GLOBALNE CYKLE BIOGEOCHEMICZNE

Transkrypt

1 GLOBALNE CYKLE BIOGEOCHEMICZNE GLOBAL BIOGEOCHEMICAL CYCLES

2 TIME.com Is Global Warming Fueling Katrina? Warm ocean temperatures are a key ingredient for monster hurricanes, prompting some scientists to believe that global warming is exacerbating our storm troubles By JEFFREY KLUGER Monday, Aug. 29, 2005

3 Wzrost temperatury powietrza

4 Zasięg lodu arktycznego IX 2007 Zasięg lodu arktycznego IX 2005

5

6

7 Wyjątkowe zjawiska meteorologiczne w ostatnich latach Źródło: Munich Re 2002 stuletnia powódź na Łabie 2003 fala upałów w Europie (35000 ofiar) 2004 najwyższe straty wywołane przez huragany na płn. Atlantyku w jednym sezonie 2004 pierwszy w historii huragan na płd. Atlantyku 2005 największa liczba cyklonów tropikalnych (27) i huraganów (15) na Atlantyku w jednym sezonie płn.

8 Wyjątkowe zjawiska meteorologiczne ostatnich lat 2005 najsilniejszy huragan kiedykolwiek zanotowany na płn. Atlantyku (Wilma) oraz czwarty (Rita) i szósty (Katrina) wystąpiły w jednym sezonie 2005 najbardziej wysunięte na płn.-wsch. wystąpienie huraganu na Atlantyku (Madera) 2005 pierwszy w historii sztorm tropikalny osiągnął wyspy Kanaryjskie

9 DZIURA OZONOWA

10 DZIURA OZONOWA

11 FUNKCJE ŚRODOWISKA Regulacyjna (utrzymanie warunków sprzyjających życiu)

12 FUNKCJE REGULACYJNE 1. Ochrona przed wpływami kosmicznymi. 2. Regulacja bilansu energii. 3. Utrzymywanie składu chemicznego atmosfery. 4. Utrzymywanie składu chemicznego oceanów. 5. Regulacja klimatu. 6. Regulacja odpływu i zapobieganie powodziom. 7. Odnawianie zasobów wodnych. 8. Zapobieganie erozji gleby. 9. Tworzenie urodzajnej warstwy uprawnej gleby. 10. Wytwarzanie biomasy. 11. Gromadzenie i przetwarzanie materii organicznej. 12. Gromadzenie i przetwarzanie subst. biogennych. 13. Gromadzenie i przetwarzanie odpadów. 14. Mechanizmy biologicznej kontroli. 15. Zapewnienie siedlisk dla migracji i rozrodu. 16. Zapewnienie różnorodności biologicznej.

13 FUNKCJE ŚRODOWISKA Nośna (przestrzeń i medium niezbędne dla ludzkiej aktywności)

14 FUNKCJA NOŚNA 1. Siedliska ludzkie. 2. Rolnictwo, hodowla, rybołówstwo. 3. Konwersja energii. 4. Rekreacja i turystyka. 5. Ochrona przyrody.

15 FUNKCJE ŚRODOWISKA Produkcyjna (substancje niezbędne dla podtrzymania życia i gospodarki)

16 FUNKCJE PRODUKCYJNE 1. Tlen. 2. Woda. 3. Żywność. 4. Zasoby genetyczne. 5. Lekarstwa. 6. Surowce włókiennicze. 7. Surowce budowlane i przemysłowe. 8. Biochemikalia (inne niż paliwa i lekarstwa). 9. Paliwa i energia. 10. Pasze i nawozy. 11. Zdobnictwo.

17 FUNKCJE ŚRODOWISKA Informacyjna (inspiracja dla kultury)

18 FUNKCJE INFORMACYJNE 1. Estetyczna. 2. Duchowa i religijna. 3. Historyczna. 4. Kulturalna i artystyczna. 5. Naukowa i edukacyjna.

19 Antropogeniczne przyczyny utraty funkcji środowiska Przede wszystkim przeludnienie

20 Naturalne przyczyny utraty funkcji środowiska Wulkan Pinatubo

21 Istotnym czynnikiem wyborów dokonywanych przez człowieka w sferze środowiskowej jest/powinna być nauka (wiedza) o funkcjonowaniu ziemskiego środowiska. Co to jest nauka? Jak odróżnić naukę dobrą od złej? Co stanowi naukę: naukowcy, instytucje naukowe, podręczniki akademickie, literatura naukowa?

22 Naukowcy i wychowawcy powinni zrozumieć, że człowiekiem wykształconym nie jest ten, który potrafi odpowiedzieć na pytanie, ale ten, który potrafi zakwestionować odpowiedź. Theodore Schick Jr. The end of science? Skeptical Inquirer, March 13, 1997, No. 2, Vol. 21; Pg. 36

23 ... wiedza o tym jak odróżnić prawdę od fałszu jest ważniejsza od wiedzy o tym, co niegdyś za prawdę lub fałsz uznawano. Tylko ci, którzy rozumieją różnicę między dobrze i źle uzasadnionym przekonaniem, potrafią naprawdę docenić wartość naukowych dociekań. Theodore Schick Jr. The end of science? Skeptical Inquirer, March 13, 1997, No. 2, Vol. 21; Pg. 36

24 1988 Powstanie IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change 1990 I raport IPCC 1992 Szczyt Ziemi w Rio UN Framework Convention on Climate Change 1995 II raport IPCC 1997 Protokół z Kyoto 2001 III raport IPCC 2007 IV raport IPCC

25 IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change Fourth Assessment Report

26

27 Jakie zadania stawiamy nauce w związku z globalnymi zmianami klimatu? Odpowiedź na pytanie czy obserwowane zmiany są wynikiem procesów naturalnych, czy są wywołane przez człowieka? fałszywa alternatywa lepiej zapytać: Jaki wpływ na klimat mają i będą mieć wywołane przez człowieka zmiany w globalnych cyklach biogeochemicznych?

28 Jakie zadania stawiamy nauce w związku z globalnymi zmianami środowiska? Prognozowanie przyszłości klimatu i środowiska. Jaki będzie klimat (w określonych miejscach) w 2100 roku? Jaki będzie wtedy stan ekosystemów, dostępność zasobów wodnych? Sposoby przeciwdziałania niekorzystnym tendencjom.

29 Ograniczenia nauk o środowisku Trudność w zgromadzeniu wystarczającej liczby obserwacji ogrom Ziemi. Złożoność ziemskiego środowiska nie znamy wszystkich procesów, powiązań pomiędzy elementami środowiska.

30 EKSPERYMENT?

31 Ziemia jako system atmosfera hydrosfera biosfera geosfera antroposfera (socjosfera, technosfera)

32 Systemy System dowolna część wszechświata wyodrębniona (w umyśle) w celu badania zmian zachodzących w nim pod wpływem różnorodnych warunków. Model matematyczna reprezentacja systemu. Systemy: otwarte, zamknięte.

33 Systemy zamknięte matematyka, fizyka, chemia CERN - LHC Systemy zamknięte - dobrze określone granice, warunki brzegowe i początkowe, możliwe jest dokładne opisanie (określenie, wyznaczenie bądź przewidzenie) wszystkich składników systemu.

34 Systemy otwarte (źle określone) środowisko

35 GAJA Wenus Ziemia 95% CO2 78% N2 21% O2 Mars 95% CO2 Życie reguluje stan ziemskiego środowiska. Gaja system stabilizujący (poprzez sprzężenia zwrotne) temperaturę, skład chemiczny atmosfery i inne czynniki w sposób umożliwiający zachowanie życia.

36 GAJA Metan i wodór zniknęłyby z atmosfery w ciągu kilkudziesięciu lat, a stężenie dwutlenku węgla wzrosłoby 30 razy bez procesów biologicznych. Strumień energii słonecznej wzrósł o 30% w ciągu 3,5 miliarda lat, temperatura na Ziemi zmieniała się w tym czasie tylko o ±5 C.

37 Geochemia Nauka zajmująca się składem pierwiastkowym i rozpowszechnieniem pierwiastków na Ziemi pierwiastek O Si Al Fe Ca Na K Mg pozostałe % wagowe w skorupie 46,6 27,7 8,1 5,0 3,6 2,8 2,6 2,1 1,5

38 Biogeochemia Uwzględnia znaczący wpływ organizmów żywych na rozpowszechnienie pierwiastków. W istocie biogeochemia jest geochemią powierzchni Ziemi.

39 Cykle biogeochemiczne Zamknięte obiegi pierwiastków pomiędzy nieożywioną i ożywioną materią. 4 PPB respiracja PPN 60 zwierzęta spalanie? Węgiel refrakcyjny τ = > 1000 lat (150) DOC 0,4 <0,1 Detrytus τ <10 lat (300) Zmodyfikowany węgiel glebowy, τ = 10 do 1000 lat (1050)

40 Diagram Brethertona

41 Ilościowy opis cyklu biogeochemicznego Rezerwuary + strumienie pomiędzy rezerwuarami. Atmosfera kg C CO kg C/rok Rośliny kg C

42 Ilościowy opis cyklu biogeochemicznego W stanie ustalonym: Średni czas przebywania CO2 w atmosferze T= Zasób CO2 w atm. Strumień CO2 do (z) atm.

43 Dwa źródła energii dla ziemskiego środowiska Słońce Ciepło radiogeniczne

44 Organizmy żywe wykorzystują energię Słońca

45 Narzędzia Obserwacje satelitarne EOS - TERRA Earth Observing System

46 Narzędzia Paleozapisy

47 Narzędzia Modele matematyczne GCM Global (General) Circulation Model