Zmiany klimatyczne - co należy wiedzieć (część 1)

Stanisław Hławiczka
1 wrz
6 minut(y) czytania

Zaktualizowano: 2 wrz

Informacje na temat zmian klimatu na Ziemi koncentrują się zwłaszcza, i słusznie, na konsekwencjach tych zmian. Konsekwencje te są na tyle groźne, że właśnie one zwłaszcza, stanowią o wadze problemu, przed którym przestrzegają nas naukowcy. Dużo rzadziej omawia się przyczyny tych zmian, ograniczając się do kierowania uwagi na nadmierną emisję do atmosfery gazów cieplarnianych, zwłaszcza ditlenku węgla.

Czym są zmiany klimatyczne? Wprowadzenie do tematu

Aby jednak lepiej zrozumieć istotę zachodzących na naszej planecie zmian klimatycznych, warto zacząć od poznania pewnych podstaw wyjaśniających czym jest ziemski klimat i co go kształtuje - łatwiej wtedy zrozumieć co może go zmieniać. A problem jest naprawdę poważny.

Wyniki analiz danych meteorologicznych z okresu ostatnich 60 lat pokazują pogłębiające się nierównoważenie stanów pogodowych, występujące na około 60 procentach powierzchni lądów.

Zaobserwowano, że o ile mechanizmy zachodzących zjawisk pogodowych są podobne

to ich częstotliwość, intensywność i szybkość niebezpiecznie narasta.

Dlaczego zjawiska pogodowe stają się bardziej ekstremalne?

Objawem tych procesów jest m.in. gwałtowność wymiany mas powietrza na naszej planecie, zwłaszcza na linii północ-południe. Na półkuli północnej zwiększa się gwałtowność i coraz większa nieprzewidywalność wzajemnej zamiany spływu mas chłodnego arktycznego powietrza z północy, z napływami gorącego powietrza zwrotnikowego z południa. Te zjawiska powodują, że dochodzi do zacierania różnic pomiędzy porami roku, gdyż globalne ocieplenie wpływa na temperaturę, opady i inne czynniki pogodowe.

Klimat jako pojazd napędzany energią słoneczną

Przyrównując klimat do pojazdu, to zasadnym jest postawienie pytania: co jest paliwem w tym pojeździe, co wprawia w ruch ten pojazd?

Kluczową rolę w życiu na Ziemi odgrywa promieniowanie słoneczne, dostarczając energię niezbędną do podtrzymania życia oraz zjawisk składających się na ziemski klimat.

Wracając więc do postawionego wyżej pytania i przyjętego porównania, można stwierdzić, że klimat jest pojazdem napędzanym energią słoneczną.

Epoka „Ziemi-śnieżki” — kiedy Ziemia była całkowicie zamarznięta

Ziemia od początku swego istnienia otrzymuje energię ze światła słonecznego. Był jednak okres w dziejach Ziemi kiedy nasza planeta była całkowicie pokryta lodem.

Okres ten ma nawet swoją oficjalną nazwę: Ziemia Śnieżka (ang. Snowball Earth). Jest to co prawda hipoteza, która jednak jest całkiem realna o czym świadczą skamieniałe osady lodowcowe zachowane w warstwach skalnych na całym świecie.

Ten efekt utrzymującego się zamrożenia był możliwy dzięki silnej zdolności ziemskiej powierzchni, pokrytej lodem, do odbijania promieniowania słonecznego. Właściwością takiej powierzchni było (i nadal jest) tak silne odbijanie promieniowania słonecznego (przy jednoczesnym znikomym pochłanianiu energii tego światła), że możliwe było utrzymywanie się stałej ilości masy lodu w jednych obszarach naszej planety, a w innej jej części dochodziło do przewagi procesu nawarstwiania się lodu nad jego ubytkiem.

Proces ten odwrócił się gdy na geologiczną scenę Ziemi wkroczyły wulkany. Efektem erupcji wulkanicznych były emisje do atmosfery ogromnych ilości ditlenku węgla i różnych aerozoli oraz depozycje na warstwach lodu ciemnych pyłów i żula wulkanicznego.

jak wulkany wpływają na ocieplenie klimatu

Zdj.2

Ciemny kolor powierzchni zwiększył znacząco pochłanianie energii. Spowodowało to, że energia promieniowania słonecznego, wcześniej odbijana od powierzchni Ziemi i wysyłana w kosmos kumulowała się, ocieplając atmosferę. Na Ziemi Śnieżce zaczął się okres odwilży, czyli doszło do całkowitej zmiany klimatu Ziemi.

Takie procesy wskazują, że zmiany klimatu następowały od początku istnienia naszej planety. Najogólniej, wynikały one ze zmian bilansu energetycznego, czyli energii pobranej od Słońca i energii oddawanej w przestrzeń kosmiczną.

Co jednak bardzo ważne: wcześniej bilansem tym rządziły czynniki naturalne. Z czasem na bilans ten zaczęły wpływać czynniki antropogeniczne, czyli wynikające z działalności człowieka, co w sposób istotny zaburzyło bilans emisji do atmosfery gazów, które cechowały się specyficznymi właściwościami.

Właściwości tych gazów są następujące:

przepuszczają dopływające do Ziemi promieniowanie słoneczne w zakresie ultrafioletu (UV), a jednocześnie pochłaniają promieniowanie w zakresie podczerwieni (IR), którego znaczna część zatrzymywana jest w obrębie ziemskiej atmosfery. Energia zawarta w zatrzymywanym w atmosferze promieniowaniu IR, jako energia cieplna, zaczęła ogrzewać masy powietrza.

Jak albedo i erupcje wulkaniczne wpływają na bilans energetyczny Ziemi?

Ustalony wcześniej, przed ingerencją człowieka, naturalny bilans energetyczny wyglądał następująco: około 30 procent energii było przez atmosferę oraz niektóre jasne powierzchnie na Ziemi (zwłaszcza lód i śnieg) z powrotem wypromieniowane w kosmos, a około 70 procent tego promieniowania pozostawało w atmosferze. Właśnie to zjawisko absorbowania promieniowania słonecznego powoduje, że nasza planeta się nagrzewa. Miarą stosunku ilości promieniowania odbitego do ilości promieniowania pochłoniętego to tak zwane albedo, i właśnie ta naturalna wartość albedo jest obecnie naruszana - albedo Ziemi obniża się. Aktualnym problemem jest fakt, że ilość energii pochłoniętej i zatrzymanej w atmosferze zwiększa się, czego wynikiem jest ogrzewanie się atmosfery.

Opisany proces zilustrowany jest na przedstawionym schemacie.

Schemat 1

Długo ilość gazów cieplarnianych i poziom promieniowania słonecznego pozostawały na stałym poziomie. Równowaga ta zaczęła się zwłaszcza zmieniać gdy zaczęto spalać coraz to większe ilości paliw kopalnych, co oznaczało wzrost w atmosferze ilości gazów zdolnych absorbować promieniowanie. Pojawił się nowy problem jakim jest fakt, że ustalony przez wieki stabilny stan ilości energii oddawanej przez naszą planetę w przestrzeń kosmiczną zaczął się obniżać, na korzyść ilości promieniowania pozostającego w obrębie ziemskiej atmosfery. I tu właśnie objawia się rola gazów cieplarnianych, czyli właśnie takich substancji chemicznych, które mają właściwości absorbowania tego promieniowania, a następnie uwalniania tej energii i przekazywania jej do atmosfery.

Gazy cieplarniane — naturalne i antropogeniczne

Gazami cieplarnianymi jest zwłaszcza CO₂ i metan, ale również para wodna; wymienić tu jeszcze należy: podtlenek azotu, fluoropochodne węglowodorów i ozon

Bez tych gazów promieniowanie emitowane przez naszą planetę byłoby w większości oddawane w kosmos i w tym sensie ich rola jest istotna dla życia na Ziemi. Warto wiedzieć, że zależność pomiędzy wzrostem temperatury na Ziemi i rolą w tym zjawisku gazów cieplarnianych nie jest sprawą nową, poznaną niedawno.

Wiedza dotycząca tej zależności znana jest od końca 19 wieku, a jej odkrywcą jest szwedzki chemik Svante Arrhenius.

Dokładne i systematyczne pomiary stężeń gazów cieplarnianych prowadzone są od połowy XX wieku. Prowadzi się je w 66 krajach, w kilkuset stacjach pomiarowych. Wykazywany jest stały trend wzrostu wartości stężeń. Oprócz pomiarów prowadzonych w stacjach naziemnych wykonuje się też pomiary z użyciem satelitów. Niestety i te dane wskazują trend wzrostu wartości stężeń.

Spalanie to procesy dzięki którym uzyskujemy energię, jednak wytwarzany jest ditlenek węgla, stanowiący w krajach Unii Europejskiej prawie 80 procent emisji do atmosfery wszystkich gazów cieplarnianych emitowanych z obszaru tych krajów.

Metan, kolejny gaz o największym udziale w szeregu gazów cieplarnianych, ma udział znacznie niższy, wynoszący około 12 procent.

Zmiana klimatu ≠ globalne ocieplenie — czym się różnią?

W tym ogólnym wprowadzeniu warto jeszcze wyjaśnić pewną sprawę nomenklaturową: czy określenie zmiana klimatu można zamiennie stosować z globalnym ociepleniem. Otóż, nie bardzo: klimat zawiera w swoim pojęciu ocieplenie, co oznacza, że zmiana klimatu odnosi się nie tylko do zmiany ocieplenia, ale jest jeszcze pojęciem szerszym. Zmiany klimatu to oprócz zmian temperatury również zmiany opadów (deszczy, śniegu), częstości pojawiania się susz i upałów oraz zmiany zasięgu obszarowego tych zjawisk. Dlatego więc, globalne ocieplenie to część zjawiska zmian klimatu.

A propos temperatur, to krótki jeszcze komentarz do przedstawionej na załączonym schemacie wartości 15 st. Celsjusza. Istnieje pojęcie temperatura radiacyjna co odnosi się do całkowitej zdolności absorpcyjnej ciała doskonale czarnego. Obliczono, że dla Ziemi wartość temperatury radiacyjnej to około minus 18 st. Celsjusza, czyli jest to temperatura o około 33 st. Celsjusza niższa od obecnie panującej średniej, wynoszącej około 15 st. Celsjusza. Ta właśnie różnica temperatur (33 minus 18 = 15⁰C) to efekt naturalnego efektu cieplarnianego – bardzo ważnego zjawiska, które umożliwiło rozwój na Ziemi życia, w jego obecnej postaci. I ten właśnie efekt wypadkowy temperatury obecnie podwyższa się (co zaznaczono na załączonym schemacie)

Bilans radiacyjny Ziemi: co decyduje o temperaturze planety?

Przedstawiłem wcześniej dwa z trzech podstawowych czynników kształtujących średnią temperaturę Ziemi: albedo oraz skład atmosfery, a konkretnie gazy cieplarniane i ich rolę w absorbowaniu w atmosferze energii promieniowania słonecznego. Czynnikiem trzecim mających wpływ na temperaturę Ziemi, czynnikiem od którego właściwie trzeba by zacząć omawianie stanu energii zawartej w atmosferze, to strumień energii docierającej ze Słońca do naszej planety. Energia promieniowania słonecznego, zwłaszcza w tej części jaka zatrzymywana jest w atmosferze, rządzi pogodą i klimatem ziemskim.

Mierząc strumień dopływającej do Ziemi energii słonecznej i energii pochłanianej możliwe jest oszacowanie bilansu energetycznego naszej planety. Elementami ziemskiego systemu klimatycznego, akumulującymi tę energię są: atmosfera, oceany, lądy i lodowce (a właściwie lądolody). Szacuje się, że z całego ładunku tej energii jaka pozostaje w systemie klimatycznym Ziemi 93 procent trafia do oceanów, lądy i lodowce akumulują około 3 procent, a tylko 1 procent pozostaje w atmosferze. I właśnie w obrębie tego jednego procenta zachodzą zaburzenia bilansu radiacyjnego Ziemi. Na te zaburzenia składa się zwłaszcza obecność w atmosferze gazów cieplarnianych, pyłów i aerozoli, z tendencją ich rosnących stężeń.

Dlaczego aktywność słoneczna nie tłumaczy współczesnego ocieplenia?

Do przyczyn obserwowanych zaburzeń w obrębie atmosfery trzeba też wliczyć zmienność aktywności słonecznej, objawiającej się zmieniającą się ilością plam na Słońcu. Może się wydawać, że więcej plam na Słońcu oznacza niższą temperaturę na Ziemi. Jest jednak odwrotnie – wzrost ilości plam to więcej wypromieniowanej energii w przestrzeń kosmiczną, czyli również i w stronę Ziemi. Temu właśnie zjawisku niektórzy przypisują obserwowany efekt globalnego ocieplenia. Zdecydowana większość specjalistów stwierdza jednak, że aktywność słoneczna wpływa na ziemski klimat w stopniu wielokrotnie mniejszym niż aktywność człowieka.

Jak najogólniej można więc określić istotę zaburzenia obecnego bilansu energetycznego Ziemi? – nasza planeta otrzymuje więcej energii niż emituje w przestrzeń kosmiczną. Tym izolatorem, tym „szalikiem” oplatającym Ziemię jest właśnie obecność w atmosferze gazów cieplarnianych, co można przyrównać do warstwy izolującej ogrzewany budynek przed ucieczką ciepła.

Konsekwencje zmian klimatu — od ekstremów pogodowych po zagrożenia globalne

Zmiany klimatyczne to obecnie chyba najważniejsze wyzwanie dla ludzkości. Najważniejszymi konsekwencjami tych zmian, w wymiarze globalnym, to: globalne ocieplenie, katastrofalne zjawiska pogodowe, wzrost poziomu mórz i oceanów; następstwem tego, to: spadek bezpieczeństwa żywnościowego (wpływ na rolnictwo, rybołówstwo), obniżenie bezpieczeństwa zdrowotnego, zmiany w ekosystemach (degradacja lub zakłócenia bioróżnorodności), globalne migracje wywołane głodem i brakiem wody pitnej. Przedstawiłem tu tylko najważniejsze przyczyny tych globalnych zmian klimatycznych, ale jest jeszcze dużo innych problemów związanych z tym zjawiskiem – przedstawię je w dalszych częściach.

Tekst i zdjęcia

Stanisław Hławiczka #globalne ocieplenie #zmiana klimatu #bilans energetyczny Ziemi #efekt cieplarniany #Ekstremalne zjawiska pogodowe wzrost częstotliwości