Obecność i przyszłość pary wodnej w obszarach najbardziej wilgotnych i najbardziej suchych na Ziemi

Coraz silniejsza amplituda pomiędzy obszarami wilgotnymi a suchymi

Globalne ocieplenie ma związek nie tylko z przyrostem temperatury i koncentracji dwutlenku węgla, ale i również ze zwiększeniem się ilości pary wodnej w atmosferze, czyli również z intensywnymi opadami atmosferycznymi. Chociaż dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane, które pompujemy od drugiej połowy XVIII w. non stop do atmosfery, raczej pozostaną w niej przez bardzo długi okres czasu. CO2 pochodzący ze spalania paliw kopalnych – nawet przez tysiące, a nawet setki tysięcy lat (David Archer, 2006).

Ciekawą rzeczą jednak jest to też, że tam gdzie występowały obfite opady, a więc występował duży przyrost wilgotności atmosferycznej, opady są jeszcze większe a zawartość pary wodnej w atmosferze jeszcze większa. I na odwrót. Tam gdzie były skrajnie niskie opady deszczu wraz z bardzo małą wilgotnością, to opady są jeszcze rzadsze, a zawartość pary wodnej jeszcze niższa. Tak więc, z roku na rok mamy do czynienia z coraz większą amplitudą częstotliwości opadów i stopnia wilgotności pomiędzy obszarami uważanymi za obfite w deszcze i parę wodną, a obszarami wybitnie suchymi. I te różnice coraz wyraźniej pogłębiają się.

Para wodna jest dość wyjątkowym gazem potrafiącym dostosować swoją zawartość w atmosferze do innych parametrów, takich jak temperatura czy ciśnienie. Woda z powierzchni wód i wilgotnych gleb kieruje się w górę powietrza dzięki procesowi parowania, którego tempo silnie  jest zależne od temperatury oceanu i powietrza, według równania Clausiusa-Clapeyrona.

Kiedy powietrze jest przesycone parą wodną, wówczas mamy do czynienia z opadami deszczu, co skutkuje spadkiem wilgotności w atmosferze. Kiedy z kolei jest niedosyt pary wodnej w atmosferze i jest względnie sucho, woda zaczyna wtedy parować i wilgotność rośnie – proces ten zachodzi średnio od czterech do dziesięciu dni. Ilość wody, która może zostać pomieszczona przez powietrze atmosferyczne, bardzo silnie jest zależna od temperatury – gdy panuje wysoka temperatura, atmosfera jest w stanie pomieścić wystarczająco dużą liczbę pary wodnej, zaś gdy jest niska – bardzo mało.

Poziom nasycenia powietrza parą wodną (na poziomie morza) w zależności od temperatury. Źródło.

W ciągu 40 lat zawartość pary wodnej wzrosła o 4 % i póki co nadal będzie wzrastać, przynajmniej w tym wieku. Prawdopodobnie ten trend będzie trwał do czasu kiedy globalna temperatura nie wzrośnie 5-6 stopni Celsjusza. A więc do momentu, w którym na świecie wiele obszarów dotychczas zazielenionych w strefie klimatu kontynentalnego nie ulegnie skrajnemu przeobrażaniu się najpierw w ekosystemy stepowe, a potem w półpustynne i w końcu w pustynne. Dopiero wtedy może nastąpić widoczny w skali globu spadek pary wodnej w powietrzu atmosferycznym, co może okazać się katastrofalne dla nas, jak i dla wielu innych gatunków na Ziemi.

Obszary silnie wilgotne

W rejonach Ziemi, w których jest bardzo wysoka koncentracja pary wodnej, z reguły występują bardzo obfite deszcze, niekiedy mające charakter silnie nawalny i często prowadzący do katastroficznych powodzi. Zwłaszcza na glebach silnie wylesionych, wyjałowionych i zerodowanych przez człowieka. W obszarach gdzie jeszcze nie została zniszczona szata roślinna, przede wszystkim w strefie lasów równikowych Ameryki Środkowej i Południowej, Afryki środkowo-zachodniej, Azji południowo-wschodniej, powodzie nie stanowią takiego problemu, aczkolwiek wzrastająca globalna temperatura przyczynia się do stopniowego wysuszania tych ekosystemów. Np. w Amazonii. Podobnie ekstremalnie wysoka zawartość pary wodnej przyczyniła się do nasilenia w ostatnich dwóch dekadach częstotliwości huraganów, tajfunów, cyklonów i sztormów.

W ocieplającym się świecie wody się silniej nagrzewają do temperatury powyżej 28°C, co ma wpływ na intensywniejsze powstawanie wspomnianych żywiołów. Np. huraganów, które w przyszłości mogą przerodzić się w monstra zwane hiperkanami. Pod względem meteorologicznym mamy do czynienia wówczas z powstawaniem bardzo głębokich niżów barycznych, których siła i prędkość ich wiatrów w porywie będą jeszcze potężniejsze w coraz cieplejszym świecie. Bardzo istotną rzeczą też jest występowanie obfitej koncentracji pary wodnej w miejscach naszego globu, zwłaszcza równikowych, gdzie występują ciepłe prądy oceaniczne płynące u wybrzeży, których szata roślinna i gleby (min. rolnicze) z kolei są zaopatrywane w intensywne deszcze.

Obszary silnie suche

Na naszej planecie występują też obszary, które zawierają bardzo niską zawartość pary wodnej oraz mają skrajnie niską ilość dni deszczowych. Są nimi pustynie, półpustynie w strefach zwrotnikowych i umiarkowanych kontynentalnych oraz stepy występujące tylko w kontynentalnym klimacie umiarkowanym. Zwłaszcza na pustyniach, często zdarza się, że deszcze nie padają długimi latami.

Pomimo wzrostu globalnej temperatury i koncentracji CO2 i tak wilgotność powietrza nie odgrywa tam zasadniczej roli. A dzieje się tak dlatego, że pomiędzy dniem a nocą występuje najwyższa na Ziemi amplituda, zarówno pod względem temperatury, jak i wilgotności powietrza. Dlatego też w bardzo silnie nasłoneczniony dzień powietrze na pustyni jest prawie w zupełności pozbawione swej wilgotności, przez co jest bardziej nagrzane. Dlatego też w tych ekosystemach występują najwyższe temperatury na naszej planecie. Gdyby występowało więcej pary wodnej, to powietrze byłoby bardziej schłodzone. Tak jednak nie jest.

Na globie ziemskim ekosystemy pustynne występują zarówno w obszarach subtropikalnych. Np. w Afryce Północnej na Saharze czy na Półwyspie Arabskim na Pustyni Ar-Rub al-Khali, jak i w obszarach klimatu umiarkowanego w Centralnej Azji, np. na Pustyni Gobi w Mongolii. W klimacie zwrotnikowym występują pustynie gorące, a w klimacie umiarkowanym pustynie chłodne. W obu typach pustyń wilgotność powietrza jest tak samo bardzo niska.

Obecność pary wodnej w atmosferze – dylemat ocieplenia?

A więc, jak to jest? Skoro obecność pary wodnej wpływa właśnie na przyrost temperatury w skali planetarnej, ale jednak ma właściwości schładzające. W atmosferze im wyżej wznosi się ona, tym szybciej schładza się, by po minięciu tzw. punktu rosy zamienić się w kropelki wody w chmurach niskich (zarówno na niższych, jak i na wyższych szerokościach geograficznych) lub w kryształki lodu i płatki śniegu w chmurach wysokich (głównie na wyższych szerokościach geograficznych).

Tuż przy Ziemi para wodna występuje w skrajnie dużej ilości, jak np. w lasach deszczowych w strefie równikowej, gdzie przekracza nawet 120 % wilgotności. Powietrze atmosferyczne, tuż przy gruncie do wysokości koron najwyższych drzew, jest wówczas wybitnie przesycone nią. Dzisiaj temperatura oscyluje wokół 25-26 stopni Celsjusza. Ani stopnia więcej w przesyconym wilgocią świecie. A już na pewno nie może przekroczyć 30°C, gdyż grozi to poważnym przegrzaniem organizmów, w tym i ludzkich. A jednak przyszłość może okazać się brutalniejsza niż myślimy. Wzrost wilgotności powietrza wraz z temperaturą może przyczynić się do wymierania wielu gatunków.

Zupełnie inaczej przedstawia się sytuacja w strefie zwrotnikowej oraz umiarkowanej (w Centralnej Azji). Skrajnie obniżona wilgotność powietrza w przyszłości może przyczynić się do ekstremalnie szybkiego wzrostu globalnej temperatury, która i tak przyrasta głównie dzięki rosnącej koncentracji dwutlenku węgla. Mogą wystąpić też poważne zaburzenia w bardzo silnym zmniejszaniu amplitudy temperatur pomiędzy dniem a nocą oraz temperaturą latem a zimą (tu głównie na pustyniach chłodnych). A to z kolei może przyczynić się do zmniejszenia stopnia wilgotności w nocy na pustyni oraz zimą. Trudno przewidzieć dalsze konsekwencje jak wpłynie to wszystko na ekosystemy, gatunki flory i fauny, w tym ludzi.

Trzeba też pamiętać, że para wodna jest najsilniejszym sprzężeniem zwrotnym w całym systemie klimatycznym (Brian Soden, 2005). Funkcjonuje tylko dzięki istnieniu dwutlenku węgla. I tylko właśnie dzięki rosnącej koncentracji CO2 wzrasta koncentracja pary wodnej. Ten przyrost jest oczywiście znacznie wolniejszy niż dwutlenku węgla. Należy też pamiętać, że para wodna występuje tam gdzie są oceany i roślinność. Na rosnący efekt cieplarniany dopiero oba gazy mają wpływ. I para wodna i dwutlenek węgla.

W obliczeniach naukowych wykazano, że 75% promieniowania podczerwonego absorbowanego w atmosferze jest pochłaniane również przez parę wodną (wraz z chmurami), 20% przez dwutlenek węgla, a 5% przez resztę gazów cieplarnianych takich jak metan, podtlenek azotu, ozon czy freony (Gavin Schmidt, 2010). Efekt ten został zaobserwowany dzięki pomiarom promieniowania podczerwonego, które wraca ku powierzchni Ziemi (W.F.J. Evans, 2006).

Przyszłość w świecie pary wodnej

Nie wiadomo jak klimat ziemski będzie wyglądać za 25 lat, za 50 lat czy za 100 lat. W każdym razie prawdopodobnie jeszcze w tym wieku ilość pary wodnej zbytnio nie ulegnie zmianie. Scenariusze będą kształtować się w ten sposób, że tam gdzie jest teraz wilgotno, będzie jeszcze wilgotniej, a tam gdzie jest teraz sucho, będzie jeszcze bardziej sucho. Przy obecnym scenariuszu business-as-usual możliwe, że już na początku następnego wieku zacznie przeważać trend ku wysuszaniu planety, gdzie będzie coraz mniej miejsc wilgotnych, i tych nawet super-wilgotnych (ponad 120 % pary wodnej w atmosferze przy gruncie).

Trudno przewidzieć jednak dokładnie scenariusz jaki nam dalej zafunduje Globalne Ocieplenie. Jednak raczej tak to będzie wyglądać za kilka wieków gdy dalej będziemy uparcie spalać paliwa kopalne. Np. gdy dzięki zaawansowanym technologiom będziemy masowo korzystać z odwiertów Arktyki, Antarktydy czy też ze wszystkich głębin oceanicznych. Trudno też przewidzieć etyczny i ekologiczny sposób myślenia u ludzi z przyszłych pokoleń. Jedno jest pewne, para wodna, czyli zawartość wilgoci w powietrzu atmosferycznym, póki co w ocieplającym się świecie będzie odgrywać dominującą rolę obok wzrostu globalnej temperatury i koncentracji dwutlenku węgla.

http://naukaoklimacie.pl/fakty-i-mity/mit-para-wodna-jest-najwazniejszym-gazem-cieplarnianym-32?t=2

http://naukaoklimacie.pl/fakty-i-mity/mit-ekstremalne-zjawiska-pogodowe-nie-wiaza-sie-z-globalnym-ociepleniem-26?t=2

http://ziemianarozdrozu.pl/artykul/2142/historia-przyszlosci-polski

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *