Efekt cieplarniany Ziemi opisany najprostszym językiem arytmetyki

Zgodnie z opisem efektu cieplarnianego w kursie EDX (rozpoczętym 1 grudnia 2019 r.) prowadzonym przez czołowego klimatologa Michaela Manna z Penn State University został przedstawiony uproszczony i czytelny dla internautów schemat krótkofalowego promieniowania słonecznego przychodzącego (Incoming Shortwave Radiation) oraz długofalowego promieniowania podczerwonego (Outcoming Longwave Radiation). Czyli w sumie został w miarę czytelnie przedstawiony bilans energetyczny wyrażony dla ułatwienia w jednostkach inaczej mówiąc w procentach, ile energii przychodzi ze Słońca prosto do powierzchni Ziemi, a ile jej wychodzi z powierzchni Ziemi.

Krótkofalowe promieniowanie

Gdy od Słońca, naszej gwiazdy, przychodzi 100 jednostek krótkofalowego (ultrafioletowego i widzialnego promieniowania słonecznego), to 23 jest odbijanych przez chmury, 19 jest pochłanianych przez atmosferę, 4 przez chmury. Ale 7 jest odbijanych od powierzchni Ziemi bezpośrednio w kosmos, gdyż gazy cieplarniane są przezroczyste dla tych fal (Wyjątek tylko stanowi ozon pochłaniający w większym zakresie utrafioletowe promieniowanie).

I etap:

Ze 100 jednostek w sumie na początku transferu radiacyjnego 53 jednostki (23+19+4+7) nie dociera do powierzchni Ziemi. Chociaż 7 jednostek krótkofalowego promieniowania dociera do niej, to i tak natychmiast odbija się od niej bezpośrednio w kosmos nie przyczyniając się do przekazania energii naszej planecie.

II etap:

Ze 100 jednostek w sumie na początku transferu radiacyjnego do powierzchni Ziemi bezpośrednio dociera 47 jednostek energii, która jest już przekazywana naszej planecie.

Rys. Transfer radiacyjny słonecznej i ziemskiej energii cieplnej

Długofalowe promieniowanie

I etap:

W tym samym czasie w promieniowaniu zwrotnym atmosfery do powierzchni Ziemi dociera 98 jednostek, które w sumie z 47 jednostkami daje nam 145 jednostek (98+47). Od których z kolei są odejmowane transfery ciepła utajonego (ewapotranspiracja) oraz ciepła odczuwalnego (konwekcja atmosferyczno-oceaniczna). Czyli wynik jest następujący: Od 145 jednostek poprzednich odejmowane są 24 jednostki ewapotranspiracji i 5 jednostek konwekcji (145-24-5), co daje nam wynik 116 jednostek.

II etap:

Te 116 jednostek to jest właśnie długofalowe promieniowanie emitowane z powierzchni Ziemi. A więc, ponad dwukrotnie więcej niż 47 jednostek promieniowania krótkofalowego emitowanego ze Słońca do powierzchni Ziemi.

III etap:

Ze 116 jednostek jednak 12 ucieka przez tzw. okna atmosferyczne (spektrum fal elektromagnetycznych w zakresie poszczególnych długich fal i ich widm, dla których poszczególne gazy cieplarniane są przezroczyste, czyli atmosfera w tychże zakresach fal jest przezroczysta). Więc, od 116 odejmujemy 12. Mamy 104 jednostki, z których 49 jednostek promieniowania długofalowego emitowanych jest przez atmosferę w kosmos, a 9 jednostek tego samego promieniowania emitowane jest przez  chmury, także w kosmos.

IV etap:

Podsumowanie złożonego bilansu promieniowania długofalowego.

Gdy zsumujemy wszystkie emisje z powierzchni Ziemi pod względem obliczenia jednostek energii:

  1. a) ewapotranspiracja (ciepło utajone) – 24
  2. b) konwekcja (ciepło odczuwalne) – 5
  3. c) transfer radiacyjny promieniowania długofalowego z powierzchni Ziemi – 116
  4. d) transfer radiacyjny promieniowania długofalowego z powierzchni Ziemi przez okna atmosferyczne – 12

Razem: 24+5+116+12=157 jednostek;

Następnie od nich odejmowane są następujące jednostki energii:

  1. a) transfer radiacyjny z atmosfery w kosmos – 49
  2. b) transfer radiacyjny z chmur w kosmos – 9

Razem: 49+9=58

Gdy odejmiemy sumę 157 jednostek energii z powierzchni Ziemi od sumy 58 jednostek energii z wierzchołków atmosfery, to wychodzi nam liczba 101, wynik przybliżony do 100 jednostek energii, które w promieniowaniu zwrotnym atmosfery z powrotem kieruje się ku powierzchni Ziemi.

Zastanawiające jest, że to 101, a nie 100, ale analiza tego złożonego wyniku bilansu energetycznego już należy do specjalistów zajmujących się badaniem transferu radiacyjnego ze Słońca i bilansu energetycznego naszej Ziemi.

https://www.edx.org/course/climate-change-the-science-and-global-impact?fbclid=IwAR3GrG96rTBoSQkkYgPff7-wGSueW-QgxnAkzm2k8TJQ8voVurYTScAfLxo

Dokąd będziemy zmierzać dalej jako cywilizacja?!

Dokąd będziemy zmierzać dalej jako cywilizacja?! Zmiany klimatu. Wymieranie gatunków. To wszystko będzie się tylko nasilać coraz bardziej. Oczywiście dobrze, że reakcja społeczeństwa, zwłaszcza młodych ludzi, jest coraz większa na to co się dzieje na tym świecie. Jednak, gdy będzie ruch społeczny rósł coraz bardziej na wszystkich kontynentach świata, to należy mieć to na uwadze by był cały czas zorganizowany i trzymał się zasad obywatelskiego nieposłuszeństwa. Nie może tak się stać, że pojawią się w globalnym ruchu klimatologiczno-ekologicznym radykalne ugrupowania, którym nie będzie zależało na szerzeniu edukacji na temat problematyki zmian klimatu i wymierania gatunków, ale na obalaniu systemów społecznych. Nie tędy droga. Continue reading “Dokąd będziemy zmierzać dalej jako cywilizacja?!”

Coraz więcej uruchomionych dodatnich sprzężeń zwrotnych

Oscylacja Maddena-Juliana

W jednym z ostatnich badań klimatu naukowcy (M. K. Roxy i in., 2019) wskazali, że mamy do czynienia z dość mało poznanym zaburzeniem klimatycznym. Naturalna oscylacja Maddena Juliana (MJO) występuje w strefie pogranicznej Oceanu Indyjskiego i Pacyfiku. Wówczas przemieszcza się w ciągu 30-60 dni system burzowy i deszczowy w kierunku archipelagu australo-azjatyckiego, w tzw. morskim kontynencie Indo-Pacyfiku (Indonezja, Malezja, Australia. Papua Nowa Gwinea, a nawet Filipiny) przynosząc obfite opady deszczu. MJO może albo zainicjować w odpowiedniej porze roku monsun, który kieruje się w kierunku Indii i Bangladeszu albo też go opóźnić, przez co mogą w tamtym rejonie świata wystąpić ekstremalne susze. Continue reading “Coraz więcej uruchomionych dodatnich sprzężeń zwrotnych”

Spektrum fal słonecznych na powierzchni Ziemi i w jej atmosferze

Absorpcja fal słonecznych na powierzchni Ziemi

Energia cieplna promieniowania elektromagnetycznego docierająca do powierzchni Ziemi z powierzchni naszej gwiazdy – Słońca, to głównie fale w zakresie widzialnym (42,3 %), fale długie (bliska podczerwień) (49,4 %) oraz mała część fal krótkich (bliski nadfiolet) (8,0 %). Wszystkie wymienione rodzaje fal w pewnym stopniu są też odbijane w ponad 90 % od takich jasnych powierzchni jak np. lodowce i pustynie z powrotem w kosmos w tzw. efekcie albedo. Continue reading “Spektrum fal słonecznych na powierzchni Ziemi i w jej atmosferze”

Denialistyczna ignorancja i katastroficzna depresja w obliczu nieznanych zmian klimatu w niedalekiej przyszłości

Koncentracje gazów cieplarnianych i budżet węglowy

A może pomyślmy o tym, że w atmosferze rośnie coraz wyższa koncentracja gazów cieplarnianych (GHG) (dla CO2 – średnio ok. 410 ppm w październiku ([412 ppm badania satelitarne; 408,5 ppm naziemne] i za cały 2018 r. ok. 408 ppm; dla metanu – średnio ok. 1888 ppb w lipcu i za cały 2018 r. ok. 1800 ppb). Kurczy nam się budżet węglowy. Dziś mamy 340 gigaton, które wyemitujemy, spalając paliwa kopalne oraz wylesiając i osuszając planetę w ciągu już zaledwie 8 lat. Potem niestety przekroczymy już próg 1,5 stopni Celsjusza. Continue reading “Denialistyczna ignorancja i katastroficzna depresja w obliczu nieznanych zmian klimatu w niedalekiej przyszłości”

Im bardziej zwlekamy w czasie, tym gorzej dla nas i dla innych gatunków

Bez żadnych wątpliwości czeka nas świat wodny nawet jakbyśmy dziś wyzerowali emisje gazów cieplarnianych (GHG). Tylko ze znacznie wolniejszym i niższym poziomem morza niż po przekroczeniu 2 albo 3 st.C. Jednak wzrost temperatury globalnej spowolniłby na tyle, że pod koniec naszego wieku ustabilizowałaby się, a w następnym być może stopniowo spadała. Ale też nie wiadomo, ponieważ gazy cieplarniane, które wpompowaliśmy do atmosfery, w tym przede wszystkim dwutlenek węgla, utrzymywałyby się w atmosferze przez setki, a może nawet tysiące lat. Dlatego być może po dzisiejszym wyzerowaniu emisji GHG za 100 lat mielibyśmy jeszcze tę samą koncentrację dwutlenku węgla, metanu, podtlenku azotu i innych gazów cieplarnianych. Continue reading “Im bardziej zwlekamy w czasie, tym gorzej dla nas i dla innych gatunków”

Dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane

Dwutlenek węgla 250 lat temu, w czasach przedprzemysłowych, spełniał jeszcze pożyteczną rolę w atmosferze, bo stanowił ważny składnik efektu cieplarnianego, dzięki czemu do układu ziemskiego tyle ile przychodziło energii cieplnej (słonecznej), tyle z niej wychodziło (słonecznej i w podczerwieni). Wówczas koncentracja dwutlenku węgla wynosiła 278-280 ppm (parts per million) [tyle cząsteczek CO2 na milion cząsteczek powietrza atmosferycznego]. Continue reading “Dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane”

Amazonia coraz szybciej stepowieje

W okresie ostatniego glacjału, zwłaszcza podczas Ostatniego Maksimum Glacjalnego 21 tysięcy lat temu, w Ameryce Południowej, w Amazonii i na jej peryferiach było sześć ważnych refugiów, ostoi dla tropikalnych gatunków roślin i zwierząt: Napo, Imeri, Guiana, Belem, Rondonia, Inambari. To były ostoje dla flory i fauny z ekosystemów lasów deszczowych. W dużej mierze klimat w okresie glacjalnym był suchy, a ekosystemy miały charakter sawannowy.

Wkrótce historia może się powtórzyć w Ameryce Południowej, a ściślej w Amazonii, ale tym razem klimat globalnie nie ochłodzi się o 3-4 stopnie Celsjusza, ale może ocieplić się tak do końca XXI wieku. W wielu rejonach Amazonia już przekształca się w sawannę. Ma na to wpływ przede wszystkim to, że monsuny atlantyckie znad wybrzeży równikowej Afryki coraz mniej przynoszą ogromnych ilości wilgotnego powietrza, a także zanikają chłodne fronty atmosferyczne z wyższych szerokości geograficznych na półkuli południowej. A także osłabia się konwekcja w wysychających lasach tropikalnych, przez co nie powstają już tak często chmury burzowe przynoszące obfite opady deszczu. Continue reading “Amazonia coraz szybciej stepowieje”

Arktyczna wyprawa badawcza i jej klimatyczny projekt MOSAIC

20 września 2019 r. z Tromsø w Norwegii wypłynął niemiecki statek polarny Polarstern RV w kierunku Oceanu Arktycznego w celu przeprowadzenia po raz pierwszy w historii klimatologii wielkoskalowych i multidyscyplinarnych badań Arktyki oraz wpływu klimatu i jego dynamicznych zmian na ten rejon geograficzny Ziemi. Badania te dotyczą atmosfery, lodu morskiego, oceanu, ekosystemu arktycznego oraz biogeochemii. Jest to tzw. projekt MOSAIC (Wielodyscyplinarne Obserwatorium Dryfujące do Badania Klimatu Arktyki), który będzie trwał od 12 do 14 miesięcy, W tym ogromnym przedsięwzięciu naukowym bierze udział liczna ekspedycja naukowców z 17 krajów w celu dokładniejszego zbadania klimatu arktycznego.

Statek Polarstern, czyli lodołamacz, celowo teraz dryfuje w okowach lodu arktycznego aby dokładnie zbadać zmiany klimatu w najcieplejszym obecnie regionie geograficznym Ziemi. Jego misja badawcza dopiero się rozpoczęła w tym roku i miejmy nadzieję, że dowiemy się wielu nowych rzeczy na temat klimatu Arktyki. Continue reading “Arktyczna wyprawa badawcza i jej klimatyczny projekt MOSAIC”

Rzeki atmosferyczne nad Antarktydą Zachodnią

W wielu starszych artykułach naukowych czasopism i serwisów internetowych, zarówno zagranicznych, a zwłaszcza w polskich o Antarktyce, nie było zbyt wiele powiedziane o rzekach atmosferycznych. Jedno z ostatnich takich badań nad Antarktydą Zachodnią było przeprowadzane w maju 2016 roku. W najnowszym badaniu wiadomo, że z pojawieniem się rzek atmosferycznych mamy do czynienia gdzieś od około 2000 roku. Jednak wcześniej powierzchniowe topnienie lodu antarktycznego nie przebiegało tak szybko jak to widzimy od kilku lat, a zwłaszcza w tym roku (Willie i in. 2019) Continue reading “Rzeki atmosferyczne nad Antarktydą Zachodnią”