Klimat Ziemi

Oscylacja Maddena-Juliana

W jednym z ostatnich badań klimatu naukowcy (M. K. Roxy i in., 2019) wskazali, że mamy do czynienia z dość mało poznanym zaburzeniem klimatycznym. Naturalna oscylacja Maddena Juliana (MJO) występuje w strefie pogranicznej Oceanu Indyjskiego i Pacyfiku. Wówczas przemieszcza się w ciągu 30-60 dni system burzowy i deszczowy w kierunku archipelagu australo-azjatyckiego, w tzw. morskim kontynencie Indo-Pacyfiku (Indonezja, Malezja, Australia. Papua Nowa Gwinea, a nawet Filipiny) przynosząc obfite opady deszczu. MJO może albo zainicjować w odpowiedniej porze roku monsun, który kieruje się w kierunku Indii i Bangladeszu albo też go opóźnić, przez co mogą w tamtym rejonie świata wystąpić ekstremalne susze.

Jednak ostatnio zostało odkryte przypuszczenie, że za zaburzenia opadów w Indiach czy tez w Sahelu w Afryce i w innych rejonach świata odpowiada gromadzenie się olbrzymiej ilości powierzchniowej ciepłej wody na dużym obszarze Oceanu Indyjskiego i na pograniczu jego z Pacyfikiem, którego ilość w latach 1900-2018 bardzo mocno wzrosła. A to jest przyczyną tego, że cykl życia MJO na Oceanie Indyjskim skrócił się o 3-4 dni, a na morskim kontynencie Indo-Pacyfiku o 5-6 dni.

Możliwe, że mamy do czynienia z nowym dodatnim sprzężeniem zwrotnym, ale na dokładną identyfikację danego zjawiska trzeba będzie wykonać jeszcze wiele badań oceaniczno-atmosferycznych.

Rys. 1. Podwójna rozbudowa ciepłego basenu na Indo-Pacyfiku.

Trzy niedocenione punkty krytyczne: morski lód antarktyczny, hydraty metanu i oceaniczne fale gorąca 

Również w jednym z ostatnich badań naukowcy (T. Lenton, 2019 i in.)  w czasopiśmie Nature podali analizę dziewięciu punktów krytycznych, które zostały już uruchomione jako dodatnie sprzężenia zwrotne. Nie wymienili tego, że jest nim jeszcze antarktyczny lód morski, który w latach 2014-17 bardzo silnie zmniejszył zasięg. Jego zanotowane stopnienie w ciągu 4 lat wyniosło tyle, ile stopnienie arktycznego lodu w ciągu 34 lat (C. L. Parkinson, 2019). Ponadto mało mówi się o tym jak mogą być wkrótce niebezpieczne klatraty podmorskie metanu na Syberii, które od co najmniej dekady uważnie bada ekipa naukowców rosyjskich: (Igor Semiletov i Natalia Shakhova). Jeśli chodzi o oceany mało mówi się o zagrożeniu od niedawna obserwowanym jak fale gorąca, które pustoszą gatunki w ekosystemach morskich (M. G. Jacox).

Rys. 2.  Oscylacje klimatu są związane z występowaniem morskich fal upałów (MHW). Holbrook i in. ² podają globalną analizę MHW – dłuższe okresy anomalnie ciepłych temperatur oceanów. Stwierdzają, że występowanie MHW może być zwiększone lub stłumione podczas oscylacji klimatu, takich jak El Niño – Oscylacja Południowa (ENSO), która obejmuje epizodyczne ocieplenie i ochłodzenie wód powierzchniowych tropikalnego Pacyfiku. Ta mapa pokazuje procentowy wzrost lub spadek liczby dni MHW w oceanie podczas ciepłej fazy ENSO, w porównaniu z roczną medianą procentu dni MHW, w okresie od 1982 r. Do 2016 r.

Dziewięć punktów krytycznych

Zagrożenia w 9 punktach krytycznych (T. Lenton, 2019 i in.) takich jak: amazońskie lasy deszczowe,morski lód arktyczny, atlantycka cyrkulacja termohalinowa, lasy borealne, rafy koralowe, pokrywa lodowa Grenlandii, wieloletnia zmarzlina, pokrywa lodowa Antarktydy Zachodniej i mało komu znany niedawno uruchomiony – basen Wilkesa na Antarktydzie Wschodniej, występują w różnej skali zagrożenia.

Wszystkie dodatnie sprzężenia zwrotne zostały uruchomione, ale ich natężenie w dużej mierze zależy od tego jak szybko wykorzystamy budżet węglowy (340-500 gigaton węgla). Teoretycznie modele klimatyczne bez sprzężeń zwrotnych obliczają już czas 8 lat aby bezpiecznie nie dopuścić do przekroczenia progu 1,5 stopnia Celsjusza. Mało kto sobie zdaje sprawę, ale bardzo krytycznego dla wielu małych wyspiarskich krajów. Im szybciej osiągniemy ten próg, tym szybszy będzie wzrost poziomu morza.

Rys. 3. Dziewięć punktów krytycznych w systemie klimatycznym Ziemi: amazońskie lasy deszczowe,morski lód arktyczny, atlantycka cyrkulacja termohalinowa, lasy borealne, rafy koralowe, pokrywa lodowa Grenlandii, wieloletnia zmarzlina, pokrywa lodowa Antarktydy Zachodniej i basen Wilkesa na Antarktydzie Wschodniej.

W lasach borealnych Syberii, Alaski i północnej Kanady, pożary i gradacje owadów odpornych na upały i susze są coraz częstsze i przynoszą z sobą coraz większe emisje dwutlenku węgla. Palą się tam również torfowiska, które powodują obok CO2 dodatkowe emisje metanu. Z kolei wyręby tylko przyspieszają te procesy destabilizacji klimatycznej.

Amazonia zanika już od 2005 r., a może nawet wcześniej. Nie tylko z powodu rabunkowej gospodarki, ale też zanikania chłodnych i wilgotnych frontów atmosferycznych z wyższych szerokości geograficznych, które wzmacniały procesy transpiracyjne w lasach deszczowych, gdzie potężne konwekcje burzowe przynosiły ogromne ilości opadów. W szczególności stepowieje południowa część Amazonii.

Jest jedna wielka niewiadoma z cyrkulacją termohalinową, atlantycką. Wszystko na to wskazuje, że wyraźnie spowalnia, dzięki temu, że topniejąca Grenlandia wlewa do północnego Atlantyku ogromne ilości słodkiej wody ze swej pokrywy. Tylko nie jest to pewne czy wpłynie to na ochłodzenie regionalne w strefie północnego Atlantyku pomiędzy wschodnią Ameryką Północną a zachodnią Europą. Nie wiadomo czy ta energia cieplna czasem nie trafi do atmosfery, gdy ustanie lub spowolni mechanizm NADW (północnoatlantyckie wody głębinowe). Temperatura globalna może już przekroczyć dawno 1,5 stopnia Celsjusza.

Możliwe, że w którymś roku, dwóch, a może nawet w trzech latach w ciągu najbliższej dekady znowu pojawi się ekstremalnie silne El Nino, tak jak w latach 1998, 2010 i 2016, i znowu z wielkim impetem uderzy w Wielką Rafę Koralową w Australii i pośrednio może też wpłynie na inne rafy koralowe na świecie, jak np. na Rafę Karaibską, która jest drugim słabym ogniwem bardzo wrażliwym na gwałtownie szybki wzrost temperatury i zakwaszenie wód w Morzu Karaibskim.

Obecnie lód na Grenlandii, lód morski na Oceanie Arktycznym, lód z wieloletniej zmarzliny na Syberii, w północnej Kanadzie i na Alasce znacznie szybciej topnieją niż lód na Antarktydzie Zachodniej i od dekady także na Wschodniej. I tu jeszcze jedna ważna rzecz. Na Antarktydzie Zachodniej, a być może też na Wschodniej dodatkowym wzmocnieniem jest zjawisko występowania rzek atmosferycznych przynoszących z sobą z niższych szerokości geograficznych ogromne ilości wilgotnego i ciepłego powietrza z opadami deszczu (J. Willie, 2019).

Półkula północna jest silniej nagrzewana przez Słońce aniżeli południowa. No i jest większe rozmieszczenie kontynentów niż oceanów. Dlatego te pierwsze silniej i szybciej nagrzewają się. Ponadto swoje dokłada też bardziej zagęszczona populacja ludzka z większą infrastrukturą przemysłową, co też ma wielki wpływ na zwiększenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery, no i na wzmocnienie uruchomionych dodatnich sprzężeń zwrotnych. W tej chwili globalna temperatura nad samymi lądami wynosi 1,6 stopnia Celsjusza, a nad samymi oceanami 0,8 stopnia Celsjusza. A nad całą powierzchnią Ziemi około 1 stopnia Celsjusza. A włączone sprzężenia zwrotne ze źródeł naturalnych jeszcze bardziej podniosą poprzeczkę temperatury globalnej.

https://www.nature.com/articles/d41586-019-03595-0

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1764-4.epdf

https://www.pnas.org/content/116/29/14414

https://www.mdpi.com/2076-3263/9/6/251

https://www.nature.com/articles/d41586-019-02196-1

https://sciglow.com/earth/atmospheric-rivers-trigger-melting-in-west-antarctica/

Absorpcja fal słonecznych na powierzchni Ziemi

Energia cieplna promieniowania elektromagnetyczna docierająca do powierzchni Ziemi z powierzchni naszej gwiazdy – Słońca, to głównie fale w zakresie widzialnym (42,3 %), fale długie (bliska podczerwień) (49,4 %) oraz mała część fal krótkich (bliski nadfiolet) (8,0 %). Wszystkie wymienione rodzaje fal w pewnym stopniu są też odbijane w ponad 90 % od takich jasnych powierzchni jak np. lodowce i pustynie z powrotem w kosmos w tzw. efekcie albedo. Continue reading “Spektrum fal słonecznych na powierzchni Ziemi i w jej atmosferze”

Koncentracje gazów cieplarnianych i budżet węglowy

A może pomyślmy o tym, że w atmosferze rośnie coraz wyższa koncentracja gazów cieplarnianych (GHG) (dla CO2 – średnio ok. 410 ppm w październiku ([412 ppm badania satelitarne; 408,5 ppm naziemne] i za cały 2018 r. ok. 408 ppm; dla metanu – średnio ok. 1888 ppb w lipcu i za cały 2018 r. ok. 1800 ppb). Kurczy nam się budżet węglowy. Dziś mamy 340 gigaton, które wyemitujemy, spalając paliwa kopalne oraz wylesiając i osuszając planetę w ciągu już zaledwie 8 lat. Potem niestety przekroczymy już próg 1,5 stopni Celsjusza. Continue reading “Denialistyczna ignorancja i katastroficzna depresja w obliczu nieznanych zmian klimatu w niedalekiej przyszłości”

Bez żadnych wątpliwości czeka nas świat wodny nawet jakbyśmy dziś wyzerowali emisje gazów cieplarnianych (GHG). Tylko ze znacznie wolniejszym i niższym poziomem morza niż po przekroczeniu 2 albo 3 st.C. Jednak wzrost temperatury globalnej spowolniłby na tyle, że pod koniec naszego wieku ustabilizowałaby się, a w następnym być może stopniowo spadała. Ale też nie wiadomo, ponieważ gazy cieplarniane, które wpompowaliśmy do atmosfery, w tym przede wszystkim dwutlenek węgla, utrzymywałyby się w atmosferze przez setki, a może nawet tysiące lat. Dlatego być może po dzisiejszym wyzerowaniu emisji GHG za 100 lat mielibyśmy jeszcze tę samą koncentrację dwutlenku węgla, metanu, podtlenku azotu i innych gazów cieplarnianych. Continue reading “Im bardziej zwlekamy w czasie, tym gorzej dla nas i dla innych gatunków”

Dwutlenek węgla 250 lat temu, w czasach przedprzemysłowych, spełniał jeszcze pożyteczną rolę w atmosferze, bo stanowił ważny składnik efektu cieplarnianego, dzięki czemu do układu ziemskiego tyle ile przychodziło energii cieplnej (słonecznej), tyle z niej wychodziło (słonecznej i w podczerwieni). Wówczas koncentracja dwutlenku węgla wynosiła 278-280 ppm (parts per million) [tyle cząsteczek CO2 na milion cząsteczek powietrza atmosferycznego]. Continue reading “Dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane”

W okresie ostatniego glacjału, zwłaszcza podczas Ostatniego Maksimum Glacjalnego 21 tysięcy lat temu, w Ameryce Południowej, w Amazonii i na jej peryferiach było sześć ważnych refugiów, ostoi dla tropikalnych gatunków roślin i zwierząt: Napo, Imeri, Guiana, Belem, Rondonia, Inambari. To były ostoje dla flory i fauny z ekosystemów lasów deszczowych. W dużej mierze klimat w okresie glacjalnym był suchy, a ekosystemy miały charakter sawannowy.

Wkrótce historia może się powtórzyć w Ameryce Południowej, a ściślej w Amazonii, ale tym razem klimat globalnie nie ochłodzi się o 3-4 stopnie Celsjusza, ale może ocieplić się tak do końca XXI wieku. W wielu rejonach Amazonia już przekształca się w sawannę. Ma na to wpływ przede wszystkim to, że monsuny atlantyckie znad wybrzeży równikowej Afryki coraz mniej przynoszą ogromnych ilości wilgotnego powietrza, a także zanikają chłodne fronty atmosferyczne z wyższych szerokości geograficznych na półkuli południowej. A także osłabia się konwekcja w wysychających lasach tropikalnych, przez co nie powstają już tak często chmury burzowe przynoszące obfite opady deszczu. Continue reading “Amazonia coraz szybciej stepowieje”

20 września 2019 r. z Tromsø w Norwegii wypłynął niemiecki statek polarny Polarstern RV w kierunku Oceanu Arktycznego w celu przeprowadzenia po raz pierwszy w historii klimatologii wielkoskalowych i multidyscyplinarnych badań Arktyki oraz wpływu klimatu i jego dynamicznych zmian na ten rejon geograficzny Ziemi. Badania te dotyczą atmosfery, lodu morskiego, oceanu, ekosystemu arktycznego oraz biogeochemii. Jest to tzw. projekt MOSAIC (Wielodyscyplinarne Obserwatorium Dryfujące do Badania Klimatu Arktyki), który będzie trwał od 12 do 14 miesięcy, W tym ogromnymprzedsięwzięciu naukowym bierze udział liczna ekspedycja naukowców z 17 krajów w celu dokładniejszego zbadania klimatu arktycznego.

Statek Polarstern, czyli lodołamacz, celowo teraz dryfuje w okowach lodu arktycznego aby dokładnie zbadać zmiany klimatu w najcieplejszym obecnie regionie geograficznym Ziemi. Jego misja badawcza dopiero się rozpoczęła w tym roku i miejmy nadzieję, że dowiemy się wielu nowych rzeczy na temat klimatu Arktyki. Continue reading “Arktyczna wyprawa badawcza na lodołamaczu Polarstern RV i jej klimatyczny projekt MOSAIC”

W wielu starszych artykułach naukowych czasopism i serwisów internetowych, zarówno zagranicznych, a zwłaszcza w polskich o Antarktyce, nie było zbyt wiele powiedziane o rzekach atmosferycznych. Jedno z ostatnich takich badań nad Antarktydą Zachodnią było przeprowadzane w maju 2016 roku. W najnowszym badaniu wiadomo, że z pojawieniem się rzek atmosferycznych mamy do czynienia gdzieś od około 2000 roku. Jednak wcześniej powierzchniowe topnienie lodu antarktycznego nie przebiegało tak szybko jak to widzimy od kilku lat, a zwłaszcza w tym roku (Willie i in. 2019) Continue reading “Rzeki atmosferyczne nad Antarktydą Zachodnią”

Coraz częstsze susze wynikają z tego, że rośnie koncentracja gazów cieplarnianych w atmosferze, zwłaszcza dwutlenku węgla, i to, że się klimat ociepla z powodu rosnących ilości gigaton spalania paliw kopalnych i wycinania na globie lasów. Tak więc, susze wynikają z tego, że są coraz większe emisje CO2, metanu, podtlenku azotu i innych gazów cieplarnianych, które zostaną znacznie dłużej w atmosferze niż np. para wodna, która po 4-10 dniach skrapla się w deszcz albo sublimuje w śnieg (tu coraz rzadziej). Continue reading “Coraz większe susze wynikają z tego, że mamy coraz większe emisje gazów cieplarnianych do atmosfery”

Niepokojące jest to jaki tor obierze trajektoria klimatu Ziemi. W tej chwili jako ludzkość podążamy z emisjami gazów cieplarnianych według scenariusza RCP 6.0. To wszystko może się jednak zmienić, pomimo tego, że mamy w tej dekadzie istny boom na inwestycje odnawialnych źródeł energii, w tym elektromobilności i efektywności energetycznej, np. termomodernizacji, oraz jeszcze funkcjonujące w niektórych krajach inwestycje atomowe. Obecnie z roku na rok emisje ze spalania paliw kopalnych i wycinania lasów raczej nadal rosną niż spadają. Bez wątpienia w obu przypadkach do recesji gospodarczej, jak w 2008 roku, wcześniej czy później, i tak dojdzie, co przełożyłoby się na zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych.  To jednak marne pocieszenie, bo jednak spadek emisji byłby i tak niezbyt duży. Continue reading “Niepewna sytuacja ekonomiczna w dobie postępujących zmian klimatu i niszczenia środowiska naturalnego”