Teplota oceánů je nejvyšší za tisíce let, ale za miliony let patří k těm nižším. Jak se zjišťuje teplota za dlouhá období?
V těchto dnech uplynul rok, co je povrchová teplota moří v globálním průměru nejvyšší v historii novodobých pozorování. Přesněji se tento údaj týká oblastí mezi 60. stupněm severní a jižní šířky, neboť v polárních oblastech měření poněkud komplikuje častý výskyt mořského ledu. Pokud se podíváme na delší období, tak je nejvyšší za posledních zhruba 120 tisíc let, kdy na planetě panovala poslední doba meziledová. Nicméně v kontextu ještě mnohem delším, tedy miliónů let a více, máme v současnosti vodu chladnější. Teplotní údaje za poslední desítky let vznikají na základě kombinace družicových měření a husté sítě bójí, důležitá jsou i lodní měření a v posledních letech přispívají i data z přístrojů umístěných na tělech živočichů, kteří většinu svého života tráví v moři (od lososů přes želvy až po velryby). K dispozici jsou tedy data z různých typů měření, které je nutné pečlivě zpracovat a vzájemně zkalibrovat, abychom dostali poměrně přesné údaje o rozložení teploty mořské vody na světě. Takto přesná a prostorově hustá síť dat je však k dispozici teprve od přelomu 70. a 80. let minulého století. Pro studium vývoje klimatu a jeho predikce do budoucna je ale klíčové vědět, jak se měnila teplota oceánů v mnohem vzdálenější minulosti.
Vývoj denních průměrů teploty mořské vody od roku 1979 do současnosti, zdroj: ecmwf.int
Rekonstrukce vývoje povrchové teploty mořské vody od poloviny 19. století do roku 2022, zdroj: climate.copernicus.eu
Přístrojové měření teploty povrchové vody oceánů začalo už na začátku 19. století, kdy se rozšířily teploměry, které bylo možné použít pro určení teploty vody. Pro posádky lodí bylo důležité znát teplotu vody a její změny pro celou řadu účelů, od navigace, přes předpověď bouřlivého počasí a vědecké zkoumání až po klimatologické zmapování mořského prostředí. Měření většinou neprováděli vědci, ale spíš námořníci, rybáři, vojáci nebo i obchodníci plující na lodích. I když měření nebyla prováděna pro účely monitorování vývoje klimatu, jsou to právě tato pozorování z lodí, která jsou jediným dostupným zdrojem přímých měření vývoje teploty povrchu oceánů před zahájením systematického vědeckého monitoringu v 70. letech minulého století. Nicméně pro jejich podrobné klimatologické využití byla nutná nejprve pečlivá příprava dat. Ta totiž byla zjišťována velmi rozmanitým způsobem, často v různých typech věder a nádob, kterými byla voda z oceánu vytažena na palubu lodi a až tam teplota vody měřena. To mohlo vést k určitému zkreslení vlivem výparu a zchlazení větrem nebo naopak ohřátí slunečními paprsky. Množství těchto měření se během 19. a 20. století výrazně zvyšovalo. To si vyžádalo pečlivé a časově náročné (šlo asi o 130 miliónů pozorování!) statistické zpracování a homogenizaci dat.
Počet hlášení za rok zpracovaných v databázi ICOADS pro období 1800-2014, zdroj: rmets.onlinelibrary.wiley.com
Před rokem 1800 už ale přístrojová měření nejsou k dispozici a pro určení vývoje teplot ve vzdálenější minulosti nezbývá, než využít tzv. proxy dat. Jde o nepřímé indikátory, které umožňují rekonstruovat historické klima (paleoklima) a určit přibližné vlastnosti klimatického sytému v minulosti. Důležité samozřejmě je, aby bylo daná data možné aspoň přibližně datovat a rovněž určit jejich vazbu na klima a jeho kolísání.
Pro období stovek let do minulosti můžou velice kvalitní data poskytnout údaje získaná z korálů. Ty staví své tvrdé kostry z uhličitanu vápenatého, který získávají z mořské vody. Hustota těchto koster se mění sezónu od sezóny s kolísáním teploty moře, čistoty vody a množství dostupných živin. To se projeví v podobě letokruhů podobných těm na stromech a ty lze analyzovat pomocí rentgenového záření. Rovněž izotopová analýza atomů kyslíku obsažených v kostře může signalizovat změny teploty oceánu. V tomto případě máme data s časovým krokem v řádu roků. Mimochodem toho, že se korály nacházejí jen v omezených klimatických podmínkách, můžeme využít výskyt i pro mnohem vzdálenější období – například v americkém Ohiu nebo jižních částech kanadského Quebecu se našly horniny staré asi 450 milionů let obsahující korály. Z toho lze předpokládat, že v této době měly dané oblasti tropické klima.
Příklad rekonstrukce vývoje teploty vody tropických moří pro Indický oceán a západní Pacifik založené na datech získaných z korálů pro období od roku 1600 do roku 2000 (čárky na dolní ose značí úseky po 50 letech), zdroj: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Dlouhodobý vývoj teploty mořské vody v Tichém oceánu za posledních 65 milionů let ve formě odchylky vůči současné teplotě vody (ta odpovídá 0 °C vlevo nahoře). S ohledem na časové měřítko (vertikální osa) v řádu milionů let se propad teploty během ledových dob (který navíc v Pacifiku podle některých studií byl výrazně menší než v Atlantiku) vytratí vlivem vyšších teplot vody v dobách meziledových, zdroj: mdpi.com
Pro určení teploty vody v mnohem vzdálenější minulosti lze využít dat ze dna moří. Na nich se každým rokem po celém světě nahromadí miliardy tun sedimentů (prachu, minerálů, organické hmoty a drobných mikrofosilií), které zachycují určité stopy klimatu dané doby. Časové měřítko, které nám umožní rekonstruovat historický vývoj pomocí sedimentů, sahá od tisíců po milióny let. Poměrně časté jsou rekonstrukce klimatu založené na vlastnostech planktonu známého jako foraminifera (dírkonoše), které na naší planetě existují od prvohor. Jde o drobné měkýše, jejichž často velmi zdobné schránky jsou tvořené uhličitanem vápenatým. Využívá se ale i dalších organismů. Jejich schránky obsahují například izotopy kyslíku 16O a 18O, jejichž poměr závisí na teplotě v době vzniku schránek. Kromě této charakteristiky se ale vychází i z dalších parametrů (někdy označovaných jako tzv. paleoteploměry), jako jsou například poměry hořčíku a vápníku, tetraetherový index 86 uhlíků (TEX86) nebo poměr vlastnosti alkenonů (nenasycené methyl a ethyl n-ketony s dlouhým řetězcem). Jde tedy v podstatě o geochemická data, která mají téměř globální rozložení.
Je zřejmé, že čím dále do historie jdeme, tím se zvětšuje nejistota dat určených z proxy zdrojů, jejichž vazba na klima často není vůbec jednoduchá a přímá. Proto je vhodné při rekonstrukci vývoje teploty mořské vody vycházet z více zdrojů proxy dat a výsledky pak podrobit pečlivé vzájemné kalibraci. Čím více těchto proxy dat je k dispozici, tím robustnější bude získaná řada teploty mořské vody.
Schránky mrtvých foraminifer zachycených elektronovým mikroskopem, zdroj: geomar.de
Vývoj denních průměrů teploty mořské vody od roku 1979 do současnosti, zdroj: ecmwf.int
Rekonstrukce vývoje povrchové teploty mořské vody od poloviny 19. století do roku 2022, zdroj: climate.copernicus.eu
Přístrojové měření teploty povrchové vody oceánů začalo už na začátku 19. století, kdy se rozšířily teploměry, které bylo možné použít pro určení teploty vody. Pro posádky lodí bylo důležité znát teplotu vody a její změny pro celou řadu účelů, od navigace, přes předpověď bouřlivého počasí a vědecké zkoumání až po klimatologické zmapování mořského prostředí. Měření většinou neprováděli vědci, ale spíš námořníci, rybáři, vojáci nebo i obchodníci plující na lodích. I když měření nebyla prováděna pro účely monitorování vývoje klimatu, jsou to právě tato pozorování z lodí, která jsou jediným dostupným zdrojem přímých měření vývoje teploty povrchu oceánů před zahájením systematického vědeckého monitoringu v 70. letech minulého století. Nicméně pro jejich podrobné klimatologické využití byla nutná nejprve pečlivá příprava dat. Ta totiž byla zjišťována velmi rozmanitým způsobem, často v různých typech věder a nádob, kterými byla voda z oceánu vytažena na palubu lodi a až tam teplota vody měřena. To mohlo vést k určitému zkreslení vlivem výparu a zchlazení větrem nebo naopak ohřátí slunečními paprsky. Množství těchto měření se během 19. a 20. století výrazně zvyšovalo. To si vyžádalo pečlivé a časově náročné (šlo asi o 130 miliónů pozorování!) statistické zpracování a homogenizaci dat.
Počet hlášení za rok zpracovaných v databázi ICOADS pro období 1800-2014, zdroj: rmets.onlinelibrary.wiley.com
Před rokem 1800 už ale přístrojová měření nejsou k dispozici a pro určení vývoje teplot ve vzdálenější minulosti nezbývá, než využít tzv. proxy dat. Jde o nepřímé indikátory, které umožňují rekonstruovat historické klima (paleoklima) a určit přibližné vlastnosti klimatického sytému v minulosti. Důležité samozřejmě je, aby bylo daná data možné aspoň přibližně datovat a rovněž určit jejich vazbu na klima a jeho kolísání.
Pro období stovek let do minulosti můžou velice kvalitní data poskytnout údaje získaná z korálů. Ty staví své tvrdé kostry z uhličitanu vápenatého, který získávají z mořské vody. Hustota těchto koster se mění sezónu od sezóny s kolísáním teploty moře, čistoty vody a množství dostupných živin. To se projeví v podobě letokruhů podobných těm na stromech a ty lze analyzovat pomocí rentgenového záření. Rovněž izotopová analýza atomů kyslíku obsažených v kostře může signalizovat změny teploty oceánu. V tomto případě máme data s časovým krokem v řádu roků. Mimochodem toho, že se korály nacházejí jen v omezených klimatických podmínkách, můžeme využít výskyt i pro mnohem vzdálenější období – například v americkém Ohiu nebo jižních částech kanadského Quebecu se našly horniny staré asi 450 milionů let obsahující korály. Z toho lze předpokládat, že v této době měly dané oblasti tropické klima.
Příklad rekonstrukce vývoje teploty vody tropických moří pro Indický oceán a západní Pacifik založené na datech získaných z korálů pro období od roku 1600 do roku 2000 (čárky na dolní ose značí úseky po 50 letech), zdroj: agupubs.onlinelibrary.wiley.com
Dlouhodobý vývoj teploty mořské vody v Tichém oceánu za posledních 65 milionů let ve formě odchylky vůči současné teplotě vody (ta odpovídá 0 °C vlevo nahoře). S ohledem na časové měřítko (vertikální osa) v řádu milionů let se propad teploty během ledových dob (který navíc v Pacifiku podle některých studií byl výrazně menší než v Atlantiku) vytratí vlivem vyšších teplot vody v dobách meziledových, zdroj: mdpi.com
Pro určení teploty vody v mnohem vzdálenější minulosti lze využít dat ze dna moří. Na nich se každým rokem po celém světě nahromadí miliardy tun sedimentů (prachu, minerálů, organické hmoty a drobných mikrofosilií), které zachycují určité stopy klimatu dané doby. Časové měřítko, které nám umožní rekonstruovat historický vývoj pomocí sedimentů, sahá od tisíců po milióny let. Poměrně časté jsou rekonstrukce klimatu založené na vlastnostech planktonu známého jako foraminifera (dírkonoše), které na naší planetě existují od prvohor. Jde o drobné měkýše, jejichž často velmi zdobné schránky jsou tvořené uhličitanem vápenatým. Využívá se ale i dalších organismů. Jejich schránky obsahují například izotopy kyslíku 16O a 18O, jejichž poměr závisí na teplotě v době vzniku schránek. Kromě této charakteristiky se ale vychází i z dalších parametrů (někdy označovaných jako tzv. paleoteploměry), jako jsou například poměry hořčíku a vápníku, tetraetherový index 86 uhlíků (TEX86) nebo poměr vlastnosti alkenonů (nenasycené methyl a ethyl n-ketony s dlouhým řetězcem). Jde tedy v podstatě o geochemická data, která mají téměř globální rozložení.
Je zřejmé, že čím dále do historie jdeme, tím se zvětšuje nejistota dat určených z proxy zdrojů, jejichž vazba na klima často není vůbec jednoduchá a přímá. Proto je vhodné při rekonstrukci vývoje teploty mořské vody vycházet z více zdrojů proxy dat a výsledky pak podrobit pečlivé vzájemné kalibraci. Čím více těchto proxy dat je k dispozici, tím robustnější bude získaná řada teploty mořské vody.
Schránky mrtvých foraminifer zachycených elektronovým mikroskopem, zdroj: geomar.de
