Czas na szybkie działania przeciw zmianie klimatu bo koncentracje gazów cieplarnianych i temperatura globalna nieubłaganie rosną powodując szereg zaburzeń meteorologicznych na Ziemi

Dzięki temu, że prezydentem USA został polityk podchodzący poważnie do zmiany klimatu, wpłynie więcej środków finansowych dla wielu krajowych i o charakterze międzynarodowym ośrodków badawczych jak np. NASA czy NOAA.
Przed nami bardzo ważny 2022 rok, w którym zostanie wydany po 9 latach obszerny VI Raport Międzyrządowego Panelu ds. Zmian Klimatu. Będzie on środkiem napędowym do szeroko zakrojonych badań systemu klimatycznego, w którego zakres również wchodzi globalna biosfera.
Interdyscyplinarne badania obejmują już również nie tylko zagadnienia związane z klimatem czy biosferą, ale i również szeroko zakrojone sprawy związane z ochroną powietrza, wód i gleb oraz skał. Również ważnym elementem badań jest powiązanie wszystkich nauk przyrodniczych ze światową ekonomią w ramach polityki zrównoważonego rozwoju.
Bez wątpienia. Jesteśmy w punkcie zwrotnym. Czas aby podchodzić do wielu praktyk środowiskowych i ekonomicznych w sposób holistyczny, a nie redukcjonistyczny. To jest właśnie czas najwyższy aby odchodzić nie tylko od spalania paliw kopalnych w całości, ale i też od strategii wzrostu gospodarczego, który stał się z biegiem dekad piętą achillesową kapitalizmu.
Żyjemy w świecie napędzanym giełdami towarowymi i pieniężnymi, który do tej pory pochłaniał ogromne ilości zasobów przyrody oraz energii pochodzącej ze wspomnianych paliw kopalnych. Czas z tym skończyć. Dobrobyt teraz trzeba budować na bazie zrównoważonej gospodarki światowej przyjaznej dla ekosystemów i różnorodności biologicznej.
Mamy coraz mniej czasu by nie przekroczyć pierwszego niebezpiecznego progu klimatycznego 1,5 stopnia Celsjusza względem okresu bazowego 1850-1900. Jesteśmy na rozdrożu naszej cywilizacji.
Musimy podjąć wiele radykalnych kroków ekonomicznych skorelowanych z ochroną przyrody i ochroną klimatu. Społeczeństwa na całym świecie muszą bardzo poważnie podejść do tych zagadnień i wymusić na politykach aby podeszli poważnie do tego by zmieniać paradygmat w naszej cywilizacji, który wcale nie musi oznaczać końca kapitalizmu, ale musi oznaczać koniec kapitalizmu oparty na koncepcji powszechnego wzrostu gospodarczego.
3 lata temu zapoczątkowane strajki klimatyczne młodzieży i dzieci przerwane brutalnie rok temu przez wybuch pandemii koronawirusa SARS CoV2 powinny być wystarczającym sygnałem alarmowym dla ludzkości, że sprawa jest bardzo poważna. Pomimo występowania w niektórych latach ekstremalnie mroźnych zim na niektórych regionach Ziemi, ludzie powinni być świadomi, że są one wpisane w postępujące ocieplenie klimatu z powodu powstawania wielu zaburzeń meteorologicznych przynoszonych przez prądy strumieniowe i oceaniczne, wiry polarne i oceaniczne, fronty atmosferyczne, cyrkulacje oceaniczne i atmosferyczne, niże i wyże baryczne.
Pogoda jest z roku na rok coraz bardziej ekstremalna. Ekstremalne zjawiska pogodowe jak fale upałów, susze, pożary, powodzie, nawalne opady deszczu i śniegu czy huragany, tajfuny, cyklony i sztormy oraz tornada, burze piaskowe zdarzały się niejednokrotnie w sposób naturalny, ale nie pod względem tak dużej intensywności i częstotliwości jak to się dzieje od co najmniej dwóch dekad. A w świecie cieplejszym o kolejne 1,2 stopnia Celsjusza względem okresu 1850-1900 większość z nich podwoi się albo nawet potroi.
Musimy sobie zdawać sprawę, że nawet wyzerowanie emisji wszystkich gazów cieplarnianych gdyby od jutra nastąpiło, to w nieznaczny sposób atmosfera Ziemi będzie ocieplać przez co najmniej kilka dekad, a oceany przez setki, tysiące lat, gdyż gdyby ustała koncentracja gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla, to temperatura planety musiałaby się dostosować do niej taka jaka była przed 3,5 miliona lat temu. Podobnie przez setki, tysiące lat topniałyby jeszcze pokrywy lodowe Grenlandii i Antarktydy oraz podnosił się poziom Wszechoceanu.
Im szybciej byśmy wyzerowali emisje gazów cieplarnianych, tym szybciej klimat dążyłby do stabilizacji, a po tysiącach, dziesiątkach tysięcy lat do usuwania nadmiaru dwutlenku węgla z atmosfery. A molekuły metanu pomimo znacznie większego potencjału cieplarnianego (GWP) podczas tej bezwładności klimatycznej nie stanowiłyby poważnego zagrożenia, gdyż przy obfitej ilości rodników hydroksylowych w atmosferze średnio co 10-12 lat molekuły te utleniałyby się do molekuł dwutlenku węgla, którego koncentracja była zawsze większa w atmosferze niż metanu. Ponadto pochłaniany z atmosfery dwutlenek węgla w cyklu węglowym krąży też na różnych głębokościach oceanów oraz jest pochłaniany podczas fotosyntezy przez rośliny oraz przez żyzne gleby oraz odsłonięte skały.
Wbrew temu co twierdzi wielu negacjonistów klimatycznych, pomimo, że nawet dziesięciokrotnie jest mniejsza koncentracja dwutlenku węgla niż pary wodnej, zwłaszcza przypowierzchniowej, to CO2 jest kluczowym gazem atmosferycznym w kontekście geologicznym. Podczas ekspresji wulkanicznej jest wydzielany do atmosfery, a podczas intensywnego wietrzenia skał krzemianowych jest z niej masowo usuwany, a także jest usuwany po śmierci wielu organizmów morskich zagrzebywanych w skałach osadowych, które mieszają się z krzemianowymi w procesach geologicznych. Krąży więc, w litosferze i w górnej astenosferze, gdzie zachodzi szereg reakcji metamorficznych.
—–
Rysunek przedstawia uśrednione dzienne wartości CO 2 z czterech obserwatoriów GML Baseline; Barrow, Alaska (na niebiesko ), Mauna Loa, Hawaje (na czerwono ), Samoa Amerykańskie (na zielono ) i Biegun Południowy, Antarktyda (na żółto ). Grube czarne linie przedstawiają średnią wygładzonych krzywych sezonowych i wygładzonych, pozbawionych sezonowości krzywych dla każdego z rekordów. Linie te są bardzo dobrym oszacowaniem światowych średnich poziomów CO 2 . Szczegółowe informacje na temat sposobu obliczania wygładzonego cyklu sezonowego i trendu na podstawie danych dziennych są dostępne tutaj.
——
Wiele mitów klimatycznych pomniejsza cały czas rolę dwutlenku węgla, wywyższając nawet znaczenie metanu. Niestety, mija się to z prawdami naukowymi, co udowadniają właśnie takie instytucje jak NASA, NOAA i wiele innych, które codziennie za pomocą satelitów i stacji naziemnych, min. na Hawajach, Alasce, Samoa amerykańskie czy na Biegunie Południowym, mierzą zawartość tego gazu w atmosferze. Obecnie globalnie koncentracja CO2 wynosi ponad 413 ppm (parts per million). A w 1958 r. podczas pierwszych pomiarów instrumentalnych było to 315 ppm. A więc, powinno to dać dużo do myślenia.
Mamy jednak nadzieję, że środowiska polityków wywodzących się z konserwatywnych ugrupowań poważnie potraktują ostrzeżenia naukowców nagłaśniane już od co najmniej 40 lat. To nie są żarty. Ludzkość musi stanąć na wysokości zadania w walce ze zmianą klimatu, jak teraz stoi w walce pandemią koronawirusa. Nie ma już czasu na zastanawianie się czy by na pewno zmiana klimatu stanowi aż takie poważne zagrożenie dla ludzkości, tylko powinno być podjęte szybkie i skuteczne działanie zapobiegawcze aby nie rozwinęła się ona na tyle by naprawdę zagrozić istnieniu naszej cywilizacji.
——

Dlaczego dla prezentacji koncentracji dwutlenku węgla na wykresie, na osi Y nie zamieszczamy 0 ppm

Jeden z grupowiczów Antropogenicznych Zmian Klimatu i Środowiska Naturalnego zakwestionował wykres podany w renomowanej instytucji badawczej Scripps Institution of Oceanography w którym został sporządzony wykres w zakresie czasu cykli glacjalno-interglacjalnych do 800 tysięcy lat na podstawie wydobytego w 1996 r. na Antarktydzie Wschodniej, w miejscu Dome C, rdzenia lodowego, w międzynarodowym europejskim projekcie EPICA.
Otóż. Na wykresie, na osi X wiadomo, że jest przedział czasowy wspomnianych 800 tysięcy lat, czyli tyle ile wynosił rdzeń lodowy. Z kolei, na osi Y jest podana koncentracja dwutlenku węgla podana w plejstocenie ostatnich ok. 800 tys. lat oraz naszego holocenu trwającego zaledwie 11,7 tys. lat.
——
Rys. Wykres przedstawiający koncentrację dwutlenku węgla w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat na podstawie rdzenia lodowatego w projekcie EPICA z 1996 r.
—–
W czym problem. Grupowicz pyta się czemu nie ma zaznaczonego 0 ppm na osi Y. Dlatego nie ma, bo nigdy nie było w całym plejstocenie, trwającym od 2,58 mln lat do 11,7 tys. lat, stężenia CO2 niższego od 150 ppm. Nie było nawet stężenia CO2 poniżej 150 ppm w całym eonie fanerozoiku trwającym od 542 mln lat do dziś. Ale mogło być ostatnio w okresie geologicznym kriogen pod koniec eonu proterozoik ok. 800 mln lat temu, gdy Ziemia była skuta lodem prawie pod równik. Mieliśmy wtedy do czynienia z tak zwaną Ziemią-Śnieżką opisaną też dokładniej w książce “Nauka o klimacie”.
—–
Rys.2. Wykres przedstawiący tzw. krzywą Keelinga, czyli wzrost koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze, od 1958 r, czyli początku pomiarów instrumentalnych za pomocą spektroskopii masowej przeprowadzanych do dziś
——-
Tak więc, dlatego na wielu wykresach, nawet w skali geologicznego fanerozoiku, nie zamieszcza się 0 ppm, tylko umownie od 150 ppm wzwyż. W skali geologicznego fanerozoiku nawet do 8000 ppm.
Dlatego nonsensowne byłoby zamieszczanie 0 ppm na wykresie, skoro w naszej krótszej historii geologicznej od 800 tys. lat czy nawet w całym fanerozoiku trwającym od 542 mln lat do dziś, nigdy koncentracja CO2 nie była niższa od 150 ppm, a może nawet od 180 ppm.
Tak samo na wykresie Krzywej Keelinga nie zamieszcza się nawet stężenia 280 ppm, które było w czasach przed przemysłowych. Tylko Scripps Institution of Oceanography zamieścił od 1958 r. stężenie CO2 od 310 ppm, czyli od ok. początku lat 50 XX w.
——

Polarny prąd strumieniowy a polarny wir

Warto zapamiętać, że polarny prąd strumieniowy (Jet Stream) oraz polarny wir są jakby w pewnym sensie sprzężone. I zakłócenie w systemie klimatycznym w dużym zakresie dotyczy obu jednocześnie. Naukowcy obecnie badają mocno powiązania zakłóceń tych zjawisk atmosferycznych wraz występowaniem częstości ekstremalnych zjawisk pogodowych, w tym nawałnic śnieżnych, np. ostatnio najczęściej w Nowej Anglii w USA,, które z kolei są powiązane z dalszym postępującym ocieplaniem się naszego globu ziemskiego.
Na pierwszym zdjęciu z lewej strony jest dodatnia faza Północnoatlantyckiej oscylacji (NAO), która 40-50 lat temu z pewnością była inna w zimie. Szybko płynący z zachodu na wschód w górnej troposferze polarny Jet Stream przedziela wyraźnie Wyż Azorski (H) od Niżu Islandzkiego (L) za pomocą frontu polarnego, dzięki czemu jest wysoka różnica ciśnień.
Pytanie, czy 40-50 lat temu był taki układ w Europie dodatniej fazy NAO? To znaczy, czy było wtedy zimą chłodniej na południu Europy niż na północy? I czy takich dodatnich faz NAO było w przeszłości więcej niż ujemnych? W Ameryce Północnej jest jak powinno być.
Z kolei na tym samym zdjęciu z prawej strony ujemna faza NAO pokazuje coś, co teraz w XXI w. jest bardzo częste w systemie klimatycznym Ziemi, gdy polarny prąd strumieniowy zaczyna wolniej płynąć i meandrować. Tu widać jednak, po jednej stronie Wyż Azorski i Niż Islandzki, które są nieprzedzielone frontem polarnym, dzięki czemu przy ujemnej fazie NAO jest jest mniejsza różnica ciśnień.
—–
Rys.1. Polarny prąd strumieniowy: a) dodatnia faza NAO b) ujemna faza NAO
—–
I tu można zadać pytanie, czy często zdarzały się w przeszłości ujemne fazy NAO zimą takie jakie są na rysunku? I czy zdarzały się, jak tak, to jak często, cyklony śnieżne na południowym wschodzie Kanady i północnym wschodzie USA.
Musimy sobie jedno na pewno uzmysłowić, że obecnie polarny Jet Stream często meandruje w różnych porach roku, przynosząc z sobą z jednej strony z Arktyki polarne masy powietrza daleko na średnie szerokości, nawet pod zwrotniki, a z drugiej strony ze średnich szerokości czy nawet ze zwrotników ciepłe lub gorące masy powietrza nawet daleko w głąb Arktyki na biegun północny.
Dzieje się generalnie tak, gdy jest w jakimś rejonie średnich szerokości bardzo zimno, wtedy w Arktyce jest bardzo ciepło. Tak w przeszłości raczej nie było. A jak się zdarzał taki układ pogodowy to bardzo rzadko może raz, ze dwa razy na sto lat. Dziś jest inaczej, gdyż polarny prąd strumieniowy bardzo często silnie meandruje jak widać to chociażby na poniższym zdjęciu dla fazy ujemnej NAO. Pytanie, czy zacznie tak w przyszłości meandrować też przy fazie ujemnej.
Trzeba też wiedzieć, że podczas dodatniej fazy NAO mamy do czynienia z dodatnią fazą Oscylacji Arktycznej (AO), co mocno spowalnia transport lodu przez Cieśninę Frama z Oceanu Arktycznego do północnego Atlantyku. A podczas ujemnej fazy NAO – z ujemną fazą AO, gdy właśnie jest nasilony ten transport lodu. A to wszystko odbija się na tym, że w tym ostatnim przypadku topnienie lodu morskiego w Arktyce jest bardzo mocno przyspieszone.
Na drugim zdjęciu z lewej strony widzimy z kolei wysoko 50 kilometrów nad Arktyką względnie stabliny stratosferyczny wir polarny, który właśnie tam krąży z zachodu na wschód. Wtedy możemy być pewni, że w Arktyce jest względnie zimno i jest znacznie zimniej niż na średnich szerokościach. Tak jest właśnie podczas dodatniej fazy NAO przy silnie i szybko poruszającym się polarnym Jet Streamie, opisanym wyżej w artykule.
Z kolei na tym samym zdjęciu z prawej strony widzimy na tej samej wysokości zaburzany wir polarny w układzie niżowym, który przez ostatnie lata, od czasu do czasu jest atakowany przez napływ bardzo gorącego powietrza z powierzchni Ziemi, co powoduje wzrost temperatury na wysokości 50 kilometrów w stratosferze aż o 50 stopni. Z -80 do -30 stopni Celsjusza, w tym samym czasie lodowate powietrze spływa głównie nad Arktykę, ale i też po rozbiciu wiru polarnego, także na wybrane rejony na średnich szerokościach, a nawet ostatnio na zwrotnikach. To dlatego właśnie słyszeliśmy niedawno o opadach śniegu na pustyniach i to na nizinnych obszarach pustynnych.
—–
Rys.2. Wir polarny: a) stabilny b) rozbity
—–
Mamy wówczas z wystąpieniem anty-wiru polarnego w układzie wyżowym, który tak silnie osłabia wir polarny niżowy, że ten wręcz zamiast biec z zachodu na wschód, zaczyna przemieszczać się ze wschodu na zachód i w końcu pęka wysoko w stratosferze, co powoduje tak silne turbulencje atmosferyczne, że lodowate jęzory powietrza arktycznego ze stratosfery uderzają jak bomby cyklonowe śnieżne w wybrane średnie szerokości geograficzne. Najczęściej atak jest przypuszczany na USA i Kanadę, później na Japonię i Chiny, znacznie rzadziej uderza w Europę i w ogóle jakoś najrzadziej na centralną czy zachodnią Azję wraz z Syberią.
To wszystko oczywiście to jest wynik coraz wyższego wzrostu średniej temperatury powierzchni Ziemi oraz coraz wyższego przyrostu energii w jej całym systemie klimatycznym. Większość modeli klimatycznych wyraźnie wskazuje, że postępujące jak obecnie ocieplenie klimatu jeszcze silniej zdestabilizuje zarówno polarny prąd strumieniowy, jak i polarny wir. Trudno przewidzieć jeszcze jak zareaguje system klimatyczny, gdy już będą coraz częściej występować lata we wrześniu, gdy Arktyka będzie na dzień, dwa, trzy, cztery, pozbawiona w dużej mierze lodu. Badania naukowe trwają. W każdym razie trzeba zapamiętać sobie jedno, że zima śnieżna i mroźna jest póki co wpisana w dalszy przebieg globalnego ocieplenia.

Zerowanie emisji gazów cieplarnianych a impuls węglowy

Jest cały czas nadzieja, że wyzerowanie emisji gazów cieplarnianych (GHG) do atmosfery uratuje przyrodę i w niej ludzkość. Oczywiście im szybciej podejmiemy decyzję, tym szybciej nastąpi stabilizacja klimatu. I jeśli użyjemy technologii geoinżynieryjnych, czyli ujemnych emisji polegających na wyssaniu znacznych ilości dwutlenku węgla tak by zbić dzisiejszy poziom koncentracji CO2 410 ppm do poziomu 350 ppm sprzed 1990 roku, to klimat faktycznie udałoby się ochłodzić, ale istniałoby ryzyko w zaburzeniu biosfery i cyrkulacji oceaniczno-atmosferycznych. Tak dokładnie nie wiemy jakie będą konsekwencje.
Musimy jednak działać szybko i stanowczo. IPCC w swoim Specjalnym raporcie IPCC o ociepleniu o 1,5°C z 2018 r. “Globalne ocieplenie o 1,5 stopnia” mając na względzie czynniki ekonomiczne, oszacował redukcję emisji netto gazów cieplarnianych do 2030 r. o 45 %, a od 2030 do 2050 r. o dalsze 55 %.
A więc, całkowite wyzerowanie emisji. Jest to chyba najbardziej realistyczny plan dla gospodarek świata, który możemy i powinniśmy zrealizować. Niestety sama redukcja emisji GHG o 45 % do 2030 r. nie wyklucza tego, że świat się nie ociepli o 1,5 stopnia Celsjusza względem okresu bazowego 1850-1900.
Obecnie pod koniec 2020 r. Ziemia jest ocieplona o 1,1-1,2 stopnia Celsjusza. Po całkowitym wyzerowaniu emisji GHG dających w sumie wymuszenie radiacyjne 3 W/m-2, zlikwidowalibyśmy ujemne emisje aerozoli siarczanowych i azotanowych dających szacunkowo około -0,7-(-0,8) W/m-2, ale sadza jest jedynym aerozolem o właściwościach cieplarnianych, która wynosi 0,64 W/m-2, więc coś by to dało. Oczywiście trzeba wziąć pod uwagę emisje ze źródeł naturalnych jak chociażby roztapianie się wieloletniej zmarzliny, które jest coraz szybsze, ale jeszcze nie na tyle by dorównać antropogenicznym emisjom GHG.
Damon Matthews i Ken Caldeira w pracy “Stabilizing climate requires near-zero emissions” [“Stabilizacja klimatu wymaga niemal zerowej emisji”], (Matthews i Caldeira, 2008), tak piszą:
“Przez jakiś czas po zaprzestaniu emisji, ocean i atmosfera nagrzewałyby się, dostosowując swoją temperaturę do aktualnej koncentracji CO2.”
—-
Rysunek 1: Reakcja klimatu na przejściowe, a następnie zerowe emisje CO 2 . (a) Określona łączna emisja CO 2 w odniesieniu do roku 2005. (b) Symulowany atmosferyczny CO 2 . (c) Symulowana zmiana globalnej średniej temperatury oceanu w stosunku do okresu przedindustrialnego. (d) Symulowana zmiana globalnej średniej temperatury powierzchniowej powietrza w stosunku do okresu przedindustrialnego. Grube linie pokazują “biznes jak zwykle” (RCP8.5), po którym następuje nagła eliminacja emisji. Cienkie linie pokazują te same skumulowane emisje po 2005 r., ale ze stopniową redukcją poziomów emisji z 2005 r. do zera.
—–
A co to znaczy. A więc, to, że temperatura będzie musiała urosnąć do obecnego poziomu koncentracji dwutlenku węgla taki jaki był ostatnio przed 3,5 miliona lat temu, ale przy wyższej temperaturze o około 2-3 stopnie Celsjusza. Jest to tak zwana temperatura równowagowa, przy której tyle samo energii cieplnej wchodzi do układu klimatycznego co wychodzi z niego, ale już przy wyższym jej poziomie.
Być może będzie jednak konieczne zastosowanie ujemnych emisji. Na razie naukowcy rozważają wszystkie za i przeciw. W pierwszej kolejności jednak trzeba dobrze rozegrać plan wyzerowania emisji GHG. Między innymi takiej analizy multi-modelowej dokonali w pracy “Is there where warming in the pipeline? A multi-model analysis of the Zero-Emissions Commitment from CO2” [“Czy planowane jest ocieplenie? Wielomodelowa analiza zobowiązania do zerowej emisji CO2”] (A.H. MacDougall i in., 2020) dokonał w 2020 r. zespół naukowy Andrew MacDougalla stwierdzając:
Pięćdziesiąt lat po ustaniu emisji średnia temperatury wróci do tej panującej w chwili ich wyzerowania lub nawet lekko się obniży (średnio o 0,07 ± 0,19°C).
Ale autorzy podkreślają też, że nie ma znaczenia czy emisje GHG zostaną nagle przerwane czy stopniowo zostaną zredukowane i w końcu wyzerowane, ale najistotniejsze jest to ile wyemitujemy gazów cieplarnianych do atmosfery.
——
Rysunek 2: Zmiana koncentracji CO2 w atmosferze (po lewej) i średniej temperatury powierzchni Ziemi (po prawej) po zaprzestaniu antropogenicznych emisji CO2 (rok 0 na osi poziomej), po wyemitowaniu do atmosfery 1000 GtC. Kolejne krzywe odpowiadają wynikom obliczeń pochodzących z różnych modeli: pełnych modeli systemu ziemskiego, EMS (Earth System Models, krótsze symulacje) i nieco prostszych modeli, EMIC (Earth systems Models of Intermediate Complexity, symulacje dla pełnego 1000 lat). Wykonanie obliczeń z użyciem tych drugich wymaga mniejszych nakładów ale też należy traktować je z większą ostrożnością. Źródło: MacDougall i in., 2020
—–
No i właśnie problemem jest też to, jak zauważa zespół naukowy Joeriego Rogelja w pracy z 2019 r. “Estimating and tracking the remaining carbon budget for stringent climate targets” [“Szacowanie i śledzenie pozostałego budżetu węglowego dla rygorystycznych celów klimatycznych”] (Rogelj i in., 2019), jaki zachowamy budżet węglowy, czyli ile możemy jeszcze wyemitować gazów cieplarnianych, zwłaszcza dwutlenku węgla, do atmosfery tak by nie przekroczyć, zgodnie z tym co zostało zawarte w Porozumieniu paryskim, progów krytycznych temperatury 1,5 i 2 stopnie Celsjusza względem okresu bazowego 1850-1900.
A możemy już mniej niż 350 gigaton według scenariusza “biznes jak zwykle” (RCP 8.5) w ciągu 7 lat z prawdopodobieństwem 66 %, zgodnie z wytycznymi ze wspomnianego raportu IPCC z 2018 r.
—–
Rysunek 3: Schemat pokazuje, w jaki sposób pozostały budżet węglowy można oszacować na podstawie różnych niezależnie ocenianych wielkości, w tym historycznego T hist ocieplenia wywołanego przez człowieka , zobowiązania do zerowej emisji T ZEC , wkładu przyszłego ocieplenia bez emisji CO 2 (zgodnie z globalną zerową emisją CO 2 lub w inny sposób) T bez emisji CO2. Szare cieniowanie ilustruje, jak niepewność w TCRE (przejściowej czułości klimatu na skumulowane emisje CO2) rozchodzi się od punktu początkowego. Strzałki i przerywane linie to wizualne wskazówki ilustrujące, w jaki sposób różne czynniki łączą się, aby oszacować pozostały budżet węglowy. Oprócz oszacowania pozostałego budżetu węglowego B lim , ramy można również zastosować do zrozumienia, dekompozycji i omówienia szacunków budżetów węglowych obliczonych innymi metodami. Względne rozmiary różnych elementów składowych pokazanych na tym schemacie nie są zgodne ze skalą.
—-
Aleksandra Kardaś w serwisie naukowym Nauka o klimacie pisze:
Wyznaczenie tej wielkości nie jest oczywiście prostym zadaniem. Wymaga ustalenia i połączenia informacji o:
  • wzroście temperatury, jaki już udało nam się spowodować,
  • przejściowej odpowiedzi klimatu (TCR) na skumulowane (zsumowane do dziś) emisje dwutlenku węgla,
  • wkładzie czynników innych niż CO2 w przyszłe ocieplenie,
  • funkcjonujących w systemie klimatycznym sprzężeń zwrotnych, których część nie jest w pełni uwzględniona we współczesnych Modelach Systemu Ziemskiego,
  • „nawisie ocieplenia” – wzroście temperatury, który jeszcze się nie dokonał, ale będzie nieuniknioną konsekwencją wyemitowania CO2, który zostanie uwolniony do atmosfery do momentu całkowitego zaniechaniem emisji netto przez człowieka.
Trzeba też wziąć pod uwagę impuls węglowy. To znaczy, długość usuwania węgla z szybkiego do wolnego cyklu węglowego jest zależna od wielkości impulsu węglowego, czyli wielkości budżetu węglowego w atmosferze. Tak czy owak, usuwanie węgla po nawet wyzerowaniu emisji GHG od jutra, występowałoby co najmniej kilka tysiącleci. Im większy byłby ten impuls węglowy, tym mocniej wydłużyłby się okres usuwania tego węgla, nawet do kilkuset tysięcy lat.
Generalnie jednak należy podjąć działania dekarbonizacyjne już teraz, gdyż im dłużej będziemy zwlekać tym będą ich większe koszty dla naszej cywilizacji. Ucierpią przy tym również gatunki roślin i zwierząt w ekosystemach, które również stają się coraz wrażliwsze na zachodzące szybkie zmiany klimatu, czyli wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi.
—-
https://naukaoklimacie.pl/…/po-jakim-czasie…
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1368-z
https://bg.copernicus.org/articles/17/2987/2020/
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/…/2007GL032388
https://naukaoklimacie.pl/…/ocieplenie-o-1-5-stopnia…
https://naukaoklimacie.pl/…/impuls-weglowy-i-jego…
https://naukaoklimacie.pl/…/klimat-przyszlosci-wyprawa…
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/…/2016JD025809
https://www.pnas.org/content/115/52/13288

Szacowanie projekcji klimatycznych według wyników wielu badań

Współczesne wyniki badań w klimatologii mające na względzie opis przyszłych zmian klimatu biorą pod uwagę projekcje klimatu, a nie jego prognozy.
Projekcje według czterech oficjalnie scenariuszy emisji gazów cieplarnianych (RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 6.0 i RCP 8.5) wytyczonych przez IPCC w V Raporcie w 2013 r.
To, że nie uwzględniono w 2013 r. podstawowych dodatnich sprzężeń zwrotnych jak rozmarzanie zmarzliny lądowej czy topnienie pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy mających również swój wkład w podnoszenie się poziomu morza, to sami pracownicy IPCC sobie już doskonale zdają sobie, co już zostało uwzględnione w mniejszych specjalnych raportach z 2018 i 2019 r. I będzie uwzględnione w wiosennym dużym VI Raporcie z 2021 r.
Oczywiście ostrożność naukowa jest podstawą. Nie liczy się jedno jakieś badanie z wynikiem ogłaszającym dane zdarzenie, ale większa liczba badań przeprowadzanych różnymi metodami dającymi jeden i ten sam wynik. Wtedy takie prace przechodzą przez sito recenzji naukowej i wybiera się te najbardziej adekwatne prace bliskie prawdy naukowej, której i tak prawdopodobieństwo nie wynosi nigdy 100 %, tylko jest co najwyżej w zakresie 95-99 %.
Tak więc, przeprowadzając projekcje zmian klimatu, w tym bardzo ważnych we współczesnej klimatologii zmian zasięgu czy objętości lodu morskiego w Arktyce, bierze się właśnie pod uwagę różne warianty, a nie jeden.
I owszem pesymistyczne scenariusze, że w najbliższej dekadzie teraz, późnym latem w Arktyce nie będzie przynajmniej przez kilka dni lodu morskiego, też się bierze pod uwagę, ale nie są one ostateczną wyrocznią.
—–
Rys. Otwarcie czterdziestej sesji plenarnej IPCC, podczas której przyjęto Syntezę piątego raportu podsumowującego. Zdjęcie zamieszczamy dzięki uprzejmości IPCC (wszelkie prawa zastrzeżone).
—–
Redakcja Nauka o klimacie mówi:
“Jednocześnie trzeba pamiętać, że pod hasłem “utrata arktycznego lodu w ciągu najbliższych lat” kryją się możliwe epizody bez lodu występujące latem co kilka (przy ociepleniu o 2 stopnie) lub kilkadziesiąt lat (przy ociepleniu o 1,5 stopnia). Oczywiście będzie to miało znaczenie dla przyśpieszania ocieplenia, ale będzie to kolejny mały kroczek a nie nagły skok w przepaść.”
Wniosek z tego wynika prosty.
Jedno jedyne badanie nie stawia ostatecznej tezy, że mamy do czynienia z ostateczną prawdą naukową. Tak nie działa nauka. A i tak szereg prac naukowych z podobnym wynikiem nie mówi nam ostatecznie, że takie zdarzenie będzie miało na 100 % miejsce. Niestety nie.
Zbiera się jednak najlepsze wyniki badań, które pokazują nam większe prawdopodobieństwo, kiedy i w jakim stopniu nastąpi dane zdarzenie, jak np. zanik lodu morskiego w Arktyce późnym latem.
I to nam właśnie tylko może przedstawić Międzyrządowy Panel ds. Zmian Klimatu, czyli IPCC, na podstawie zrecenzowanych tysięcy prac naukowych, w kolejnym nowym już VI Raporcie wiosną 2021 roku, a nie tylko jednej czy ewentualnie kilku pracach naukowych, w których ktoś celowo lub nieświadomie wybiera tylko scenariusze apokaliptyczne (cherry picking – dopasowanie wygodnych tez do własnych wyobrażeń) i są one interpretowane jak jakieś wyrocznie, a nie jak ostrożne projekcje naukowe.
Serwis 

Nauka o klimacie

 przestrzega przed pochopnym wyciąganiem wniosków naukowych:

Dawniej wiedza o wynikach badań docierała do szerokiej publiczności dopiero wtedy, gdy w konkretnych kwestiach odbyła się już dyskusja naukowa, wytworzył się pewien konsensus i można było uwzględnić fakty w podręcznikach. Teraz dzięki rozwojowi mediów i internetu zaczynamy śledzić badania na bieżąco – zwłaszcza w kwestiach tak pilnych jak szybko zachodząca zmiana klimatu. Powoduje to sporo zamieszania, każde pojedyncze doniesienie naukowe jest przez autorów nagłówków traktowane jako ostateczne ustalenie nauki, podczas gdy za miesiąc może pojawić się praca, która go podważy. Ona również zostanie potraktowana jako “głos ostateczny” a u publiczności powstanie wrażenie, że “naukowcy nic nie wiedzą i ciągle zmieniają zdanie”. Dlatego specjaliści cały czas pracują nad tym, jak przekazywać publiczności informacje, tak by nie wprowadzać jej w błąd “w żadną stronę”.
—–
https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/raport-ipcc-sr1-5-od-kuchni-317

Analiza bilansu energetycznego (cieplnego) Ziemi

(na podst. U.S. National Weather Service (NWS) i National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
—–
Bilans energetyczny Ziemi był już wielokrotnie podawany w wielu naukowych książkach i serwisach internetowych. Jednak ostatni model podawany przez takie szanujące się instytucje naukowe jak NWS czy NOAA jest naprawdę bardzo czytelnym i zrozumiałym modelem dla każdego, kto dobrze nie tylko orientuje się na interakcjach klimatycznych pomiędzy Słońcem, atmosferą Ziemi, w tym chmurami, a powierzchnią Ziemi, ale i na arytmetyce. To naprawdę nie jest trudne.
Jest to podział na trzy różne procesy zachodzące w systemie klimatycznym.
1. Strumień energii cieplnej płynący od Słońca do Ziemi (atmosfery i powierzchni) równoważony jest strumieniami energii cieplnej płynącymi od powierzchni Ziemi oraz chmur i atmosfery w kosmos (kolor niebieski = kolor niebieski, czerwony, żółty) – 100 %.
2. Strumienie energii cieplnej płynące od Słońca i od powierzchni Ziemi do atmosfery równoważone są strumieniami energii cieplnej płynącymi z atmosfery i chmur w kosmos oraz z samej atmosfery ku powierzchni Ziemi (kolor niebieski, żółty = kolor czerwony) – 156 %.
3. Strumienie energii cieplnej płynące od Słońca (mniej niż 50 %) i z atmosfery do powierzchni Ziemi równoważone są strumieniami energii cieplnej płynącymi z powierzchni Ziemi do jej atmosfery i częściowo w kosmos (kolor niebieski, czerwony = kolor żółty)
Czyli w sumie:
Energia cieplna słoneczna płynąca znacznie więcej w dół aniżeli w górę (kolor niebieski).
Energia cieplna podczerwona płynąca o prawie połowę mniej w górę niż w dół (kolor czerwony).
Energia cieplna podczerwona w znacznym stopniu oraz parowanie i konwekcja w mniejszym płynące tylko w górę (kolor żółty).
—–
Rys. Bilans energetyczny między powierzchnią Ziemi a jej atmosferą
——
W górnej części atmosfery – energia napływająca ze Słońca do Ziemi równoważona energią wychodzącą z Ziemi w kosmos.
a) promieniowanie krótkofalowe:
– 100 % od Słońca ku atmosferze Ziemi i jej powierzchni
///////
b) promieniowanie krótkofalowe:
– 23 % odbite przez chmury
– 7 % odbite od powierzchni Ziemi
promieniowanie długofalowe:
– 49 % wyemitowane z atmosfery w kosmos
– 9 % wyemitowane z chmur w kosmos
– 12 % wyemitowane z powierzchni Ziemi w kosmos
—-
100 %
////////
Sama atmosfera – Energia do atmosfery ze Słońca i z powierzchni Ziemi jest równoważona energią wychodzącą z atmosfery.
a) promieniowanie krótkofalowe:
– 19 % pochłonięte przez gazy w atmosferze
– 4 % pochłonięte przez chmury
b) promieniowanie długofalowe:
– 104 % pochłonięte z powierzchni Ziemi
c) konwekcja:
5 % z prądów konwekcyjnych (wznoszące się powietrze ogrzewa atmosferę)
d) kondensacja:
24 % osadzania się pary wodnej ze skraplania jej do kropel wody lub z resublimacji do kryształków lodu (ciepło jest uwalniane do atmosfery)
—–
156 %
///////
e) promieniowanie długofalowe:
– 9 % wyemitowane w kosmos przez chmury
– 49 % wyemitowane w kosmos przez gazy cieplarniane w atmosferze
– 98 % wyemitowane na powierzchnię Ziemi przez gazy cieplarniane w atmosferze
—–
156 %
///////
Pochłonięta energia przez powierzchnię Ziemi – od Słońca i z atmosfery – jest równoważona uwolnioną energią z powierzchni Ziemi – do atmosfery i w kosmos.
a) promieniowanie krótkofalowe:
– 47 % pochłonięte przez powierzchnię Ziemi ze Słońca
b) promieniowanie długofalowe:
– 98 % pochłonięte przez powierzchnię Ziemi w reemisji z gazów cieplarnianych w atmosferze
—–
145 %
////////
c) promieniowanie długofalowe:
– 116 % wyemitowane przez powierzchnię Ziemi
d) konwekcja:
– 5 % usuwanego ciepła z powierzchni Ziemi przez konwekcję (wznoszenie ciepłego powietrza)
e) parowanie:
– 24 % usuwanie ciepła z powierzchni Ziemi potrzebnego do skraplania i resublimacji
—–
145 %
////////
https://www.weather.gov/jetstream/energy

Znaczenie gazów cieplarnianych w atmosferze Ziemi

W atmosferze Ziemi, a ściślej w troposferze, która jest częścią systemu klimatycznego Ziemi, najważniejsze gazy to azot i tlen. Pierwszego jest 78 % w atmosferze, a drugiego 21 %. Oba gazy nie pochłaniają i nie emitują promieniowania długofalowego (podczerwonego), a więc nie są gazami cieplarnianymi. Podobnie argon, pierwiastek chemiczny w atmosferze z zawartością 0,9 %, który nie tylko sam nie łączy się z takimi samymi atomami, ale i nie łączy się z żadnymi innymi atomami czy cząsteczkami, przez co nazywany jest gazem szlachetnym. Również jak azot i tlen nie ma on właściwości cieplarnianych.

Cechą charakterystyczną, która wyjaśnia czy dana cząsteczka chemiczna jest gazem cieplarnianym czy nie, jest to czy jest dwuatomowa czy składa się z więcej niż dwóch atomów. Continue reading “Znaczenie gazów cieplarnianych w atmosferze Ziemi”

Zagrożenie w Obszarze Zatokowym Morza Amundsena

Już można powiedzieć, że człowiek zaczyna obojętnieć, że zegar węglowy odmierza nam czas tak, że jesteśmy coraz bliżej pierwszego progu krytycznego 1,5 stopnia Celsjusza względem okresu 1850-1900. W grudniu 2015 roku w na konferencji klimatycznej Paryżu, to był jeden z progów, ale nie był przedstawiony jako najważniejszy. Sygnatariusze Porozumienia Paryskiego przede wszystkim skoncentrowali się na progu 2 stopnie Celsjusza.

Jednak to już próg 1,5 stopnia Celsjusza może okazać się tym progiem, że jeszcze za naszego życia doczekamy się spektakularnego rozpadu lodowców szelfowych w Obszarze Zatokowym Morza Amundsena (ASE). To właśnie tam też rozgrywa się dramat. Mamy pecha. Continue reading “Zagrożenie w Obszarze Zatokowym Morza Amundsena”

Polarny Jet Stream a wiry polarne podczas północnoatlantyckiej oscylacji (NAO)

No mamy w końcu listopad. Były zimy gdy był już o tej porze śnieg. Polarny prąd strumieniowy, czyli polarny jet stream może sprawić taką niespodziankę, że już na początku wrześniu czy pod koniec maja mogą pojawić się nie tylko przymrozki, ale i nawet krótkotrwałe opady śniegu na nizinach średnich szerokości.
Wszystko zależy od tego, jak daleko na niskie szerokości będą trafiać coraz częściej masy polarno-arktycznego powietrza. I na odwrót. Na wysokie szerokości będą trafiać coraz częściej masy tropikalno-zwrotnikowego powietrza.

Continue reading “Polarny Jet Stream a wiry polarne podczas północnoatlantyckiej oscylacji (NAO)”

Atlantyfikacja Morza Barentsa a zaburzenie Golfsztromu na Atlantyku na południe od Grenlandii

Atlantyfikacja polega na tym, że słone, ciepłe i mieszające się wody atlantyckie, niesione przez prądy morskie i sztormy, wlewają się do słodkich, zimnych i uwarstwionych wód arktycznych – mówi dr Ben Rabe , lider zespołu oceanicznego MOSAiC i naukowiec z Instytutu Alfreda Wegenera ( AWI ). Tak się dzieje właśnie w subarktycznym Morzu Barentsa (Rysunek 1). Z kolei z drugiej strony lód morski jest chroniony przez haloklinę wód słonawych, które są pod warstwą powierzchniowej lżejsze wody słodkiej. Gdy każdego lata będzie ubywać lodu, będzie zmniejszać się udział słodkiej wody ze stopionego lodu, a to może oznaczać, że w końcu zaniknie słodka woda, wtedy atlantyckie wody łatwiej będą mieszać się z arktycznymi z Morza Barentsa ale już bez lodu morskiego – wyjaśnia dr Michel Tsamados, badacz lodu morskiego z University College London.
Jest to przeciwieństwo tego co się dzieje na południe od Grenlandii, gdzie wody północnego Atlantyku wysładzają się, ochładzają i uwarstwiają upodobniając się do wód arktycznych, co zaburza przepływ Prądu Zatokowego (Golfsztromu) doprowadzając go do spowolnienia i zmniejszenia ilości wód opadających w atlantyckiej południkowej cyrkulacji wstecznej, która jest też częścią globalnej cyrkulacji termohalinowej. Jest to rejon tzw. Cold Blob (zimnej plamy). Najchłodniejszy rejon oceaniczny na Ziemi aktywny w okresie zimowym, gdzie temperatura jest od średniej temperatury powierzchni Ziemi o 1 stopień Celsjusza. A w okresie letnim z kolei, gdy jest większy wpływ ocieplenia, to jest większy transport lodu z topniejących lodowców szelfowych Grenlandii.
—–

Rys. Morze Barentsa

Mniej ciepła woda napływająca z tropików ma wpływ na chłodzenie północnego Atlantyku, co równoważy ogólne ocieplenie oceanów spowodowane rosnącą globalną temperaturą. W rezultacie ocieplenie jest „przypisywane głównie spowolnieniu AMOC”, mówi Paul Keil – doktorant z Instytutu Meteorologii im. Maxa Plancka i główny autor nowych badań. Dodaje też, że za ochłodzenie rejonu zimnej plamy ma też wpływ obecności wir subpolarny obracający się w przeciwnym kierunku niż wskazówki zegara i wypychający ciepłe wody z tego rejonu oraz niskie zachmurzenie, gdzie wiele promieni słonecznych nie dochodzi do powierzchni oceanu przez co się ona wychładza wzmacniając zimą obecność zimnej plamy.
Natomiast w rejonie Morza Barentsa pod względem nasilającej się atlantyfikacji obserwowane są migracje gatunków atlantyckich, np. ryb, ssaków morskich i ptaków morskich, które wraz z rozprzestrzenianiem się atlantyfikacji Arktyki i ocieplania jej oceanu, wypierają gatunki arktyczne z ich nisz ekologicznych. Wraz z dalszym ocieplaniem się Arktyki i kurczenia się zasięgu jej lodu morskiego habitaty zwierząt polarnych zanikają i tracą swój naturalny charakter. Ogólnie ekosystem Arktyki jest ekosystemem najbardziej zagrożonym na Ziemi – mówi dr Allison Fong , współkoordynator zespołu badawczego ekosystemów dla MOSAiC i naukowiec z AWI.
Konkuzja:
Ocieplenie klimatu odwraca tutaj wszelki procesy w cyrkulacjach oceanicznych i atmosferycznych prowadząc do poważnych zaburzeń w systemie klimatycznym. Być może tak jak wypierane są lub zanikają gatunki arktyczne kosztem atlantyckich, tak również możliwe, że już są wypierane lub nawet zanikają gatunki atlantyckie na południe od Grenlandii kosztem może nie tyle gatunków stricte arktycznych co tych, które mają swoje nisze ekologiczne w słodkich, chłodnych i uwarstwionych wodach. Przyczyną oczywiście jest wspomniane topnienie lodowców szelfowych Grenlandii wlewających miliardy litrów wód roztopowych oraz ich cielenie, czyli odrywanie wielkich gór lodowych do północnego Atlantyku. A to wszystko prowadzi wciąż do silnego wysładzania, ochładzania i uwarstwiania wód w rejonie gdzie jest zaburzony system zatapiania wód północnoatlantyckich.
Czyżbyśmy na południe od Grenlandii mieli do czynienia z anomalnym procesem tworzenia się arktyfikacji? Raczej nie. Globalna temperatura rośnie, a nie spada. I choć stratosferyczny wiatr – polarny jet stream gdy bardzo wolno meandruje też ma coraz częstszy swój udział w przenoszeniu na niższe szerokości geograficzne polarnych mas powietrza, a zwrotnikowego powietrza nawet na wyższe szerokości w rejony subpolarne, to i tak trend będzie liniowy klimatu. Będzie się ocieplać, a nie ochładzać.
W każdym razie w systemie klimatycznym pod wpływem coraz wyższego wzrostu globalnej temperatury nad lądami i oceanami powstaje dużo chaotycznych procesów fizycznych, które tylko jeszcze bardziej wzmocnią wiele ekstremalnych zjawisk pogodowych.