3 obserwujących
17 notek
21k odsłon
  2213   0

Zmiany klimatu – regionalnie i globalnie

W konsekwencji dla terenów Polski proxy oparte na analizie izotopowej celulozy przyrostów rocznych pni drzew okresu wegetacji, gdy przyrasta drewno tzw. późne tj. połowa lipca do połowy września, jest dość problematyczne, a rekonstrukcje paleoklimatu oparte na analizie izotopowej profili torfowych zdaje się lepiej odzwierciedlać temperaturę. Oczywiście, każda z metod ma swojej wady i zalety – omawianie tego zagadnienia leży daleko poza celem tego artykułu.

Ze skali tysięcy lat przejdźmy do milionów lat. Rekonstruując proxy globalnego poziomu morza, temperaturę powierzchni mórz tropikalnych czy akumulację pyłu w tzw. „Oceanie Południowym” od 3,5 do 2,5 mln lat temu stwierdzamy, że wszystkie wskaźniki przyjmowały wartości wskazujące na warunki klimatu cieplejszego niż obecnie. Patrząc z perspektywy ery kenozoicznej tj. powiedzmy ostatnich około 70 mln lat (Zachos et al 2008), z rekonstrukcji różnych geochemicznych proxy wynika, że dziś znajdujemy się w okresie globalnych chłodów (Ryc. 3) a lodowce stref okołobiegunowych zaczęły się pojawiać mniej więcej 10 mln lat temu, po tym jak zniknęły może około 270 mln lat temu (po kilkudziesięciu milionach lat istnienia) w większym niż dziś zakresie.

image

Ryc. 3. Schemat rekonstrukcji paleoklimatycznych (Pleśniak 2015 na podstawie IPCC, 2013) Skrót ŚPGO oznacza Środkowo-Plioceński Gorący Okres od 3,3 do 3 mln lat temu. Na wykresach dotyczących stężenia CO2 w atmosferze występują 2 poziome linie przerywane (dłuższe i krótsze linie przerywane) wskazujące odpowiednio stężenie CO2 w 2012 roku oraz przed „erą przemysłową” (1750 r.) w atmosferze. „Wskaźnik CO2” oznacza metody zastępcze wykorzystane do określania stężenia CO2 w atmosferze, czyli wartości będących funkcją różnych parametrów środowiskowych (ang. proxy).

 

Geologicznie rzecz ujmując, zagłębiając się w starsze (w tzw. normalnym profilu) skały, proxy wskazuje na niższe temperatury (niemal stałe ocieplenie w profilu geologicznym - idąc w dół mamy stały wzrost temperatury w jakiej tworzyły się badane osady morskie). Oczywiście i tu są wady, np. czy badane elementy skał zachowują swoje pierwotne cechy geochemiczne, albo czy inny parametr (np. temperatura czy pH wody) nie wzmacnia lub nie kompensuje rekonstruowanego parametru tj. proporcji masy oceanów w stosunku do masy lądowców (lodowce kumulują w sobie skrajnie mało izotopu 18O a wody morskie skrajnie dużo). Na to nakładane są następne kalibracje i rekonstrukcje, które pozwalają na kompensowanie takich rekonstrukcji paleoklimatycznych. Im dalej w przeszłość tym zwykle mniej danych geochemicznych czy paleobiologicznych, a więcej wątpliwości.

 

Gazy cieplarniane

Ditlenek węgla, metan, tlenek diazotu czy niektóre gazy fluorowane, są uznawane za gazy podgrzewające atmosferę, a ich stężenie w atmosferze Ziemi jest zmienne w bardzo szerokim zakresie. Z badaniem zmian klimatu wiąże się pojęcie wymuszania radiacyjnego (ang. radiation forcing), które oznacza różnicę w ilości energii docierającej do systemu klimatycznego z zewnątrz oraz energii, która ten system opuszcza. Dodatnie wymuszanie radiacyjne oznacza, że mamy do czynienia ze wzrostem energii absorbowanej i co za tym idzie wzrostem temperatury. Jak to się dzieje, że niektóre gazy podgrzewają atmosferę? Otóż, nie grzeją gazy, tylko energia cieplna (gł. słoneczna) którą molekuły gazu absorbują – co przejawia się drganiami każdej z molekuł – a drganie to ciepło – promieniowanie elektromagnetyczne (podobne jak promieniowanie światła widzialnego tyle, że dłuższej fali czyli tzw. podczerwieni). Ciepły kaloryfer „świeci” w podczerwieni, lecz nasze oko tego nie widzi – za to zbliżając rękę na nawet 20 cm czujemy ciepło – to właśnie odczuwamy promieniowanie w podczerwieni. Molekuły CO2 dla światła widzialnego są przezroczyste, to brak jest „dostrojenia” do drgań atomów w CO2 (zbyt wysoka częstość drgań fali świetlnej (tj. zbyt wysoka energia kwantów). Podczerwień wzmacnia wibracje (ciepło) a ultrafiolet (promieniowanie o fali krótszej niż światło widzialne) jest zdolny do wzbudzeń atomów (przeskoków elektronów na wyższe orbity) i ich jonizacji (oderwania elektronu od atomu), która prowadzi często do rozpadu molekuły. Jednak, dla podczerwonego (cieplnego) promieniowania molekuły CO2 nie są przezroczyste – są pochłaniane przez tzw. stany wibracyjne molekuły (drgania rozciągające atomów O wzgl. C i drgania zginające prostoliniową molekułę O-C-O) – (Ryc. 4).

 image

image

Ryc. 4. Schemat budowy molekuły CO2 podlegającej wzbudzeniu.

 

 

Molekuła staje się gorąca i następuje reemisja kwantu w przypadkowym kierunku. Statystycznie w połowie kwanty zawracane jest ku powierzchni Ziemi, a w połowie emitowane w kierunku do Kosmosu i najprawdopodobniej pochłonięte przez jakąś molekułę CO2 w wyższej warstwie atmosfery i znowu z prawdopodobieństwem 1/2 reemitowane do powierzchni Ziemi. itd. Efektem tego jest ograniczenie emisji ciepła z Ziemi – atmosfera a stąd powierzchnia Ziemi staje się cieplejsza. Podobna sytuacja jest w przypadku innych gazów cieplarnianych, ale ich zdolność pochłaniania energii a potem reemisji może być większa, choćby ze względu na inną konfigurację budujących je atomów. Badania wskazały na zadziwiający fakt, że wymuszenie radiacyjne (RF) nie rośnie liniowo wraz ze wzrostem stężenia gazów, lecz ma skalę logarytmiczną (RF = 5.35 * ln [CO2]). Oznacza to, że  wzrostowi stężenia [CO2] z 380 do 760 ppm towarzyszy wzrost RF z 31.8 do  35.5 Wm–2 (pozornie 100% wzrost [CO2] dałby tylko 11.6% wzrost RF, ale nie jest to dokładnie tak). Zaznaczyć trzeba, ze opisane zjawisko jest tu pokazane w sporym uproszczeniu a autor nie jest specjalistą z zakresu fizyki atmosfery.

Lubię to! Skomentuj2 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale