Nieunikniony wzrost poziomu morza

1. Rozszerzalność termiczna, spływ słodkiej wody gruntowej i powierzchniowej, topnienie lodowców górskich i destabilizacja pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy

Według V Raportu IPCC z 2014 r. największy wpływ na podnoszenie się światowego poziomu morza ma rozszerzalność termiczna (1,1 mm/rok). W następnej kolejności lodowce górskie (0,76 mm/rok) i spływ słodkiej wody gruntowej i powierzchniowej rzekami do mórz i oceanów (0,38 mm/rok). I dopiero na samym końcu przyczyniają
się do tego lądolody Grenlandii (0,33 mm/rok) i Antarktydy (0,28 mm/rok).

Oceany i morza świata w pewnym sensie ogrzewają się przez to, że energia cieplna w zakresie fal podczerwieni w tzw. promieniowaniu zwrotnym atmosfery w dużym stopniu trafia do nich z powodu emisji gazów cieplarnianych antropogenicznego pochodzenia. Ich ogrzewanie powoduje rozszerzanie się objętości wody, która w pewnym sensie “rośnie” na powierzchni. Rozszerzalność termiczna rośnie wraz z podnoszeniem się temperatury w oceanach i morzach świata. W dużym zakresie też nieracjonalna gospodarka leśna, wodna i ogólnie zmiany użytkowania terenu są przyczyną tego, że wody przemysłowe, komunalne i gruntowe w coraz mniejszym
zakresie pochłania szata roślinna, która znowuż jest mocno redukowana w ekosystemach i krajobrazie człowieka, a w coraz większym zakresie spływają one do rzek i dalej do mórz i oceanów. Ponadto, gdy deszcze intensywnie padają, to często nie są pochłaniane przez roślinność, bo jej często nie ma, zwłaszcza w betonowych miastach, a jeśli jest to często woda nie dochodzi do niej, gdyż wysuszone i wyjałowione gleby szybko ją spłukują do jezior i do rzek, skąd w coraz silniejszym stopniu spływają do mórz i oceanów przyczyniając się do wkładu w ich wzrost poziomu. W dużym zakresie również gwałtowne roztopy lodowców górskich poprzez zmniejszające się albedo kurczącej się pokrywy śnieżnej, spływające do wspomnianych rzek, również przyczyniają się do zwiększania wzrostu poziomu morza. Na razie lądolody Grenlandii i Antarktydy nie mają tak dużego wkładu, ale wszystko może się zmienić gdy nastąpi większa destabilizacja lodowców szelfowych i więcej masy lodowej zacznie spływać z nich do oceanu.

2. Pomiary poziomu morza z przeszłości dawnej, niedawnej i dzisiejszej

a) badania proxies (pośrednie)

Dzięki zaawansowanym badaniom paleoklimatycznych, odpowiednikami wskaźnikami oszacowania dawnego poziomu morza są organizmy morskie takie jak koralowce czy wieloszczety czy też osady morskie czy bagienne. W okresie pomiędzy 7000 a 2000-3000 lat temu średni poziom morza podniósł się do ok. 2-3 m (0,15 – 0,75 mm/rok). Nie istnieje żaden dowód, żeby w ostatnich 2-3 tysiącleciach miały miejsce jakieś znaczące fluktuacje w globalnym średnim poziomie morza.Badania wskazują, że był on w tym okresie czasu prawie stały (Kurt Lambeck i in., 2010).

Z pracy w 2011 r., naukowców takich jak Andrew C. Kemp i jego zespołu naukowego wynika, że poziom morza był stabilny od co najmniej 100 lat p.n.e. do 950 r. n.e. W dalszej kolejności poziom morza wzrósł przez 400 lat w tempie 0,6 mm / rok, po czym nastąpił następny okres stabilnego lub nieznacznie spadającego poziomu
morza, który trwał do końca XIX wieku, czyli już do okresu pierwszych pomiarów wodowskazowych wysokości poziomu morza. Od tego tamtego czasu poziom mórz podniósł się średnio o 2,1 mm / r, co stanowi najbardziej gwałtowny wzrost w skali stulecia w ciągu ostatnich dwóch tysiącleci. Szybkość ta została zapoczątkowana między 1865 a 1892 rokiem. Stosując rozszerzone podejście do
modelowania półempirycznego, naukowcy udowodnili, że zmiany na poziomie morza zgadzają się z temperaturą globalną przynajmniej przez ostatnie tysiąclecie.

b) badania za pomocą wodowskazów

Naukowcy przed badaniami satelitarnymi i w trakcie ich obecności dokonywali i dokonują pomiarów wysokości poziomu morza dodatkowo za pomocą wodowskazów. Pierwsze takie badanie zostało przeprowadzone nad Pacyfikiem w San Fransisco w 1851 roku. Takie badania do czasów ery satelitarnej były obarczone bardzo dużymi błędami, zwłaszcza w obszarach, gdzie lądy, które były obciążone pokrywami lądowymi jak np. Półwysep Skandynawski, nadal podnoszą się izostatycznie, co mocno zaburzało pomiary wysokości poziomu morza, zwłaszcza w tamtym regionie. Podobnym obciążeniem jest dokonanie pomiaru w obszarze sejsmicznym. Np na wyspie Rodos w Grecji (Villy i in. 2002) czy na Sycylii we Włoszech (Fabrizio Antonioli i in., 2003). Zaburzenia te powstają po znaczących trzęsieniach ziemi.

c) badania altymetryczne za pomocą satelitów

Wszystkie pomiary wysokości poziomu morza są również wykonywane skrupulatnie od 1992 r. przez urządzenia zwane altymetrami umieszczonymi na pokładach satelitów. Od 1992 do 2006 r. przez Topex/Poseidon, we współpracy NASA z francuską agencją kosmiczną CNES. Od 2001 r. ruszył program z satelitą Jason-1 w tej samej współpracy, zakończony w 2013 r. Podobnie, od 2008 r. ruszyła misja OSTM/Jason-2, wspomagana kooperatywnie przez NOAA i Eumetsat, ale też zakończyła swoją działalność w 2019 r. A od 2016 r., znowu w samej współpracy NASA z CNES pracuje misja satelity Jason-3.

3. Naturalne przyrosty i spadki poziomu morza

Ziemia nie jest jednowymiarową kulą, ale geoidą, na której dużą rolę odgrywa przyciąganie ziemskie (grawitacyjne), gdzie obecność księżyca naszego satelity oraz Słońca naszej gwiazdy, mają znaczący wpływ na cykliczne podnoszenie się i opadanie poziomu morza, czyli pływy morskie (przypływy i odpływy).

Poziom mórz i oceanów nie tak łatwo jest zbadać. Gdyż po pierwsze pływy oceaniczne przyczyniają się do tego, że gdzieś na Ziemi jest znacznie wyższy przyrost poziomu wód, a gdzieś nastąpił ich nawet dość znaczny ubytek. Poza tym niektóre lądy, w tym wyspy oceaniczne, w pewnym sensie rosną, a niektóre obniżają się (procesy izostatyczne), co też wymaga ścisłej precyzji w pomiarach poziomu wód morskich i oceanicznych.

Ponadto mocne eksplozje wulkanów o mocy Pinatubo z 1991 r. powodujące dostanie się do stratosfery ogromnych ilości aerozolu siarczanów ochładzających klimat na czas, od roku do pięciu lat, również przyczyniają się do obniżenia poziomu morza lub przynajmniej spowolnienia jego wzrostu (John T Fasullo i in., 2016).

4. Bardzo znaczący przyrost poziomu morza w rejonie zachodniego Pacyfiku

Jeszcze jednym problemowym zjawiskiem w pomiarach poziomu morza jest fluktuacyjne występowanie oscylacji oceanicznych ENSO (El Nino/La Nina) na równikowym Pacyfiku. Np. znaczący wzrost poziomu morza został odnotowany w południowo-zachodnim
Pacyfiku w rejonie wysp Tuvalu gdy miała miejsce La Nina. Natomiast znacznie mniejszy, gdy wystąpiło El Nino. I im silniejsze były te zjawiska, tym wyższe były odchylenia od średniej.

Badania zmienności poziomu morza w latach 1950-2009 były przeprowadzone w zachodnim tropikalnym regionie Pacyfiku (20 ° S – 15 ° N; 120 ° E – 135 ° W) (Melanie Becker i in., 2012). I stwierdzono w nich, gdy była np. bardzo silna La Nina, to na zachodnim Pacyfiku, zwłaszcza w rejonie Tuvalu, był zauważony
wyraźny wzrost poziomu morza, gdzie naukowcy odnotowali 20-30 cm. Czyli o 40-60 razy wyższy wynik niż długofalowy trend podany w badaniu powyższym, który w latach 1950-2009 w rejonie wysp Tuvalu, gdy ENSO jest neutralne, pokazuje średni przyrost poziomu morza – 5,1 mm/rok, uwzględniając wszystkie wahania poziomu
morza oraz izostazji badanych wysp. Np. na jednej z wysp Tuvalu Funafuti całkowite tempo wzrostu było 3 razy większe niż wynosi średnia globalna. Na domiar złego mamy do czynienia z osiadaniem gruntu na wielu wyspach, co tylko pogarsza sytuację dla mieszkańców. Jest to 10% całkowitego wzrostu poziomu morza
obserwowanego na Tuvalu.

A co jest tego przyczyną, że jest tam tak duży przyrost poziomu morza? Otóż, w zachodnim rejonie Tuvalu podczas występowania bardzo silnej La Nina wieją bardzo silne pasaty spychające ze wschodu na zachód ogromne ilości ciepłych wód, które na dodatek mocno nagrzewają się gdy energia cieplna z atmosfery intensywnie
przenika do oceanu i to na dość duże głębokości. Z kolei w 2010 r., gdy było bardzo silne El Nino, efekt był odwrotny w tymże badanym rejonie. Czyli w sumie, gdy podczas La Nina ciepło przenikało w głąb oceanu, tworzyła się bardziej nachylona termoklina oceaniczna, czyli bardziej poszerzona (Axel Timmermann & Shayne McGregor, 2010) (Mark E. Merrifield, 2010) (Bo Qiu & Shuiming Chen, 2012).  A więc, im było więcej energii cieplnej, tym mocniej występowała rozszerzalność termiczna wzmacniająca napływ spiętrzonych wód ze wschodniego równikowego Pacyfiku. Z kolei, gdy wystąpiło El Nino, termoklina wypłaszczała się i w końcu zawężała się, co wynikało z tego, że mniej było energii cieplnej w rejonie zachodnim Pacyfiku. Dodatkowo, podczas La Nina jest mniejsze parowanie z powierzchni oceanu i atmosfera w skali planetarnej staje się chłodniejsza, a
w trakcie El Nino na odwrót, jest większe, co sprzyja temu, że atmosfera bardziej się nagrzewa.

Ogółem temat badań z rejonu Tuvalu, czas fazy neutralnej ENSO pokazuje, że same pomiary wodowskazowe, które odbywały się od 1950 do 1992 roku, wskazywały średni globalny przyrost poziomu morza tam na około 5,1 mm/rok. Natomiast uzupełnione satelitarnymi od 1993 roku do 2013 r., np. w rejonach Yap i Honiara
miały średni roczny przyrost w ciągu 2o lat, który wynosił 10 mm/rok.

Podsumowując wyniki badań z Tuvalu, dane uzyskane z pomiarów wodowskazów, satelitów, modeli klimatu oraz GPS wskazują na jedno, wyspy koralowe w tamtym obszarze geograficznym w zastraszającym tempie toną.

5. Zaniżone wyniki w ostatnich trzech raportach IPCC

W raportach IPCC, zarówno w trzecim, jak i w czwartym były zaniżone prognozy podniesienia się poziomu oceanów i mórz do 2100 r. III Raport z 2001 r. sugeruje wzrost o 20-70 cm. IV Raport z 2007 r. – o 18-59 cm. A V Raport z 2013 r. – o 52-98 cm. Dziś wiemy, że wszystkie trzy raporty miały bardzo konserwatywne obliczenia nie uwzględniające choćby topnienia lodowców i ich destabilizacji
z powodu rozpadu klifów lodowych.

6. Korekty wzrostu poziomu morza

Martin Vermeer i Stefan Rahmstorf w 2009 r. wykorzystali metodę półempiryczną, w której zamiast zastosowania modeli lądolodów posłużyli się danymi historycznymi wzrostu poziomu mórz i oceanów od 1880 do 2000 r. Obaj naukowcy stwierdzili silną korelację między obecnym a zrekonstruowanym poziomem wód. Wyniki badań były
trzykrotnie wyższe niż to co podało IPCC.

W. Tad Pfeffer i in. w 2008 r. posłużyli się inną metodą badawczą, tzw. kinematyczną, w której modelowanie lodowców zostało uwzględnione. To znaczy, naukowcy zaobserwowali cielenie się lodowców Grenlandii i Antarktydy Zachodniej dokonując
głębszej analizy takich czynników jak topografia, powierzchnia przekroju czy położenie spodu lodowców poniżej poziomu wody. Wzrost poziomu oceanów i mórz, zespół badawczy Pfeffera oszacował do 80-200 cm w 2100 roku.

Uważa się, że obie wspomniane metody badawcze: metoda półempiryczna i kinematyczna miały poważne ograniczenia. Ponieważ w nich nie wzięto pod uwagę i nie zaobserwowano bardzo poważnych dużych, silnie nieliniowych zdarzeń, takich jak
rozpad wielkiego obszaru lądolodu. Oczywiście nie można zlekceważyć tego, gdyż obecny wzrost temperatury globalnej może doprowadzić właśnie do takiego incydentu jak nagłe i gwałtowne podniesienie się poziomu wód morskich i oceanicznych pod
wpływem coraz silniejszej destabilizacji lądolodów Grenlandii i Antarktydy.

W 2016 r. w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) Robert E. Kopp wraz ze swym zespołem naukowym przedstawił pracę, w której została przedstawiona po raz pierwszy globalna analiza statystyczna oparta na metodzie półempirycznej, na temat historii zmian poziomu morza w ciągu ostatnich 2500 lat. Dane, obok badań wodowskazowych i satelitarnych naukowcy wzięli też z badań paleowskaźnikowych. Np. z odwiertów głębinowych osadów morskich.

Biorąc pod poprawkę procesy izostatyczne takie jak podnoszenie się lądu po odbytej epoce lodowej, błąd w wynikach, czyli tzw. niepewność wyniku wynosi 0,2 mm/rok. Jest on jednak niewielki. Dla 500 lat wzrostu poziomu morza jest to 10 cm. A dla 2500 lat jest to 50 cm. wzrost poziomu morza i według powyższej pracy wzorowanej na scenariuszach emisji IPCC, wynosi:

RCP2.6 – 24-61 cm ; RCP4.5 – 33-85 cm ; RCP8.5 – 52-131 cm

(Robert E. Kopp i in., 2016)

W innej pracy, też opublikowanej w PNAS, Matthias Mengel ze swoim zespołem badawczym także zastosował metodę półempiryczną, ale naukowcy rozważyli oddzielnie analizę składowych wzrostu poziomu morza takich jak rozszerzalność
termiczną, topnienie lodowców i topnienie lądolodów. Pomimo odmiennej procedury naukowej, zespół Mengela uzyskał podobne wyniki co zespół Koppa. Również i ci naukowcy oparli swoje pomiary wzrostu poziomu morza na scenariusza emisji IPCC:

RCP2.6 – 28-56 cm ; RCP4.5 – 37-77 cm ; RCP8.5 – 57-131 cm

(Matthias Mengel i in. 2016)

Porównując prace badawcze obu grup naukowych do wcześniejszych pomiarów zamieszczonych w V Raporcie IPCC w 2013 r., uzyskaliśmy wówczas takie wyniki, również w dużym zakresie dzięki metodzie półempirycznej:

RCP2.6 – 28-60 cm ; RCP4.5 – 35-70 cm ; RCP8.5 – 53-97 cm

7. Analiza dwóch scenariuszy emisji do 2100 i 2300 roku

Porównanie dwóch badań statystycznych z 2015 i 2020 roku na temat wzrostu poziomu morza w 2100 i 2300 roku daje wyraźnie zróżnicowane wyniki

a) wzrost poziomu morza według prawdopodobieństwa 66 %:

2015:

(górny zakres) RCP 2.6 – 0,65 m do 2100 r. i RCP 8.5 – 1,32 m do 2100 r.

(górny zakres) RCP 2.6 – 2,15 m do 2300 r. i RCP 8.5 – 5,61 m do 2300 r.

2020:

(górny zakres) RCP 2.6 – 1,00 m do 2100 r. i RCP 8.5 – 2,40 m do 2100 r.

(górny zakres) RCP 2.6 – 4,70 m do 2100 r. i RCP 8.5 – 15,50 m do 2300 r.

b) badanie z 2015 r.

W ramach reprezentatywnej ścieżki koncentracji (RCP) 106 ekspertów przewidywało zgodnie ze scenariuszem RCP 2.6 prawdopodobny wzrost średniego globalnego poziomu morza (GMSL) z prawdopodobieństwem 66 % o 0,30–0,65 m do 2100 r. i o 0,54–2,15 m do 2300 r. w porównaniu z okresem 1986–2005 r. Natomiast zgodnie ze scenariuszem RCP 8.5, ci sami eksperci przewidywali prawdopodobny wzrost GMSL o 0,63–1,32 m do 2100 r. i o 1,67–5,61 m do 2300 r.

c) niepewności z badań sprzed 5 lat przeanalizowane na dziś

Analizując wyniki badań sprzed 5 lat, nie wzięto pod uwagę niepewności wynikających z wpływu niestabilności lodowych klifów morskich (stromych zboczy lodowców szelfowych tuż nad oceanem), która ma również nie mały wkład na przyspieszenie spływu wód roztopowych z topniejącej pokrywy lodowej, który z kolei ma znaczący udział we wzroście GMSL. Czyli zostało wzięte pod uwagę
topnienie wspomnianej pokrywy lodowej, ale ominięto w szacunkach samą destabilizację klifów lodowych

d) badanie z 2020 r.

  • prognozy ekspertów dla 2100 pokazują również różnice z recenzowaną literaturą dotyczącą badań na poziomie morza dla 2100 w ramach RCP 8.5. W referacie 21 podsumowano najnowsze prognozy literatury dotyczące wzrostu GMSL dla 2100 i 2300.We wszystkich RCP mediana prognoz z recenzowanej literatury dla wzrostu GMSL do 2100 wynosi od 0,4 m przy RCP 2.6 (np. ref. 22 ) do tak wysokiego jak 1,5 m zgodnie z RCP 8.5 w symulacjach pozwalających na agresywnie niestabilną warstwę lodową Antarktydy.

Ocena we wszystkich badaniach daje co najmniej 90% prawdopodobieństwo wzrostu GMSL o 0,2–1,0 m przy RCP 2.6 i 0,4–2,4 m przy RCP 8.5 do 2100 r.

  • prognozy ekspertów dla 2300 różnią się również od niewielkiej liczby badań, które przedstawiały prognozy tak daleko w przyszłość (np. ref. 9 , 23 , 24 ). Nic dziwnego, że różnica między scenariuszami jest bardzo duża do 2300 – do tego czasu scenariusz RCP 2.6 charakteryzuje się niższym niż obecnie stężeniem CO2
    w atmosferze , natomiast scenariusz RCP 8.5 powoduje stężenie CO2 w atmosferze prawie 2000 ppm.                                                                                                                                                      Mediana szacunków z recenzowanej literatury dotycząca wzrostu GMSL do 2300 wynosi od 1,0–2,0 m przy RCP 2,6 do 3,2–11,7 m przy RCP 8,5.We wszystkich badaniach istnieje co najmniej 90% prawdopodobieństwo wzrostu GMSL o 0,2–4,7 m, zgodnie z RCP 2.6 i 1,0–15,5 m, zgodnie z RCP 8.5 do 2300 r.                                                                                                                                                        (Benjamin P. Horton i in., 2020)

8. Nieunikniony wzrost poziomu morza

Znaczna część obszaru Ziemi jest położona nisko i w związku z tym zostanie mocno dotknięta nawet przy umiarkowanym wzroście poziomu morza. Delty rzek i pola ryżowe zostaną zalane słoną wodą, co zrujnuje plony. Woda morska, zmieszana z wodą słodką, zanieczyści rzeki i pokłady wodonośne.

Wzrost poziomu morza dla przyszłych pokoleń stanowi poważne zagrożenie. Jeśli ludzkość nie weźmie pod rozwagę tego aby definitywnie wyzerować emisje gazów cieplarnianych, wzrost ten będzie bardzo przyspieszony. Jednak nawet zatrzymanie
ich całkowicie nie wyeliminuje problemu. System klimatyczny jest bezwładny i przez co najmniej kilka dekad będzie rosnąć temperatura w powietrzu, a przez kilkaset lat w oceanach. Musimy z tym się już pogodzić i przygotowywać przyszłe pokolenia do adaptacji i mitygacji.

Nastąpiła tak silna destabilizacja lodowców szelfowych na Grenlandii i Antarktydzie, zwłaszcza na zachodniej części, że ich całkowity
kolaps wielokrotnie zwiększy wzrost poziomu morza, który i tak już jest i jeszcze bardziej będzie większym zagrożeniem dla nisko położonych wysp pacyficznych i na Oceanie Indyjskim oraz dla wielu wybrzeży morskich, miast, a w nim portów, kurortów, a także wiosek rybackich i rezerwatów przyrody oraz parków narodowych.

https://www.nature.com/articles/s41612-020-0121-5?fbclid=IwAR36EMUaKEWlV0eVqLDBwed5pxvJ6_mFCz90sWRPjGXzXe94Qxy82NZo7oI

https://naukaoklimacie.pl/fakty-i-mity/mit-globalne-ocieplenie-nawet-jesli-bedzie-wcale-nie-bedzie-takie-zle-4

https://sealevel.nasa.gov/missions/topex-poseidon

https://sealevel.nasa.gov/missions/jason-1

https://sealevel.nasa.gov/missions/jason-2

https://sealevel.nasa.gov/missions/jason-3

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S002532270300029X?via%3Dihub

https://www.pnas.org/content/108/27/11017

https://d1wqtxts1xzle7.cloudfront.net/29707925/LambecketalJL.pdf?1351603670=&response-content-disposition=inline%3B+filename%3DPalaeoenvironmental_records_geophysical.pdf&Expires=1591267727&Signature=fSAKf56-yNvCZuZXeYv3EzL5FO6CwnIdWcoJ1sac5lXGMCzKB0Z2sj7b2eL8vZNLVz-QXY~D26oGTTiVfWLYKDFk7KXmEihMTaFDIypEIwyEFl7hXdkWDA-iWW2XTGirW52LZEBQTJt2Kmt8mxGxW6qyGDi6t3NDK0UTeqfjPPXli3On8cd~wNtTmGodMrOAVVyP-0prHaeEapslKY1zsn6w-t87Cc8AJzS875Cijp69DwGdg3A7LDnGahvQZjsR6WfSPg6RE2sDsA5R2NhG0~H6sygpFh~kVZpivDMfGWverRbKiFXmmP7h26-gEeSGCIVtRqTyhQ4LOjd825tc2A__&Key-Pair-Id=APKAJLOHF5GGSLRBV4ZA

https://pl.wikipedia.org/wiki/P%C5%82ywy_morskie

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818111001445?via%3Dihub

https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/2010JCLI3519.1

https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/2011JCLI3932.1

https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JPO-D-11-061.1

https://www.nature.com/articles/srep31245

https://www.pnas.org/content/113/11/E1434

https://www.pnas.org/content/113/10/2597

https://www.pnas.org/content/pnas/early/2009/12/04/0907765106.full.pdf

https://science.sciencemag.org/content/321/5894/1340.abstract

https://naukaoklimacie.pl/fakty-i-mity/mit-prognozy-wzrostu-poziomu-oceanow-w-xxi-w-sa-przesadzone-57

https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/wzrost-poziomu-morza-przyspiesza-zamaskowal-to-wulkan-189

Antarktyda i jej lodowce szelfowe

1. Antarktyda jako kontynent

a) kopuła lodowa

Antarktyda w części środkowej to jest masywna kopuła lodowa. Im dalej i niżej od centrum tejże kopuły, tym bardziej lód nabiera plastyczności i coraz szybciej wskutek zmiany ciśnienia spływa grawitacyjnie w dół w kierunku lodowców szelfowych. Gdy panowała ustabilizowana temperatura w okresie przedindustrialnym, spływał on w sposób nie zaburzający rytmiki i dynamiki procesów glacjalnych na
Antarktydzie. Jednak gdy od co najmniej drugiej połowy XIX wieku spalamy masowo paliwa kopalne i wylesiamy planetę, to te procesy glacjalne bardzo gwałtownie przyspieszają z każdym wzrostem temperatury. Continue reading “Antarktyda i jej lodowce szelfowe”

Paleowskaźniki (proxies)

W okresach czasu gdy nie było ani pomiarów satelitarnych, ani pomiarów instrumentalnych, ani zapisków historycznych, dzięki szerokiej znajomości fizyki i chemii, od połowy XX wieku zastosowanie mają badania pośrednie paleowskaźnikowe, tzw. proxies (liczba mnoga) czy proxy (liczba pojedyncza),
w których im dalszą przeszłość klimatu analizujemy, tym mniej dokładna jest rozdzielczość czasowa i kalibracja wiekowa.

W dużym zakresie znajomość izotopów wielu podstawowych pierwiastków chemicznych zapewniła nam porównania opisowe paleoklimatów z poszczególnych okresów i epok czy też er geologicznych Ziemi. Najlepiej oczywiście znamy przeszłość najbliższą dzięki krótko żyjącym izotopom promieniotwórczym jak
choćby najsłynniejszy z nich – izotop węgla 14C z czasem połowicznego rozpadu 5740 lat. Jest to tzw. datowanie radiowęglowe, które jest w dużym zakresie stosowane w archeologii. W klimatologii dokładność pomiaru kończy się na rozdzielczości czasowej 50 tysięcy lat. Dalej wstecz, izotopy węgla 14C już się nie nadają niestety. Continue reading “Paleowskaźniki (proxies)”

Topnienie Grenlandii

Grenlandia podczas eemianu i MIS-11

Lądolód Grenlandii istnieje 3 miliony lat i od tamtej pory wcale do końca nie roztopił się nigdy. Pokrywa lodowa pojawiła się wówczas gdy atmosferyczne stężenie dwutlenku węgla spadło poniżej 400 ppm [400 cząsteczek dwutlenku węgla na milion cząsteczek powietrza atmosferycznego (Lunt i in. 2008). A lód w czapie lodowej dopiero powstał ponad 100 tysięcy lat temu i  (Meese i in. 1997). Dzięki wydobyciu rdzeni lodowych takich jak GRIP, GISP2, NGRIP, Renland, Dye 3, naukowcy nie tylko odczytali historię przyrody i klimatu Grenlandii sięgającą interglacjału eemianu 130-115 tysięcy temu, ale i nawet interglacjału MIS-11 425-375 tysięcy lat temu. Analizując ostatni interglacjał eemian, naukowcy dostrzegli, że lądolód Grenlandii nie był dużo mniejszy niż dziś. I to, że topniał wtedy zarówno lądolód Grenlandii, jak i lodowce arktyczne podnosząc poziom morza o 2,2-3,4 m n.p.m. (Vernal & Hillaire-Marcel, 2008). Continue reading “Topnienie Grenlandii”

Wulkany – ujemne wymuszenie radiacyjne

(w dużym zakresie adaptacja artykułów Aleksandra Kardaś i Marcin Popkiewicz)
Wulkany. To fascynujący temat, ale jednak mało uwzględniany w klimatologii. A odpowiadają one za jedyne naturalne obecnie ujemne wymuszenie radiacyjne. Jeśli chodzi o badania emisji dwutlenku węgla z wulkanów, bada się nie tylko ich erupcje, ale i podziemną magmę. Gdyż na te dwa sposoby wydobywa się ten gaz do atmosfery. I w tym drugim przypadku jest on uwalniany przez otwory wentylacyjne, porowate skały i gleby oraz wodę pochodzącą z jezior wulkanicznych i gorących źródeł.

Continue reading “Wulkany – ujemne wymuszenie radiacyjne”

Rozkład koncentracji dwutlenku węgla na Ziemi

418.03 ppm, tyle wynosiła 1 maja 2020 r. rekordowa koncentracja dwutlenku węgla na Ziemi. Rok temu było to 414.88 ppm.

Czy był na początku maja 2020 r. nowy rekord dobowy czy już koncentracja CO2 zaczęła powoli spadać na półkuli północnej Ziemi? Trudno powiedzieć Zobaczymy to już może dziś albo jutro czy pojutrze albo dopiero za tydzień, dwa. Na pewno w ciągu 10-15-20 dni maja szczyt rocznej koncentracji CO2 odbędzie się. Ma to związek z wysokim ulistnieniem roślin okrytozalążkowych, tych które gubią liście na zimę (drzewa i krzewy) i tych, które je tracą gdy nadchodzi czas chłodnych pór roku jak jesień i wspomniana zima.(rośliny zielne). Szczyt koncentracji dwutlenku węgla dobiega końca, i od tej pory rośliny i glony, a także sinice na półkuli północnej będą coraz intensywniej pochłaniać ten gaz, a sezonowa wiosenno-letnia fotosynteza tychże roślin oraz całoroczna tychże glonów i sinic w oceanach będzie coraz intensywniejsza. Continue reading “Rozkład koncentracji dwutlenku węgla na Ziemi”

Susza w Europie, w tym w Polsce, w XXI wieku będzie najpoważniejszym zagrożeniem klimatycznym

Polska jest krajem, który według wielu projekcji klimatycznych będzie jednym z narażonych na wystąpienie długotrwałej suszy. W ogóle wszystkie modele klimatyczne wskazują, że jednym z regionów na Ziemi obok południowej części Afryki oraz północnej części Ameryki Południowej i Meksyku oraz USA, to bogata ekonomicznie Europa będzie narażona na rosnącą liczbę dni bezdeszczowych i coraz bardziej suchych w ciągu całego roku. Z tym trendem mamy już do czynienia chociażby na południu kontynentu.
Masowe pożary z powodu równie masowych fal upałów na zachodzie w Portugalii i na wschodzie w Grecji latem 2018 roku powinny dać do myślenia wielu decydentom, że takie scenariusze będą powtarzać się w większej skali i coraz częściej. Fale upałów w Szwecji w tym samym roku o porze letniej, również powinny dać wiele do myślenia. Nic dziwnego, że właśnie w tym kraju dała o sobie znać młoda szwedzka aktywistka klimatyczna Greta Thunberg, dzięki ktorej narodził się ruch klimatyczny, w tym Extinction Rebellion.
Uciążliwe susze w Europie jednak powtarzają się z roku na rok w wielu regionach. Ostatnia zima na kontynencie, poza górami i może wyłączając jej północną część, praktycznie była zupełnie bez śniegu. A jeśli już wystąpiły jakieś opady, to nie sprawiły one by pokrywa śnieżna utrzymała się długotrwale.
Świat się ogrzał o ponad 1 stopień Celsjusza względem okresu 1850-1900. A Europa ogrzała się o ponad 2 stopnie Celsjusza, podobnie Polska. Emisje gazów cieplarnianych dalej rosną. PKB wielu krajów wprawdzie spowolniło z powodu pandemii koronawirusa, ale system klimatyczny jest termicznie bezwładny. Ogrzewają się lądy, ogrzewają się oceany i ogrzewa się atmosfera z powodu nieustannie rosnącej średniej temperatury powierzchni Ziemi. Po zaniechaniu emisji gazów cieplarnianych i zatrzymaniu koncentracji na 410 ppm, dopiero ustabilizowałaby się na około 2 st.C po kilkudziesięciu latach lub nawet pod koniec wieku, czyli na takim naturalnym poziomie jaki był w środkowym pliocenie 3,5 mln lat temu.
Omawiając nasilania się takich zjawisk ekstremalnych jak susza w Europie. Głównymi winowajcami są z jednej strony polarny prąd strumieniowy (jet stream), a z drugiej strony komórka cyrkulacyjna Hadleya.
Pierwsze zjawisko fizyczne blokuje dopływ wilgotnej zachodniej cyrkulacji atlantyckiej, która jeszcze 10-20 lat temu przynosiła względnie stabilne opady deszczu. Wówczas na północnym Atlantyku powstają często wyże zamiast niżów. Ponadto jet stream wolniej płynie. Specyficznie tworząc głębokie zakola (meandry), gdzie polarne masy powietrza mogą spłynąć nawet na zwrotnikowe szerokości geograficzne, a subtropikalne masy powietrza mogą spłynąć nawet na okołobiegunowe szerokości geograficzne. Ogólnie rzecz biorąc głównym sprawcą tego zjawiska jest wzmocnienie arktyczne (amplifikacja arktyczna), gdzie w skali planetarnej z powodu najszybszego na Ziemi ocieplania się Arktyki, amplituda temperatur regionalnych pomiędzy biegunami a równikiem staje się coraz mniejsza.
——–
Rys. Regiony Ziemi, gdzie według scenariusza RCP8.5 wzrosną susze.
——–
Drugie zjawisko fizyczne najprawdopodobniej tworzy się przez to, że Międzytropikalna Strefa Konwergencji (ITCZ) coraz silniej przemieszcza się wraz z cyklonami oceanicznymi z szerokości równikowych na szerokości podzwrotnikowe. Dlatego też naukowcy coraz mocniej zaobserwowują, że Sahel w Afryce się zazielenia, a komórka cyrkulacyjna Hadleya rozszerza się i w kierunku południowym Afryki, i w kierunku północnym przynosząc do Europy coraz więcej mas gorącego i suchego powietrza saharyjskiego, których wyże coraz silniej wypierają niże z basenu Morza Śródziemnego. Wszystkie modele klimatyczne wskazują, że najmocniej na tym ucierpi głównie południowa część kontynentu. Jest to też tym spowodowane, że już starożytne cywilizacje rozpoczęły, a nowożytne kontynuowały masowe wylesianie wybrzeży basenu Morza Śródziemnego, co też przyspieszyło przez kilka tysięcy lat zamianę Sahary z sawanny w pustynię.
Susza jest bardziej uciążliwa podczas dni upalnych. Wówczas przy większym wzroście temperatury następuje większe parowanie wody z gleb (ewaporacja) i z samej roślinności poprzez liście roślin (transpiracja). W ten sposób obniżają się poziomy wód gruntowych i powierzchniowych, a nawet coraz dłuższe już bezpowrotne wysychania koryt rzek i jezior (w tym ostatnim przypadku dotyczy to raczej mniejszych cieków i zbiorników).
Wysuszone i wyjałowione gleby z szatą roślinną, zadrzewioną czy zakrzewioną, coraz częściej są narażone na powstanie pożarów. I owszem w wielu regionach Ziemi, jak np. w buszu australijskim czy w tajdze rosyjskiej czy kanadyjskiej, pożary mają charakter naturalne, ale, po pierwsze, są coraz częstsze i, po drugie, są znacznie silniejsze, z powodu coraz większego wzrostu temperatury globalnej. Podobnie jest w siedliskach suchorośli w basenie Morza Śródziemnego czy na stepach Ukrainy.
Zarówno dalsza redukcja szaty roślinnej, jak i coraz bardziej rosnący wzrost temperatur globalnej i regionalnej w Europie tylko będzie nasilać na naszym kontynencie liczbę dni bardzo suchych, bezdeszczowych i upalnych z obecnością długotrwałych pożarów. Brak śnieżnej zimy 2019-20 to jedna z przyczyn powstania masowego pożaru na rozległym terenie Biebrzańskiego Parku Narodowego w Polsce. Główną przyczyną było wypalanie traw, które dawniej z zimami śnieżnymi nie miało takich incydentów. A jednak tej wiosny wymknęło się spod kontroli. Polska mająca bardzo niskie zasoby wód gruntowych po prostu stepowieje coraz bardziej.
Jedną z przyczyn obok wzrostu globalnej temperatury i regionalnej w Europie jest regulacja zbiorników i cieków wodnych oraz lekceważący stosunek do naturalnej retencji wraz z utrzymaniem szaty roślinnej, zwłaszcza formacji leśnych jak łęgi i olsy oraz formacji nadwodnych jak szuwary, żródliska, mokradła czy nawet łąk zalewowych, no i torfowisk.
Susza w Europie i w Polsce niestety wpisze się w nasz krajobraz. Naukowcy rozważają w skali globalnej wdrożenie emisji ujemnych, czyli wychwytywanie dwutlenku węgla z atmosfery. Ale to jest poważne ryzyko. Wiąże się to z poważnym zaburzeniem cyrkulacji atmosferyczno-oceanicznych, które z kolei uderzyłoby w wiele wrażliwych i stabilnych ekosystemów lądowych i oceanicznych i morskich.
Naprawdę tu trzeba wiele ostrożnych podjąć decyzji. Na pewno potrzebna jest i to najlepiej już w ciągu 10 lat, całkowita dekarbonizacja gospodarek świata. Jednak susza będzie się pogłębiać, ale wówczas znacznie wolniej niż przy dalszym masowym spalaniu paliw kopalnych i wylesianiu Ziemi.

Wpływ pętli zwrotnych na środowisko naturalne i na naszą cywilizację

Spalanie paliw kopalnych głównie z sektorów energetyki, przemysłu, transportu i rolnictwa, intensywne rolnictwo przemysłowe, deforestacja oraz osuszanie mokradeł są zasadniczymi przyczynami emisji gazów gazów cieplarnianych, zwłaszcza dwutlenku węgla, do atmosfery i oceanów, w tym ich zakwaszenia przez CO2.
Emisje gazów cieplarnianych do atmosfery i oceanów są skutkiem powstania od około 250 lat globalnego ocieplenia Ziemi oraz zachodzących zmian klimatu w systemie klimatycznym Ziemi. Procesy te prowadzą od ponad dwóch stuleci do szeregu dodatkowych czynników klimatycznych. Do tak zwanych sprzężeń zwrotnych wywołujących skutki środowiskowe i cywilizacyjne.
Rys. Główne przyczyny [1] i szeroko zakrojone skutki [2] [3] globalnego ocieplenia i wynikających z niego zmian klimatu. Niektóre efekty stanowią mechanizmy sprzężenia zwrotnego, które intensyfikują zmiany klimatu i przesuwają je w kierunku punktów krytycznych klimatu . [4] 
Do głównych sprzężeń zwrotnych zaliczamy:
a) redukcja pokrywy śnieżnej i redukcja albedo światła słonecznego
b) wzrost w coraz cieplejszej atmosferze koncentracji pary wodnej
c) uwalnianie się metanu z rozmarzającej wieloletniej zmarzliny
Zmiany klimatu, w tym globalny wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi coraz silniej prowadzą do kaskady wielu ujemnych efektów środowiskowych i cywilizacyjnych.
Nasilająca się destrukcja biosfery prowadzi do poważnych destabilizacji a nawet groźby upadku wielu ekosystemów oddziałujących na ekologię wielu populacji gatunków, zwłaszcza krytycznie zagrożonych. Do najbardziej narażonych ekosystemów należą obszary polarne Arktyki i Antarktydy oraz rafy koralowe, zwłaszcza Wielka Rafa Koralowa w Australii i i Rafa Koralowa Karaibów. Utrata bioróźnorodności jednak dotyka wszystkie regiony Ziemi, zwłaszcza w strefach klimatu subtropikalnego i tropikalnego. Tam też zachodzi najszybciej na Ziemi wymieranie gatunków.
W dalszej kolejności, intensyfikacja zdarzeń pogodowych takich jak fale upałów, susze, wielkoskalowe pożary, huragany, powodzie, narasta coraz bardziej wraz z kolejnym wzrostem ułamka stopnia Celsjusza (Fahrenheita). I będzie niestety coraz większa wraz z każdym wpływem nasilania się spalania paliw kopalnych, zmian użytkowania terenu i od co najmniej dwóch dekad powstania emisji gazów cieplarnianych ze źródeł naturalnych jak wspomniana wieloletnia zmarzlina: lądowa i podmorska na szelfach kontynentalnych mórz syberyjskich.
Następnie, wycofywanie się lodowców górskich i polarnych oraz topnienie pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy pod wpływem systematycznego wzrostu temperatury globalnej, prowadzi z jednej strony do podnoszenia się poziomu mórz i oceanów oraz zalewania, np. zasobów słodkiej wody, a nawet w skrajnych przypadkach, zatapiania wybrzeży nisko położonych na kontynentach i na wyspach, a z drugiej strony w głębi lądów do obniżania się zasobów wody słodkiej i coraz częstszego pustynnienia wielu obszarów przyrodniczych, co jest też groźne w krajobrazie rolniczym.
Ponadto, ocieplenie i zakwaszenie wód oceanicznych prowadzi do coraz mniejszego przyrostu ryb i innych zwierząt morskich ważnych w przemyśle spożywczym oraz przede wszystkim do bielenia zwierząt zwanych koralowcami, które gdy zaczynają w ten sposób chorować, pozbywają się swych symbiotycznych lokatorów, glonów zwanych zooksantelami. Gdy koralowce są zdrowe, od zooksanteli, w zamian za dostęp do światła słonecznego, dwutlenku węgla i azotanów, otrzymują od nich tlen oraz cukry, kwasy tłuszczowe, aminokwasy.
Kolejnym bardzo ważnym czynnikiem ocieplenia klimatu mającym coraz silniejszy wpływ na środowisko naturalne i na nas ludzi jest rozprzestrzenianie się szkodników zwierzęcych oraz wielu chorób wektorowych, głównie odzwierzęcych jak obecny COVID-19.
Wzrost poziomu mórz i oceanów, pustynnienie i redukcja zasobów wody słodkiej oraz wspomniane inwazje szkodników zwierzęcych i chorób wektorowych, mają coraz silniejszy wpływ na naszą cywilizację.
W pierwszym przypadku mamy do czynienia z powodziami w miastach i zalewaniem wiejskich upraw rolnych prowadzącymi do wielu strat finansowych wymuszających
migracje, a w skrajnych przypadkach konflikty społeczne. Podobnie jest w drugim przypadku. Dodatkowo stanowi to zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi oraz zwierząt gospodarskich i dzikich. W trzecim przypadku przede wszystkim jest to zagrożenie dla zdrowia i życia wielu mieszkańców naszej planety Ziemi.

Koronawirus SARS-CoV-2: Regeneracja przyrody, spadek emisji gazów cieplarnianych. Spowolnienie ocieplania się klimatu

Co nam może jeszcze zagrozić jako cywilizacji? Może jeszcze wybuch superwulkanu, najbardziej prawdopodobny jest wybuch Yellowstone. Upadek asteroidy większej niż asteroida tunguska. Nie lekceważmy tych zagrożeń.

Jeszcze póki co możemy sprężyć się i bardzo mocno wyhamować emisje gazów cieplarnianych aby spowolnić postępujące ocieplenie klimatu. Czy weźmiemy sobie pod uwagę to po pandemii koronawirusa SARS-CoV-2? Zobaczymy. Continue reading “Koronawirus SARS-CoV-2: Regeneracja przyrody, spadek emisji gazów cieplarnianych. Spowolnienie ocieplania się klimatu”

Ostrzeżenie od Gaji dla ludzkości

Czas jakby zatrzymał się w miejscu. Ludzkość przestała przemieszczać się i zmniejszyła maksymalnie tempo eksploatacji Ziemi. Czy przyjdzie czas na refleksję po pandemii? Trudno powiedzieć. Jednak na pewien czas procesy przyrodnicze zregenerują się przy jednoczesnym spowolnieniu ocieplania się planety. Ziemia daje nam sygnał ostrzegawczy abyśmy z większą pokorą podeszli do życia, bo inaczej czeka nasz gatunek definitywny koniec wraz z wieloma innymi gatunkami. Continue reading “Ostrzeżenie od Gaji dla ludzkości”