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://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://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/aktualnosci/wzrost-poziomu-morza-przyspiesza-zamaskowal-to-wulkan-189
