Postępujące ocieplenie klimatu Ziemi. Wpływ działalności człowieka
 
Postępujące ocieplenie klimatu Ziemi. Wpływ działalności człowieka
Dzięki istnieniu atmosfery i efektowi cieplarnianemu możliwe jest życie na Ziemi. Średnia temperatura powierzchni Ziemi (i powietrza) jest równa 15°C, a bez atmosfery wynosiłaby −18°C. Naturalny efekt cieplarniany powoduje, iż Ziemia jest o 33°C cieplejsza.
Niektóre gazy śladowe, takie jak para wodna (H2O), dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4), freony (CFC), podtlenek azotu (N2O), ozon (O3) i inne są dość przezroczyste dla krótkofalowego promieniowania słonecznego (o długości fali < 4 µm). Efektem tej różnicy promieniowania jest dodatnie saldo energii słonecznej w układzie Ziemia–atmosfera, tzw. efekt cieplarniany.
Ozon i podtlenek azotu pochłaniają również niektóre pasma promieniowania krótkofalowego Słońca.
Problem polega na intensyfikacji efektu cieplarnianego w wyniku dodatkowej emisji tych gazów do atmosfery, na systematycznym wzroście ich koncentracji, głównie CO2 i CH4, wywołanym działalnością człowieka. Spalając 1 tonę węgla C12 wprowadza się do atmosfery 3,7 ton CO2. Łączna emisja CO2 ze spalenia 8 Gt węgla C14 (IPCC, 1992), wraz ze spalaniem drewna w 1991 wynosiła 29 Gt (mld ton). Emisja roczna metanu, drugiego ważnego gazu cieplarnianego wynosi około 300 Mt (mln ton).
Udział gazów śladowych w naturalnym efekcie cieplarnianym atmosfery wynoszącym +33°, tj. przyrost temperatury wynikający z obecności poszczególnych gazów cieplarnianych jest następujący:
Koncentrację CO2 sprzed rozwoju przemysłu (przedindustrialną) równą 280 ppm (1 ppm — milionowa część objętości, 1 Gt CO2 to 0,13 ppm) traktuje się na ogół jako obecny naturalny dwutlenek węgla w atmosferze. Różnicę między dzisiejszą koncentracją CO2 w atmosferze (355 ppm) i z czasów przedindustrialnych (280 ppm) przypisuje się działalności człowieka.
Naturalnym zbiornikiem węgla, regulującym zawartość CO2 w atmosferze są oceany stanowiące 70% powierzchni Ziemi. Pochłanianie CO2 przez wody chłodniejsze (o większej zawartości biomasy) jest większe niż przez wody cieplejsze. Gdy w atmosferze znajduje się więcej CO2, to oceany wchłaniają go więcej, ze względu na większą różnicę ciśnienia tego gazu między atmosferą i powierzchnią oceanów. Część dwutlenku węgla akumulowana jest w osadach morskich w postaci węglanów wapnia CaCO3. Na przykład w równikowej strefie Pacyfiku stężenie CO2 w atmosferze wzrastało o 2,12 ppm/rok podczas ciepłej fazy El Niño, a o 0,76 ppm/rok w czasie fazy chłodnej. Pojemność pochłaniania wód oceanicznych jest olbrzymia, a zasoby wapnia są wystarczające do związania wszystkich światowych zasobów C12.
Drugim ważnym regulatorem zawartości CO2 w atmosferze jest biomasa kontynentów, głównie lasy. Fotosynteza, czyli proces wytwarzania związków organicznych z dwutlenku węgla i wody przy udziale energii świetlnej wiąże około 8 Gt CO2 na rok, tj. mniej więcej tyle, ile wynosi roczna produkcja światowa CO2. Krzywa zmian koncentracji CO2 w atmosferze w latach 1958–1984 wykazuje trzy głębokie minima przypadające na daty spokojnego Słońca (daty minimów plam słonecznych). Są to zapewne wahania wywołane pochłanianiem CO2 przez oceany, zgodnie z rytmem zmian temperatury wód oceanów.
Przypisywanie globalnego ocieplenia tylko antropogenicznej emisji CO2 jest słabo udowodnione. Ocieplenia i ochłodzenia klimatu odpowiadają wzrostom i spadkom zmierzonej masy CO2 w atmosferze (wyrażonymi w jednostkach ppm), a nie wzrostowi i spadkowi CO2 (wyrażonymi w Gt), pochodzącymi ze spalania paliw. Świadczą o tym krzywe zmian stężenia dwutlenku węgla i paleotemperatury w ciągu ostatnich 160 000 lat, odtworzone na podstawie badań rdzeni lodowych na stacji Wostok na Antarktydzie. Podczas globalnego ocieplenia klimatu 120 000 lat temu wystąpił bardzo duży wzrost koncentracji CO2 w atmosferze, podobnie jak obecnie. Zmiany stężenia CO2 w atmosferze (w ppm) i paleotemperatury (w °C) są synchroniczne. Maksimum sprzed 125 000 lat to naturalne ocieplenie klimatu Ziemi spowodowane wzrostem promieniowania słonecznego. Jest to maksimum promieniowania wg krzywej Milankovicia, otrzymanej z nakładania się okresów zmian kształtu orbity Ziemi. Tak więc „równoległość” zmian stężenia CO2 i paleotemperatury wspiera raczej tezę, że zawartość dwutlenku węgla w atmosferze jest kształtowana przez temperaturę wód oceanów.
Istotną rolę w kształtowaniu klimatu odgrywają procesy fizyczne towarzyszące efektowi cieplarnianemu (tzw. sprzężenia zwrotne). Niektóre z nich intensyfikują lub osłabiają efekt cieplarniany. Ze wzrostem temperatury wzrasta parowanie wód oceanów, a więc zawartość pary wodnej w atmosferze, która jest głównym śladowym gazem cieplarnianym. Podczas ocieplania maleją powierzchnie śniegów i lodów (o dużym albedo), powodując wzrost energii słonecznej pochłoniętej przez powierzchnię Ziemi. Natomiast wraz ze wzrostem temperatury (i parowania) wzrasta zachmurzenie, ograniczając dopływ promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi, co powoduje osłabienie efektu cieplarnianego.
Efekt cieplarniany jest również osłabiany przez pyły emitowane do atmosfery, które pochłaniają i rozpraszają promieniowanie słoneczne, zmniejszając jego dopływ do powierzchni Ziemi. Efekt ten jest również osłabiany przez aerozole siarczanowe powstałe z dwutlenku siarki (SO2) i innych związków siarki emitowanych przez różnego rodzaju kominy fabryczne.
Jerzy Boryczka, Maria Stopa-Boryczka
Bibliografia
A. Berger, Milankovitch theory and climate, Reviews of Geophysics, 26, 1988.
J. Boryczka, M. Stopa-Boryczka, B. Kicińska, E. Żmudzka, Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, cz. VII: Zmiany wiekowe klimatu Polski, Warszawa 1992.
J. Boryczka, M. Stopa-Boryczka, E. Błażek, J. Skrzypczuk, Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, cz. X: Cykliczne zmiany aktywności Słońca i cyrkulacji atmosferycznej w Europie, Warszawa 1997.
J. Boryczka, Zmiany klimatu Ziemi, Warszawa 1998.
J. Boryczka, M. Stopa-Boryczka, E. Błażek, J. Skrzypczuk, Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, cz. XI: Tendencje wiekowe klimatu miast w Europie, Warszawa 1998.
J. Boryczka, M. Stopa-Boryczka, E. Błażek, J. Skrzypczuk, Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, cz. XII: Ochłodzenia i ocieplenia klimatu miast w Europie, Warszawa 1999.
J. Boryczka, M. Stopa-Boryczka, E. Błażek, J. Skrzypczuk, Atlas współzależności parametrów meteorologicznych i geograficznych w Polsce, cz. XIV: Prognoza zmian klimatu Warszawy w XXI wieku, Warszawa 2000.
M. I. Budyko, Klimat i życie, Warszawa 1975.
B. Haurwitz, Relation between solar activity and the lower atmosphere, Transactions, American Geophysical Union, 27, 1946.
S.J. Johnsen, W. Dansgaard, H.B. Clausen, C.C. Langway, Jr., Climatic oscillations 1200-2000 A.D., Nature 227, 1970.
N.N. Kimbal, Volcanic eruption and solar radiation intensities, Monthly Weather Review, vol.46, No 8, 1918.
K.J. Kondratiew, G.A. Nikolski, Solar radiation and solar activity, Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, No 96, 1997.
K. Kożuchowski, J. Boryczka, Cykliczne wahania i trendy czasowe zmian poziomu morza w Świnoujściu (1811–1990), Przegląd Geofizyczny, 32, z.1, 1997.
H.H. Lamb, Volcanic dust in the atmosphere; with a chronology and assessment of its meteorological significance. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A, 266, 1970.
M. Milanković, Matematiczeskaja klimatologija i astronomiczeskaja tieorija kolebanij klimata, ONTU, Moskwa 1938.
C.I. Sawinow, Najbolszije wielicziny naprażenija sołniecznoj radiacji po nabludieniam w Pawłowske, Izb. AN, ser.6, t.8, No 12, 1913.
Ch.-D. Schönwiese, Klimat i człowiek, Warszawa 1997.
The atmosphere of the planet Earth, 1990, WMO, No 735.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia