Denializm na temat CO2

Widzę, że denializm jest jak jakieś zjawisko zombies. Denialiści są odporni na wiedzę w sposób zdumiewająco absurdalny. W ogóle oni nie rozumieją co to jest naturalny cykl węglowy, w którym równoważone są emisje dwutlenku węgla z powietrza. I fakt to jest 95 proc. emisji, ale i też 95 proc. absorpcji. 5 proc. emisji to nasze antropogeniczne emisje bez absorpcji. I to jest ta nadwyżka w atmosferze (i w całym systemie klimatycznym planety: oceanach, glebach, roślinności), podobna do rosnących odsetków w banku. Prosty przykład z życia, który denialiści nie rozumieją albo też cynicznie przemilczają ten fakt. I wypisują rzeczy, których kompletnie nie rozumieją.
Oddychanie zwierząt, w tym ludzi jest równoważone fotosyntezą roślin i glonów. To jest cykl węglowy. CO2 też krąży w wodzie i w glebie. Tam i z powrotem. Z powietrza i do powietrza z powrotem. I tak dalej. A my wydobywając węgiel, ropę czy gaz sprawiamy, że powstaje niebezpieczna nadwyżka. Tak samo wylesiając, przyczyniamy się do zahamowania fotosyntezy i uwalniania do atmosfery zmagazynowanego dwutlenku węgla w glebach. Rosnący procent w atmosferze, 5 proc. rocznie, gdy natura równoważy 95 proc. Na ten temat są setki badań naukowych. Trzeba mieć naprawdę dużo złej woli, by ignorować kilka dekad badań naukowych na temat cyklu węglowego i kluczowego znaczenia CO2 w systemie klimatycznym planety.
Ponadto mamy poza cyklem węglowym z CO2, także metan (CH4), który w atmosferze żyje do 12 lat i zmienia się dzięki rodnikom hydroksylowym w CO2. I mamy podtlenek azotu (N2O), który, jak sam wzór wskazuje, nie posiada węgla. Mamy też freony i inne gazy przemysłowe, których jest znikoma ilość, ale mają w większości znacznie silniejszy potencjał cieplarniany niż metan czy podtlenek azotu, a co dopiero dwutlenek węgla.
Metan i podtlenek azotu uwalnia się do atmosfery nie tylko ze źródeł naturalnych jak bagna czy zmarzlina, ale też z antropogenicznych w rolnictwie, w odpadach pozostawionych w środowisku, w transporcie drogowym czy w w końcu przy przetwórstwie węgla, ropy czy gazu, podobnie jak dwutlenek węgla.
Jednak metan i podtlenek azotu nie uczestniczą w żadnych cyklach biogeochemicznych. Stanowią taki sam problem jak dwutlenek węgla. Emisje CO2 również są z takich źródeł naturalnych jak bagna czy zmarzlina, ale wtedy, gdy te ekosystemy ulegają destabilizacji, czyli wysuszeniu i podgrzewaniu. Również mają one miejsce w trakcie powstawania tak zwanych dzikich pożarów. I to nie tylko w klimacie śródziemnomorskim, umiarkowanym, ale i też borealnym i polarnym.
CO2 w atmosferze jest procentowo niewiele, ale wystarczy małe obniżenie czy podwyższenie jego stężenia i temperatura planety diametralnie się zmienia. Tak. Te zaledwie 0,04 proc w atmosferze sprawia, że może istnieć życie na tej planecie. Ale też ten procent wzrasta rocznie już około 2,5 ppm (parts per million). W tej chwili koncentracja tego gazu za 2023 rok wyniosła około 420 ppm. W 1850 roku było to 280 ppm. w zaledwie 173 lata stężenie tego gazu urosło o 140 ppm. Czy mało to?! Jak na tak krótki okres czasu geologicznego jest to najszybszy przyrost w historii planety. Czego denialiści nie rozumieją albo nie chcą zrozumieć.
Nie może to być żadna naturalna zmiana, bo takiej na naszej planecie nigdy nie było. Naukowcy nie zarejestrowali tak szybkiego przyrostu CO2 w atmosferze w tak krótkim czasie. Tak samo nie zaobserwowali nigdy żeby w historii planety w ciągu 173 lat planeta ogrzała się prawie o 1,5 stopni Celsjusza. czy to dużo? to porównajmy sobie temperaturę ciała. Zdrowy człowiek ma temperaturę 36,6 stopni Celsjusza. dodajmy 1, 5 st.C. Temperatura wyniesie 38,1 st.C. A więc człowiek ma już gorączkę. Jest chory. Tak też “choruje” nasza planeta. 1,5 st.C to bardzo dużo dla nas i dla wielu innych gatunków. dodatkowe 1,5 st.C sprawi analogicznie, że człowiek będzie niebezpiecznie chory z temperaturą 39,6 st.C. Do takiego stanu właśnie doprowadzamy teraz Ziemię.
Ale tego denialiści nie rozumieą. Wolą snuć teorie spiskowe. Wymyślać jakieś dziwaczne argumenty pseudonaukowe. Pseudonaukowe, bo nie mające żadnego poparcia w recenzowanych publikacjach naukowych. Jak nie mają argumentów, to snują teorie spiskowe. I tak w kółko. Są naprawdę bardzo śmieszni i niedojrzali, skoro nie wierzą naukowcom z głównego mainstreamu.
Źródła:

Adaptacja gatunków do zmiany klimatu

Wiele gatunków zwierząt wyczuwa, że klimat będzie się ocieplać. Próbuje jak może przystosować się do nowej fenologii i ekologii, które będą zmieniać się.
Najgorsze są dla nich nagłe i gwałtowne zjawiska pogodowe jak zwiększona częstotliwość i natężenie fal upałów lądowych i morskich, susz, pożarów wielkoskalowych, nawalnych opadów deszczu i śniegu, powodzi, cyklonów i wzrostu poziomu morza czy też obecnie postępującego zakwaszenia i odtleniania mórz i oceanów.
Wiele gatunków, zwłaszcza tych, które nie są jeszcze zagrożone, już możliwe, ze przekazuje w genach adaptację do zmiany klimatu. Niestety te, które nie zdołają się przystosować do niej w swoich rodzimych siedliskach, to przygotowują się do migracji w kierunku biegunów.
Na szczęście półkula południowa, otoczona głównie oceanami, nie ociepla się tak szybko jak północna, gdyż wiele lądowych gatunków miałoby ograniczona migrację. Na półkuli północnej jeszcze za krąg polarny będą mogły migrować te gatunki ze średnich szerokości.
To jest nieuniknione. Tyle, że gdyby ludzkość w ciągu najbliższych dziesięciu lat całkiem wyzerowała emisje, zmiana klimatu, a zarazem wzrost globalnej temperatury, postępowałaby wolniej i naprawdę wielu gatunkom udałoby się do niej przystosować, a migrujące gatunki miałyby czas na pełniejszą adaptację na wyższych szerokościach.
Wszystko zależy teraz od nas ludzi. Wyzerować emisje i renaturalizować ekosystemy naturalne, półnaturalne i synantropijne i adaptować je do sekwestracji węgla. Wprawdzie temperatura w atmosferze by jeszcze rosła od kilku dekad do końca wieku oraz w oceanach od setek do tysięcy lat, ale ten proces byłby znacznie wolniejszy niż teraz podczas emisji gazów cieplarnianych i wiele gatunków umiałoby się zaadaptować do nowych warunków klimatycznych czy to zostając w swych siedliskach czy akceptując się w nowych na wyższych szerokościach.
Geoinżynieria planetarna, czy to zasłanianie Słońca czy też usuwanie dwutlenku węgla, możliwe żeby zaburzyła ich nowe procesy ewolucyjne i mogłaby nawet wpłynąć na wymarcie wielu populacji gatunków. Dlatego trzeba wyzerować emisje i przywracać ekosystemy, w których też wiele z nich żyje.
Źródła:

Wzrost koncentracji CO2 i temperatur w kenozoiku po zakończeniu PETM i zderzeniu tektonicznych płyt (indyjskiej z eurazjatycką)

Na poniższym wykresie z artykułu naukowego jest pokazana kluczowa rzecz, w której jest pokazana przyczyna stabilizacji, a nawet lekkiego wzrostu temperatury globalnej. Na wykresie poniżej widać depresję (stazę – stabilność nawet z lekkim wzrostem) temperatury od 32,5 do 25,5 mln lat temu. Prawdopodobnie ustało na jakiś czas też wietrzenie skał w nowo utworzonych łańcuchach górskich. Dlaczego tak było?
Otóż, gdy od 50 mln lat temu (po zderzeniu tektonicznej płyty indyjskiej z eurazjatycką) w pierwszej części eocenu kilka lat po zakończeniu piku hipertermalnego PETM (paleocensko-eoceńskiego maksimum termicznego) 56 mln lat temu do zakończenia tej długiej epoki geologicznej ok. 34 mln lat temu (wówczas pojawił się pierwszy lód na Antarktydzie) w oligocenie, tak właśnie od ok. 34 do 23 mln lat temu i w pierwszej części miocenu od 23 mln lat temu do ok. 14 mln lat temu. Temperatura nie spadała, ale lekko wzrastała. Dlaczego?
Dynamika globalnej temperatury powierzchni w epoce kenozoicznej zrekonstruowana na podstawie zastępczych 18 O w osadach morskich (Hansen et al. 2008).  
Dynamika globalnej temperatury powierzchni w epoce kenozoicznej zrekonstruowana na podstawie zastępczych 18O w osadach morskich (James Hansen et al 2008)
W pierwszym przypadku powodem było wycofywanie lasów (więcej pochłaniających CO2), a nastąpiła ekspansja łąk i innych trawiastych terenów (mniej pochłaniających CO2). Rośnięcie nowych łańcuchów górskich jak Himalaje czy Alpy, i w końcu Andy, spowodowało wysuszanie wielu terenów, na których prawdopodobnie trawy z fotosyntezą C4 zaczęły wypierać wiele drzew z fotosyntezą C3. Prawdopodobnie też zmniejszyło się albo ustało wietrzenie skał geologicznych podczas orogenezy gór. Ale potem znowu zaczęły na krótko przeważać czynniki pochłaniające CO2. Pojawiły się między innymi w oceanach wodorosty i najprawdopodobniej nadmorskie namorzyny.
Teraz zagadką jest wczesny miocen i jego ocieplenie w okresie od 21 do 14 mln lat temu. Nastąpiła jeszcze większa ekspansja stepów, łąk i muraw kosztem lasów. Temperatura ponownie wzrastała, choć nie tak mocno. Ale późny miocen od 14 mln lat temu do początku pliocenu 5,3 mln lat temu wskazał znaczący spadek koncentracji CO2 i temperatury. Prawdopodobnie planeta mocno zalesiała się, a zbiorowiska trawiaste już mniej. Ale przede wszystkim w kwestii geologicznej w okresie 14-6 mln lat temu zaczęły tworzyć się młode pasma górskie Andów w Ameryce Południowej (po zderzeniu płyty południowoamerykańskiej z płytą oceaniczną Nazca), powodujące silne wietrzenie skał i równie silne pochłanianie globalne dwutlenku węgla z atmosfery.
Od pliocenu 5,3 mln lat temu aż do początku rewolucji przemysłowej ok. 1769 roku (AD) spadek CO2 i temperatury postępował ostro, wręcz stromo w dół. Widać to na wykresie tutaj. Główna przyczyna to zazielenianie planety lasami, mokradłami, wodorostami, glonami, rafami koralowymi, ale i też dalsze wietrzenie rosnących, ale przede wszystkim mocne zderzenie płyty afrykańskiej z eurazjatycką spowodowało silne wypiętrzenie Alp i Karpat – pasm górskich powstałych na początku miocenu.
Żródła:
https://ucmp.berkeley.edu/tertiary/eocene.php https://ucmp.berkeley.edu/tertiary/oligocene.php https://ucmp.berkeley.edu/tertiary/miocene.php https://ucmp.berkeley.edu/tertiary/pliocene.php https://ucmp.berkeley.edu/quaternary/pleistocene.php
Wykres kenozoiku od 66 mln lat temu do dziś.

Histeria klimatyczna korzystna dla denialistów

Rok 2023 był rekordowy głównie dzięki występowaniu mocno ogrzewającej atmosferę silnej oscylacji oceanicznej El Nino, występującej na na tropikalnym równiku naprzemiennie ze słabo ogrzewającą atmosferę oscylacją La Nina. Ogólnie jest to oscylacja ENSO (południowa oscylacja El Nino). Ta oscylacja potrafi ogrzać planetę nawet powyżej 0,2 st.C i trwać przez dłuższy czas. I tak też jest teraz. Być może 2024 r. będzie kolejnym rekordowym rokiem. Pod warunkiem jeśli El Nino utrzyma się jeszcze przez cały rok.
Rok 2023 był też rekordowo ciepły z powodu zredukowania emisji gazów cieplarnianych i chłodzących klimat aerozoli w światowej żegludze. To właśnie zdecydowało, że anomalia średniej temperatury planety wywindowała a 1,45 stopnia Celsjusza, jak podaje Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO). Tak też wynosi średnia za ubiegły rok, wynikająca z pomiarów wiodących ośrodków naukowych: NASA, NOAA. Met Office, Copernicus, JMA i Berkeley Earth.
Gdyby nie te dwa wydarzenia, to świat nawet nie przekroczyłby 1,3 stopnia Celsjusza w 2023 r. Nakręcanie histerii klimatycznej daje tylko wysoki poziom amunicji denialistom, którzy widzą większość alarmistów, w tym nie małą liczbę naukowców, jako osoby mało wiarygodne i ukrywające pewne fakty naukowe.
Niestety powiem wprost, tak to widzę. I irytuje mnie wyolbrzymiannie pewnych prócesów w dynamice atmosfery, które tak naprawdę inaczej przebiegają niże wymyślają to ludzie uzależnieni od alarmizmu. Trzeba pragmatycznie patrzeć na rzeczywistość, a nie wyciągać wisienki, w których pokazuje się wyrwane z kontekstu dane alarmistyczne. To mi przypomina po prostu taktykę denialistów. Niestety niektóre media uprawiają tę formę denializmu (defetyzmu) w sposób nonszalancki, ukrywając wiele faktów naukowych.
Warto też pamiętać, że średnia temperatura globalna w 2023 r. to anomalia, a nie średnia wieloletnia. Nie! Jeszcze nie przekroczyliśmy progu 1,5 stopnia Celsjusza jak to próbują zmanipulować niektóre media. Nie oszukujmy siebie, bo nawet w ten sposób kompromitujemy się w oczach denialistów. Alarmizm niczemu dobremu nie służy. Wcale nie służy rozwojowi nauki. Wprost przeciwnie cofa ją. Alarmizm to regres, a nie progres. Skończmy z tą głupotą antynaukową.

Powtarzane w kółko przez denialistów “Klimat zmieniał się zawsze” jest nielogiczne

Jako Homo sapiens pojawiliśmy się w plejstocenie ok. 300 tys. lat temu. Gdzieś na przełomie glacjału saaliańskiego a interglacjału holsztyńskiego. Zaadaptowaliśmy się głównie jako gatunek w glacjale eemiańskim, gdy średnia temperatura Ziemi była poniżej 14 st.C. Dlatego dla nas jest już nieznośna teraz temperatura Ziemi ok. 15 st.C. A co dopiero, gdy może nastąpić temperatura 16 st.C, gdy będziemy dalej spalać paliwa kopalne.
Dlatego porównywanie temperatury z początku ery kenozoicznej czy całej mezozoicznej, wynoszącej 20 czy 25 st.C jest nielogicznym nonsensem. Dlatego, że ewoluowaliśmy w stanie nawet zimnej Ziemi, a nie chłodnej, a co dopiero cieplarnianej czy anomalnie ciepłej, jak w okresie paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego ok. 55,8 mln lat temu. Ziemia non stop przez 52 miliony lat schładzała się do początku rewolucji przemysłowej. O tym powinno się mówić non stop, że gdyby nie spalanie paliw kopalnych i wylesianie planety to zmierzalibyśmy dość szybko ku następnemu glacjałowi (zlodowaceniu).
Powinno się namalować taki mural, by wszystkim pokazać temperaturę, od czasu wielkiego wymierania do dziś. Czyli od paleocenu przez eocen, oligocen, miocen, pliocen, plejstocen, holocen aż do antropocenu dziś. Trzeba pokazać czas i tempo wzrostu temperatury globalnej na świecie. Nie tylko pokazywać anomalię temperatury, ale i też pokazywać właściwą temperaturę planety we wszystkich okresach naszej ery kenozoicznej. W ogóle, tak naprawdę, trzeba zacząć o tej temperaturze mówić i pisać. Anomalii ludzie często po prostu nie rozumieją. Albo należy podkreślić, że punkt 0 stopni Celsjusza to jest właśnie właściwa temperatura planety wynosząca 14 stopni Celsjusza.
Trzeba pokazać na tym wykresie czas w plejstocenie, w którym pojawił się Homo sapiens. Podkreślić to. Bo może niektórym ludziom negującym antropogeniczne zmiany klimatu wydaje się, że jak się pojawiliśmy to było bardzo ciepło. To trzeba podkreślić. Na każdym geologicznym wykresie ż czerwoną szpicą w górę.
W zaledwie 170 lat temperatura podniosła się o 1,2 stopnia Celsjusza. W tak króciutkim czasie nigdy nie było tak kolosalnego wzrostu temperatury na świecie. To mierzą satelity, samoloty, drony, balony, statki, boje oceaniczne, stacje naziemne. Trzeba mówić mocno o technice badań.
Trzeba mówić też o ociepleniu oceanów od zaledwie 50 lat. W szczególności to za każdym razem powtarzać. Tego nie było jeszcze tuż po wojnie. Trzeba mówić o ociepleniu pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy. I ich topnieniu przyspieszającym wzrost poziomu morza. Trzeba też wspomnieć, że ocieplenie oceanów powoduje ich rozszerzanie objętościowe, co też podnosi wzrost poziomu morza. Niszczenie ekosystemów naziemnych powoduje spływy wód gruntowych do mórz i oceanów.
nieokreślony
Rekonstrukcja historii klimatu z ostatnich 5 milionów lat (Lorraine Lisiecki & Maureen E. Raymo 2005)
Ocieplenie atmosfery powoduje rozmrażanie zmarzliny. Ocieplenie atmosfery powoduje wzmocnienie lądowych fal upałów, susz, pożarów, nawalnych opadów deszczu, powodzi, gradobić, śnieżyc, burz, tornad. Ocieplenia atmosfery i oceanów powoduje nasilenie huraganów, tajfunów, orkanów, sztormów, trąb wodnych itp. Ocieplenie atmosfery powoduje nagrzewanie gleb, wysychanie roslinnosci, utratę bioróżnorodności dzięki nie tylko falom upałów, duszom, pożarom, ale i też na walnym opadom deszczu i ekstremalnym powodziom.
Ocieplenie oceanów i atmosfery powoduje już nie tylko topnienie lodu morskiego w Arktyce, ale i w Antarktyce. Ocieplenie oceanów przyczynia się do topnienia śniegu i lodu w górach. Nawet w wielu wysokich łańcuchach górskich. Ocieplenie oceanów także powoduje utratę bioróżnorodności, morskie fale upałów, zakwaszenie, dotlenienie i stratyfikację oceanów.
Ocieplenie atmosfery występuje w jej dolnej części, w troposferze. Tymczasem stratosfera się ochładza. Czemu? Bo zmniejsza się ilość energii cieplnej, w zakresie promieniowania podczerwonego, wychodzącej z systemu planetarnego, przy stałym dopływie do Ziemi energii cieplnej z naszej gwiazdy Słońca. Czemu? Bo gazy cieplarniane (głównie dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu, przemysłowe f-gazy) wyemitowane w nadwyżce antropogenicznej do atmosfery, gdzie jest naturalna ilość, przepuszczają energię że Słońca w postaci promieniowania krótkofalowego (w tym widzialnego tzw. słonecznego), a blokują energię z Ziemi w postaci promieniowania długofalowego (niewidzialnego w podczerwieni).
Dlatego Ziemia w troposferze nagrzewa się w powietrzu, w wodzie, na glebie i na lodzie. A w stratosferze, gdzie jest warstwa ozonowa, ochładza się. I mierzą to regularnie satelity. Tak jak podmorskie boję mierzą do głębokości już może 4 km temperaturę i zasolenie oceanów.
Świat się nagrzewa przez emisje gazów cieplarnianych powstających ze spalania paliw kopalnych, zmian użytkowania terenów, głównie wylesiania. To nie ulega żadnej wątpliwości.
Ileż trzeba mieć złej woli i naiwności w sobie, by nie ufać naukowcom, tylko wierzyć w teorie spiskowe. To się po prostu w głowie nie mieści. Miejmy nadzieję, że zdrowy rozsądek zwycięży jednak. Ocieplenie klimatu wywołane przez człowieka to ewidentny fakt naukowy.
Żródła:

Nauka nie stoi w miejscu. 6 Raport Oceny IPCC wcale nie jest zachowawczy

To chyba logiczne, że 6 Raport Oceny IPCC (2021-2023) nie jest żadnym dogmatem, tylko przekazem myśli naukowej na temat stanu klimatycznego planety, opartym w dużej mierze na badaniach z lat 2015-2020. A więc, od czasu zamknięcia 5 Raportu Oceny IPCC (2013-2014).
I chyba to logiczne, że mogą być najnowsze badania w latach 2021-2023, akurat w trakcie przygotowywania i sporządzania czterech roboczych części raportu:
1) AR6 ZMIANY KLIMATU 2021: PODSTAWY NAUK FIZYCZNYCH (SIERPIEŃ 2021) 2) AR6 ZMIANY KLIMATU 2022: SKUTKI, ADAPTACJA I PODATNOŚĆ NA ZAGROŻENIA (LUTY 2022) 3) AR6 ZMIANY KLIMATU 2022: ŁAGODZENIE ZMIAN KLIMATU (KWIECEIŃ 2022) 4) RAPORT PODSUMOWUJĄCY AR6: ZMIANY KLIMATU 2023 (MARZEC 2023).
Twierdzenie jednak, że Raport Oceny IPCC 2021-2023) jest zachowawczy, jest twierdzeniem irracjonalnym. W ogóle to tak jak irracjonalne jest twierdzenie, że przeszłość jest nieprawdziwa, bo teraźniejszość jest prawdziwa. Czy jeszcze większym absurdem jest stwierdzenie, że przeszłość jest nieprawdziwa, bo przyszłość rzekomo jest z góry prawdziwa.
Osoby alarmistyczne, które śledzą zmiany klimatu, a tak myślą powinny się zastanowić zanim cokolwiek podważą. Generalnie 6 Raport Oceny IPCC (2021-2023) wcale już nie jest zachowawczym, tylko posiada starsze dane naukowe, które jednak są bardzo ważne w prześledzeniu ewolucji zmian klimatu. Nad tym projektem pracowało tysiące ludzi. To co jest nowe. Czyli teraz w 2023 r. czy za 3 lata w 2026 r., nie powinno podważać tego co było 3 lata temu w 2020 r. Ani nawet co było 2017 czy 2014 r. To jest tak jabyśmy podważali samo istnienie czasu. Samo istnienie zmian powodowanych przez czas. Twierdzenie, że jakaś praca naukowa z 2014 r. (ale poddana rygorystycznej ocenie recenzentów) jest zachowawcza, jest twierdzeniem irracjonalnym i bezsensownym.
To logiczne, że z miesiąca na miesiąc, a zwłaszcza z roku na rok, będą zachodzić coraz szybsze zmiany klimatu, zwłaszcza gdy ludzkość będzie ociągać się z przyspieszeniem redukcji emisji gazów cieplarnianych i aerozoli, I wiadomo, że pojawią się najnowsze wyniki jakichś badań, które nie zostały uwzględnione w 6 Raporcie Oceny IPCC. Jednak to wcale nie będzie oznaczać, że ten raport jest zachowawczy. Ktoś kto tak twierdzi nie rozumie w ogóle jak działa nauka. nie rozumie w sposób logiczny jak przebiega czas. Jak przebiega ewolucja.
I oczywiście z biegiem czasu takich prac naukowych będzie coraz więcej. Im większe będą zmiany klimatu, tym więcej będzie prac naukowych odbiegających w dużym zakresie od ostatniego raportu IPCC czy innych instytucji naukowych. Np. WMO.
Na tym właśnie polega nauka. Dlatego radziłbym osobom, które manipulują w ten sposób danymi o opamiętanie się. Dane z przeszłości wcale nie muszą być zachowawcze czy nieprawdziwe. Mogą być po prostu zdezaktualizowane. I tak będzie może już za 20 lat z obecnym raportem. Obecnie jeszcze pewne dane z 5 Raportu Oceny IPCC (2013-2014) są aktualne, ale jest ich coraz mniej z upływem czasu oraz zachodzących zmian klimatu. Dane z 4 Raportu Oceny IPCC (2007) są jeszcze bardziej przestarzałe, ale i tam pewne dane naukowe jeszcze są bardzo istotne w badaniu zmian klimatu. Im bardziej w przeszłość się przemieszczamy. Tym bardziej te dane są zaktualizowane. Tak jest w 3 Raporcie Oceny IPCC (2001). W drugim Raporcie Oceny IPCC (1995). I w końcu w pierwszym Raporcie Oceny IPCC (1990).
Taki był proces przebiegu raportów IPCC. I owszem początkowo były wyjątkowo zachowawcze, odbiegające w zupełności od tego co jest teraz. Jednak co najmniej od 3 raportu to zaczyna się zmieniać, gdy zmiany klimatu zaczęły być bardzo zauważalne. W szczególności silny sygnałem było potężne El Nino w 1998 r. i pierwsze poważne blaknięcie raf koralowych. A przede wszystkim znaczący wzrost temperatury globalnej na świecie. Od tamtej pory nauka nabrała głębszy oddech. I owszem denializm klimatyczny ruszył z impetem, zwłaszcza kwestionując słynny wykres Michaela Manna “kij hokejowy”, pokazujący na przestrzeni 1000 lat jak nastąpił do dziś gwałtowny wzrost temperatury globalnej od około 1850 r. Klimatolodzy na świecie zaczęli od tamtej pory coraz poważniej traktować globalne ocieplenie za fakt naukowy, który, jak dziś już wiemy, jest absolutnie nie do podważenia.
Kolejnym silnym akcentem klimatycznym jest do tej pory trwający od września 2012 r. rekord najmniejszego zasięgu lodu morskiego w Arktyce. Według danych NSIDC, nawet 2020 r. (3,74 mln km2) nie przebił 2012 r. (3,41 mln km2), choć był blisko. Zabrakło dosłownie około 300 tysięcy kilometrów kwadratowych. Ostatnim takim potężnym “kopnięciem” były dwa lata, które były najcieplejszymi w historii pomiarów. Według danych NOAA (na podstawie okresu referencyjnego 1951-1980) 2016 r., ale z El Nino ogrzewającym globalnie atmosferę, jest nadal najcieplejszy. Temperatura wówczas wyniosła 1 st.C. A rok 2020, ale z La Nina ochładzającą globalnie atmosferę, był zaledwie o 0,02 st.C chłodniejszy. To o czymś świadczy. Następne takiej wielkości El Nino jak w 2016 r. przyczyni się do kolejnego rekordu pod względem temperatury globalnej. I z tym należy się liczyć choćby w nadchodzącym w 2024 r.
Jednak nie można w ten sposób pomniejszać znaczenia prac naukowych z minionej dekady. Bo to jest absurdalne rozumowanie. Wszystko ma swój logiczny sens. To, że prace są starsze, wcale nie oznacza, że są zachowawcze. Na swój czas były nawet alarmistyczne, a nie zachowawcze. Choć generalnie były raczej w stoicki spokój wyważone. Bo takie prace generalnie sztaby naukowców recenzentów wybrały do oceny w ostatnim raporcie IPCC. Taka jest prawda. Prawda naukowa.
Źródła:

Dlaczego od 2012 roku nie padł jeszcze rekord najmniejszego zasięgu lodu arktycznego?

Arktyka jest najszybciej ocieplającym się regionem na Ziemi. Ale jest coś co zdumiewa naukowców, gdyż od 2012 roku nie padł jeszcze rekord najmniejszego zasięgu lodu morskiego we wrześniu. Naukowcy przyjrzeli się temu, dlaczego tak się stało. Jakie były tego przyczyny.

Profesor Jennifer Francis z Centrum Badawczego Woods Hole [WHRC – Woods Hole Research Center] oraz doktor Bingyi Wu z Instytutu Atmosferycznych Nauk na Uniwersytecie w Fundan, zaobserwowali, że do tej pory, od 2012 roku, nie padł rekord najmniejszego zasięgu lodu morskiego w Arktyce, ponieważ główna przyczyna tego jest taka, że obszary polarne są przez większość roku bardziej zachmurzone. 1

Naukowcy zauważyli, że w miesiącach wiosennych i wczesnoletnich zasięg lodu zbliżał się często, a czasem przekraczał poprzednie rekordowo niskie wartości. Jednak w drugiej połowie prawie każdego lata od 2012 roku, trajektoria spadku tegoż zasięgu lodu gwałtownie ustawała, wówczas gdy tylko niespodziewanie nad środkową Arktyką pojawiał się silny układ niżowy wraz z równie silnym zachmurzeniem. A więc, obniżone ciśnienie powietrza atmosferycznego nad poziomem morza (SLP – Sea-Level Pressure) jest jedną z głównych przyczyn silnego spowolnienia topnienia lodu morskiego.

Od tego czasu nie było żadnych nowych rekordowych minimów zasięgu lodu morskiego w Arktyce, chociaż zimowe maksima były dość często rekordowe. Należy jednak zwrócić uwagę, że w tym samym czasie, poczynając od 2014 roku, gruby lód wieloletni jest stopniowo wypierany przez cienki, sezonowy lód (Richter-Menge i in. 2019).

Na wstępie opisanej swojej pracy naukowcy zastanawiali się:

Czy ten zmniejszony spadek zasięgu jest spowodowany dziwactwem naturalnej zmienności, czy też coś się zmieniło w systemie, który używał hamulców podczas cofania się lodu

Rys.1. Średni miesięczny zasięg lodu morskiego Arktyki (miliony km2) w 2020 r. (czerwona linia), 2007 r. (zielona linia) i 2012 r. (niebieska linia). Szara linia pokazuje średnią wartość z lat 1980-200 wraz z maksymalnym i minimalnym odchyleniem od średniej (Copernicus Marine Service).

I dalej napisali:

Miesięczna ewolucja pokrywy lodu morskiego wyraźnie obrazuje szybkie tempo utraty lodu każdej wiosny i lata od 2012 roku, wraz z nagłym spowolnieniem spadku zasięgu, który następował każdego sierpnia lub na początku września (z wyjątkiem okresu bliskiego rekordowi – lata 2020).

Kluczowym problemem, a właściwie szczęściem dla mieszkańców Ziemi, zwłaszcza Arktyki, jest częste powstawanie w sierpniu, w ciągu minionych dwóch dekad XXI wieku, ujemnego trendu niskiego ciśnienia nad poziomem morza (SLP). Ponadto nad Oceanem Arktycznym, przez tak długi okres czasu, kształtuje się prawie co roku zachmurzone niebo, które powoduje zmniejszenie dopływu promieniowania słonecznego w kierunku powierzchni lądowej i morskiej Arktyki. Jednocześnie słabiej się ona nagrzewa, co ma przełożenie na mniejsze wypromieniowanie promieniowania długofalowego do chmur i atmosfery i z powrotem ku powierzchni Arktyki.

Jednak co najbardziej zaskakujące – anomalnie niskie ciśnienie wywołuje silne warunki wietrzne, czyli wzrasta prędkość wiatru, które rozpychają lód. Ogólnie ujemne anomalie SLP dominowały nad Oceanem Arktycznym w drugiej dekadzie XXI wieku, od sierpnia do sierpnia. W tym samym czasie dodatnie anomalie miały miejsce na obszarach kontynentów na wysokich i średnich szerokościach geograficznych. Badacze napisali:

Przewiduje się, że ciśnienie powierzchniowe nad Arktyką będzie dalej spadać, ponieważ gazy cieplarniane nadal gromadzą się w atmosferze (Stephen J. Vavrus i inni, 2012 ; Torben Koenigk i inni, 2013), być może dostarczając dodatniego sprzężenia zwrotnego na temat tempa utraty lodu morskiego w ocieplającym się świecie.

W swoich badaniach Francis i Wu wykorzystali dane atmosferyczne na półkuli północnej, obejmujące okres 1979–2020, które zostały udostępnione z Narodowego Centrum dla Prognoz Środowiskowych/Narodowego Centrum Reanaliz Badań Atmosferycznych (NCEP – National Center for Environmental Prediction/NCAR – National Center for Atmospheric Research Reanalysis) (E. Kalnay i inni, 1996) (dostępnej pod adresem http://iridl.ldeo.columbia).

Ponadto, naukowcy obliczyli dobowe temperatury powietrza przy powierzchni (SAT – Surface AIr Temperature), ciśnienie nad poziomem morza (SLP) (w tym też średnie miesięczne), prędkość wiatrów przy ciśnieniu 300 hPa, stopień pokrywy chmur oraz wysokość geopotencjału. Uczeni również wykorzystali pola grubości ciśnienia 1000-500 hPa do przedstawienia  średniej temperatury w troposferze od niskiej do średniej oraz zastosowali empiryczną analizę funkcji ortogonalnej (EOF – Empirical orthogonal function) w celu zidentyfikowania pierwszych dwóch dominujących wzorców i głównych składowych (PC – Principal Components) prezentujących wspomniane pola grubości ciśnienia latem w obszarze na północ od 30°N.

Wskaźnik Zachodniego Wiatru Arktyki (AWI – Arctic Westerly Index) został zdefiniowany jako ważony obszarowo, regionalnie uśredniony wiatr strefowy 300 hPa na północ od 70°N.

W badaniach regresji letnich anomalii grubości 1000–500 hPa, stosując wspomniane dwie główne składowe PC (w artykule rys.4, panel a), naukowcy zaobserwowali, że PC1 pokazała wartości dodatnie, głównie na arktycznych i wschodnich obszarach półkuli północnej (w artykule rys.4., panel b), gdzie wysokość geopotencjału w okresie letnim wyniosła 500 hPa. Natomiast PC2 pokazała jej wartości ujemne w środkowej Arktyce oraz silne dodatnie nad środkową szerokością geograficzną Azji Wschodniej, Skandynawią, północno-środkową Ameryką Północną i północno-zachodnim Oceanem Spokojnym (w artykule rys.4., panel c) (Jennifer Francis & Bingyi Wu, 2020).

Szereg czasowy PC1 (ciągła czerwona linia) wykazał znaczący (>99% pewności) dodatni trend (przerywana czerwona linia), zgodnie z antropogenicznym globalnym ociepleniem i odpowiadał za 30% zmienności. Z kolei szereg czasowy PC2 (ciągła niebieska linia) wykazał 10% wariancji (rys.4.a).

Okres niskich wartości dla PC2, wyróżniony niebieską przerywaną linią, pojawił się w latach 2007–2012, zbiegając się z szybką utratą lodu.

Przy przesunięciu letnich anomalii grubości 1000-500 hPa na dwie główne składowe PC (rys.4.b,c), widać, że dodatnie wartości wokół większości obszarów na półkuli północnej są związane z PC1, szczególnie nad Arktyką i wschodnimi odcinkami kontynentalnymi półkuli północnej, zgodnie z zaobserwowanymi dodatnimi trendami na wysokościach geopotencjalnych 500 hPa w okresie letnim nad całym terytorium.

Film: Nowy stan klimatu: arktyczny morski lód 2012 (Yale Climate Connections 2013)

Następnie Francis i Wu połączyli obliczenie SLP dla ostatnich sierpni z dodatnimi i ujemnymi wartościami PC2. I zaobserwowali, że gdy PC2 jest dodatnia, SLP nad Arktyką wykazuje wyraźną anomalię ujemną wraz z anomalią dodatnią nad północno-centralną Eurazją.

Naukowcy w swoim artykule dali do zrozumienia, że coraz wcześniejsza utrata pokrywy śnieżnej, zwiastująca szybsze zakończenie zimy, sprzyja powstawaniu na wysokich i średnich szerokościach w okresie wiosenno-letnim pasa letnich anomalii temperatury i ciśnienia. Czyli sprzyja ona tworzeniu się silnych, ciepłych i suchych wyżów, co też powoduje tworzenie się latem w zachodniej części Arktyki silnych wiatrów cyklonicznych, hamujących transport lodu z Arktyki przez Cieśninę Frama do Morza Grenlandzkiego i północnego Atlantyku. Powstające dzięki temu układy atmosferyczne, tzw. quasi-rezonasowe amplifikacje (QRA – Quasi-Resonant Amplification) (Michael Mann et al., 2018), dzięki spowalnianiu polarnego prądu strumieniowego, wzmacniają w atmosferze planetarne fale Rossby’ego oraz są główną przyczyną tego, że na średnich i wysokich szerokościach geograficznych półkuli północnej, w Azji, Europie i Ameryce Północnej, mają miejsce coraz częstsze ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak fale upałów, susze czy pożary oraz nawalne opady deszczu i powodzie.

Należy wziąć też to pod uwagę, że chociaż morska pokrywa lodowa w całej Arktyce nie zmniejszyła się tak znacząco (za wyjątkiem 2020 r., gdy padł drugi rekord w historii pomiarów wynoszący 3,74 mln km2) jak we wrześniu 2012 roku przy 3,41 mln km2, ale zawiera dziś mniej lodu wieloletniego i więcej rocznego niż w tamtym czasie.

Podsumowując temat, należy stwierdzić, że w wielu przeprowadzonych badaniach, dotyczących lodu arktycznego, naukowcy są zgodni, że w drugiej połowie lata częste zachmurzenie nieba nad Arktyką oraz silne wiatry cykloniczne wiejące w jej zachodniej części, sprzyjają zwiększeniu odbijania się promieni słonecznych z powrotem w przestrzeń kosmiczną, głównie od jasnych powierzchni chmur, ale i też od jasnych powierzchni lodu, który wówczas wolniej topnieje, gdy dociera mniej promieni słonecznych do tego regionu polarnego. Również w okresie letnim obecność częstych ośrodków niżowych, sprzyja dość częstym lokalnym opadom śniegu, choć w sezonie letnim, gdy panują bardzo wysokie temperatury w Arktyce, także opadom deszczu. Dzięki czemu topnienie lodu morskiego od 2012 roku nie jest tak szybkie jak chociażby w pierwszej dekadzie XXI wieku, gdy występowały na dłużej układy wyżowe, dawniej charakterystyczne dla Arktyki.

Jednak w obecnej dekadzie jeszcze wszystko może ulec zmianie. Częstość zdarzeń póżnoletnich jak w 2012 i 2020 r. może się w przyszłości zwiększyć bądź nie, tego nie wiemy. Ale klimat ziemski się ociepla i następne takie wydarzenie może być jeszcze bardziej dotkliwe, grożąc pojawieniem się tzw. “Blue Ocean Event” (zdarzenie błękitnego oceanu) w Arktyce. Czyli roku prawie bez lodu morskiego we wrześniu. Mniej niż 1 milion kilometrów kwadratowych.

Autorzy powyżej opisanej pracy naukowej napisali:

Nad Arktyką dipolowy wzorzec wysokiego ciśnienia w zachodniej Arktyce wraz z anomalnie niskim ciśnieniem nad środkową Syberią tworzy anomalny przepływ wiatru, który sprzyja silnemu wirowi Beauforta, eksportowi lodu do północnego Atlantyku i anomalnie ciepłym temperaturom powietrza nad Arktyką Ocean Arktyczny (rysunek S3), przyczyniając się do ogólnego zmniejszenia zasięgu lodu morskiego. 

Właśnie to się wydarzyło w latach 2012 i 2020.

Referencje:

  1. Francis J. A. et al., 2020 ; Why has no new record-minimum Arctic sea-ice extent occurred since September 2012? ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abc047

Groźba przyspieszonego wymierania gatunków

Wymieranie gatunków to poważny problem, o którym naukowcy już mówią bardzo poważnie od co najmniej trzech dekad. Tyle wiadomo, że wcześniej był to przede wszystkim problem środowiskowy i ekologiczny. Jeszcze ocieplenie klimatu i inne zmiany klimatu nie wywierały niekorzystnego wpływu na gatunki. I nadal jeszcze czynniki klimatyczne nie stanowią potencjalnego zagrożenia dla zagrożonych (ale nie tylko zagrożonych) gatunków, zwłaszcza endemitów, głównie na małych wyspach tropikalnych.

Ekolożka Monica G. Turner wraz ze swym zespołem badawczym, zauważyła, że zmienność klimatu już teraz ma bardzo silny związek i będzie mieć jeszcze większy w najbliższej przyszłości z nagłymi i nieodwracalnymi zmianami w ekosystemach. 1

Nagłe zmiany w systemach ekologicznych (ACES – Abrupt changes in ecological systems) są trudne do zaobserwowania empirycznie, ponieważ zdarzenia ekstremalne są ze swej natury stochastyczne i rzadko przewidywalne. Niemniej autorzy wzywają wszystkich naukowców, aby priorytetem było wykrywanie, wyjaśnianie i przewidywanie ACES w odpowiedzi na zachodzące zmiany klimatu. W szczególności dotyczy to hotspotów.

Badaczka zauważyła, że nie ma już powrotu do „nowej normalnej równowagi”. Raczej zaczynamy obserwować przyspieszenie tempa zmian intensywności i częstotliwości określonych czynników prowadzących do ubożenia różnorodności biologicznej. Badanie identyfikuje ważne zasady ogólne, które prowadzą do pytań i hipotez dotyczących przyszłych badań. Są to:

  1. niektóre systemy ekologiczne są bardziej podatne na nagłe zmiany niż inne
  2. ekstremalne zmiany klimatu w tych systemach ekologicznych mogą być bardziej prawdopodobne niż średnie tendencje do wywołania stopniowych zmian. (np. bielenie koralowców napędzane jest raczej przez ekstremalne fale upałów niż stopniowe ocieplenie oceanów).
  3. Wiele czynników często współdziała w celu wytworzenia ACES

Fot.1. Samiec goryla górskiego (Wikipedia).

Np. ekstremalna susza spowodowana zmianami klimatu czy też ekstremalny pożar mogą prowadzić jednocześnie do nagłych zmian ekosystemów lądowych. Np. zamiany ekosystemów leśnych na nieleśne.

Z kolei wprowadzone patogeny w połączeniu z ociepleniem klimatu mogą powodować szkodliwy wpływ na wiele populacji wrażliwych gatunków drzew.

Christopher Trisos z Afrykańskiej Inicjatywy na rzecz Klimatu i Rozwoju na Uniwersytecie w Kapsztadzie (RPA), Cory Merow z Wydziału Ekologii i Biologii Ewolucyjnej na Uniwersytecie Connecticut w Storrs oraz Alex Pigot z Centrum Badań Bioróżnorodności i Środowiska na wydziale Genetyki, Ewolucji i Środowiska na Uniwersytecie (College) w Londynie, przedstawiając obraz załamywania się ekosystemów pod wpływem dalszego wzrostu temperatury globalnej, podjęli się próby opisania projekcji klimatycznych dla przyszłości bioróżnorodności w ekosystemach. 2

Rys.1. Przykład projekcji zmian w zespole gatunków – region Kajmanów. Przedstawiono odsetek gatunków narażonych na wyjście ze swojej historycznej niszy klimatycznej (lewa oś, czarna linia ciągła na wykresie) i średnią temperaturę roczną w tym regionie (prawa oś, szara i czerwona linia na wykresie). Temperaturę w przyszłości obliczono na podstawie scenariusza wysokich emisji gazów cieplarnianych (RCP8.5). Na wykresie zaznaczono zasięg zmiany w ekosystemie (67%), termin jej wystąpienia (rok 2074), „dekadę maksymalnego narażenia” (2074 ± 5), oraz nagłość zdarzenia (ok. 57% gatunków, które wyjdą poza swoją historyczną niszę właśnie w dekadzie (2074 ± 5). Źródło: Trisos i in., 2020 [w:] Nauka o klimacie.

Na wykresach i mapach, badacze oszacowali roczne prognozy od 1850 do 2100 roku wpływu przyszłego wzrostu temperatury i opadów oddziałujących na ponad 30 000 gatunków morskich i lądowych przy zastosowaniu różnych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych.

Trisos, Merow i Pigot zaprezentowali skumulowany odsetek gatunków wcześniej opuszczających swoje historyczne nisze klimatyczne (zasięgi geograficzne) oraz odsetek tych gatunków dla danego ekosystemu, które tuż przed albo w czasie progu krytycznego dopiero opuszczą je. Również został przedstawiony odsetek gatunków pozostających w swych historycznych niszach klimatycznych, dla których nie ma już żadnego ratunku.

Naukowcy przewidywali, że zmiany w ekosystemach będą nagłe i wpływające ujemnie na przeżywalność wielu gatunków. Dla poszczególnych zespołów wyznaczyli następujące parametry:

termin możliwego załamania – 2074 rok, w którym odsetek gatunków wyjdzie ze swojej historycznej niszy i przekroczy 50%

zasięg zmiany (67%), czyli całkowity odsetek gatunków, które wyjdą ze swojej historycznej niszy

nagłość zmiany (57%), opisywana jako odsetek gatunków, które wyjdą ze swojej historycznej niszy w dekadzie maksymalnego narażenia (w ciągu pięciu lat przed i po terminie możliwego załamania), liczony względem całkowitej liczby gatunków, które wyjdą ze swojej niszy.

W sumie możliwość załamania ekosystemów, inaczej zespołów gatunków, naukowcy oszacowali na 2074 rok, z poprawką 5 lat wcześniej czy później, czyli w prawdopodobnym okresie 2069-2079, oczywiście jeśli będzie dalej kontynuowany kurs emisji gazów cieplarnianych RCP8.5.

Sam zasięg 67% zmiany (1850-2100) oznacza ilość gatunków, które jeszcze przed progiem krytycznym opuszczą swoje historyczne nisze ekologiczne, co łatwiej pomoże im w adaptacji do coraz większych zmian klimatycznych.

Rys.2. Niepewność w metrykach lokalnego narażenia gatunków w 22 modelach klimatycznych CMIP5 w ramach RCP8.5. Niepewność, czyli odchylenie standardowe (SD – Standard Deviation) co do wielkości narażenia jest największa wokół granic tropików, z niewielką geograficzną zmiennością niepewności co do czasu lub gwałtowności. A) Zasięg zmiany bioróżnorodności (całkowity odsetek gatunków narażonych na lokalne wyginięcie z powodu wystąpienia warunków, w których te gatunki dotąd nie żyły) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). B) Nagłość zmiany (odsetek gatunków, które doświadczą warunków, w których dotąd nie funkcjonowały w przedziale ± 5 lat od terminu możliwego załamania, liczony względem całkowitej liczby gatunków, które go przekroczą) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). C) Termin możliwego załamania (rok, w którym odsetek gatunków, które doświadczać będą nowych warunków, przekracza 50%) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). Rozpatrywano zespoły gatunków zamieszkujących w obszarach o wymiarach 100 x 100 km (Christopher Trisos i inni, 2020).

Z kolei nagłość zmiany (1850-2100) oznacza ilość gatunków, które dopiero w ostatniej chwili, gdy już się pojawił próg krytyczny w 2074 r. (podany przez Trisosa i in.), opuszczą swoje historyczne nisze ekologiczne, co jest trudniejsze w adaptacji do coraz większych zmian klimatycznych.

Im dłuższe jednak będzie zwlekanie w czasie z migracją, tym gorzej dla gatunków, gdyż w coraz cieplejszym świecie mechanizmy ewolucyjnej adaptacji będą coraz słabsze, co doprowadzi wiele z nich po prostu do szybszego wymierania. Autorzy w swoim artykule napisali:

W scenariuszu wysokich emisji (reprezentatywna ścieżka stężenia (RCP 8.5), takie nagłe przypadki narażenia rozpoczynają się przed 2030 r. w oceanach tropikalnych i rozprzestrzeniają się na lasy tropikalne i wyższe szerokości geograficzne do 2050 r.

Podsumowując temat tej pracy, jeśli miałby być osiągnięty cel polityczny Porozumienia Paryskiego z 2015 r. aby nie dopuścić do przekroczenia krytycznego progu temperatury globalnej 2 stopnie Celsjusza powyżej okresu 1850-1900, to tylko 2% zespołów gatunków przekroczy swoje historyczne nisze ekologiczne z czego ponad 20% gatunków znajdzie się na progu ekstynkcji. Natomiast jeśli według scenariusza RCP8.5 będziemy dalej spalać paliwa kopalne i wylesiać Ziemię, doprowadzając w 2100 r. do przekroczenia progu 4 stopni Celsjusza, to niestety aż 15% zespołów gatunków przekroczy swoje historyczne nisze klimatyczne z czego ponad 50% gatunków znajdzie się na progu ekstynkcji.

Rachel Warren z Centrum Badań Zmian Klimatu im. Tyndalla na Uniwersytecie Wschodniej Anglii, wraz ze swoim zespołem badawczym, opisała wpływ ocieplenia klimatu na owady, rośliny i kręgowce. 3

Naukowcy na podstawie prognoz zawartych w swojej pracy, oszacowali, że nawet ponad 50% gatunków utraci większość swoich odpowiednich warunków klimatycznych do 2100 r., z powodu nasilenia się scenariusza największej emisji gazów cieplarnianych (GHG – Greenhouse Gases).

Na podstawie trzech scenariuszy emisji obliczyli, że:

  1. Wzrost temperatury globalnej o 3,2 stopnia Celsjusza doprowadzi do wymarcia 44% owadów, 44% roślin, 26 % kręgowców
  2. Wzrost temperatury globalnej o 2 stopnie Celsjusza doprowadzi do wymarcia 18% owadów, 16% roślin, 8% kręgowców
  3. Wzrost temperatury globalnej o 1,5 stopnia Celsjusza doprowadzi do wymarcia 6% owadów, 8% roślin, 4% kręgowców

Rys.3. Odsetek modelowanych gatunków, które stracą ponad połowę swojego klimatycznie określonego zasięgu do 2100 r. Na określonych poziomach globalnego ocieplenia. [n – liczba gatunków] ( A ) bezkręgowce (n = 34 104), ( B ) kręgowce (n = 12 640), ( C ) rośliny (n = 73 224), ( D ) owady (n = 31 536), ( E ) ssaki (n = 1769), ( F ) ptaki (n = 7966), ( G ) gady (n = 1850) i ( H ) płazy (n = 1055). Kolory: niebieski – z realnym rozproszeniem i pomarańczowy – bez rozproszenia. Dane przedstawiono jako średnie prognozy dla 21 alternatywnych wzorców modeli klimatycznych ze słupkami błędów wskazującymi zakres od 10 do 90% (Rachel Warren i inni, 2018).

Naukowcy analizując swoją pracę badawczą wykorzystali cztery scenariusze, w których temperatury globalne w stosunku do okresu przedprzemysłowego sięgają kolejno do 1,5°C, 2°C, 3,2°C, gdy kraje dotrzymują pewnych swoich krajowych zobowiązań do ograniczenia emisji (NDC – Nationally Determined Contribution) oraz do 4,5°C, kiedy kraje nic nie robią i kontynuują scenariusz „biznes jak zwykle” (RCP8.5).

Generalnie uczeni stwierdzili, że bardziej zagrożone są i będą bezkręgowce niż kręgowce. Stałocieplne kręgowce jak gromady ptaków i ssaków, będą odporniejsze na wzrost temperatury czy brak opadów, gdyż ich organizmy są w dużej mierze niezależne od czynników zewnętrznych. Ale oczywiście też do pewnego czasu.

Fot.2. Zieleńczyk ostrężyniec (Callophrys rubi) (Wikimedia).

 

Naukowcy zauważyli, że zagrożonymi kluczowymi grupami zwierząt wśród bezkręgowców (owadów) są zapylacze. A więc, pszczoły, trzmiele, motyle.

W szczególności dotkniętych będzie wiele hotspotów dzikiej fauny  na świecie, zwłaszcza w południowej Afryce i Amazonii, gdzie zamieszkuje 30% światowych gatunków.

Rachel Warren w serwisie Carbon Brief powiedziała: 4

Prawdopodobnie dlatego, że owady to są gatunki ektotermiczne, więc to oznacza, że ich temperatura ciała jest kontrolowana zewnętrznie, a nie wewnętrznie, jak u ludzi i innych ssaków oraz ptaków. Owady mają też etapy życia – jaja, larwy, poczwarki, a także osobniki dorosłe. Każdy z tych etapów może być podatny na różne czynniki, takie jak wysychanie jaj w przypadku zbyt małych opadów.

W tropikach i subtropikach są mniejsze wahania temperatury niż w klimacie umiarkowanym, dlatego też tam osiadłe gatunki mogą być bardziej narażone na postępujący wzrost temperatur lokalnych i regionalnych oraz globalnej.

Naukowczyni podsumowała temat w Carbon Brief:

Tu w Wielkiej Brytanii możemy mieć straszne lata i bardzo ładne – podczas gdy w tropikach jest to dużo bardziej przewidywalne. Oznacza to, że w krajach o umiarkowanym klimacie gatunki prawdopodobnie będą buforowane przed dość dużą zmiennością klimatu naturalnego. Natomiast w tropikach, gdy przeciętny klimat się zmienia, może szybko wyjść poza zakres naturalnej zmienności, do której gatunki są przystosowane.

Naukowcy – Gerald Ceballos z Instytutu Ekologii, Narodowego Autonomicznego Uniwersytetu Meksyku , Paul R. Ehrlich z Centrum Biologii Konserwatorskiej na Wydziale Biologii na Uniwersytecie Stanforda oraz Peter H. Raven z Wydziału Nauk o Roślinach w Ogrodzie Botanicznym Missouri w St. Louis, na temat szóstego wymierania w swojej pracy napisali: 5

Badamy 29 400 gatunków kręgowców lądowych i określamy, które są na skraju wyginięcia, ponieważ mają mniej niż 1000 osobników. Na krawędzi występuje 515 gatunków (1,7% ocenianych kręgowców). Około 94% populacji – 77 gatunków ssaków i ptaków żyjących na krawędzi zaginęło w ostatnim stuleciu. Zakładając, że wszystkie gatunki na krawędzi mają podobne tendencje, ponad 237 000 populacji tych gatunków zniknęło od 1900 roku.

Naukowcy zauważyli, że obecne tempo wymierania gatunków jest setki, a może nawet tysiące razy szybsze aniżeli na przestrzeni czasowej kilkudziesięciu milionów lat. I będzie ono jeszcze szybsze, o ile jeżeli nie podejmiemy działań, zarówno dekarbonizacyjnych, jak i renaturalzacji ekosystemów.

Fot.3. Kręgowce lądowe na krawędzi wymierania (tj. z 1000 lub mniej osobnikami) obejmują gatunki takie jak (A) nosorożec sumatrzański (Dicerorhinus sumatrensis) ; źródło : Rhett A. Butler [fotograf], (B) strzyżyk wyspowy (Troglodytes tanneri) ; zdjęcie źródło : Claudio Contreras Koob [fotograf]), (C) żółw olbrzymi (Chelonoidis hoodensis) ; źródło : (GC) oraz (D) kikutnik pstry (Atelopus varius) ; wielkość populacji gatunku jest nieznana, ale szacuje się ją na mniej niż 1000; źródło obrazu: (GC).

Naukowcy podkreślili, że za każdym razem, gdy gatunek lub populacja znika z życia, zdolność Ziemi do utrzymywania usług ekosystemowych ulega poważnemu zaburzeniu do pewnego stopnia, w zależności od gatunku lub populacji, której ono dotyczy. Każda populacja jest prawdopodobnie na swój sposób wyjątkowa, a zatem może różnić się zdolnością dopasowania się do określonego ekosystemu i odgrywania w nim określonej roli, włącznie z interakcjami z innymi gatunkami oraz warunkami fizykochemicznymi.

Dalej naukowcy napisali, że przy dalszej kontynuacji scenariusza emisji GHG „biznes jak zwykle”, skutki wymierania tychże gatunków jeszcze bardziej pogorszą się w nadchodzących dziesięcioleciach, ponieważ nastąpi utrata jednostek funkcjonalnych oraz możliwe, że zbyt gwałtowna i nadmierna zmienność genetyczna i kulturowa zmienią całe ekosystemy. A ludzkość, mimo wszystko, także potrzebuje podtrzymywania funkcji własnej egzystencji w postaci względnie stabilnego klimatu, przepływów słodkiej wody, zwalczania szkodników i chorób w rolnictwie, zapylania upraw itp., a wszystko to tylko mogą zapewnić w miarę względnie funkcjonalne ekosystemy, czego wielu ludzi dalej nie rozumie.

Referencje:

  1. Turner M. G. et al., 2020 ; Climate change, ecosystems and abrupt change: science priorities ; Biological Sciences ; https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstb.2019.0105
  2. Trisos C. H. et al., 2020 ; The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change ; Nature ; https://www.nature.com/articles/s41586-020-2189-9
  3. Warren R. et al., 2018 ; The projected effect on insects, vertebrates, and plants of limiting global warming to 1.5°C rather than 2°C ; Science ; https://www.science.org/doi/10.1126/science.aar3646
  4. Dunne D., 2018 ; Restricting global warming to 1.5C could ‘halve’ risk of biodiversity loss ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/restricting-global-warming-to-1-5c-could-halve-risk-of-biodiversity-loss
  5. Ceballos G. et al., 2020 ; Vertebrates on the brink as indicators of biological annihilation and the sixth mass extinction ; Proceedings of the National Academy of Sciences ; https://www.pnas.org/content/117/24/13596

 

Punkty zapalne bioróżnorodności

Zarówno na półkuli północnej, jak i na południowej, na polarnych wyższych szerokościach geograficznych, zmiany klimatu zachodzą szybciej niż na średnich szerokościach geograficznych czy też na niższych w tropikach. Na topnienie pokrywy lodowej na Grenlandii i lodu morskiego w Oceanie Arktycznym oraz utratę masy lodu na pokrywie lodowej Antarktydy i destabilizację tamtejszych lodowców szelfowych, powodującą anomalne ocieplenie tamtejszych wód oceanicznych ma wpływ szybko rosnąca z dekady na dekadę globalna temperatura. A to z kolei ma zaburzający wpływ na życie biologiczne, zarówno na lądzie, jak i w wodach oceanu. Różnorodność biologiczna jest tam wyjątkowo mocno zagrożona, tym bardziej że gatunki polarne już nie mają gdzie uciec i skryć się w chłodniejszym klimacie.

Najwolniej na Ziemi klimat ociepla się w tropikach, zarówno wzdłuż strefy okołorównikowej, jak i w strefach okołozwrotnikowych na obu półkulach. Nawet wolniej niż na średnich szerokościach geograficznych. Ale różnorodność biologiczna najmniej ucierpi na średnich szerokościach geograficznych, gdzie są najczęstsze zmienne warunki pogodowe, zarówno pod względem opadów atmosferycznych, jak i temperatury.

Jak już wspomnieliśmy wyżej, w Arktyce różnorodność biologiczna jest przede wszystkim zagrożona tym, że zanika pokrywa lodowa, która topiąc się najsilniej ma wpływ na szybki wzrost temperatury w całym regionie. Z kolei tropikalna różnorodność biologiczna zaadaptowała się, od końca epoki glacjalnej przez cały względnie stabilny holocen do początków rewolucji przemysłowej, do warunków takich, że występowały zmienne warunki pod względem opadów, ale była względnie ustabilizowana temperatura w regionach okołorównikowych. Jednak to wszystko drastycznie się zmienia. Na zmiany klimatu, zachodzące od co najmniej 170 lat, nakłada się też coraz intensywniejsza eksploatacja ekosystemów ziemskich, zaburzająca coraz poważniej względną równowagę ekologiczną. Natomiast subtropikalna różnorodność biologiczna jest z reguły przystosowana do zmiennych warunków temperaturowych, a w mniejszym stopniu do opadowych. Od bioróżnorodności na średnich szerokościach różni się tym, że funkcjonuje w strefie klimatycznej z dwiema porami roku, a nie z czterema. Z kolei bioróżnorodność okołorównikowa egzystuje cały czas w ciepłej jednej porze. A w Arktyce mamy do czynienia z dniem polarnym podczas wiosny i lata oraz z nocą polarną podczas jesieni i zimy, a na Antarktydzie jest na odwrót.

Pod względem klimatycznym wiele gatunków przystosowało się do poszczególnych stref klimatycznych. Nawet jeszcze teraz duża część z nich, choć już nie wszystkie, względnie stabilnie funkcjonuje w ekosystemach niezaburzonych przez ludzi. To wszystko jednak może się szybko zmienić. Najbardziej zagrożone są punkty zapalne bioróżnorodności, tzw. hotspoty – ekologicznie czułe obszary, które według prognoz zostaną poddane największej rotacji gatunków.

Rys.1. Przewidywany odsetek krajobrazu ekologicznego napędzany zmianami gatunków roślin w wyniku prognozowanych zmian klimatu wywołanych przez człowieka do 2100 r. Źródło: NASA / JPL-Caltech.

Jon Bergengren, naukowiec kierujący badaniami hotspotów w ramach stażu podoktorskiego w Caltech, w pracy zespołowej wziął pod uwagę takie regiony jak: w Himalajach i na Płaskowyżu Tybetańskim, we wschodniej Afryce Równikowej, na Madagaskarze, w regionie Morza Śródziemnego, w południowej części Ameryki Południowej i w Ameryce Północnej – obszary Wielkich Jezior i Wielkich Równin. 1

Największe obszary wrażliwości ekologicznej i zmiany biomów przewidywane na ten wiek znajdują się w obszarach o najbardziej dramatycznych zmianach klimatu: na wysokich szerokościach półkuli północnej, szczególnie w regionach polarnych i borealnych – wzdłuż północnej i południowej granicy lasów borealnych.

Klimat cały czas się ociepla. I z każdym wzrostem ułamka stopnia Celsjusza w skali globalnej, może nastąpić coraz większe ujemne oddziaływanie na poszczególne gatunki, zwłaszcza takie, które mają bardzo zawężoną tolerancję termiczną. To już się dzieje niestety.

Na potrzeby badań, naukowcy wykorzystali 10 symulacji komputerowych zestawu CMIP3, zgodnie z 4 Raportem Oceny IPCC z 2007 roku.

Rys.2. Prosta mapa 5 biomów sporządzona z ułamkowych map pokrycia 110 form życia związanych z symulacją modelu ekologicznej równowagi roślinności (EVE – Equilibrium Vegetation Ecology), opartą na miesięcznych danych klimatycznych z lat 1950-1980 (Jon Bergengren i inni, 2011).

Oszacowując korelację zmian klimatu z przewidywanymi zmianami biosfery, naukowcy posłużyli się w swoich badaniach tzw. modelem ekologicznej równowagi roślinności (EVE – Equilibrium Vegetation Ecology), który symulował ciągły opis ziemskich zbiorowisk roślinnych. Mierniki ekologicznej czułości, zastosowane do symulacji biosfery pod koniec XXI wieku, wskazały, że 49% całej powierzchni lądowej Ziemi będzie podlegać zmianom zbiorowisk roślinnych, a 37% ekosystemów na Ziemi również będzie podlegać zmianom w skali biomów. Badacze podkreślają, że dalsze ocieplanie się klimatu wpłynie na to, że będą następować wymiany gatunków, ale ekosystemy w większości zachowają swoją stabilność.

Główny autor pracy Jon Bergengren w serwisie NASA Global Climate Change stwierdził: 2

Nasze badanie wprowadza nowe spojrzenie na zmiany klimatu, badając implikacje ekologiczne kilku stopni globalnego ocieplenia. Podczas gdy ostrzeżenia o topnieniu lodowców, podnoszącym się poziomie morza i innych zmianach środowiska są ilustracyjne i ważne, ostatecznie to najważniejsze są konsekwencje ekologiczne.

Jest to zadanie bardzo pilne gdyż prędkość klimatyczna przyspiesza wraz z coraz szybszym z dekady na dekadę wzrostem średniej temperatury powierzchni Ziemi, zarówno w oceanach, jak i w atmosferze.

Co najmniej połowa gatunków roślin i zwierząt na wielu obszarach tropikalnych, takich jak jak np. Amazonia i Wyspy Galapagos, jest zagrożona lokalnymi wyginięciami do końca XXI wieku z powodu zmian klimatu, jeśli emisje węgla będą nadal rosły bez kontroli.

W przełomowym badaniu Rachel Warren, z Centrum Badań Zmian Klimatu im. Tyndalla na Uniwersytecie Wschodniej Anglii, na łamach serwisu EurekAlert powiedziała: 3,4

Nasze badania ukazują korzyści płynące z ograniczenia globalnego ocieplenia do 2°C dla gatunków na 35 najbardziej bogatych w przyrodę obszarach świata. Przebadaliśmy 80 000 gatunków roślin , ssaków, ptaków, gadów i płazów, i stwierdziliśmy, że 50% gatunków może zostać utraconych z tych obszarów, jeśli nie weźmie się pod uwagę polityki klimatycznej. Jeśli jednak globalne ocieplenie zostanie ograniczone do 2°C względem okresu przedindustrialnego, można tą liczbę ekstynkcji zmniejszyć do 25%. Nie zbadano ograniczenia ocieplenia do 1,5°C, ale oczekuje się, że ochroni ono jeszcze więcej dzikich zwierząt.

Raport ten wykazał, że:

– około 90% płazów, 86% ptaków i 80% ssaków, w tym afrykańskich dzikich psów, może potencjalnie wyginąć lokalnie w lasach Miombo w Południowej Afryce

– Amazonia może stracić 69% gatunków roślin.

– w południowo-zachodniej Australii 89% płazów może wyginąć na miejscu

– 60% wszystkich gatunków jest zagrożonych wyginięciem na Madagaskarze

– w Fynbos, w regionie Zachodniego Przylądka w Południowej Afryce, doświadczającym silnej suszy, niedobory wody, takie jakie wystąpiły w Kapsztadzie, mogą przyczynić się do lokalnego wyginięcia jednej trzeciej gatunków tam występujących, z których wiele jest unikatowych dla tego regionu

– zmniejszające się opady deszczu w basenie Morza Śródziemnego, na Madagaskarze i w ekosystemach trawiastych Cerrado i bagiennych Pantanalu w Argentynie doprowadzą do kurczenia się różnorodności biologicznej

– coraz mniejsze zasoby wodne doprowadzą do śmierci z pragnienia wiele osobników słoni afrykańskich, które muszą pić 150-300 litrów wody dziennie

– 96% terenów lęgowych tygrysów na Sundarbanach może zostać zatopionych przez coraz wyższy i szybszy wzrost poziomu morza

– grożba wyginięcia żółwi morskich z powodu występowania stosunkowo małej liczby narodzonych męskich osobników żółwi morskich ze względu na to, że przy wysokich temperaturach rodzi się więcej osobników żeńskich

Przy wzroście średniej temperatury globalnej o 2°C, jeśli gatunki mogą swobodnie przemieszczać się w nowe miejsca, ryzyko lokalnego wyginięcia zmniejsza się z około 25 do 20%. Jeśli gatunki nie mogą przemieszczać się, mogą niestety być narażone w 100% na lokalne wyginięcie. Większość roślin takich jak storczyki, czy większość płazów i gadów, takich jak żaby i jaszczurki, nie może poruszać się wystarczająco szybko, aby nadążyć za tymi zmianami klimatycznymi.

Fot.1. Byk słonia afrykańskiego w Parku Narodowym Krugera (Wikipedia).

W badaniu zastosowany został model Wallace Initiative (Warren i in., 2013), który modelował obecne i przyszłe rozmieszczenie 80 000 gatunków z pięciu taksonów lądowych (roślin, płazów, gadów, ptaków i ssaków) w różnych scenariuszach globalnych zmian klimatycznych, z rozdzielczością przestrzenną 20 km × 20 km z wykorzystaniem szeregu modeli ogólnej cyrkulacji (GCM – Global Circulation Model).

Fot.2. Tygrysica bengalska w rezerwacie tygrysów Kanha w Indiach (Wikipedia).

Powyższe modele w badaniu symulowały emisje w następujących scenariuszach ustalonych na Porozumieniu Paryskim (rysunek poniżej):

  1. Scenariusz biznes jak zwykle (BAU – business as Usual): Bez redukcji emisji i łagodzenia zmian klimatu i zignorowanie osiągnięcia celów Porozumienia Paryskiego, (pod koniec wieku globalna średnia roczna temperatura powierzchni osiągnie 4,5°C w stosunku do okresu przedprzemysłowego).
  2. Scenariusz INDC-wysoki: kraje osiągają cele zobowiązań dobrowolnych (INDC – Intended Nationally Determined Contributions) na 2030 r., ale nie dokonują dalszych redukcji emisji (pod koniec wieku jest 3,2°C w stosunku do okresu przedprzemysłowego).
  3. Scenariusz INDC-niski: kraje osiągają cele INDC na 2030 r., ale nie dokonują dalszych redukcji emisji (pod koniec wieku jest 2,7°C w stosunku do okresu przedprzemysłowego).
  4. Scenariusz 2°C: przy rygorystycznym ograniczaniu antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych ocieplenie jest ograniczone do 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej do 2100 r., a następnie ocieplenie nie wzrasta.

Rys.3. Trwałość refugiów w miejscach priorytetowych z adaptacją i bez adaptacji. Wykres przedstawia średni procent (w obrębie taksonów i miejsc priorytetowych) obszaru miejsca priorytetowego, który ma pełnić funkcję ostoi w zmienionym klimacie (Rachel Warren 2018).

Stuart C. Brown, pracownik naukowy na Uniwersytecie Adelaide, powiedział, że hipoteza stabilności klimatu dla gradientu szerokości geograficznej dla różnorodności biologicznej zakłada, że regiony o względnie stabilnych temperaturach, w okresach gwałtownych globalnych zmian klimatu, zapewnią ważne schronienia klimatyczne dla pobliskich organizmów, umożliwiając im przetrwanie, rozwój i zapoczątkowanie nowych linii rodowych. 

Rys.4. Obszary nakładania się warunków stabilnej temperatury powierzchni (≤25 percentyla) i niestabilnych opadów (≥75 percentyla) na lądzie a, b, Przeszłość (a) i przyszłość zgodnie z RCP 8.5 (b). Obszary nakładania się (regiony, w których przypuszcza się, że warunki klimatyczne napędzają większe współczesne bogactwo gatunków) zaznaczono na niebiesko. Obszary zaznaczone na pomarańczowo w b pokazują różnice między przeszłością a przyszłością (to znaczy obszary nakładania się, które zostały utracone). Przezroczyste zielone regiony nałożone na mapy to gorące punkty różnorodności biologicznej (Stuart C. Brown et al., 2020).

Bezpośrednio przetestowano tę teorię przy użyciu 21 000 lat ciągłych danych klimatycznych, nowych wskaźników do obliczania i klasyfikacji stabilności klimatu oraz milionów zapisów występowania gatunków.

Na łamach portalu Ecology & Evolution Stuart Brown powiedział: 6

Stabilność klimatu prowadzi do wysokiego poziomu specjacji i zmniejszenia tempa wymierania, kształtując wzorce bogactwa gatunków.

Zapalne miejsca różnorodności gatunkowej często pokrywają się z regionami, które doświadczyły stabilnych temperatur i być może zmiennych wskaźników opadów w późnym czwartorzędzie. W tychże miejscach potencjalnie występuje wiele gatunków o małej zmienności i o niewielkich zasięgach geograficznych, co czyni je bardziej podatnymi na przyszłe zmiany ekoklimatyczne.

Naukowcy w swojej pracy stwierdzili, że ponad 58% tropikalnych środowisk lądowych i morskich doświadczyło stabilnych warunków temperaturowych w ciągu ostatnich 21 000 lat. Przez ten okres czasu zachodziło znaczne nakładanie się między stabilną temperaturą a niestabilnymi warunkami opadów. Te ostatnie mogą promować różnorodność biologiczna poprzez podział nisz ekologicznych.

Patrząc na koniec XXI wieku, naukowcy oszacowali, że ponad 75% lądów i oceanów, które w przeszłości wykazywały stabilne warunki temperaturowe, stanie się niestabilna do 2100 roku. Przyszłość jest najbardziej złowieszcza w tropikach ze stratami przekraczającymi 42% regionów klimatycznych na obszarach lądowych o stabilnych temperaturach i niestabilnych warunkach opadów. Straty te prawdopodobnie będą miały silny wpływ na różnorodność biologiczną w regionach takich jak wilgotne tropikalne tereny Australii, Madagaskaru i lasów gwinejskich w Afryce Zachodniej, Andów i gorącego punktu Indo-Birmy w tropikalnej Azji. Co ciekawe, znalezione zostały podobne wzorce zmian względem bioróżnorodności, zarówno w scenariuszach emisji na wysokim (RCP8.5), jak i na średnim poziomie (RCP4.5).

Referencje:

  1. Bergengren J. C. et al., 2011 ; Ecological sensitivity: a biospheric view of climate change ; Climatic Change ; https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0065-1
  2. Buis A., 2011 ; Climate change may bring big ecosystem changes ; NASA Global Climate Change ; https://climate.nasa.gov/news/645/climate-change-may-bring-big-ecosystem-changes/
  3. Warren R. et al., 2018 ; The Implications of the United Nations Paris Agreement on climate change for globally significant biodiversity areas ; Climatic Change ; https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-018-2158-6
  4. Univesity of East Anglia, 2018 ; Climate change risk for half of plant and animal species in biodiversity hotspots ; EurekAlert ; https://www.eurekalert.org/news-releases/481692
  5. Brown S. C. et al., 2020 ; Persistant Quarternary climate refugia are hospices for biodiversity in the Anthropocene ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-019-0682-7
  6. Brown S. C., 2020 ; Biodiversity hotspots are most vulnerable to global Warming ; Ecology & Evolution ; https://ecoevocommunity.nature.com/posts/61222-biodiversity-hotspots-are-most-vulnerable-to-global-warming

 

Wymuszania radiacyjne

Kiedy zrozumiemy mechanizm efektu cieplarnianego, zrozumiemy też czym są wymuszania radiacyjne (emisje gazów cieplarnianych i aerozoli powodujące przyrost lub spadek energii cieplnej w podczerwieni, wzmocnienie lub osłabienie aktywności słonecznej) i wymuszania astronomiczne (zmiany orbity Ziemi w przeciągu tysięcy lat powodujące wzmocnienie ocieplenia prowadzące do wycofywania się lądolodu ze średnich szerokości geograficznych do Arktyki lub osłabienie ocieplenia prowadzące do narastania lądolodu z Arktyki na średnich szerokościach).

Rys.1. Wymuszenia radiacyjne. Źródło: IPCC 2021.

Powyżej na rys.1. w najnowszym 6 raporcie oceny (2021-2023) opisane zostały fizyczne czynniki zmian klimatu pod względem ich wkładu w temperaturę w stopniach Celsjusza (podziałka od -1 do 1,5 °C).

Wśród gazów cieplarnianych znalazły się: dwutlenek węgla, metan, podtlenek azotu, gazy halogenowe, tlenki azotu, inne gazy. A wśród aerozoli: dwutlenek siarki, organiczny węgiel, amoniak, czarny węgiel (sadza). Ponadto nawadnianie i albedo oraz smugi kondensacyjne w lotnictwie.

Rys.2. Wymuszanie radiacyjne, w stosunku do 1750 roku, praktycznie wszystkich długotrwałych gazów cieplarnianych. Źródło: GML NOAA 2022.

Na rys.2 ukazany jest na prawej osi roczny wskaźnik gazów cieplarnianych NOAA (AGGI – Annual Greenhouse Gas Index), który jest indeksowany od 1 dla roku 1990. Główne gazy cieplarniane, pod względem emisji, to oczywiście dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4) i podtlenek azotu (N2O). Ponadto duży udział w emisji mają gazy przemysłowe. Tzw. f-fazy (CFC, w tym: CCl4 , CH3 , CCl3 i halony, HCFC, HFC, w tym: SF6. Na lewej osi przedstwiony jest parametr wymuszania radiacyjnego w watach na metr kwadratowy (W/m2).

Obecnie trwa wymuszanie radiacyjne z powodu antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych. Od co najmniej 170 lat ma ono wpływ zaburzający na bilans energetyczny naszej planety. I jest ono wzmacniane, zarówno dodatnimi, jak i ujemnymi sprzężeniami zwrotnymi.

Od co najmniej połowy XIX wieku mamy wymuszania radiacyjne pochodzenia antropogenicznego z naszej cywilizacji przemysłowej, do których przede wszystkim zaliczamy emisje gazów cieplarnianych powodujące dodatnie wymuszania oraz emisje aerozoli powodujące ujemne (związki siarki) i dodatnie (sadza) wymuszania, ale bilans ostateczny jest dla nich ujemny.

W pewnym sensie ujemne wymuszanie występuje również podczas zmian użytkowania terenu w postaci np. wylesień, ale zanik szaty roślinnej sprawia, że w atmosferze kumuluje się znacznie więcej dwutlenku węgla (30% od 1750 roku), a więc, wówczas mamy do czynienia z dodatnim wymuszaniem. Obecnie pod względem wymuszania radiacyjnego, gaz ten stanowi ponad połowę tego co pozostałe gazy jak metan, podtlenek azotu czy nawet ozon troposferyczny.

Hailing Jia z Centrum Innowacji Współpracy ds. Prognoz i Oceny Katastrof Meteorologicznych oraz Chińskiej Administracji Meteorologicznej, wraz ze swoim zespołem naukowym, zaprezentował dane satelitarne szacunków wymuszania radiacyjnego przez interakcje aerozol-chmura (RFaci), które pokazały mniejsze wartości niż dane z globalnych modeli, co jest teraz kłopotliwe w dokładnych prognozach przyszłych zmian klimatu. 1

W tych pierwszych badaniach wzięto pod uwagę chmury oraz aerozole. Ponadto zwiększające się tworzenie się jąder kondensacji chmur przyczynia się do większego rozpraszania promieni słonecznych i odbijania ich z powrotem w przestrzeń kosmiczną.

W wykrywaniu błędów systematycznych próbkowań pobierane są dane z chmur za pomocą projektu Chmury i System Energii promieniowania Ziemi (CERES – Clouds and the Earth’s Radiant Energy System) oraz jest pobierany aerozol za pomocą spektroradiometru obrazowania (MODIS – Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) i następnie tak samo są przeprowadzane badania za pomocą długoterminowej wersji 2 Retrospektywnej Analizy Ery Nowoczesnej dla Badań i Zastosowań (MERRA-2 – Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications).

Scenariusze strefy pokrycia w interakcji aerozol-chmura

Rejestrowanie danych aerozolowych dla MODIS o zgrubnej rozdzielczości 1° × 1° oraz dla reanalizy MERRA-2 o zgrubnej rozdzielczości 0,5° × 0,625° mają przełożenie na obserwacje chmur w skali pikseli o wyższej rozdzielczości, generując dane interakcji aerozol-chmura o rozdzielczości 20 × 20 km2.

Rys.3. Schematyczny diagram czterech podstawowych scenariuszy w badaniu strefy pokrycia w interakcji aerozol-chmura (Hailing Jia i inni, 2021).

Na powyższym rysunku dane te zostały pokazane jako kolumny (prostopadłościany) dla różnych scenariuszy (zaznaczonych jasnoniebieskim tłem). Przedstawiono na nim kombinacje chmur i związane z nimi pobieranie aerozolu. Na lewym panelu pokazana jest strefa pokrycia w interakcji aerozol-chmura, czyli głębokość optyczna aerozolu (AOD – Aerosol Optic Depth), za pomocą spektroradiometru MODIS (zielony kolor). Na środkowym i prawym panelu strefa pokrycia w interakcji aerozol-chmura, czyli tak samo głębokość optyczna aerozolu. została przedstawiona za pomocą reanalizy MERRA-2 (żółty kolor).

Scenariusz Aero_Cld_Modis na lewym panelu reprezentuje kombinację chmur, które nie pokrywają w pełni obszaru 1° × 1° i sąsiedniego pobierania aerozolu za pomocą spektroradiometru MODIS.

Scenariusz Aero_Cld zawiera te same próbki chmur co Aero_Cld_Modis, ale wykorzystuje badania przy próbkowaniu za pomocą reanalizy MERRA-2 AOD.

Scenariusz Cld obejmuje chmury w pełni pokrywające obszar 1° × 1°, na którym brakuje reanalizy AOD, więc trzeba ten obszar ją wypełnić.

Scenariusz All_Cld wykorzystuje połączone zestawy danych w Aero_Cld i Cld, w tym wszystkie dostępne chmury otoczenia.

Podczas badań w 2021 roku, wymuszanie radiacyjne, w interakcji aerozol- chmura (RFaci – Radiative Forcing aerosol cloud interaction), wyniosło od -0,38 do -0,59 W m-2. Czyli średnio globalnie jego wzrost wyniósł 55% (nad samymi lądami 133%, a nad samymi oceanami 33%). Natomiast po włączeniu się głębokości optycznej aerozolu (AOD – aerosol optic depth) RFaci wyniósł -1,09 W m-2.

Parametr jąder kondensacji chmur

Efektywniejszym od AOD badaniem pośrednim (proxy) jest wykorzystanie parametru jąder kondensacji chmur (CCN – cloud condensation nuclei).

Aerozol może zmieniać właściwości chmur i opadów atmosferycznych, wpływając w ten sposób na bilans promieniowania Ziemi, a tym samym na zmianę klimatu. Wzrost stężenia CCN powoduje zwiększenie kropel chmur, które efektywniej rozpraszają promieniowanie słoneczne, które odbite od chmur trafia z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Jest to ujemne wymuszenie radiacyjne, dzięki czemu w danym regionie zachmurzonym klimat się ochładza.

Jest to zjawisko znane jako efekt albedo chmury lub efekt Twomeya.

Satelitarny pobór aerozolu kolumnowego opartego na RFaci mieści się w mniejszym zakresie, od -0,2 do -0,7 W m-2, aniżeli w symulacjach modelowych, od -0,3 do -1,8 W m-2.

Dzięki badaniom satelitarnym zamieszczonym w IPCC, RFaci spadło z -0,7 do -0,45 W m-2.

Ryan Kramer z Narodowej Agencji Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej im. Goddarda z Centrum Lotów Kosmicznych (NASA GSFC –  National Aeronautics and Space Agency Goddard Space Flight Center) na Wydziale Nauk o Ziemi w Greenbelt oraz współautor Brian Soden z Uniwersytetu w Miami są autorami nowatorskiej metody badawczej w obliczaniu nierównowagi energetycznej Ziemi (EEI – Earth’s Energy Imbalance). 3

Rys.4. Satelitarne pomiary (w watach na metr kwadratowy w ciągu roku) chwilowych wymuszań radiacyjnych (IRF – Instantaneocous Radiative Forcing) krótkofalowego promieniowania (SW – Shortwave) oraz przyrostu w ciągu roku (Δ) aerozolu oraz głębokości optycznej aerozolu (AOD – Aerosol Optic Depth) w latach 2003-2018 (satelitarne dane: CERES/AIRS, MERRA-2 i MODIS. a) SW IRF CERES/AIRS b) SW IRF MERRA-2 c) SW IRF MERRA-2 Aerosol d) MODIS AOD e) MERRA-2 AOD (Ryan Kramer i inni, 2021).

W 2021 roku naukowcy zastosowali po raz pierwszy metodę satelitarną (instrument satelitarny CERES), a nie jak dotychczas metodę za pomocą symulacji komputerowych modeli. Badania zostały zarejestrowane w okresie 2003-2018, a więc, w okresie gdy zaczęto zmniejszać emisje aerozoli w atmosferze, a jak wiadomo, ich usunięcie podwyższa temperaturę globalną Ziemi. Chociaż z drugiej strony został zaobserwowany dalszy wzrost emisji gazów cieplarnianych. Dlatego też obliczanie wymuszań radiacyjnych ochładzających atmosferę aerozoli, jak i gazów cieplarnianych ją ogrzewających, za pomocą modeli komputerowych nie było do końca doskonałe. Obecne instrumentalne pomiary techniką tzw. kerneli, czyli jąder radiacyjnych, pokazują dokładniejsze wyniki.

Autorzy pracy piszą:

Zmiany w składzie atmosfery, takie jak wzrost ilości gazów cieplarnianych, powodują początkową nierównowagę radiacyjną systemu klimatycznego, określaną ilościowo jako chwilowe wymuszanie radiacyjne. Ta fundamentalna metryka nie była bezpośrednio obserwowana globalnie, a wcześniejsze szacunki pochodziły z modeli. Częściowo dzieje się tak dlatego, że obecne instrumenty kosmiczne nie są w stanie odróżnić chwilowego wymuszania radiacyjnego od reakcji radiacyjnej klimatu. Stosujemy tzw. kernele radiacyjne do obserwacji satelitarnych, aby rozwiązać te składniki i stwierdzić, że chwilowe wymuszanie radiacyjne na całym niebie wzrosło o 0,53 ± 0,11 W/m2 od 2003 do 2018 roku, biorąc pod uwagę dodatnie trendy w całkowitej planetarnej nierównowadze radiacyjnej.

W dziedzinie klimatologii mamy jeszcze wymuszania astronomiczne, mianowicie, słoneczne, które działa w okresie od kilku dekad do dwóch, trzech stuleci, np. jak to było podczas średniowiecznego optimum klimatycznego czy w pierwszej połowie XX wieku oraz orbitalne, które działa w skali długofalowej powyżej kilku tysięcy lat, np. tak jak to było podczas nadejścia cykli glacjalnych lub interglacjalnych.

Wymuszanie astronomiczne słoneczne w porównaniu z obecnie zachodzącym antropogenicznym wymuszaniem radiacyjnym jest nieznaczne. W całym holocenie nie odgrywało ono poważnej roli by mieć wpływ na zaburzenie klimatu. Generalnie wywoływało ono regionalne ocieplenia jak np. we wspomnianym średniowieczu w rejonie wokół Grenlandii w latach 950-1250. Wtedy były tam obszary lokalne nawet cieplejsze niż wynosiła średnia globalna temperatura Ziemi na przełomie XX i XXI wieku.

Marcin Popkiewicz, współredaktor serwisu „Nauka o klimacie”, w swoim artykule „Aktywność słoneczna w ostatnich 9000 latach” pisze: 4

Ziemia pochłania około 70% padającego promieniowania słonecznego. Ponieważ interesuje nas średni strumień promieniowania przypadający na jednostkę powierzchni globu, musimy wziąć pod uwagę, że powierzchnia ta jest czterokrotnie większa od powierzchni przekroju planety (4πR2 powierzchni Ziemi vs πR 2 przekroju). Zmiana mocy promieniowania słonecznego o 1 W/m2 powoduje więc zmiany energii absorbowanej przez powierzchnię Ziemi równe ¼ · 0,7 = 0,17 W/m2. W przypadku różnicy strumienia promieniowania słonecznego pomiędzy Minimum Maundera a maksimum w XX wieku równej 1,2 W/m2 oznaczałoby to zmiany wymuszania radiacyjnego na poziomie około 0,2 W/m2; dla porównania obecny wpływ gazów cieplarnianych przekracza już 3 W/m2.

Oto liczbowo podane dane najważniejszych wymuszań radiacyjnych zamieszczonych w książce „Nauka o klimacie” (rozdział 4.4. Zmiana bilansu radiacyjnego Ziemi, str. 58):

Dwutlenek węgla – 2,00 W/m2 [roczne wymuszenie – 0,04 W/m2

Pozostałe gazy cieplarniane bez ozonu – 1,00 W/m2

Chłodzące aerozole bez sadzy –  -0,80 W/m2

Cieplarniany aerozol sadza – 0,65 W/m2

Zmiany albedo w związku ze zmianami użytkowania terenu –  -0,15 W/m2

Ozon troposferyczny – 0,40 W/m2

Ozon stratosferyczny – 0,10 W/m2

Nasłonecznienie – 0,10 W/m2

Zmiany w chmurach dzięki aerozolom – 0,55 W/m2

Referencje:

  1. Jia Hailing et al., 2021 ; Significant underestimation of radiative forcing by aerosol-cloud interactions derived from satelllite-based methods ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-021-23888-1
  2. Kramer R. J. et al., 2021 ; Observational Evidence of Increasing Global Radiative Forcing ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020GL091585
  3. Popkiewicz M., 2020 ; Aktywność słoneczna w ostatnich 9000 latach ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/aktywnosc-sloneczna-w-ostatnich-9000-lat-399/