Badania zmian klimatu

Naukowcy wykonują szereg badań w podsystemach Ziemi (atmosferze, hydrosferze, litosferze, kriosferze, biosferze). Obserwują, mierzą, obliczają, zapisują i monitorują zbadane zjawiska i procesy w dynamice zmian klimatu.
Od co najmniej 70 lat są przeprowadzane pomiary temperatury przy powierzchni Ziemi dzięki globalnej sieci stacji meteorologicznych. Pomiary radiosondowe, radarowe, satelitarne i balonowe temperatury i koncentracji gazów cieplarnianych w górnej i dolnej atmosferze. Pomiary grawimetryczne i altymetryczne masy lądolodów Grenlandii i Antarktydy, poziomu morza, poziomu pokrywy śniegowej również nie tylko za pomocą satelitów, ale i też za pomocą samolotów i balonów. Pomiary energii cieplnej, temperatury powierzchni oceanu i na jego różnych głębokościach za pomocą satelitów, boi, pływaków, dronów oceanograficznych.
Klimatolodzy wiedzą coraz więcej na temat dynamiki systemu klimatycznego. W szczególności najlepiej prezentują się symulacje klasycznych modeli bilansu energetycznego. Zwłaszcza modeli radiacyjno-konwekcyjnych (Earth Balance Model – EBM) oraz nieco nowszych modeli ogólnej cyrkulacji (Global Circulation Model – GCM), a także ulepszonych atmosferyczno-oceanicznych modeli ogólnej cyrkulacji (Atmospheric and Oceanic Global Circulation Model – AOGCM).
——
Rys.1. GEOS-5 Atmosphere-Ocean General Circulation Model (AOGCM) został opracowany w celu symulacji zmienności klimatu w szerokim zakresie skal czasowych, od synoptycznych skal czasowych po wielowiekowe zmiany klimatu, i został przetestowany w połączonych symulacjach i trybie asymilacji danych . Jego głównymi składnikami są model atmosfery GEOS-5, model powierzchni zlewni lądowej oraz MOM4, model oceanu opracowany przez Laboratorium Geofizycznej Dynamiki Płynów. Ocean i atmosfera wymieniają strumienie pędu, ciepła i świeżej wody przez interfejs „warstwy skóry”, który obejmuje parametryzację cyklu dobowego i model lodu morskiego, LANL CICE. Wszystkie komponenty są połączone ze sobą za pomocą Earth System Modeling Framework (ESMF). Celem posiadania wieloskalowego systemu modelowania z ujednoliconą fizyką jest możliwość płynnego i wydajnego propagowania ulepszeń wprowadzonych w procesie fizycznym w jednym komponencie do innych komponentów. GEOS-5 AOGCM został skonfigurowany do udziału w 5 fazie projektu Coupled Model Intercomparison Project (CMIP-5), który zapewnia standardowy protokół oceny sprzężonych GCM. Aby ocenić zdolność modelu do symulowania klimatu Ziemi, poddano go walidacji na podstawie danych obserwacyjnych i produktów ponownej analizy.
—–
Za pomocą modeli, np. CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project phase 5) (były V Raport Oceny IPCC 2013-14) i CMIP6 (trwający obecnie VI Raport Oceny IPCC 2021-22) oraz PMIP (Paleoclimate Modelling Intercomparison Project), naukowcy prowadzą coraz precyzyjniejsze symulacje komputerowe klimatu przyszłego i przeszłego, czyli jak przebiegać będą zmiany klimatu w najbliższej przyszłości, także rozumiejąc przebieg tychże zmian w niedawnej czy dawniejszej przeszłości geologicznej.
Od około 1977 roku naukowcy zwrócili uwagę na potencjalnie szybko rosnącą ilość energii cieplnej w oceanach, a od 1979 roku zaczęto po raz pierwszy dokonywać pomiarów satelitarnych, zwłaszcza lodu w Arktyce, na Grenlandii i na Antarktydzie. Pomiarów tych dziś dokonują satelity GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) i GRACE Follow-On.
Od końca XX wieku naukowcy również zwrócili dużą uwagę, że oceany nie tylko ocieplają się, ale i ulegają coraz silniejszemu zakwaszaniu i odtlenianiu. W szczególności zaczęło się to w 1998 roku podczas bardzo silnego El Niño (oscylacji południowopacyficznej ENSO (El Niño Southern Oscillation)), gdy naukowcy zaobserwowali spektakularne blaknięcia koralowców na całym świecie, a zwłaszcza na Wielkiej Rafie Koralowej u wybrzeży północno-wschodniej Australii, co też miało przełożenie na przeżywalność gatunków żyjących w tych wrażliwych ekosystemach. Następny taki kataklizm miał miejsce podczas równie bardzo silnego i zarazem bardzo długiego El Niño w latach 2015-16. To wtedy też w 2016 roku padł rekord średniej temperatury powierzchni Ziemi, który w większości stacji meteorologicznych jest nadal rekordowy.
—–
Rys.1. Podobnie jak GRACE, bliźniacze satelity GRACE-FO będą podążać za sobą na orbicie wokół Ziemi, oddalonej o około 137 mil (220 km). Widziany w renderowaniu artysty. Grafika: NASA
——
Dzięki pomiarom altymetrycznym, prowadzonym od 1992 roku przez następujące satelity NASA: TOPEX / Poseidon (1992-2006), Jason-1 (2001-2013), Ocean Surface Topography Mission (OSTM) / Jason-2 (2008-2019 ) i Jason-3 (2016 do chwili obecnej), na wzrost poziomu morza, obecnie największy wpływ ma rozszerzalność termiczna. W dalszej kolejności są odpowiedzialne lodowce górskie oraz spływy lądowe, np. z rzek i dopiero potem wkład swój mają pokrywy lodowe Grenlandii i Antarktydy. Te ostatnie nie zostały dokładnie uwzględnione w V Raporcie Oceny IPCC (2013-14). Np. nie zostały wzięte pod uwagę takie procesy dynamiki utraty masy lodowej jak, niestabilność morskiej pokrywy lodowej (MISI – Marine Ice Sheet Instability) oraz niestabilność morskich klifów lodowych (MICI – Marine Ice Cliffs Instability), które prawdopodobnie będą miały poważny wkład w podnoszenie się poziomu morza podczas dalszego ocieplania się klimatu. Oczywiście w VI Raporcie Oceny IPCC (2021-22) będzie położony na to szczególny nacisk.
——
Rys.2. Poziom morza wzrósł o ponad 9 cm od 1993 r. I przy tym tempie do końca stulecia nastąpiłby wzrost poziomu morza o ponad 30 cm (źródło: NASA Global Climate Change).
——
Od 1999 roku ruszył w oceanach projekt badawczy Argo, w którym automatyczne boje były początkowo zanurzane na głębokość do 700 metrów. Teraz są zanurzane do 2000 metrów. A wkrótce mają być przystosowane do zanurzeń do 6000 metrów. Sondy te przeprowadzają regularnie pomiary temperatury, zasolenia i przepływu prądów w oceanach, na ich powierzchni oraz na ich różnych głębokościach. Dzięki temu dowiadujemy się coraz więcej o najgłębszych i najbardziej pojemnych zbiornikach cieplnych w systemie klimatycznym Ziemi.
——
Rys.3. Typowy cykl pływania obejmuje zejścia na 1000, a następnie 2000 metrów przed wypłynięciem na powierzchnię. Obraz zaadaptowany z programu obserwacji klimatu oceanicznego NOAA .
——
Od początku XXI wieku są też coraz lepiej usprawniane badania paleoklimatyczne. W szczególności badanie rdzeni lodowych, rdzeni oceanicznych, koralowców, słojów drzew, stalaktytów.
Coraz lepiej poznajemy takie aspekty w fizyce klimatu jak czułość klimatu, wymuszenia radiacyjne, sprzężenia zwrotne (dodatnie i ujemne), cykl węglowy i hydrologiczny, gazy cieplarniane i aerozole jako główne czynniki wymuszeń radiacyjnych, aspekty atrybucji klimatu, czyli umiejętne rozróżnianie wpływu czynników naturalnych od antropogenicznych, a także poznajemy w końcu coraz lepiej wprowadzone w życie w V Raporcie Oceny IPCC scenariusze emisji antropogenicznych.
Poznajemy też coraz lepiej emisje ze źródeł naturalnych jak choćby klasyczna wieloletnia zmarzlina, ale i też torfowiska i lasy tropikalne. Dzięki rozpoczętym wynikom badań już na przełomie XIX i XX w., dowiadujemy się więcej na temat czułości klimatu, a z I połowy XIX w. na temat efektu cieplarnianego, który jest oczywiście czymś naturalnym, a nie spowodowanym przez człowieka. Natomiast globalne ocieplenie to jest właśnie nadwyżka ciepła, umownie obliczana od około 1850 roku, z powodu bardzo znaczącego spalania paliw kopalnych (choć jeszcze dominowały emisje ze zmian użytkowania terenu, przede wszystkim z deforestacji), które wpłynęły po raz pierwszy na zauważalny skład atmosfery, w której zaczęło przede wszystkim wzrastać stężenie dwutlenku węgla z poziomu 278 ppm (parts per milion – cząsteczek CO2 na milion cząsteczek powietrza atmosferycznego) aż do dziś do poziomu 412,5 ppm. Co również wpłynęło na fluktuacyjny wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi o ok. 1,02 stopnia Celsjusza do 2016 roku oraz do 2019 roku względem okresu referencyjnego 1951-1980, według danych NASA GISS. Przy czym minimalnie 2016 był cieplejszy niż 2020 rok. Z kolei dane z Berkeley Earth według okresu referencyjnego 1851-1900 wyniosły dla 2016 roku 1,29 stopnia Celsjusza, a dla 2020 roku – 1,27 stopnia Celsjusza.
Pomiary koncentracji CO2 w atmosferze są, zarówno pośrednie (proxies), tu głównie za pomocą rdzeni lodowych, obliczanych na razie od około 800 tysięcy lat do dziś czy też w setkach milionów lat dzięki np. wydobywaniu rdzeni z osadów oceanicznych, jak i od 1958 roku również do dziś wykonywane są pomiary instrumentalne za pomocą spektroskopii masowej.
Z kolei instrumentalne pomiary średniej temperatury powierzchni Ziemi (2 m n.p.m.) są wykonywane, od 1880 r. do dziś i są przeprowadzane na wielu stacjach meteorologicznych w różnych regionach naszej planety. Z kolei co najmniej od lat 70 za pomocą pomiarów pośrednich, czyli proxies, poznajemy dokładniej temperatury dzięki wspomnianym rdzeniom lodowym z późnego plejstocenu od 800 tysięcy lat do dziś, jak i też dzięki rdzeniom z osadów oceanicznych, których wiek możemy obliczyć nawet w setkach milionów lat.
Podsumowując temat, trzeba też podkreślić jeszcze jedno. Aby zrozumieć dogłębnie zachodzące zmiany w systemie klimatycznym Ziemi, powinniśmy poznać nie tylko podstawy fizyki klimatu o efekcie cieplarnianym, bilansie energetycznym Ziemi, globalnych cyrkulacjach atmosferyczno-oceanicznych, obiegu węgla i wody, wymuszeniach radiacyjnych, sprzężeniach zwrotnych, czułości klimatu itp., ale i również powinniśmy głębiej zrozumieć wyniki prac atrybucji zmiany klimatu w kontekście oddziaływania ekstremalnych zjawisk pogodowych jak susze, upały, pożary, nawalne opady deszczu i śniegu, powodzie czy huragany.
——-

Zaburzony efekt cieplarniany

Pierwszym uczonym, który użył terminu efekt cieplarniany był Francuz Joseph Fourier, który już w swoich pracach w 1824 roku “Remarques Générales Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires” [„Ogólne uwagi na temat temperatur globu i przestrzeni planetarnych”] (“Annales de chimie et de physique tome XXVII” – str. 136) i w 1827 roku  “Mémoire Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires” [„Rozprawa o temperaturach globu ziemskiego i przestrzeni planetarnych”] wyjaśnił jego działanie na naszej planecie. Odkrył, że obok konwekcji powietrza atmosferycznego i przewodnictwa cieplnego pary wodnej, ważne znaczenie ma trzeci czynnik napędzający efekt cieplarniany, którym okazało się wypromieniowywane ciepło w zakresie fal w podczerwieni zwane też ciepłem termicznym Ziemi.

Ciepło jest dostarczane od naszej gwiazdy słońca ku powierzchni chmur i powierzchni Ziemi w postaci promieniowania elektromagnetycznego, w tym krótkofalowego niewidzialnego, którego większość jest absorbowana lub odbijana (albedo) przez chmury z powrotem w kosmos oraz krótkofalowego widzialnego, którego część jest pochłaniana przez powierzchnię oceanów i lądów planety, a część jest odbijana w przestrzeń kosmiczną. Część promieniowania krótkofalowego opuszcza naszą planetę, a część jego zostaje w systemie klimatycznym Ziemi ogrzewając jej atmosferę, jej powierzchnię oraz oceany.

Planetarne albedo najczęściej zachodzi w chmurach niskich posiadających mniejsze kropelki wody łatwiej odbijające te promieniowanie słoneczne z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Z kolei najrzadziej występują w chmurach wysokich, których z kolei kryształki lodowe skutecznie absorbują energię cieplną w zakresie fal w podczerwieni.

Jeśli chodzi o długofalowe promieniowanie niewidzialne, czyli podczerwone, to duża jego część jest zatrzymywana w systemie klimatycznym Ziemi, a mniejsza część opuszcza naszą planetę z jej powierzchni, a większa część opuszcza ją z wierzchołków chmur.

Energia cieplna w zakresie fal w podczerwieni pochłonięta w warstwach chmur i w molekułach gazów cieplarnianych reemituje we wszystkich kierunkach, w tym ku powierzchni Ziemi. I co najmniej od połowy XIX wieku jej zawartość rośnie dzięki zwiększaniu się koncentracji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych. Zostaje w ten sposób zaburzona równowaga radiacyjna, o której pisali w latach 70 tacy naukowcy jak Michaił Budyko czy Syukuro Manabe i Richard Wetherald.

Pierwszy z nich w 1957 roku opracował pierwszy atlas bilansu radiacyjnego „Тепловой баланс земной поверхности” [„Bilans cieplny powierzchni Ziemi”]. A drudzy w 1967 roku, w pracy „Thermal Equilibrium of the Atmosphere with a Given Distribution of Relative Humidity” [„Równowaga termiczna atmosfery przy zadanym rozkładzie wilgotności względnej”] opisali w globalnym modelu numerycznym strukturę termiczną atmosfery wyjaśniającą rolę procesów radiacyjnych i konwekcyjnych w ogólnym bilansie energetycznym naszej planety. Opisali między innymi rozkład temperatury w atmosferze z wysokością w różnych warunkach i na różnych szerokościach geograficznych.

Warto też wiedzieć, że ciepło jest przenoszone w górę także przez ciepło utajone (parowanie) oraz ciepło jawne (konwekcję), dzięki czemu temperatura na Ziemi wraz z wysokością spada powoli w atmosferze, aż do tropopauzy, tuż pod stratosferą, w której jest warstwa ozonowa stymulująca z kolei wzrost temperatury, dzięki czemu ciepło przenosi się już nie w górę, ale na boki wysoko nad planetą.

Rys.1. Po lewej – Regularne poziomy dwutlenku węgla (CO2), metanu (CH4) i podtlenku azotu (N2O) są tworzone przez normalne procesy życiowe, zatrzymując część ciepła słonecznego i zapobiegając zamarzaniu planety. Po prawej – Niesamowita emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych zatrzymuje nadmiar ciepła i powoduje wzrost średniej temperatury naszej planety. Rozwiązaniem jest ograniczenie działalności człowieka, która emituje gazy zatrzymujące ciepło. Will Elder, NPS

——

Pomiary satelitarne atmosfery Ziemi są prowadzone od 1970 roku. Z biegiem lat naukowcy pod kierownictwem Johna Harriesa zauważyli, że w badanym okresie czasu 1970-1996, że więcej energii termicznej kumuluje się w troposferze, a mniej w stratosferze.  Przedstawili wyniki swoich badań w 2001 roku w pracy „Increases in greenhouse forcing inferred from the outgoing longwave radiation spectra of the Earth in 1970 and 1997” [„Wzrost wymuszania cieplarnianego wywnioskowany z wychodzących widm promieniowania długofalowego Ziemi w latach 1970 i 1997”].

Pomiary zostały ponownie powtórzone przez Johna Harriesa wraz z Jennifer Griggs w 2004 roku i opublikowane w pracy „Comparison of spectrally resolved outgoing longwave data between 1970 and present” [„Porównanie rozdzielonych widmowo danych wychodzących długofalowych między rokiem 1970 a obecnie”]. Autorzy pracy posłużyli się pomiarami porównawczymi satelitarnymi na tle nieba bezchmurnego. Porównali widmo promieniowania podczerwonego zmierzone w 1971 roku przez amerykańskiego satelitę Nimbus-1 z widmem radiacyjnym w zakresie fal w podczerwieni zmierzonego w 1996 roku przez japońskiego satelitę ADEOS.

Oto co Harries i Griggs na wstępie swojej pracy piszą:

Dane są kalibrowane w celu usunięcia skutków różnych rozdzielczości i pól widzenia, aby można było dokonać bezpośredniego porównania. Dokonuje się porównań średniego widma promieniowania długofalowego bezchmurnego nieba wychodzącego nad oceanami w kwietniu, maju i czerwcu. Widma różnicowe są porównywane z symulacjami tworzonymi przy użyciu znanych zmian w gazach cieplarnianych, takich jak CH4 , CO2 i O3 w tym okresie czasu. Stanowi to bezpośredni dowód na znaczące zmiany w gazach cieplarnianych w ciągu ostatnich 34 lat, co jest zgodne z obawami dotyczącymi zmian radiacyjnego wymuszania klimatu.

Rys.2. Zmiana w spektrum od 1970 do 1996 roku spowodowana gazami śladowymi. Na osi pionowej temperatura jasnościowa (John Harries i inni 2001).

—–

Z kolei Rolf Philipona w swojej pracy zespołowej z 2004 roku  „Radiative forcing ‐ measured at Earth’s surface ‐ corroborate the increasing greenhouse effect” [„Wymuszenie radiacyjne – mierzone na powierzchni Ziemi – potwierdza narastający efekt cieplarniany”] , zauważył, że skoro satelity mierzą, że coraz mniej energii cieplnej ucieka z troposfery do stratosfery, to obserwowany jest jej większy przyrost tuż przy powierzchni Ziemi. To znaczy fale w podczerwieni emitowane z powierzchni Ziemi są absorbowane przez rosnące stężenie gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla, a następnie wyemitowywane we wszystkich kierunkach, ale w niższych warstwach troposfery w największym zakresie ku powierzchni naszej planety. Jest to tak zwane promieniowanie zwrotne atmosfery.

Póżniejsza praca z 2013 r. „Human and natural influences on the changing thermal structure of the atmosphere” [„Ludzkie i naturalne wpływy na zmieniającą się strukturę termiczną atmosfery”] napisana przez Benjamina Santera i jego współpracowników jeszcze wyraźniej wskazuje, że ciągłe emisje gazów cieplarnianych i rosnące koncentracje gazów cieplarnianych przyczyniają się właśnie do tego, że coraz więcej ciepła gromadzi się przy powierzchni Ziemi. W szczególności tam gdzie jest wysoka koncentracja pary wodnej.

Według pracy zespołowej Lisy Alexander z 2006 r. zatytułowanej „Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation” [„Globalne obserwowane zmiany dziennych ekstremalnych temperatur i opadów atmosferycznych”] , stwierdzono, że rośnie liczba nocy znacznie cieplejszych niż dni w roku oraz obserwowany jest większy spadek zimnych nocy niż zimnych dni, dlatego, że promieniowanie podczerwone w przeciwieństwie do słonecznego, działa nie tylko w dzień, ale i w nocy.

Najprawdopodobniej obserwuje się też nieco szybszy wzrost temperatury w porze zimowej niż w porze letniej.

https://books.google.fr/books?id=1Jg5AAAAcAAJ&hl=fr&pg=PA136#v=onepage&q&f=false

https://www.academie-sciences.fr/pdf/dossiers/Fourier/Fourier_pdf/Mem1827_p569_604.pdf

http://elib.rshu.ru/files_books/pdf/img-224141026.pdf

https://journals.ametsoc.org/view/journals/atsc/24/3/1520-0469_1967_024_0241_teotaw_2_0_co_2.xml

https://www.nature.com/articles/35066553

https://journals.ametsoc.org/view/journals/clim/20/15/jcli4204.1.xml

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2003GL018765

https://www.pnas.org/content/110/43/17235

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2005JD006290

——————-

https://www.nps.gov/goga/learn/nature/climate-change-causes.htm

https://naukaoklimacie.pl/fakty-i-mity/mit-nie-ma-empirycznych-dowodow-na-antropogenicznosc-globalnego-ocieplenia-41?t=2

Wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze

Na temat globalnego ocieplenia wywołanego przez człowieka jest szereg dowodów ustalonych już w latach 50 XX wieku. Są to tak zwane klimatyczne odciski palców.

W 1957 roku amerykański oceanolog Roger Revelle wraz z austriackim fizykiem jądrowym Hansem Suessem zbadali po raz pierwszy izotopy dwutlenku węgla w atmosferze i w oceanach. Zaobserwowali, że nastąpił znacznie większy stosunek izotopu węgla 12C do izotopu węgla 13C, a 14C nie odgrywał zasadniczej roli. Wyciągnęli prosty wniosek, że skoro rośliny bardziej preferują 12C niż 13C, to skoro odkryto rosnący stosunek tego pierwszego do drugiego, to oznaczało, że pochodzą one z roślin kopalnych, czyli ze spalania węgla kamiennego i brunatnego. Opisali to w swojej słynnej pracy naukowej „Carbon Dioxide Exchange Between Atmosphere and Ocean and the Question of an Increase of Atmospheric CO2 During the Past Decades” [„Wymiana dwutlenku węgla między atmosferą a oceanem oraz kwestia wzrostu atmosferycznego CO2 w ostatnich dziesięcioleciach”]. Continue reading “Wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze”

Losy zmarzliny w tundrze

Na łamach czasopisma Nature 30 kwietnia 2019 roku kierownik katedry badań kanadyjskich na Wydziale Biologii Integracyjnej Uniwersytetu Guelph w Kanadzie, Meritt R. Turetsky wraz ze swoimi współpracownikami w artykule „Permafrost collapse is accelerating carbon release” [„ Zapadanie się wiecznej zmarzliny przyspiesza uwalnianie węgla”] dokonali głębszej analizy dotyczącej rozmrażającej się zmarzliny lądowej ostrzegając świat przed grożącym nam podwojeniem ocieplenia klimatu przez coraz szybciej uwalniające się z niej gazy cieplarniane.

Continue reading “Losy zmarzliny w tundrze”

Arktyka – kluczowy sygnał alarmowy

Jest już chyba raczej pewne, że 1,5 stopnia Celsjusza (pierwszy próg krytyczny ustalony pomiędzy 197 państwami na Porozumieniu Paryskim w grudniu 2015 r.) przekroczymy na pewno już najprawdopodobniej w tej dekadzie 2021-2030. Jest to punkt odniesienia 1850-1900 gdy zaczęła rosnąć koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze, a potem metanu, podtlenku azotu i w końcu freonów i innych gazów przemysłowych.
Jednak my musimy znaleźć się w widełkach 1,8-2,2 st.C, najlepiej przy pełnej neutralności klimatycznej w widełkach 1,8-2,0 st.C. Nie wiemy naprawdę jak zareaguje mocno system klimatyczny Ziemi. Kluczowym wskaźnikiem budzącym niepokój może być tąpnięcie w Arktyce, gdy wreszcie załamie się względna stabilność pokrywy zasięgu lodu morskiego w Arktyce, która istnieje od 9 lat. Jednak, nawet jeśli znowu będzie to drugi albo trzeci czy czwarty czy piąty rekordowy zasięg lodu tego roku, to zmniejsza się jego grubość i objętość.
Globalna temperatura przy powierzchni Ziemi w zakresie 1,2-1,3 st.C oddziałuje też silnie na ogrzewanie oceanów. Jednak, być może, to będzie ten rok, że 2012 r. z najmniejszym zasięgiem lodu mierzonym satelitarnie od 1979 r., będzie w końcu zdetronizowany. Jednak przez ostatnie lata mocno utrzymywały się w drugiej połowie lata silne, pochmurne układy niżowe powodujące znaczne spowolnienie topnienia lodu w ciągu całego sierpnia i pierwszej dekady czy nawet do około połowy drugiej dekady września, jak wynika z pracy “Why has no new record-minimum Arctic sea-ice extent occurred since September 2012?” [Dlaczego od września 2012 r. nie wystąpił żaden nowy rekordowy minimalny zasięg lodu morskiego w Arktyce?”] z listopada 2020 r. Jennifer Francis i Bingyi Wu.
——–
Rys.1. Roczny cykl zasięgu lodu morskiego Arktyki (obszar o koncentracji lodu >15%). Czerwona linia przerywana dotyczy 2012 roku, inne kolorowe linie dotyczą lat od 2013 do 2020 roku, ciemnoszara linia jest medianą dla lat 1981-2010 z ciemnym (jasnym) cieniowaniem wskazującym zakres międzykwartylowy (międzydecylowy). Stworzony na podstawie danych NSIDC: https://nsidc.org/arcticseaicenews/charctic-interactive-sea-ice-graph/, Fetterer i in. (2017).
——-
Na razie to nas ratuje, pomimo wariowania polarnego prądu strumieniowego, jak np. wiosną i latem 2018 r., gdy doszło na półkuli północnej do zablokowania fali Rossby’ego „uwięzienia” w atmosferycznym falowodzie. Ten mechanizm po raz pierwszy opisał Vładimir Petoukohov i in. w kwietniu 2013 r. w pracy “Quasiresonant amplification of planetary waves and recent Northern Hemisphere weather extremes” [“Quasi-rezonansowe wzmocnienie fal planetarnych i niedawne ekstrema pogodowe na półkuli północnej”], a potwierdził te wyniki badań Michael Mann i in. w październiku 2018 r. w pracy “Projected changes in persistent extreme summer weather events: The role of quasi-resonant amplification” [“Przewidywane zmiany w utrzymujących się ekstremalnych letnich zdarzeniach pogodowych: Rola wzmocnienia quasi-rezonansowego”] po letnio-wiosennym zdarzeniu ekstremalnych zjawisk pogodowych tego samego roku.
——-
Rys.2. Zablokowana fala Rossby’ego „uwięziona” w atmosferycznym falowodzie.
———
W każdym razie zmienności klimatyczne silnie wpływają na to czy na danej szerokości geograficznej mamy do czynienia z uciążliwymi i długotrwałymi falami upałów, w tym ekstremalnie niebezpiecznymi dla fauny i flory falami upałów morskich, suszami i pożarami czy też z drugiej strony z długotrwałymi falami nawalnych opadów deszczu, burz, nawałnic, powodzi, gradobić itp.
——–
Rys.3. Wyniki symulacji zachmurzenia w rejonie podzwrotnikowym przy różnych średnich koncentracjach dwutlenku węgla. Po lewej – 400 ppm (stan obecny, ze średnią temperaturą powierzchni morza w tym rejonie ok. 17°C), po prawej – 1600 ppm (możliwy stan przyszły, ze średnią temperaturą morza w tym rejonie ok. 35°C. Źródło: Schneider i in. 2019
———–
Należy sobie mocno też uzmysłowić, że jeszcze obecnie na większości obszarów Ziemi mamy do czynienia z większością opadów deszczu głównie nad oceanami i morzami i nad wybrzeżami morskimi kontynentów i wysp, aniżeli z okresami długotrwałych susz, które z kolei przeważają na lądach, głównie w głębi kontynentów i wysp. W jednej z prac Tapio Schneidera i in. z 2019 r. “Possible climate transitions from breakup of stratocumulus decks under greenhouse warming” [“Możliwe zmiany klimatyczne od rozpadu warstw stratocumulusów pod wpływem ocieplenia cieplarnianego”], modele klimatyczne przewidują, że w świecie ocieplonym powyżej 4-5 stopni Celsjusza względem okresu preindustrialnego 1850-1900 i powyżej koncentracji dwutlenku węgla 1200 ppm, morskie chmury stratocumulusy, które stanowią obecnie 20 % ilości na niskich tropikalnych szerokościach geograficznych, tam gdzie nad lądami są rozległe równikowe lasy deszczowe, zaczną gwałtownie zanikać doprowadzając do nagłego, szybkiego ocieplenia atmosfery w dość szybkim czasie nawet o 8 stopni Celsjusza na Ziemi, w tym o 10 stopni Celsjusza w strefie podzwrotnikowej na obu półkulach, a więc do wzmocnienia piku globalnego ocieplenia podobnego jak 55,5 mln lat temu podczas PETM (Paleoceńsko-Eoceńskiego Maksimum Termicznego) (Philip Gingerich – samodzielna praca ze stycznia 2019 r. “Temporal Scaling of Carbon Emission and Accumulation Rates: Modern Anthropogenic Emissions Compared to Estimates of PETM Onset Accumulation” [“Skalowanie czasowe wskaźników emisji i akumulacji węgla: współczesne emisje antropogeniczne w porównaniu z szacunkami akumulacji początkowej PETM”]) czy też czy też do wzmocnienia mniejszego piku 53,7 mln lat temu podczas ETM-2 (Eoceńskiego Maksimum Termicznego) (praca zbiorowa D.T. Harpera z grudnia 2019 r. “The Magnitude of Surface Ocean Acidification and Carbon Release During Eocene Thermal Maximum 2 (ETM-2) and the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM)” [“Wielkość zakwaszenia oceanu powierzchniowego i uwalniania węgla podczas eoceńskiego maksimum termicznego (ETM-2) i maksimum termicznego paleoceńsko-eoceńksiego (PETM)”]).
——-
Rys.4. Porównanie wielkości izotopów δ13C i δ18O podczas PETM i ETM-2 dla południowego i północnego Atlantyku. Spójna relacja PETM i ETM-2 ilustruje osłabienie CIE (carbon isotope excursion – wyskok izotopu węgla) i ocieplenie obu wydarzeń na Północnym Atlantyku w porównaniu z Południowym Atlantykiem. Punkty przecięcia linii trendu liniowego mają wartość 0. Przedziały niepewności (linie poziome i pionowe) przechodzące przez punkty danych reprezentują 1 odchylenie standardowe.(1σ)
——– 
Reasumując temat. Obecnie jeszcze nie ma zagrożenia, ale naukowcy poważnie ostrzegają, że wszystko może wymknąć się spod kontroli gdy już może nawet przekroczymy próg 1,8 stopnia Celsjusza, a przynajmniej gdy zobaczymy w Arktyce Blue Ocean Event, czyli zasięg lodu morskiego poniżej 1 mln km2. Dziś jest to jeszcze grubo powyżej 3 mln km2, ale chociaż w 2012 r. było to 3,41 mln km2, to w 2020 r. było minimalnie więcej – 3,74 mln km2. I tu powinniśmy także skoncentrować uwagę, a nie tylko na punktach krytycznych temperatury globalnej – 1,5 i 2 stopnie Celsjusza względem okresu preindustrialnego 1850-1900.
Prace naukowe:
—-

Zatrzymanie się ochładzającego kenozoiku

Aby dokładniej oszacować prawdopodobieństwo przyszłego ocieplenia klimatu gdybyśmy nie podjęli żadnych działań dekarbonizacyjnych, badamy nie tylko rzeczywisty stan systemu klimatycznego Ziemi, ale również uważniej przyglądamy się jak w przeszłości geologicznej przebiegał klimat, a zwłaszcza jego znacznie większe ocieplenie od współczesnego.

Po 50 latach żmudnych badań proxies (pośrednich) naukowcy coraz lepiej poznają przeszłość geologiczną pod względem zmian klimatu. Miały na to wpływ różnorodne czynniki, jak geologiczne (tektonika płyt) czy typowo fizyczne atmosferyczne i hydrologiczne (cyrkulacje atmosferyczne i oceaniczne). Na zmienność i zmiany klimatu miał także chociaż jeden czynnik pozaziemski (asteroida). Ten najlepiej opisany znamy właśnie z końca mezozoicznego okresu kredy i początku kenozoicznego paleogenu.

Era kenozoiczna przez bardzo długi czas nie była dokładnie zbadana pod względem zrozumienia dynamiki systemu klimatycznego naszej planety. W szczególności słabo było to ujęte, przez 34 milionów lat temu.

Ostatnie badanie z 11 września 2020 roku “An astronomically dated record of Earth’s climate and its predictability over the last 66 million years” [“Astronomicznie datowany zapis klimatu Ziemi i jego przewidywalności na przestrzeni ostatnich 66 milionów lat”] ukazało nam nowe oblicze klimatu kenozoicznego.

Główny autor publikacji, Thomas Westerhold z MARUM – Centrum Nauk o Środowisku Morskim na Uniwersytecie w Bremie, tłumaczy:

Naszym celem było stworzenie nowego zestawu danych o przeszłości klimatu, który nie tylko uwzględnia dane o najwyższej rozdzielczości, ale także jest precyzyjniej datowany. Wiemy teraz dokładniej, kiedy na naszej planecie było cieplej lub zimniej, a także lepiej rozumiemy rządzącą tymi zmianami dynamikę… To był ogromny wspólny wysiłek wielu kolegów z całego świata, aby odzyskać próbki materiału, przeanalizować je i skompilować do postaci jednej krzywej.

Współautor, Norbert Marwan z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu (PIK), dodaje ważną uwagę:

Nasze analizy matematyczne ujawniły to, co z początku trudno w danych z osadów zauważyć – ukryte zależności i powtarzające się wzorce w klimacie. Spojrzenie w przeszłość jest więc również spojrzeniem w przyszłość. Z powolnych naturalnych fluktuacji klimatycznych zachodzących na przestrzeni milionów lat możemy wyciągnąć wnioski na temat oszałamiająco szybkich antropogenicznych zmian w naszym obecnym stuleciu.

W ramach obecnego wielkiego projektu paleoklimatologicznego International Ocean Discovery Program (IODP) oraz jego poprzedników w ciągu minionego pół wieku, podczas międzynarodowych ekspedycji wiertniczych na dnach oceanów udało się naukowcom skompletować wyniki badań przeszłego klimatu. Od początku XXI wieku położono duży nacisk na badania starsze niż 34 miliony lat, a więc, zanim na Antarktydzie pojawił się pierwszy lód.

Wprawdzie pierwszych analiz rekonstrukcji klimatu kenozoicznego podjął się już w 2001 roku, James Zachos, pracownik Wydziału Nauk o Ziemi na Uniwersytecie Kalifornijskim, wraz ze swoim zespołem badawczym w publikacji naukowej „Trends, Rhythms, and Aberrations in Global Climate 65 Ma to Present” [„Trendy, rytmy i aberracje w globalnym klimacie 65 mln do chwili obecnej”], ale pierwsza połowa kenozoiku w okresie ciepłym od 65 do 34 milionów lat nie została opisana dokładniej, chociaż już wtedy dokładniej opisano hipertermiczny epizod zwany PETM (Paleoceńsko-Eoceńskie Maksimum Termiczne), który miał miejsce 56 milionów lat temu. I właśnie ten stan klimatu nazwany został cieplarnianym, który był na początku ery kenozoicznej pomiędzy stanem ciepłym.

Westerhold wraz ze swoim zespołem badawczym na podstawie analiz naukowych klimatu kenozoicznego swoich poprzedników, dokładniej graficznie zobrazował nowy wykres, który nazwali CENOGRID (CENOzoic Global Reference benthic carbon and oxygen Isotope Dataset).

Rys. 1: Graficzny wykres w postaci kodu kreskowego pokazujący stany termiczne klimatu: cieplarniany, ciepły, chłodny i zimny. Górny panel pokazuje od 66 milionów lat do dziś, epoki geologiczne. Dolny panel pokazuje od 66 milionów lat do dziś stężenie CO2 w ppm. Źródło: CENOGRID.

Spoglądając na ten wykres, widzimy cztery stany klimatu pod względem średniej temperatury powierzchni Ziemi. Mianowicie: cieplarniany, ciepły, chłodny i zimny. Przy jego rekonstrukcji zastosowano innowacyjne metody statystyczne stosowane w badaniach złożonych systemów dynamicznych. A konkretniej, udało się z wysoką rozdzielczością czasową oszacować przebieg temperatury w kenozoiku pod postacią spadkowej krzywej referencyjnej.

Na temat niniejszej pracy, prof. Szymon Malinowski na łamach serwisu naukowego Nauka o Klimacie, pisze:

Skład izotopowy tlenu i węgla w przebadanych osadach dostarcza informacji o przeszłych temperaturach oceanu, objętości lodu zamkniętego w lądolodach i lodowcach oraz cyklu węglowym. Graficznie wyniki badań można przedstawić jak fascynujący kod kreskowy.

Ochładzanie klimatu kenozoicznego polegało na szybkim usuwaniu dwutlenku węgla z atmosfery do gleb i skał oraz oceanów, niezależnie od przebiegających wymuszeń astronomicznych (słonecznych i orbitalnych), i miało głównie charakter geologiczny, tektoniczny. Oto trzy kluczowe zdarzenia, w których klimat  w stanie ciepłym zaczął mieć trend ochładzający:

– około 50 milionów lat temu podczas zderzenia płyty indyjskiej z eurazjatycką i wypiętrzania się łańcuchów górskich Himalajów, Tien-Szanu, Karakorum, Hindukuszu, Kunlunu, Pamiru oraz płaskowyżu Tybetu (stan ciepły)

– około 34 miliony lat temu podczas powstania antarktycznego prądu wokółbiegunowego po ostatecznym rozpadzie Gondwany i pojawieniu się pierwszej pokrywy lodowej na Antarktydzie Wschodniej (przeskok ze stanu ciepłego w chłodny podczas przechodzenia klimatu z eocenu do oligocenu)

– około 3 miliony lat temu podczas zamknięcia Przesmyku Panamskiego i powstania Prądu Zatokowego (Golfsztromu) i pojawienia się pierwszej pokrywy lodowej na Grenlandii i Antarktydzie Zachodniej oraz lodu morskiego w Arktyce (przeskok ze stanu chłodnego w zimny podczas epok glacjalnych i powrót ze stanu zimnego w chłodny podczas epok interglacjalnych – tzw. cykle glacjalno-interglacjalne w epoce plejstocenu)

Zespół naukowy Westerholda, gdy uzyskał w badaniach analitycznych składu izotopowego tlenu i węgla w mikroskamieniałościach otwornic bentosowych w wywierconych rdzeniach osadów oceanicznych bardzo wysoką rozdzielczość czasową, przede wszystkim posłużył się jedną z najbardziej ciekawych metod statystycznych badania złożonych systemów dynamicznych, zwaną analizą rekurencji. Polega ona na opisie w przebiegu wykresów podobnych zdarzeń jakich spodziewamy się przy kontynuacji scenariusza emisji gazów cieplarnianych RCP 8.5 (biznes jak zwykle). Od początku XXI wieku, dokładna analiza odwiertów sprzed 34 milionów laty pozwala spojrzeć naukowcom w przeszłość i przyszłość, gdy temperatury globalne mogą być analogiczne, o ile nie podejmiemy szybkich kroków dekarbonizacyjnych.

Kolejny wykres naukowców Westerholda ukazał interesującą trajektorię zmian klimatu. Zaczyna się nietypowo. Po uderzeniu asteroidy i uruchomieniu kaskadowych sprzężeń zwrotnych, najpierw ujemnych (zapylenie atmosfery, w tym stratosfery powodujące mroźną zimę w skali planetarnej), a potem dodatnich (masowe emisje dwutlenku węgla z wulkanicznych bazaltowych trapów dekańskich).

W sumie na ten krótki epizodyczny czas po impakcie bolidu, który zmiótł z powierzchni Ziemi 76 % gatunków, w tym wszystkie nieptasie dinozaury (C/Pe), okazał się wyjątkowo chłodny i na krótko (jak widać na wykresie) koncentracja CO2 spadła nawet do około 250 ppm.

Praca zbiorowa Alfio Alessandro Chiarenzy z 21 lipca 2020 roku „Asteroid impact, not volcanism, caused the end-Cretaceous dinosaur extinction” [„Uderzenie asteroidy, a nie wulkanizm, spowodowało wyginięcie dinozaurów z końca kredy”] wskazuje wyraźnie tę ujemną anomalię klimatyczną. Jednak potem w tym samym czasie wulkanizm z trapów dekańskich spowodował w dość krótkim, w skali geologicznej, czasie do ogromnego wzrostu koncentracji dwutlenku węgla. W artykule Westerholda na wykresie z trajektorią zmian klimatu (rys. 2) pominięty został epizod hipertermiczny PETM (paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne) i nieco mniejszy ETM-2 (eoceńskie maksimum termiczne). Zwłaszcza ten pierwszy był bardzo istotny. Był to krótkotrwały pik termiczny, podczas którego koncentracja dwutlenku węgla wzrosła ze stabilnego wówczas poziomu 1000 do 2000 ppm.

Wczesne eoceńskie optimum klimatyczne (EECO) miało miejsce 51,5 mln lat temu. A więc, mniej więcej w tym samym czasie, gdy płyta indyjska zderzyła się z eurazjatycką, co spowodowało gwałtowne usuwanie dwutlenku węgla z atmosfery do skał i gleb. Spadek był z 1200 do około 800 ppm.

Następnie wystąpiło przejście klimatyczne pomiędzy eocenem a oligocenem (EOT) 34,5 miliona lat temu, gdy pojawił się pierwszy lód na Wschodniej Antarktydzie. Koncentracja CO2 spadła z 700 do 400 ppm

Podczas klimatycznego optimum mioceńskiego (MCO) w klimacie już w stanie chłodnym, koncentracja dwutlenku węgla mieściła się w granicach spadkowych 400-350 ppm.

Środkowo-mioceńska zmiana klimatu (mMCT) to już okres pojawiania się pokryw lodowych na Antarktydzie Wschodniej. Koncentracja CO2 wynosiła wówczas mniej więcej tyle samo 350-400 ppm.

Od 11,6 do 3,3 miliona lat temu koncentracja dwutlenku węgla raz wznosiła się w górę, raz podnosiła do poziomu 350-400 ppm.

Następnie od 2,6 miliona lat do 11,7 tysiąca lat trwa epoka plejstocenu z cyklami interglacjalnymi na poziomie 280 ppm i glacjalnymi na poziomie 180 ppm.

Podczas ostatniego maksimum glacjalnego (LGM) koncentracja dwutlenku węgla oscylowała między 180 a 200 ppm.

Rys. 2: Trajektoria zmian klimatu na Ziemi od 66 milionów lat do dziś. Na osi Y są pokazane głębinowe izotopy tlenu O-18. Na osi X widnieje koncentracja CO2 w ppm. A na prawej osi wykresu jest ukazany przedział czasowy w milionach lat.

28 grudnia 2020 roku pod kierownictwem Caroline Lear z Uniwersytetu w Cardiff ukazuje się nietypowa zespołowa praca naukowa „Geological Society of London Scientific Statement: what the geological record tells us about our present and future climate” [„Oświadczenie naukowe Geologicznego Towarzystwa Londynu: co dane geologiczne mówią nam o naszym obecnym i przyszłym klimacie”].

Naukowcy zauważyli, że precyzyjnie zrekonstruowane analogi z przeszłości geologicznej pomogą dokonać bardziej dokładnej równowagowej czułości klimatu – ECS (Equilibrium Climate Sensitivity) w przyszłym ocieplającym się świecie, która według pracy zespołowej Stevena Sherwooda „An Assessment of Earth’s Climate Sensitivity Using Multiple Lines of Evidence” [„Ocena czułości klimatu Ziemi na podstawie wielu linii dowodowych”], przy podwojeniu koncentracji CO2 w atmosferze wynosi w zakresie 2,6-3,9°C.

Lear wraz ze swoim zespołem badawczym stwierdza fakt, że obecna koncentracja dwutlenku węgla jest już wyższa niż 3,3 miliona lat temu w środkowym pliocenie, gdy tamtejszy klimat był o 2-4 stopnie Celsjusza cieplejszy niż dziś (stan chłodny klimatu). A wyższe stężenia CO2, które zagrażają nam w drugiej połowie XXI wieku przy zaniechaniu działań dekarbonizacyjnych lub ich spowolnieniu, mogą zbliżyć naszą planetę do stanu ciepłego, a w najgorszym razie nawet do cieplarnianego (hipertermicznego).

Rys. 3: a) Zależność między stężeniem CO2 w atmosferze a średnią temperaturą powierzchni Ziemi GMST – Global Mean Surface Temperature) dla pięciu przedziałów czasowych w historii naszej planety. b) Zależność między wymuszeniem radiacyjnym (ΔR w W m- 2 ) a zmianą średniej temperatury powierzchni Ziemi (ΔGMST) (oba parametry w stosunku do wartości z epoki przedprzemysłowej). Paski błędów pokazują 68-procentowy przedziałów ufności i w niektórych przypadkach są mniejsze niż symbol. LGM – ostatnie maksimum epoki lodowej (ang. Last Glacial Maximum), EECO – eoceńskie optimum klimatyczne (ang. Early Eocene Climate Optimum), a PETM – paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne (ang. Paleocene-Eocene Thermal Maximum). Źródło Lear i inni, 2020.

https://science.sciencemag.org/content/369/6509/1383

https://science.sciencemag.org/content/292/5517/686

https://www.pnas.org/content/117/29/17084

https://jgs.lyellcollection.org/content/178/1/jgs2020-239

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019RG000678

https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/geologia-i-globalne-ocieplenie-co-nowego-473

Polarny prąd strumieniowy a arktyczna amplifikacja a wir polarny

O wielu rzeczach, które dzieją się w przyrodzie: w ekosystemach czy w klimacie dowiadujemy się dopiero po jakimś czasie. Często trwa to nawet kilka lat, gdyż tyle czasu często zajmują dokładne analizy obliczeniowe. Tak jest chociażby z obecną sytuacją pogodową i klimatyczną, która rozpoczęła się w grudniu i w dużym stopniu wpłynęła na poważne perturbacje w systemie klimatycznym Ziemi przynosząc nam po trzech latach znowu dość mroźną i śnieżną zimę na wielu średnich szerokościach, w tym w Europie. Sprawcą tego zamieszania był rozbity wir polarny, który swoimi jęzorami lodowatego powietrza prosto ze stratosfery naprzemiennie zakłócał i nie zakłócał przebiegu polarnego prądu strumieniowego (polarnego jet streamu), którego z kolei dynamika jest bardzo ważna w zakresie powiązań ze wzmacnianiem lub osłabianiem arktycznego wzmocnienia (amplifikacji), a więc miało i ma to też związek z kondycją lodu morskiego w Arktyce.

Continue reading “Polarny prąd strumieniowy a arktyczna amplifikacja a wir polarny”

Wulkany, Słońce, cykle i dawniej bywało cieplej – odwieczna mantra negacjonistów klimatycznych

Nie wiem czy ktoś zauważył, że negacjoniści klimatyczni nie mówią wprost, że wulkany przyczyniają się do ocieplenia klimatu, tylko, że rzekomo emitują większe ilości CO2 niż nasza działalność. Natomiast mówią, że to Słońce nasza gwiazda jest przyczyną globalnego ocieplenia. I jeszcze mają obsesję na temat cykli. to, że skoro w latach 0-450 mieliśmy okres cieplejszy, w latach 450-950 chłodniejszy, w latach 950-1350 podczas Średniowiecznego Optimum Klimatycznego znowu cieplejszy, w latach 1350-1850 podczas Małej Epoki Lodowej znowu chłodniejszy, no to tak to rozumują, że od 1850, akurat od początku wybuchu rewolucji przemysłowej i spalania paliw kopalnych oraz znacznie większych zmian użytkowania terenu, też mamy cieplejszy niby okres tylko naturalny.

Continue reading “Wulkany, Słońce, cykle i dawniej bywało cieplej – odwieczna mantra negacjonistów klimatycznych”

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

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

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

Jeden z grupowiczów Antropogenicznych Zmian Klimatu i Środowiska Naturalnego zakwestionował wykres podany w renomowanej instytucji badawczej Scripps Institution of Oceanography w którym został sporządzony wykres w zakresie czasu cykli glacjalno-interglacjalnych do 800 tysięcy lat na podstawie wydobytego w 1996 r. na Antarktydzie Wschodniej, w miejscu Dome C, rdzenia lodowego, w międzynarodowym europejskim projekcie EPICA.
Otóż. Na wykresie, na osi X wiadomo, że jest przedział czasowy wspomnianych 800 tysięcy lat, czyli tyle ile wynosił rdzeń lodowy. Z kolei, na osi Y jest podana koncentracja dwutlenku węgla podana w plejstocenie ostatnich ok. 800 tys. lat oraz naszego holocenu trwającego zaledwie 11,7 tys. lat.

Continue reading “Dlaczego dla prezentacji koncentracji dwutlenku węgla na wykresie, na osi Y nie zamieszczamy 0 ppm”