Ewolucyjne zmiany klimatu Ziemi i katastrofalne zdarzenia pogodowe

Transkrypt

1 Janina Trepińska Ewolucyjne zmiany klimatu Ziemi i katastrofalne zdarzenia pogodowe Zmiany klimatu w skali globalnej i lokalnej są obserwowane od wielu lat. Na klimat wpływają procesy kształtujące warunki pogodowe w atmosferze, a także w innych systemach, które składają się na środowisko geograficzne (litosfera, hydrosfera, biosfera). Procesy fizyczne w środowisku geograficznym odznaczają się dużym dynamizmem, a szczególnie dotyczy to atmosfery. Pojęcie zmiany klimatu nie jest zdefiniowane. W wyniku wielu dyskusji naukowych przyjęto, że termin zmiany odnosi się do długich ciągów czasowych rzędu setek i tysięcy lat, natomiast o zmienności klimatu można mówić, gdy obserwowane są pewne zmiany w ciągu kilkunastu kilkudziesięciu lat. Stosowane są jeszcze terminy: fluktuacje, oscylacje, rytmy, cykle, w odniesieniu do obserwowanych odchyleń od średnich wieloletnich wartości elementów meteorologicznych. Należy podkreślić, że nie ma wyraźnej jednoznaczności w tych określeniach, a popularnie używane określenie zmiany nie jest zasadniczym błędem. Najczęściej zmiany klimatu są pojmowane jako ocieplenia lub oziębienia w pewnej historycznej skali czasowej, a więc odnoszone są przede wszystkim do zachowanych zapisów w kronikach, lub w skali pamięci człowieka. W takim ujęciu poprzez zmiany rozumie się coraz częstsze występowanie wczesnych, ciepłych wiosen, gorących sezonów letnich, lub bardzo mroźnych zim. Zauważane są więc głównie właściwości termiczne mas powietrza kształtujących klimat rozpatrywanego obszaru, odznaczającego się wyraźnymi porami roku. Sezonowością termiczną odznaczają się klimaty strefy umiarkowanej i polarnej, natomiast w klimatach ciepłych i gorących obserwuje się dużą zmienność w występowaniu opadów atmosferycznych. Historia klimatu Ziemi liczy tyle lat, ile wynosi jej wiek, tj. około 4,6 miliardów lat. Formowanie się składu chemicznego atmosfery i jej cyrkulacji trwało dosyć długo, nawet w geologicznej skali czasowej. Przyjmuje się, że zmiany klimatu Ziemi następowały w sposób ewolucyjny, wraz z przemieszczaniem się kontynentów, wypiętrzaniem się gór i zmianą położenia planety na orbicie wokół Słońca. W sposób nagły, katastroficzny, pewne zmiany klimatu mogą nastąpić wskutek potężnych pyłowych erupcji wulkanów, wielkich ulew i szybkiej zmiany podłoża. Na lądach taka

2 250 Janina Trepińska zmiana następuje wskutek wycięcia lasów, pożarów szaty roślinnej, zabudowy dużych powierzchni i wreszcie poprzez emisję zanieczyszczeń pyłowych, gazowych i termicznych do atmosfery. Na oceanach pojawiają się wielkie obszary wód powierzchniowych o podwyższonej temperaturze. Skutkami zanieczyszczeń atmosfery i hydrosfery są zaburzenia w kształtowaniu się cech mas powietrza i ich cyrkulacji. Z kolei może to powodować nagłe wyładowania nagromadzonej energii cieplnej w różnych miejscach kuli ziemskiej, co objawia się huraganowymi wiatrami, występowaniem tornad i trąb powietrznych, silnych burz i obfitych ulew. Zwraca uwagę przesuwanie się częstości pewnych zdarzeń pogodowych w różnych rejonach świata, np. zwiększenie się liczby dni z suszą w Afryce zwrotnikowej, powoduje poszerzanie się pustyni, ocieplanie się zim w rejonach subpolarnych, topnienie lodowców górskich. W Stanach Zjednoczonych rok 1998 został nazwany rokiem tornad, gdyż formowały się one prawie dwukrotnie częściej. System klimatyczny staje się mało stabilny, rozchwiany. Liczne badania fluktuacji klimatu, możliwe są do liczbowego ujęcia od czasu wprowadzenia regularnych pomiarów instrumentalnych. Podstawowe przyrządy meteorologiczne, tj. barometr i termometr rtęciowy, zostały wynalezione w połowie XVII wieku, a od połowy XVIII wieku w Europie zakładano stacje meteorologiczne. W Warszawie, pierwsza na ziemiach polskich stacja meteorologiczna została założona w roku 1779, a w Krakowie w roku Dzięki bogatym materiałom źródłowym, można stwierdzić, że w ciągu ponad dwustu lat w Europie występowały przejawy termicznej zmienności klimatu. Do połowy XIX wieku trwała tzw. mała epoka lodowa, która z różnym natężeniem chłodnych lat w Europie rozpoczęła się w XIV wieku. W drugiej połowie XIX wieku (od lat 90. w Polsce) wyraźnie zmniejszyła się częstość występowania surowych zim. Rozpoczął się okres współczesnego ocieplenia klimatu, początkowo nazwany okresem oceanizacji klimatu Europy. Średnia roczna temperatura powietrza wzrosła o 0,5 2,0 o C. Okres ten trwa do dzisiaj, z pewnym nasileniem w ostatnich 12 latach. W ostatnich dziesiątkach lat znaczną popularność, nie tylko wśród klimatologów, zyskał zatem problem globalnego współczesnego ocieplenia. Globalne ocieplenie dotyczy, jak wspomniano, przede wszystkim strefy klimatów umiarkowanych i subpolarnych. Ocieplenie jako pewien proces przyrodniczy, z punktu widzenia bytowania człowieka, może przynieść pozytywne skutki. Niepokój wśród uczonych i w społeczeństwie budzi jednak potęgowanie się zjawisk typu katastroficznego, które świadczą o dużej niestabilności systemu klimatycznego i są bardzo trudne do prognozowania. Konieczne jest spojrzenie zarówno na przyczyny, jak i na skutki zmian klimatu. Przyczyny zmian klimatu można określić jako naturalne i spowodowane przez działalność człowieka (antropogeniczne). Czynniki astronomiczne, takie jak zmiana kąta nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny orbity (cykl lat), zmiana mimośrodu orbity Ziemi ( lat), precesja osi Ziemi (cykl około lat) działają łącznie i mogą powodować duże zróżnicowanie w dopływie energii promienistej od Słońca. Geofizyk M. Milankovič (1930) obliczył jej wiekowe zmiany i porównał z epokami zlodowaceń, otrzymując dość znaczną zgodność teorii opracowanej matematycznie z wynikami badań dotyczących długości trwania plejstocenu. Oprócz zmian w geologicznej skali czasowej próbowano wykryć zgodność przebiegu zmian klimatycznych

3 Ewolucyjne zmiany klimatu Ziemi i katastrofalne zdarzenia pogodowe 251 na Ziemi z cyklem aktywności Słońca. Liczbę plam na tarczy Słońca (liczba Wolfa), osiągającą maksimum co 11 lat, korelowano z przebiegiem temperatury powietrza i opadów atmosferycznych. Wyniki nie są jednoznaczne, ale przyjmuje się, że pewien wpływ (w granicach %) cyklicznej aktywności Słońca jest zauważalny. Czynnikiem naturalnym są także pyłowe wybuchy wulkanów, które poprzez dostarczanie ogromnych ilości bardzo drobnych popiołów wulkanicznych do atmosfery, powodują zmianę jej przezroczystości, a tym samym osłabiają dopływ energii promienistej od Słońca. Pyły z jednej erupcji mogą utrzymywać się w wysokich warstwach atmosfery przez kilkanaście lat. Do antropogenicznych czynników wywołujących fluktuacje klimatyczne należy zaliczyć zanieczyszczenie atmosfery przez tzw. gazy cieplarniane (głównie CO 2, następnie metan CH chlorowcopochodne węglowodorów CFC ), pyły z produkcji przemysłowej, wypalania lasów i zaorywania powierzchni pól uprawnych. Zanieczyszczenia 4, s termiczne dostawy ciepła w wyniku stosowania różnych technologii przemysłowych, ogrzewania miast itp., również przyczyniają się do wzmocnienia naturalnego efektu cieplarnianego atmosfery. Gazem cieplarnianym jest także para wodna, której zmienna zawartość w atmosferze zależy od procesów fizycznych. Ziemia nieustannie otrzymuje strumienie krótkofalowej energii słonecznej. Atmosfera ziemska przepuszcza ten rodzaj energii, który pochłania podłoże i zamienia w energię cieplną, długofalową. Bilans energetyczny systemu klimatycznego zostaje zachowany na poziomie ustalonym przez naturę. Gazy cieplarniane nie są obojętne dla tego systemu, bowiem gdy ich koncentracja w atmosferze wzrośnie, to reakcja systemu ulegnie zmianie, objawiającej się ociepleniem atmosfery i pewną niestabilnością objawiającą się gwałtownymi zjawiskami, jak huragany, tornada, cyklony, zwiększone Ryc. 1. Średnia roczna temperatura powietrza w Krakowie (t), wyrównana przez ruchome 11 letnie (11t)

4 252 Janina Trepińska opady w różnych częściach świata. Poważną przyczyną takiej reakcji jest podwyższenie temperatury powierzchni wód oceanicznych, stwierdzone w rejonie środkowego Pacyfiku i Północnego Atlantyku. Nasila się rozwój niżów i huraganów zjawiska ENSO i NAO (El Niňo i Oscylacji Północnoatlantyckiej). Charakterystyczne są łańcuchowe powiązania przyczyn i skutków zmian klimatu oraz efekty sprzężeń zwrotnych, np. ocieplenie atmosfery wywołuje szybsze parowanie, którego następstwem jest powstawanie liczniejszych grubych chmur burzowych, dających silne wyładowania elektryczne i opady, co jest powodem zwiększonego parowania, które wzmaga efekt cieplarniany... i tak dalej. W historii Europy wiele wydarzeń miało pośredni, lub nawet bezpośredni związek z czynnikami zakłócającymi procesy pogodotwórcze. Przykładowo: uważa się, że wybuchy wulkanu Tambora (Indonezja) w roku 1815 i 1816 spowodowały rok bez lata w północnej i zachodniej Europie, szczególnie w Irlandii. Silne deszcze i niska temperatura w sezonie letnim, stały się przyczyną nieurodzaju, głodu i wzmożonej emigracji z Europy do Stanów Zjednoczonych. To wydarzenie nasiliło więc pewne zmiany społeczne i polityczne. Gigantyczna erupcja pyłowa wulkanu Krakatau (Indonezja) w roku 1883, spowodowała trwające przez kilkanaście lat zwiększone zapylenie górnej troposfery i nawet stratosfery, obserwowane na całym prawie globie. Za porównywalny z tą erupcją uważa się wybuch wulkanu Pinatubo (Filipiny) w roku 1991, po którym nasiliły się ulewy monsunowe w Azji południowo wschodniej. Na wybuchy wulkanów człowiek jednak nie ma wpływu, ale na działania wojenne tak. Po wielkich pożarach szybów naftowych na obszarze Półwyspu Arabskiego i zachodniej Azji, podczas amerykańsko irackiej wojny w Zatoce, w styczniu 1990 roku, zwiększona ilość higroskopijnych zanieczyszczeń w atmosferze przyczyniła się prawdopodobnie do ogromnych wiosennych ulew na obszarze Chin, czyli na drugim krańcu Azji. System klimatyczny nie zawsze reaguje natychmiast na emisję zanieczyszczeń pyłowych i gazów cieplarnianych do atmosfery. Reakcja może nastąpić po dziesiątkach lat. Skutki zmiany składu chemicznego atmosfery mogą okazać się bardzo poważne dla społeczeństw, a także ekosystemów. Może zmienić się przestrzenny rozkład opadów, pewne obszary mogą stać się pustyniami i półpustyniami, może nastąpić silne zasolenie wód podziemnych. Nasilą się katastrofalne, niespotykane powodzie (porównywalne do powodzi w roku 1995 w dorzeczu Renu oraz w 1997 i 2001 roku w południowej i zachodniej Polsce). Średni poziom oceanu podniesie się. Na lądach mogą przesunąć się naturalne granice stref roślinnych i rodzaju upraw rolnych. Reasumując wyniki badań można stwierdzić, że ryzyko zmian klimatu w najbliższej przyszłości jest realne i grozi poważnymi konsekwencjami. Liczne modele klimatyczne wskazują, że przy wzroście zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze, średnia roczna temperatura może się podnieść o 1,5 do 4,5 o C w ciągu najbliższych stu lat. Modele te są dość skomplikowane, wielowymiarowe i dlatego częściej są przedstawiane tzw. scenariusze zmian klimatu, których punktem wyjściowym jest zwiększająca się koncentracja gazów CO 2 w atmosferze i prawdopodobny wzrost temperatury powietrza z tego powodu.. Zauważone symptomy globalnego ocieplenia stały się przedmiotem zainteresowania polityków i ekonomistów, gdyż globalne ocieplenie niesie za sobą pewne

5 Ewolucyjne zmiany klimatu Ziemi i katastrofalne zdarzenia pogodowe 253 skutki gospodarcze i społeczne, np. klęski głodu w rejonach susz, nadmierne opady na obszarach uprawnych w strefie monsunów, ogromne powodzie lub długotrwałe susze w strefie umiarkowanej. Liczne przykłady skutków ocieplenia atmosfery doprowadziły do opracowania pewnych scenariuszy zmian klimatu, z których wynika, że konieczne jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla i gazów cieplarnianych. Przedstawiciele wielu organizacji naukowych, zajmujących się środowiskiem przyrodniczym oraz uczestnicy konferencji przyrodników, klimatologów i ekonomistów, począwszy od szczytu Ziemi w Rio de Janeiro w 1991 roku, proponują tzw. konwencje klimatyczne, których celem jest umowa o zmianie technologii produkcji przemysłowej, doprowadzająca do ograniczenia produkcji zanieczyszczeń pyłowych i gazowych, wypuszczanych do atmosfery. Ta idea nie jest popularna wśród decydentów ekonomicznych w licznych krajach świata, ze względu na duże koszty takich ograniczeń. Świat stoi przed rozwiązaniem tego zagadnienia. Są pewne pozytywne przejawy, mianowicie w marcu 2002 roku, przedstawiciele 15 państw Europy (Unii Europejskiej) podpisali protokół z konferencji klimatycznej w Kioto (w roku 1997) o ograniczeniu emisji dwutlenku węgla do atmosfery w latach Literatura Andel V.T.H., 2001, Nowe spojrzenie na starą planetę zmienne oblicze Ziemi, PWN, Warszawa. Borroughs W.J., 1998, Pogoda czy fatum. Wpływ zmian klimatycznych na życie społeczeństw, wyd. Amber, Warszawa. Boryczka J., 1998, Zmiany klimatu Ziemi, Wyd. Akademickie DIALOG, Warszawa. Lorenc H., 2000, Studia nad 220 letnią ( ) serią temperatury powietrza w Warszawie oraz ocena jej wiekowych tradycji, IMGW, Materiały badawcze 31, Seria: Meteorologia, Warszawa. Obrębska Starkel B., Starkel L., 1991, Efekt cieplarniany a globalne zmiany środowiska przyrodniczego, Zeszyty IG i PZ PAN, 4, Warszawa. Trepińska J. (red.), 1997, Wahania klimatu w Krakowie ( ), Instytut Geografii UJ, Kraków. dr hab. Janina Trepińska Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytet Jagielloński Kraków

6