Jak můžeme vědět, kolik bylo stupňů, když po Zemi běhali mamuti?

Nezávislá skupina vědkyň a vědců z českých i zahraničních výzkumných institucí odpovídá na vaše dotazy. Některé odpovědi pak sdílí i na sociálních sítích Facebook, Twitter, Instagram, Threads a zde na Seznam Médium.

V českém prostředí se měří teplota vzduchu od roku 1752 v pražském Klementinu [1]. Celosvětově pak nejstarší souvislé měření probíhá ve Spojeném Království, a to od roku 1659 [2]. Ani dlouhá řada měření není zárukou kvalitního výsledku použitelného pro klimatologické analýzy. V čase se měnilo okolí stanice, modernizovaly se přístroje nebo docházelo i ke změnám v metodikách měření. Proto jsou naměřená data důkladně kontrolována a vzájemně porovnávána.

Měření výše zmíněného Klementina nejsou z důvodu umístění samotného měření (výška, typ budky) a z důvodu růstu okolního města vůbec používána. Velké množství meteorologických stanic slouží jen pro operativní analýzy a předpověď počasí, klimatologie má podstatně větší nároky na dlouhodobou kvalitu dat. Klementinum bylo v českých zemích dlouho osamocenou meteorologickou stanicí, až ve druhé polovině 19. století se počet stanic začal postupně rozšiřovat. Dnes máme v Česku cca 200 základních klimatologických a 600 srážkoměrných stanic, které však mají řadu dlouhou většinou jen desítky let [8].

To ale neznamená, že nemáme přehled o tom, jaké byly teploty před tím. Můžeme je zjistit porovnáváním vrstev ledu v různé hloubce velkých ledovců, typicky v Antarktidě.

Voda obsahuje převážně lehký kyslík 16O a lehký vodík 1H. V přírodě se ale vyskytuje malé množství těžkých atomů 17O, 18O a 2H. Tyto atomy mají o jeden nebo dva neutrony v jádře víc, nicméně jsou stabilní a nepodléhají radioaktivnímu rozpadu v pro nás důležitých časových úsecích. Tyto prvky se nazývají těžké, protože jsou opravdu těžší. Z tohoto důvodu mají o něco málo vyšší bod varu než lehká voda a lze je tedy laboratorně oddělit, změřit a spočítat jejich poměry [3].

Z jejich poměru v jednotlivých vrstvách ledu můžeme přesně určit teplotu v době, kdy tato voda zmrzla. Stáří ledu zjistíme z hloubky vrtu a počtu vrstev. Pro každou teplotu pak můžeme spočítat poměr lehké a těžké vody, protože lehká voda se vypařuje snáz než těžká, a to vede ke změně jejich poměru při různých teplotách. Porovnáním s experimentálně naměřenými výsledky tak zjistíme teplotu v době, kdy tam daný poměr byl.

Také je možné zjistit poměry plynů v atmosféře studiem bublinek vzduchu v ledu [3]. Bublinka obsahuje vzorek atmosféry z doby, kdy zamrzla, a jeho rozborem tak můžeme zjistit poměr různých plynů v té době. Výzkumem ledu dokážeme číst teploty až několik milionů let do minulosti [4].

Dále do minulosti už je to složitější, ale existují metody, které nám mohou poskytnout alespoň rámcovou představu. Například při zjišťování stáří fosilií se stejně jako u ledu porovnává poměr různě těžkých forem některých prvků [5]. Pokud budeme zkoumat fosilie organismů žijících těsně pod hladinou, kde měly dostatek světla pro fotosyntézu, bude jejich složení odpovídat okolní vodě. Stejným způsobem jako u ledovců tak lze spočítat teplotu v dané době. Tímto způsobem se dá dohlédnout několik set milionů let do minulosti – jedná se však už jen o kusá data a nikoli souvislé měření [6]. Výsledky jsou i veřejně dostupné, například zde i v grafickém podání [7].

Když si to tedy shrneme:

Za Zeptej se vědce odpovídal Vojta.

Mgr. Vojtěch Dolejš, Centrum molekulární biologie (ZMBH), Univerzita v Heidelbergu (Universität Heidelberg)

Recenze: RNDr. Radim Tolasz, Ph.D., Český hydrometeorologický ústav

[1] https://dvojka.rozhlas.cz/meri-v-klementinu-teplotu-spravne-7528964.

[2] https://climate.nasa.gov/faq/21/why-does-the-temperature-record-shown-on-your-vital-signs-page-begin-at-1880/#:~:text=The%20 oldest%20 continuous%20temperature%20record,temperatures%20for%20the%20entire%20planet.

[3] https://www.scientificamerican.com/article/how-are-past-temperatures/

[4] https://www.science.org/content/article/record-shattering-27-million-year-old-ice-core-reveals-start-ice-ages

[5] https://www.cambridge.org/core/journals/the-paleontological-society-papers/article/abs/oxygen-isotopes-in-foraminifera-overview-and-historical-review/CD34EFBFFB6AC31DB85A61BB7E6FA64F

[6] https://www.geosociety.org/gsatoday/archive/14/3/pdf/i1052-5173-14-3-4.pdf

[7] https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/All_palaeotemps.png

[8] Daňhelka, J., Tolasz, R., Krška, K., Macoun, J., Elleder, L., 2020. Kde se historie dotýká oblaků a řek. Český hydrometeorologický ústav Praha, 1. vydání, 142 s. ISBN 978-80-7653-005-8

Projekt Zeptej se vědce se snaží zprostředkovat kontakt mezi vědeckou a nevědeckou veřejností. Máte-li na vědce nějaký dotaz, zeptejte se nás na Facebooku, Twitteru nebo Instagramu.