Följaktligen förblev jordens klimat över en lång tid relativt stabilt, vilket gav en beboelig miljö. I synnerhet har de genomsnittliga koldioxidnivåerna sjunkit stadigt till följd av solens ökande ljusstyrka.
Det tar emellertid hundratals miljoner år för väderkrafttermostaten att reagera på koldioxidökningen i atmosfären. Jordens hav absorberar och tar bort överskott av kol snabbare, men till och med denna process tar årtusenden - och kan stoppas, med risken för surgöring av havet. Förbränning av fossila bränslen avger varje år ungefär 100 gånger mer koldioxid än vulkanerna bryter ut - oceanerna och vädret misslyckas - så klimatet värms upp och oceanerna oxiderar.
Tektoniska skift
Skala: cirka 30 grader Celsius under de senaste 500 miljoner åren
Tidslinje: miljoner år
Förflyttningen av jordmassorna i jordskorpan kan långsamt flytta väderbeständiga termostaten till en ny position.
Under de senaste 50 miljoner åren har planeten svalnat, tektoniska plattkollisioner som skjuter kemiskt reaktiva stenar som basalt och vulkanisk aska i de varma fuktiga tropikerna, vilket ökar hastigheten på reaktioner som lockar koldioxid från himlen. Dessutom har de senaste 20 miljoner åren, med tillkomsten av Himalaya, Andesfjällen, Alperna och andra berg, erosionshastigheten mer än fördubblats, vilket har lett till en snabbare förvitring. En annan faktor som påskyndade kyltrenden var separationen av Sydamerika och Tasmanien från Antarktis för 35,7 miljoner år sedan. En ny havström har bildats runt Antarktis och den har intensifierat cirkulationen av vatten och plankton, som förbrukar koldioxid. Som ett resultat har Antarktisens isark växt betydligt.
Tidigare, under jura- och kretttiden, vandrade dinosaurierna i Antarktis, eftersom utan dessa bergskedjor höll den ökade vulkanaktiviteten koldioxid i nivåer av storleksordningen 1 000 delar per miljon (upp från 415 idag). Medeltemperaturen i denna isfria värld var 5-9 grader högre än den är nu och havsnivån var 75 meter högre.
Asteroidfall (Chikshulub)
Skala: först kyla med cirka 20 grader och sedan värma med 5 grader
Tidslinje: århundraden med kyla, 100 000 års uppvärmning
Databasen med asteroidpåverkan på jorden innehåller 190 kratrar. Ingen av dem hade en märkbar effekt på jordens klimat, med undantag för asteroiden Chikshulub, som förstörde en del av Mexiko och dödade dinosaurierna för 66 miljoner år sedan. Datorsimuleringar visar att Chikshulub har kastat tillräckligt med damm och svavel i den övre atmosfären för att dölja solljus och kyla jorden med mer än 20 grader Celsius, såväl som att surgöra oceanerna. Det tog planeten århundraden att återvända till sin tidigare temperatur, men sedan värmde den upp ytterligare 5 grader på grund av att koldioxid inträffade från den förstörda mexikanska kalkstenen i atmosfären.
Hur vulkanisk aktivitet i Indien påverkade klimatförändringarna och massutrotning förblir kontroversiell.
Evolutionära förändringar
Skala: händelsberoende, kylning med cirka 5 grader Celsius under den sena ordoviciska perioden (445 miljoner år sedan)
Tidslinje: miljoner år
Ibland kommer utvecklingen av nya livsarter att återställa jordens termostat. Således lanserade fotosyntetiska cyanobakterier, som uppstod för cirka 3 miljarder år sedan, processen med terraformering och frigörande av syre. När de spridit sig ökade syre i atmosfären för 2,4 miljarder år sedan, medan metan och koldioxidhalten sjönk kraftigt. Under 200 miljoner år har jorden förvandlats till en "snöboll" flera gånger. 717 miljoner år sedan, utvecklingen av livet i havet, större än mikrober, utlöste en ny serie snöbollar - i detta fall, när organismer började släppa detritus i havsdjupet, ta kol från atmosfären och dölja det på djupet.
När de tidigaste landplantorna dök upp ungefär 230 miljoner år senare under den ordoviciska perioden började de bilda jordens biosfär, begravde kol på kontinenterna och extraherade näringsämnen från land - de tvättades in i haven och stimulerade också livet där. Dessa förändringar verkar ha lett till istiden, som började för cirka 445 miljoner år sedan. Senare, under Devonian-perioden, minskade utvecklingen av träd, i kombination med bergsbyggnad, ytterligare koldioxidnivåer och temperaturer, och den paleozoiska istiden började.
Stora magtfyllda provinser
Skala: Värmning 3 till 9 grader Celsius
Tidslinje: hundratusentals år
Kontinentala översvämningar av lava och underjordisk magma - så kallade stora magtfyllda provinser - har resulterat i mer än en massutrotning. Dessa fruktansvärda händelser släppte ett arsenal av mördare på jorden (inklusive surt regn, sur dimma, kvicksilverförgiftning och ozonnedbrytning), och ledde också till en uppvärmning av planeten och släppte enorma mängder metan och koldioxid ut i atmosfären - snabbare än de kunde hantera termostatväderbitning.
Under Perm-katastrofen för 252 miljoner år sedan, som förstörde 81% av marina arter, satte underjordisk magma eld på Siberian kol, höjde koldioxidinnehållet i atmosfären till 8000 delar per miljon och värmde upp temperaturen med 5-9 grader Celsius. Paleocene-Eocene Thermal Maximum, en mindre händelse för 56 miljoner år sedan, skapade metan i oljefält i Nordatlanten och skickade den till himlen, värmde planeten 5 grader Celsius och försurade havet. Senare växte palmer på de arktiska stränderna och alligatorerna gick. Liknande utsläpp av fossilt kol inträffade i den sena triasperioden och tidiga juraperioder - och slutade i global uppvärmning, döda zoner i havet och försurning av havet.
Om något av detta låter dig bekant, beror det på att antropogena aktiviteter idag har liknande konsekvenser.
Som en grupp trias-jura-utrotning forskare noterade i april i tidskriften Nature Communications: "Vi uppskattar mängden koldioxid som släpps ut i atmosfären av varje magma puls i slutet av Triassic är jämförbar med prognosen för antropogena utsläpp för 2000-talet."
