Polarny prąd strumieniowy a Oscylacja Północnoatlantycka

Naukowcy zastanawiają się też jaką rolę może odgrywać oscylacja północnoatlantycka (NAO – North Atlantic Oscillation) na zmiany klimatu w korelacji z polarnym prądem strumieniowym.
Pod względem meteorologicznym, gdy podczas tzw. dodatniej fazy oscylacji północnoatlantyckiej (NAO – North Atlantic Oscillation) normalnie stabilnie płynie polarny prąd strumieniowy, mamy pół-stały Wyż Azorski nad Wyspami Kanaryjskimi, który jest dalej wysunięty na zachód od północno-zachodniej Afryki po stronie zwrotnikowych mas powietrza oraz mamy pół-stały Niż Islandzki, który kształtuje się wówczas po drugiej stronie frontu polarnego w strefie mas powietrza arktycznego bliżej na północ koło Grenlandii.
Wtedy jest ciepło we wschodniej części USA oraz w północnej Europie. Natomiast chłodno i sucho jest na południu Europy i w basenie Morza Śródziemnego, a w północno-wschodniej Kanadzie i na zachodniej Grenlandii jest nie tylko chłodno, ale i dodatkowo też więcej jest lodu morskiego.
Wartość ciśnienia w Wyżu Azorskim jest większa od średniej wartości wieloletniej. Natomiast wówczas wartość ciśnienia w Niżu Islandzkim jest mniejsza od średniej wieloletniej.
Różnica ciśnień pomiędzy Azorami i Islandią jest wtedy większa od przeciętnej (przede wszystkim w okresie DJF (grudzień-styczeń-luty).
Z kolei, gdy podczas ujemnej fazy NAO polarny prąd strumieniowy silnie meandruje, to wyż azorski jest wysunięty bliżej północno-zachodniej Afryki i jest już pod wpływem polarnych mas powietrza. Tak samo jak niż Islandzki, który jest wysunięty dalej na południe od Grenlandii.
Różnica ciśnień pomiędzy Azorami i Islandią jest wtedy mniejsza od przeciętnej.
Wówczas jest dość często bardzo chłodno i śnieżnie we wschodniej części USA. Wówczas mamy tam często do czynienia z polarnymi mroźnymi i burzowymi wiatrami tzw. Nor’easterami (północnowschodniakami), czyli cyklonami śnieżnymi.
Również jest chłodno i sucho w północnej Europie. Natomiast jest ciepło i mokro na południu Europy i w basenie Morza Śródziemnego oraz ciepło, ale z mniejszą ilością lodu, w północno-wschodniej Kanadzie i na zachodniej Grenlandii.
Wartość ciśnienia w Wyżu Azorskim jest mniejsza od średniej wartości wieloletniej. Natomiast wówczas wartość ciśnienia w Niżu Islandzkim jest większa od średniej wieloletniej.
—-
Rys.1.
Model dwóch trybów Oscylacji Północnoatlantyckiej (NAO), powiązanej aktywności sztormowej i dystrybucji wilgoci nad Północnym Atlantykiem: a) ujemnych i b) dodatnich faz indeksu NAO. H-Subtropical High Pressure Centre, L-Islandic Low Pressure Centre (zaadaptowane z http://www.ldeo.columbia.edu/res/pi/NAO/).
—-
Clara Deser, James W. Hurrell i Adam S. Phillips z Wydziału Klimatu i Dynamiki Globalnej, Narodowego Centrum Badań Atmosfery, w Boulder, w czasopiśmie Climate Dynamics, 30 grudnia 2016 roku w artykule „The role of the North Atlantic Oscillation in European climate projections” [„Rola Oscylacji Północnoatlantyckiej w europejskich prognozach klimatycznych”], podkreślili, że Oscylacja Północnoatlantycka (NAO) jako dominujący sposób zmienności cyrkulacji atmosferycznej w sektorze północnoatlantyckim/europejskim, jest wiodącym regulatorem wahań klimatu zimowego w Europie, basenie Morza Śródziemnego, części Bliskiego Wschodu i wschodniej części Ameryki Północnej w szerokim zakresie skal czasowych od wewnątrzsezonowych do wielodekadowych (np. Hurrell 1995 ; Hurrell et al. 2003 ).
Zdaniem naukowców, klimat europejski w nadchodzących dziesięcioleciach i stuleciach będzie nadal pod silnym wpływem NAO. Jednak, jak już wiemy, dalszy wzrost stężenia gazów cieplarnianych spowodowanym spalaniem paliw kopalnych i zmian użytkowania terenu, będą odgrywać coraz większą rolę. Względne wielkości wpływów klimatycznych wywołanych przez naturalnie występujące NAO i czynniki antropogeniczne będą zależeć od horyzontu czasowego (np. następne kilkadziesiąt lat vs. koniec XXI wieku) oraz skali czasu (międzyroczna vs. wieloletnia). Będzie miało to wpływ nie tylko na wzorce zmienne temperatury, ale i też opadów deszczu oraz śniegu w okresie zimowym.
—-
Rys.1. Przyszłe 30-letnie trendy (2016-2045) zimą
( a, b ) temperatura powietrza na powierzchni (SAT – Sea Air Temperature) (w ° C na 30 lat; cieniowanie )
( c, d ) opady (w mm / dzień -1 na 30 lat; cieniowanie )
z symulacji 13 i 25 ze środowiskowego modelu systemu Ziemi w wersji 1 szeroki zestaw (CESM1 Large Ensemble – Community Earth System Model version 1 Large Ensemble), wybranych ze względu na kontrastujące trendy ciśnienia na poziomem morza (SLP – Sea Level Pressure)
(kontury; odstęp = 1 hPa na 30 lat z wartościami ujemnymi przerywanymi )
(Clara Deser i inni, 2017)
—-
Naukowcy ci położyli nacisk w badaniu na analizę przebiegu wpływu NAO na prognozowane zmiany w sezonie zimowym (średnia grudzień-marzec). Skoncentrowali się na analizie temperatury powietrza na powierzchni (SAT – Surface Air Temperature) i opadów (P – Precipitation) w okresie najbliższych 30–50 lat. W zakresie metod badawczych wykorzystali złożony z 40 elementów zestaw symulacji zmian klimatu w ramach scenariuszy historycznych (przedindustrialnych) oraz industrialnych RCP8.5 w celu zbadania wymuszeń radiacyjnych na lata 1920–2100, przeprowadzonych z wykorzystaniem środowiskowego modelu systemu Ziemi w wersji 1 (CESM1 – Community Earth System Model Version 1 (CESM1; Hurrell i in. 2013 ).
Autorzy piszą:
Ponieważ NAO jest przede wszystkim kontrolowany przez wewnętrzną dynamikę atmosfery, stanowi główne źródło nieprzewidywalnej naturalnej zmienności, której wpływ nałoży się na antropogeniczne zmiany klimatyczne. Tak więc przyszłe trendy klimatyczne w regionach dotkniętych przez NAO są najlepiej wyrażane w postaci oczekiwanego zakresu, który obejmuje zarówno naturalną zmienność, jak i sygnał wymuszonej zmiany klimatu. Nasze wyniki pokazują, że ten oczekiwany zakres wynikający z wewnętrznej zmienności NAO jest istotny zarówno dla trendów SAT, jak i P w ciągu najbliższych 30 lat, a w przypadku P może nawet zmienić znak trendu. Chociaż wpływ NAO na trendy SAT i P w ciągu najbliższych 50 lat jest mniejszy, pozostają one ważne dla oceny wielkości przyszłego ocieplenia i zmian opadów.
—-
Jedno z ostatnich badań niedawno opublikowanych 12 marca 2021 roku w czasopiśmie Climate and Atmospheric Science mówi o tym, że wewnętrzne zmiany na północny Atlantyku znane jako NAO, w ciągu 50 lat zbadanych przez naukowców, w dużej mierze są wywołane przez antropogeniczne zmiany klimatu.
Jest to praca „NAO predictability from external forcing in the late 20th century” [„Przewidywalność NAO na podstawie wymuszeń zewnętrznych pod koniec XX wieku”] napisana przez Jeremy’ego M. Klavansa, Amy C. Clement i Lisę N. Murphy ze Szkoły Nauk Morskich i Atmosferycznych Rosenstiel na Uniwersytecie w Miami oraz przez Marka A. Cane’a z Obserwatorium Lamont-Doherty Earth, na Uniwersytecie Columbia w Palisades, w której autorzy udowadniają, że dalszy wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze ma wpływ na zaburzenia NAO w ciągu minionych 5 dekad, a te z kolei mają wpływ na zaburzenia pogody w formie zbyt intensywnych pór suchych i pór deszczowych w poszczególnych latach.
Główny autor artykułu mówi:
Naukowcy od dawna rozumieją, że ludzkie działania ocieplają planetę. Jednak ten wywołany przez człowieka sygnał dotyczący wzorców pogodowych jest znacznie trudniejszy do zidentyfikowania.
W tym badaniu pokazujemy, że ludzie wpływają na wzorce pogody i klimatu nad Atlantykiem i że być może będziemy w stanie wykorzystać te informacje do przewidywania zmian pogody i klimatu z wyprzedzeniem nawet dziesięciu lat
NAO jako naturalna zmienność klimatyczna ma wpływ na to jaka będzie zimowa pogoda w Europie, Grenlandii, północno-wschodnich stanach USA i Afryce Północnej oraz na jakość plonów i produktywność rybołówstwa na Północnym Atlantyku.
Naukowcy wykorzystali wiele dużych zestawów modeli klimatycznych, które zostały opracowane z kolei przez naukowców z Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych (NCAR – National Center Atmospheric Research). Cała analiza badawcza składała się z 269 elementów zestawu, co daje aż ponad 14 000 symulacji.
—-
Rys.2. Mapy przewidywalności w regionie atlantyckim.
Mapy wartości współczynnika korelacji anomali (ACC – Anomaly Correlation Coefficient) dla
a – ciśnienia na poziomie morza (SLP – Sea Level Pressure)
b – temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature)
c – opadów (P – Precipitation).
Wyświetlona została tylko surowa średnia zespołowa. Pokolorwane są tylko piksele z wartościami ACC, które są statystycznie istotne na poziomie 95%.
Na panelu b zaznaczona została lokalizacja dziury ocieplającej, poprzez konturowanie trendu -1°C/54 lata w SST w obserwacjach SST (czarny kolor) i naszym zestawie (szary kolor).
Na panelu c zaznaczona została lokalizacja wykorzystaną do obliczenia opadów w Europie Północnej, które podano w tekście.
(Jeremy Clavans i inni, 2021)
—-
Na podstawie takich modeli jak CESM, badaczom udało się oszacować przewidywanie zmienności NAO stymulowanych przez wzrost gazów cieplarnianych w atmosferze. W skali dekady dzięki temu modelowi udało się im przewidzieć dwa oddziaływania NAO, a konkretniej opady letnie, zarówno we wschodniej części Ameryki Północnej, jak i w zachodniej części Europy.
Ogólnie, naukowcy do badań wykorzystali bardzo duży wielomodelowy zespół składający się z z wielomodelowego archiwum dużego zespołu (MMLEA – multi-model large ensemble archive).
Analizując współczynniki korelacji anomalii (ACC – Anomaly Correlation Coefficient), autorzy w artykule w następujący sposób opisują parametry ciśnienia poziomu morza (SLP – Sea Level Pressure), temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) oraz opadów atmosferycznych (P – Precipitation) (rys.):
W przypadku SLP istnieje potencjalna rozbieżność w północnej Ameryce Północnej i Europie; jednak różnica nie jest statystycznie istotna w surowym zestawie do średniej. W przypadku SST istnieje godny uwagi obszar ujemnych wartości ACC w środkowym, podbiegunowym wirze północnoatlantyckim (ryc. 3b ).
Opady, niezwykle hałaśliwe pole, mają regiony o wartościach ACC większe niż 0,5 w północnej Europie (ryc. 3c ), części północnej Ameryki Północnej oraz na Sahelu i Saharze. Pozytywna umiejętność przewidywania w północnych Stanach Zjednoczonych i Europie jest zgodna z poziomem umiejętności przewidywania, jaki wykazaliśmy dla NAO.
Dodatnie wartości anomalii współczynnika korelacji ACC dla opadów w Afryce równikowej są potencjalnie związane z wymuszonymi z zewnątrz zmianami temperatury powierzchni morza SST północnoatlantyckiego i związanymi z nimi przesunięciami w międzytropikalnej konwergencji strefowej (ITCZ – Intertropical Convergence Zone), chociaż te sygnały mogą być bardziej widoczne podczas borealnego lata. Brak opadów DJFM [przypis autora: w kwartale: grudzień-styczeń-luty-marzec] w południowych Stanach Zjednoczonych jest potencjalnie związany z brakiem wewnętrznych zmian Oscylacji Południowej El Niño w średnim zestawie.
Ponadto, naukowcy twierdzą, że dokładne porównanie zainicjowanych systemów prognozowania i niezainicjowanych zestawów może zatem ujawnić wartość inicjalizacji (zmiennej wartości początkowej) oceanu.
—-
https://link.springer.com/article/10.1007/s00382-016-3502-z
https://www.nature.com/articles/s41612-021-00177-8

Odtlenianie oceanów

Wraz z degradacją środowiska morskiego przez ludzi powodujących zanieczyszczanie wód morskich odpadami oraz ich eutrofizację poprzez spływy azotanów i fosforanów pochodzących z nawozów sztucznych, coraz większym problemem ocieplania się klimatu jest obok ich zakwaszenia, także ich odtlenianie, czyli powiększanie się stref beztlenowych w oceanach świata.
W opublikowanej w Science pracy z 5 stycznia 2018 roku „Declining oxygen in the global ocean and coastal waters” [„Zmniejszający się poziom tlenu w oceanach i wodach przybrzeżnych na świecie”], Denise Breitburg z Centrum Badań Środowiska Smithsonian w Edgewater, w USA, ze swoimi współpracownikami piszą następująco:
Globalne ocieplenie spowodowane gazami cieplarnianymi jest prawdopodobnie ostateczną przyczyną trwającej dezoksygenacji w wielu częściach otwartego oceanu. W przypadku górnego oceanu w latach 1958–2015 zawartość tlenu i ciepła jest silnie skorelowana z gwałtownym wzrostem zarówno dezoksygenacji, jak i zawartości ciepła w oceanie, począwszy od połowy lat 80. XX wieku.
Badanie to zostało przeprowadzone przez zespół naukowców z GO2NE (Global Ocean Oxygen Network), nowej grupy roboczej utworzonej w 2016 r. przez Międzyrządową Komisję Oceanograficzną ONZ.
Jest ono jednym z pierwszych badań wnikliwie badających przyczyny i skutki odtleniania oceanów.
Naukowcy piszą:
Potrzebne są ulepszone modele numeryczne procesów oceanograficznych, które kontrolują ubytek tlenu i wielkoskalowy wpływ zmienionych cykli biogeochemicznych, aby lepiej przewidywać wielkość i wzorce przestrzenne odtleniania na otwartym oceanie, a także sprzężenia zwrotne z klimatem. Opracowanie i weryfikacja kolejnej generacji tych modeli będzie wymagało wzmożonych obserwacji in situ i lepszego zrozumienia mechanizmów w różnych skalach.
—-
Rys.1. Niskie i malejące poziomy tlenu w otwartym oceanie i wodach przybrzeżnych wpływają na procesy, od biogeochemii po bezpieczeństwo żywnościowe.
Mapa globalna wskazuje obszary przybrzeżne, w których antropogeniczne składniki odżywcze zaostrzyły lub spowodowały spadek O2 do <2 mg litra −1 (<63 μmol litra ^−1 ) (czerwone kropki), a także strefy o minimalnej zawartości tlenu w oceanach na głębokości 300 m ( regiony zacieniowane na niebiesko). [Mapa stworzona na podstawie danych dostarczonych przez R. Diaza, zaktualizowana przez członków sieci GO 2 NE i pobrana z World Ocean Atlas 2009].
—-
Autorzy pracy niniejszej zauważyli w swoich wynikach badań, że w takich obszarach morskich jak Zatoka Chesapeake i Zatoka Meksykańska, poziom tlenu spada do tak niskiego poziomu, że wiele zwierząt dusi się i umiera. Gdy jednak mimo wszystko ryby unikają tych stref, ich siedliska kurczą się, a wtedy stają się te ryby bardziej podatne na drapieżniki lub połowy przez ludzi.
Bardzo silny spadek tlenu w wodach oceanicznych przyczynia się również do spadku reprodukcji wielu gatunków morskich, częstych chorób, a nawet śmierci wielu osobników mniej przystosowanych do tak zmiennych warunków oksydacyjnych. Grozi to też uwalnianiem się szkodliwego dla organizmów podtlenku azotu, którego molekuła ma 300 razy silniejszy potencjał cieplarniany niż dwutlenku węgla. Ponadto powstaje równie bardzo niebezpieczny, toksyczny gaz – siarkowodór.
Zmiana klimatu ma wpływ na odtlenianie wód oceanicznych, głównie na otwartym oceanie, gdzie największe stężenie tlenu jest w powierzchniowej warstwie, a najmniejsze w głębinach, zwłaszcza na dnie, gdzie też właśnie najczęściej powstają martwe strefy oceaniczne i morskie. Z kolei w wodach przybrzeżnych, duży wpływ ma działalność gospodarcza, zwłaszcza spuszczanie do rzek nawozów sztucznych, np. azotanów i fosforanów, które gdy trafią do oceanu czy morza, powodują silne zakwity glonów oraz bardzo silnie toksycznych sinic.
Również odtlenianie oceanów uderza mocno w gospodarkę opartą na rybołówstwie. Tam gdzie powstają martwe strefy oceaniczne i morskie, tam spada produkcja ryb i „owoców morza”, czyli bezkręgowców morskich, takich jak np. popularne w Stanach Zjednoczonych krewetki czy w południowej Europie homary.
Zdaniem naukowców, potrzebne są bardziej skuteczne działania profilaktyczne: zdrowotne, sanitarne, epidemiologiczne, a także środowiskowe oraz konieczne są działania mitygacyjne i adaptacyjne przeciw zmianom klimatu.
—-
Według wyników badań oceanografów Matthew Longa z Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych w Boulder, w Kolorado, Curtisa Deutcha ze Szkoły Oceanografii na Uniwersytecie Waszyngtońskim w Seattle oraz Taki Ito z Wydziału Nauki o Ziemi i Atmosferze w Instytucie Technologii Georgia w Atlancie, zamieszczonych 10 lutego 2016 roku, w czasopiśmie Global Biogeochemical Cycles, w pracy „Finding forced trends in oceanic oxygen” [„Znalezienie wymuszonych trendów tlenu oceanicznego”], coraz cieplejsze oceany i morza powodują ich stratyfikację utrudniającą mieszanie i dopływ tlenu, dwutlenku węgla, tlenu i innych składników pokarmowych do głębszych warstw oceanu dla wielu głębinowych organizmów morskich, co skutkuje ich odtlenianiem. A dzieje się tak dlatego, że od powierzchni morza ku większym głębokościom rośnie gradient gęstości wody właśnie gdy one coraz słabiej mieszają się pod wpływem coraz wyższego wzrostu temperatury.
Badacze swoje spostrzeżenia naukowe oparli na symulacji komputerowej Dużego Zestawu Modelu Systemu Ziemskiego Klimatu (CESM-LE – Community Earth System Model – Large Ensemble) opartego na Narodowym Centrum Badań Atmosfery (NCAR – National Center for Atmospheric Research), sfinansowanego przez Narodową Fundację Nauki i Departament Energii Stanów Zjednoczonych.
—-
Rys.2. Szeregi czasowe średniej rocznej globalnej inwentaryzacji rozpuszczonego O2 w eksperymencie CESM Large Ensemble. Jasnoszara linia pokazuje kontrolę 1850 roku bez korekcji dryfu; ciemnoszara linia jest kontrolą 1850 roku po usunięciu trendu liniowego związanego z dryfem modelu. Czarna linia oznacza element zespołu 1, a kolorowe linie pokazują pozostałe elementy zespołu; wszystkie szeregi czasowe związane z integracjami przejściowymi zostały skorygowane pod kątem dryftu liniowego w kontroli od 1850 roku.
—-
Zgodnie z prawem Henry’ego z każdym wzrostem temperatury wód oceanicznych maleje w nich rozpuszczalność wszystkich gazów, takich jak dwutlenek węgla i tlen. Ponadto zmniejsza się gęstość wód powierzchniowych pod wpływem ich ocieplania. W sumie stratyfikacja powodująca hamowanie mieszania wód i transportu dwutlenku węgla i tlenu do głębszych warstw wód oceanicznych sprawia, że te gazy w dużej ilości kumulują się w najsilniej nagrzewanych przypowierzchniowych warstwach oceanów. W szczególności gdy już w niektórych rejonach oceanicznych nastąpiło przesycenie dwutlenkiem węgla w uwarstwionych wodach powierzchniowych, może on więcej się wydzielać do atmosfery niż być pochłanianym z niej przez oceany.
—-
W pracy z 16 kwietnia 2020 roku „A committed fourfold increase in ocean oxygen loss” [„Czterokrotny wzrost utraty tlenu w oceanie”], zamieszczonej w Nature Communications, naukowiec pracujący w instytucie oceanicznym Helmholtz Center for Ocean Research GEOMAR w Kilonii, Andreas Oschlies zauważa na podstawie symulacji Modelu Systemu Ziemskiego Klimatu z Uniwersytetu w Victorii, że nawet zatrzymanie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery nie powstrzyma dalszego ocieplania się klimatu, w tym wód oceanicznych oraz ich odtleniania, zwłaszcza na ich większych głębokościach, z powodu zwiększającej się stratyfikacji hamującej transport pionowy tlenu i dwutlenku węgla z powierzchni oceanów w głębiny oraz w odwrotnym kierunku składników odżywczych z głębin ku powierzchni oceanów.
W szczególności groźne jest odtlenianie o czym pisze autor we wspomnianym artykule. Wskaźnik metaboliczny pokazuje nawet 25 % spadku zawartości tlenu w głębinach oceanów poniżej 2000 metrów, co oczywiście już wpływa bardzo niekorzystnie na będącą tam faunę pelagiczną i bentosową.
Profesor Oschlies wyjaśnia:
W badaniu wykorzystano model systemu Ziemi do oceny tego, co w dłuższej perspektywie stanie się w oceanie, jeśli wszystkie emisje CO2 zostaną natychmiast zatrzymane.
Wyniki pokazują, że nawet w tym ekstremalnym scenariuszu ubytek tlenu będzie trwał przez wieki, ponad czterokrotnie zwiększając utratę tlenu, jaką do tej pory widzieliśmy w oceanie.
—-
https://www.science.org/lookup/doi/10.1126/science.aam7240
W
https://www.sciencedaily.com/rel…/2018/01/180104153511.htm
—-
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/…/2015GB005310
W
https://www.sciencedaily.com/rel…/2016/04/160427150914.htm
—-
https://www.nature.com/articles/s41467-021-22584-4
W
https://www.sciencedaily.com/rel…/2021/04/210416120005.htm

Zakwaszenie oceanów (AO)

W drugiej połowie XVIII wieku, wraz z pierwszym spalaniem paliw kopalnych, emisjami gazów cieplarnianych, początkowo dwutlenku węgla, do atmosfery oraz pierwszym przyrostem w niej stężenia tego gazu, również zaczął on pojawiać się w oceanach.
Wprawdzie oceany, tak jak i lądy, mniej więcej w naturalnych procesach tyle samo emitują co absorbują dwutlenku węgla, ale od uruchomienia pierwszych manufaktur opalających węgiel w Wielkiej Brytanii również stężenie tego gazu zaczęło powoli wzrastać w oceanach. Ale temperatura w największych akwenach wodnych Ziemi dopiero zaczęła tak naprawdę rosnąć od lat 70 XX wieku.
Jak czytamy już w 2006 roku w pracy naukowej „Carbon Dioxide and Our Ocean Legacy„ [„Dwutlenek węgla i nasze dziedzictwo oceanu„], opublikowanej w instytucji naukowej NOAA Pacific Marine Environment Laboratory przez badaczy zakwaszenia oceanów, Richarda Feely’ego, Christophera Sabine i Victorię Fabry, od początku ery przemysłowej ocean wchłonął z atmosfery około 525 miliardów ton CO2, a więc, w 2006 roku około 22 milionów ton dziennie. Na łamach serwisu Smithsonian Institution czytamy:
Początkowo naukowcy myśleli, że może to być dobre rozwiązanie, ponieważ pozostawia mniej dwutlenku węgla w powietrzu, aby ogrzać planetę. Ale w ostatniej dekadzie zdali sobie sprawę, że to spowolnione ocieplenie odbywa się kosztem zmiany chemii oceanu. Kiedy dwutlenek węgla rozpuszcza się w wodzie morskiej, woda staje się bardziej kwaśna, a stężenie (pH) oceanu (miara kwasowości lub zasadowości oceanu) spada. Chociaż ocean jest ogromny, wystarczająca ilość dwutlenku węgla może mieć duży wpływ. Tylko w ciągu ostatnich 200 lat woda w oceanie stała się o 30 procent bardziej kwaśna – szybciej niż jakakolwiek znana zmiana chemiczna oceanu w ciągu ostatnich 50 milionów lat.
—–
Jeden z najważniejszych eksperymentów badania wpływu zakwaszenia oceanu (AO – Acidification Ocean) na gatunki oceaniczne i morskie, Mesocosm, został przeprowadzony w pelagialu u wybrzeży Norwegii w 2015 r. Projektem tym kierował profesor Biologicznej Oceanografii Ulf Riebesell, pracujący w GEOMAR -Centrum Badań Oceanicznych im. Helmholtza w Kilonii.
Badania przeprowadzone zostały w ośmiu mezokosmach o pojemności 55 000 litrów każdy (w eksperymentalnych zbiornikach wodnych umieszczonych w morzu lub w oceanie) przez 36 badaczy, którzy przez 50 dni pobierali próbki.
Projekt ten pokazuje, że kluczowe gatunki w skali globalnej o strukturze wapiennej jak glon Emiliania huxleyi czy zwierzę bezkręgowe – mięczak, pteropod, czyli morski ślimak skrzydłonogi Limacina helicina, będą głównymi przegranymi.
Wspomniany glon Emiliania huxleyi odgrywa dwie ważne role klimatyczne. Po pierwsze, transportuje węgiel w głębiny oceaniczne opadając po śmierci, a więc, łagodzi klimat. A po drugie, wytwarza chłodny i jasny gaz aerozolowy – dimetylek siarczku (DMS), dzięki czemu chmury bieleją, głównie stratocumulusy nad oceanami, i silnie odbijają w przestrzeń kosmiczną promienie słoneczne, a więc, dzięki temu ochładza klimat. Z kolei ślimak skrzydłonogi Limacina helicina jest bardzo ważnym ogniwem w sieci troficznej, służącym jako pokarm dla wielu ryb i morskich ssaków i ptaków. Gdy go zabraknie w ekosystemie pelagicznego planktonu, to łańcuchy i sieci pokarmowe po prostu załamią się i może dojść do katastrofy ekologicznej. Mięczak ten jest uzależniony od wysokiego nasycenia wód pelagicznych aragonitem.
—-
Fot.1. Skaningowa mikrografia elektronowa pojedynczej komórki Emiliania huxleyi
—-
Fot.2. Żywy osobnik Limacina helicina
—-
Do zwycięzców należą gatunki niewapienne – pikoplanktonowe jak bakterie, a wśród bezkręgowych zwierząt, megaplanktonowe osłonice Oicopleura doica, a także z pewnością wiele innych o galaretowatym kształcie zwierząt jak inne gatunki osłonic czy też wiele gatunków meduz.
Swoje spostrzeżenia i uwagi, względem newralgicznego gatunku pelagicznego Emiliania huxleyi, Ulf Riebesell wraz ze swoimi współpracownikami przedstawił 12 grudnia 2016 roku na łamach Nature Geoscience, w artykule „Competitive fitness of a predominant pelagic calcifier impaired by ocean acidification” [„Zdolność konkurencyjna dominującego wapiennego organizmu pelagicznego upośledzona przez zakwaszenie oceanów”].
—-
Fot.3. Mezokosmy na Svalbardzie. Naukowcy pobierają próbkę wody z mezokosmu. Fot. Maike Nicolai, GEOMAR
—-
Kunshan Gao z Państwowego Kluczowego Laboratorium Nauk o Środowisku Morskim i Wyższej Szkoły Nauk o Oceanie i Ziemi na Uniwersytecie w Xiamen w Chinach, wraz ze swoim zespołem badawczym na wstępie pracy z 2019 roku „Effects of Ocean Acidification on Marine Photosynthetic Organisms Under the Concurrent Influences of Warming, UV Radiation, and Deoxygenation” [„Wpływ zakwaszenia oceanu na morskie organizmy fotosyntetyczne pod wpływem jednoczesnego ocieplenia, promieniowania UV i odtlenienia”], we Frontier Sin piszą:
Oceany pobierają ponad 1 milion ton antropogenicznego CO2 na godzinę, zwiększając poziom ciśnienia parcjalnego rozpuszczonego dwutlenku węgla (pCO2) i obniżając stężenie (pH) wody morskiej w procesie zwanym zakwaszeniem oceanów (OA – Ocean Acidification). Jednocześnie cieplarniane ocieplenie powierzchni oceanu powoduje zwiększone rozwarstwienie warstw mieszanych, narażając żyjące tam organizmy fotosyntetyczne na zwiększone promieniowanie widzialne i ultrafioletowe (UV), a także na zmniejszoną podaż składników odżywczych. Ponadto ocieplenie oceanów i eutrofizacja antropogeniczna zmniejszają stężenie rozpuszczonego O2 w wodzie morskiej, przyczyniając się do rozprzestrzeniania się stref niedotlenienia.
Naukowcy ci zauważyli, że promieniowanie słoneczne ultrafioletowe oraz / lub podwyższona temperatura wyraźnie powodują zmniejszenie zwapnienia pośród glonów wapiennych. Natomiast u okrzemek został stwierdzony większy ich wzrost przy podwyższonym poziomie CO2, ale i przy niewielkim nasłonecznieniu. Jednak zbyt intensywne światło słoneczne hamuje rozwój tych glonów krzemianowych.
Z kolei, Catriona Hurd w pracy zespołowej z 2018 roku „Current understanding and challenges for oceans in a higher-CO2 world” [„Aktualny zrozumienie i wyzwania dla oceanów w wyższym światowym stężeniu CO2”] mówi:
Zakwaszenie oceanów jest zjawiskiem globalnym, ale nakłada się na nie wyraźna zmienność regionalna modulowana przez lokalną fizykę, chemię i biologię. Uznanie jego wielopłaszczyznowego charakteru i współdziałania zakwaszenia z innymi czynnikami wpływającymi na ocean doprowadziło do międzynarodowych i regionalnych inicjatyw mających na celu ustanowienie sieci obserwacyjnych i opracowanie ujednolicających zasad reakcji biologicznych. Rośnie świadomość zagrożenia, jakie stanowi zakwaszenie oceanów dla usług ekosystemowych, a konsekwencje społeczno-gospodarcze stają się coraz bardziej widoczne i wymierne. W świecie o wyższym poziomie emisji CO2 przyszłe wyzwania obejmują lepsze projektowanie i rygorystyczne testy opcji adaptacyjnych, łagodzących i interwencyjnych, aby zrównoważyć skutki zakwaszenia oceanów w skali od lokalnej do regionalnej.
—-
https://www.pmel.noaa.gov/pubs/PDF/feel2899/feel2899.pdf
https://ocean.si.edu/…/invertebrates/ocean-acidification
https://www.nature.com/articles/ngeo2854
https://www.frontiersin.org/…/10…/fmars.2019.00322/full
https://www.nature.com/articles/s41558-018-0211-0

Zawartość cieplna oceanów (OHC)

Od lat 60 XX wieku przybywa coraz więcej energii cieplnej w oceanach, które od tamtej pory zaczęły się dość szybko i gwałtownie nagrzewać. Choć, mimo wszystko te największe zbiorniki wodne na Ziemi i tak nieco wolniej nagrzewają się niż atmosfera naszej planety.
W pracy z 2012 roku „World ocean heat content and thermosteric sea level change (0–2000 m), 1955–2010” [„Światowa zawartość ciepła w oceanach i termosteryczna zmiana poziomu morza (0–2000 m), 1955–2010”], przedstawionej przez Sydneya Levitusa i jego zespół naukowy czytamy, że, gdyby całe ciepło z oceanów, nagrzane w latach 1955-2010, trafiło do atmosfery na wysokość 10 kilometrów, ta nagrzałaby się ona w szybkim tempie do 36 stopni Celsjusza względem okresu przedprzemysłowego.

Continue reading “Zawartość cieplna oceanów (OHC)”

Projekt FACE

Poczynając od 2012 roku, został przeprowadzony wielki projekt naukowy FACE (Free-Air Carbon Dioxide Enrichment – wzbogacanie na świeżym powietrzu w dwutlenek węgla), badania polegającego na obliczaniu przepływu strumieni węgla w roślinności oraz w glebach. Takie eksperymenty przeprowadzone zostały głównie w Australii (koło Sydney), Europie (koło Birmingham w Anglii), Ameryce Południowej (koło Manaus w brazylijskiej Amazonii) oraz Środkowej (na wyspie Barro Colorado w strefie Kanału Panamskiego).

Continue reading “Projekt FACE”

Obszary pod wpływem nasilenia się susz i obszary pod wpływem nasilenia się opadów atmosferycznych i powodzi

Wszystkie symulacje komputerowe wskazują, że obszarów suchych i mokrych w świecie cieplejszym o 2 stopnie Celsjusza w stosunku do okresu przedprzemysłowego, czy nawet o 3 lub 4 stopnie Celsjusza, będzie coraz więcej przybywać. Obszary wilgotne będą jeszcze bardziej wilgotniejsze, a obszary suche będą jeszcze bardziej suche.
Samodzielna praca „Climate change impact on flood and extreme precipitation increases with water availability” [„Wpływ zmiany klimatu na powodzie i ekstremalne opady wzrasta wraz z dostępnością wody”], napisana 13 sierpnia 2020 roku przez Hosseina Tabariego z Wydziału Inżynierii Lądowej na Katolickim Uniwersytecie w Leuven, w Belgii, koncentruje się na analizie obszarów wilgotnych, półwilgotnych i półsuchych i ich prognozach modelowanych w przyszłości.
Naukowiec wyciągnął wniosek, że skoro stężenie pary wodnej w atmosferze, dostarczające wodę do opadów, wzrasta zgodnie z zależnością termodynamiczną Clausiusa-Clapeyrona, proporcjonalnie o 6-7 % na stopień wzrostu temperatury globalnej, to oczekuje się, że cykl hydrologiczny nasili się wraz z globalnym ociepleniem, co prawdopodobnie jeszcze bardziej zwiększy intensywność ekstremalnych opadów i ryzyko powodzi.
Habari na podstawie wziętych z zestawu CMIP5, 24 globalnych modeli klimatycznych (GCM – Global Climate Model), porównał historyczne dane opadów atmosferycznych z okresu 1971-2000 z okresem ekstrapolowanym w przyszłość, mianowice 2070-2099 na podstawie scenariusza RCP 8.5 ustalonego jeszcze w V Raporcie Oceny IPCC w latach 2013-14. Z kolei, przy analizie zmian powodziowych użył 5 modeli z wielomodelowego zestawu IM (Impact Model) oraz 4 modeli z projektu ISIMIP (Inter-Sectoral Impact Model Intercomparison Project – Projekt porównawczych międzysektorowych wpływowych modeli).
Obszary wysychające
W oparciu o medianę zbiorową GCM CMIP5, regiony, które są ograniczone dostępem do wody, znajdują się głównie w Afryce Północnej i na Bliskim Wschodzie (MENA – Middle East and North Africa) oraz w Australii, podczas gdy, regiony obfitujące w zasoby wody znajdują się na średnich szerokościach geograficznych i w tropikach (ryc. 1 a ). Około 72% gruntów znajdujących się w tych rejonach prawdopodobnie ulegnie wysuszeniu w przyszłości, aż o > 30%).
—-
—-
Rys.1. Wskaźnik suchości i jego przewidywane przyszłe zmiany. ( a , b ) Rozkład przestrzenny zbioru mediany wskaźnika suchości i pięciu reżimów klimatycznych opartych na wskaźniku suchości klimatów ( a ) historycznych (1971–2000) i ( b ) przyszłych (2070–2099). ( c ) Prognozowana zmiana pokrycia obszaru każdego systemu klimatycznego w latach 2070-2099 w stosunku do lat 1971-2000 (kropki w kolorze łososiowym, modele indywidualne); Mediana danego zestawu jest oznaczona czarnym krzyżykiem i liczbą u góry. ( d ) Średnie przewidywane pokrycie powierzchni przez zestaw dla każdego z pięciu reżimów klimatycznych w procentach całkowitej powierzchni lądowej w latach 2070–2099. Mapy zostały wygenerowane przy użyciu zestawu narzędzi mapowania MATLAB 65 (URLhttps://www.mathworks.com/products/mapping.html ).
—-
Obszary narażone na ekstremalne opady atmosferyczne
Według obliczeń Tabariego, ekstremalne opady zwiększają się równomiernie we wszystkich reżimach klimatycznych (rys. 2 ). Dokładnie, rozkład procentowy powierzchni wykazuje wzrost intensywności opadów i wygląda następująco:
a) regiony wilgotne – 99,9%
b) regiony półwilgotne – 99,8%
c) regiony półsuche – 99,3%
d) regiony suche – 98,7%
(Rys. 2 ).
Duża niepewność jest względem burz i ulew konwekcyjnych, gdyż nie mogą być dobrze obliczone w modelach o globalnym zasięgu, takie wartości jak GCM i dostrojenie głębokich konwekcji tropikalnych czy konwekcji na średnich szerokościach jest mocno utrudnione.
—-
—-
Rys.2. Zmiany (%) intensywności ekstremalnych opadów w ciągu 1 do 30 lat na stopień globalnego ocieplenia w latach 2070–2099 w ramach scenariusza emisji RCP8.5, w porównaniu z 1971–2000. ( a – d ) Przestrzenny rozkład grupowych zmian mediany w regionach ( a ) wilgotnych, ( b ) półwilgotnych, ( c ) półsuchych i ( d ) suchych. ( e) Zmiany w zależności od systemu klimatycznego na podstawie poszczególnych modeli (kropki łososiowe). Dla każdego zestawu medianę zaznaczono czarnym krzyżykiem. Liczby na górze zestawów (górny rząd) wskazują medianę w każym z tych zestawów, a te zaznaczone pogrubioną czcionką i kursywą oznaczają znaczące zmiany odpowiednio na poziomie ufności 95% i 90%. Liczby w nawiasach oznaczają odsetek eksperymentów, które zgadzają się co do znaku zmiany (odporność). Mapy zostały wygenerowane przy użyciu zestawu narzędzi do mapowania MATLAB 65 (URL https://www.mathworks.com/products/mapping.html ).
—-

Continue reading “Obszary pod wpływem nasilenia się susz i obszary pod wpływem nasilenia się opadów atmosferycznych i powodzi”

Dramatyczny spadek populacji trzmieli z powodu nasilających się zmian klimatu

Według danych IPBES [Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystems Services – Międzyrządowa Platforma Naukowo-Polityczna ds. Różnorodności Biologicznej i Usług Ekosystemowych], ustalonych 29 kwietnia – 4 maja 2020 roku w Paryżu na VII sesji plenarnej IPBES, około milion gatunków w ciągu pół wieku jest zagrożonych wymarciem, głównie z przyczyn eksploatacji i zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Jednak z biegiem czasu będą coraz poważniejsze przyczyny ekstynkcji gatunków z powodu zmian klimatu. Do takiej grupy są już dziś zaliczane trzmiele z rzędu owadów.

Continue reading “Dramatyczny spadek populacji trzmieli z powodu nasilających się zmian klimatu”

Sekwencyjność susz szkodliwa dla lasów

Obecnie nadal wpływ ekstremalnych zjawisk klimatycznych na ekosystemy lądowe jest słabo poznany. Dotyczy to zarówno fal upałów, susz, jak i pożarów. Jeśli chodzi o susze, wpływ tych ekstremów jest bardzo ważny dla przewidywania sprzężeń zwrotnych związanych z przebiegiem cyklu węglowego, który z kolei może mieć wpływ na przyspieszenie lub ograniczenie zmian klimatu.
28 września 2020 roku w czasopiśmie Nature Climate Change w pracy zespołowej „Divergent forest sensitivity to repeated extreme droughts” [„Rozbieżna wrażliwość lasów na powtarzające się ekstremalne susze”], na jej wstępie William Anderegg ze swoimi współpracownikami opisali zbadane sekwencje susz w ekosystemach leśnych Ziemi.

Continue reading “Sekwencyjność susz szkodliwa dla lasów”

Czerwcowa ekstremalna fala upałów na wybrzeżu Pacyfiku USA i Kanady

Wszystkie ekstremalne zjawiska pogodowe jak fale upałów, susze, pożary czy też nawalne opady deszczu, powodzie czy też burze zawsze były na Ziemi i towarzyszyły ludziom od zarania dziejów. Jednak od początku naszego istnienia nie miały one takiej intensywności, częstotliwości oraz nie miały takiego zasięgu rozprzestrzeniania się jak to dziś obserwujemy wszyscy. Naukowcy od lat 50-60 XX wieku, a politycy, media i społeczeństwo dopiero od co najmniej dekady zwrócili uwagę na namacalnie występujące zmiany klimatu. Nie ma żadnych wątpliwości, że te ekstrema pogodowe stanowią dla ludzkości bardzo poważne zagrożenie. Już dziś część krajów szuka rozwiązań strategicznych by przeciwdziałać ich szkodom jakie przynoszą coraz częściej naszej cywilizacji oraz ekosystemom lądowym i morskim.

Continue reading “Czerwcowa ekstremalna fala upałów na wybrzeżu Pacyfiku USA i Kanady”

Atrybucja zmian klimatu

Często ludzie wpadają w pułapkę myślową taką, gdy jest mowa o suszach, upałach, pożarach czy nawalnych opadach, powodziach czy też huraganach, że to są tylko zmiany klimatu wywołane przez człowieka. Częściowo jest to prawda. Nie tylko negacjoniści klimatyczni, ale i naukowcy badający fizykę klimatu mówią, że ekstrema pogodowe również występują naturalnie. I tak jest. Nawet zupełnie o charakterze naturalnym zdarzały się one dawniej o dość dużej intensywności, ale występowały krótko i bardzo rzadko. Dziś też mają one miejsce, ale jednak coraz rzadziej mają one charakter tylko i wyłącznie naturalny. Dziś najczęściej występują takie ekstremalne zjawiska pogodowe, gdzie na naturalne czynniki nakładają się antropogeniczne w związku ze zmianami klimatu. Naukowcy oszacowują, w ilu procentach właśnie takie antropogeniczne zmiany klimatu wzmacniają pogodowe zdarzenia naturalne. 

Continue reading “Atrybucja zmian klimatu”