Globalne zmiany
środowiska
dr inż. Danuta J. Michczyńska
Wykład 2
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 2
FIZYCZNY SYSTEM KLIMATU
Zmiana
klimatu
Dynamika
oceanów
Energia i wilgotność
kontynentów
Globalna
wilgotność
Biogeochemia
oceanów
Gleby
Ekosystemy
lądowe
Chemizm troposfery
Działalność
człowieka
Dynamika i chemizm
stratosfery
Fizyka - dynamika atmosfery
Gazy
cieplarniane
Użytkowanie
ziemi
Zanieczyszczenia /
gazy cieplarniane
BIOGEOCHEMICZNE OBIEGI MATERII
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 3
Zasadnicze cechy
systemu klimatycznego
Fizyczne, chemiczne i biologiczne procesy zachodzą w szerokim
spektrum skal czasowych i przestrzennych.
Poszczególne komponenty systemu mogą podlegać różnym prawom,
ale są wzajemnie zależne i ich ewolucja nie może być w pełni
zrozumiana gdy są rozpatrywane oddzielnie.
System jest otwarty. Ta otwartość tkwi przede wszystkim w fakcie, że
Ziemia otrzymuje energię od Słońca, a pomiędzy elementami
systemu przekazywana jest energia i materia.
Otwartość systemu skutkuje w ciągłym wzajemnym
przystosowywaniu się i złożonych oddziaływaniach pomiędzy
komponentami systemu.
Wzajemne oddziaływania są w większości nieliniowe.
Wszystkie elementy znajdują się w stanie równowagi dynamicznej
Stabilizacja - uzyskiwana dzięki ujemnym sprzężeniom zwrotnym.
Natomiast dodatnie sprzężenia zwrotne są głównym czynnikiem
zmian środowiska.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 4
Środowisko jako system
dynamiczny
Komponenty systemu oddziałują ze sobą w
różny sposób w zależności od skali czasu:
Składowe szybkie (godziny – tygodnie) – związane
przede wszystkim z atmosferą.
Składowa średniookresowa (sezon – rok – kilka lat) –
cykle wegetacyjne, prądy oceaniczne napędzane
wiatrem, zmiany zasolenia, SST.
Składowa długookresowa (dziesiątki – setki lat i dłużej) –
cyrkulacja termohalinowa, formowanie głębokiej wody
oceanów, zmiana szaty roślinnej, bilans masy lodowców i
lądolodów.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 5
Środowisko jako system
dynamiczny
http://esapub.esrin.esa.it/eoq/eoq63/theme2.pdf
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 6
Skale czasowe
Pogoda i klimat ulegają ciągłym zmianom – od powolnych,
dostrzegalnych w długich przedziałach czasu do nagłych i
dramatycznych. Co jest przyczyną tych zmian?
Środowisko, w którym żyjemy ulega ciągłym zmianom na skutek
naturalnych i antropogenicznych przyczyn.
Naturalne zmiany środowiska zawsze były obecne w historii Ziemi,
często pojawiały się cyklicznie.
Natomiast zmiany wywoływane działalnością człowieka stały się
znaczące w ostatnich kilku stuleciach. Populacja ludzi rośnie –>
antropogeniczne zmiany środowiska również będą rosły.
Najlepszą drogą zobaczenia jak zmienia się środowisko jest
porównanie jego obecnego stanu i stanu w przeszłości. Jest to
możliwe dzięki występowaniu naturalnych zjawisk, które są zależne
od klimatu, i których zapis zachował się do czasów współczesnych
(dane pośrednie – proxy data).
Kluczem do zrozumienia zmian globalnych jest przede wszystkim
zrozumienie czym jest klimat i jak działa.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 7
Klimat a pogoda
Klimat to średni stan środowiska w określonym
miejscu i czasie. Obejmuje średnie wartości
szeregu zmiennych pogodowych, takich jak:
wiatr, temperatura, opady, wilgotność,
zachmurzenie, ciśnienie, widoczność i jakość
powietrza.
Klimat określonego miejsca można zdefiniować
jako średnią (zwykle 30-letnią) pogody. Klimat
można określić ilościowo przez obliczenie
długookresowych średnich różnych elementów
pogody
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 8
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 9
The Climate Time Line http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/
Rysunek uproszczony, nie uwzględnia wzajemnych relacji pomiędzy zjawiskami
pojawiającymi się w różnych skalach czasowych.
Oś Y – względna zmienność, ale nie oparta na formalnych pomiarach (zmienność –
zakres wartości pomiędzy minimum a maksimum). Generalnie: Im krótsza skala
czasu – tym w skali przestrzennej większy lokalny wpływ; im dłuższa skala czasu –
tym w skali przestrzennej większy globalny wpływ.
Np. pogoda (zmienność w przedziale czasowym godziny – tygodnie) może zmieniać
się na poziomie lokalnym. Natomiast procesy klimatyczne takie jak wymuszenie
orbitalne mogą zmieniać klimat całej planety.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 10
Changes in Earth's climate at different time scales.
Image from: Ruddiman, W. F., 2001. Earth's Climate past and future. W.H.
Freeman & Sons, New York (http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/about7.html)
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 11
Linia czasu
Materiały drukowane
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 12
Kadr z filmu „The day after”
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 13
Kadr z filmu ”The day after”
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 14
Pytania
Czy możliwa jest taka/tak gwałtowna
zmiana klimatu jak pokazana w filmie „The
day after”?
Czy tego typu zmiany miały miejsce w
przeszłości? Jak znaleźć odpowiedź na to
pytanie?
Jakie są przyczyny zmian klimatu?
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 15
Historia poznawania
zmienności środowiska
Obserwacje:
Występujące w wielu miejscach Ziemi
nagromadzenia okruchów skalnych, żwirów,
piasku i gliny początkowo kojarzono
jednoznacznie ze śladami biblijnego potopu.
Skąd jednak obecność ogromnych głazów
narzutowych na terenach bardzo odległych od
skał macierzystych takich głazów?
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 16
Historia poznawania
zmienności środowiska
Sir Charles Lyell
1797 - 1875
Jean Louis Agassiz
1807-1873
William Buckland
1784-1856
Globalne Zmiany Środowiska
Teoria dyluwialna (Wielkiego Potopu)
1830-1833 (Principles of Geology) ogromne głazy
występujące w glinie – głazy uwolnione z topniejących
gór lodowych, które dryfowały podczas Wielkiego Potopu
Teoria zlodowaceń
schyłek XVIII wieku – na podstawie obserwacji głazów
narzutowych James Hutton formułuje hipotezę, że
były one transportowane przez lodowce
1837 – Jean Luis Agassiz przedstawia teorię
zlodowaceń;
1840 William Buckland stwierdza, że ani teoria potopu,
ani dryf gór lodowych nie mogą wytłumaczyć zjawiska
głazów narzutowych i przyjmuje teorię Agassiza.
Wykład 2
str. 17
Obserwacje Agassiza i
Charpentiera
Morena boczna Gorner
Glacier, Zermatt, Switzerland
Dzięki temu, że w strefie kontaktu lodowiec – podłoże występują wody
roztopowe lodowiec może przemieszczać się. Woda spełnia rolę smaru.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 18
Ślady działalności
lodowców / lądolodu
Moreny boczne i czołowa, Bylot
Island, Canada
Charakterystyczne żłobkowanie
podłoża skalnego jako rezultat
przesuwającego się lodowca
http://earthobservatory.nasa.gov/St
udy/Paleoclimatology/
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 19
Historia poznawania
zmienności środowiska
1859 – Karol Darwin w swoim dziele „O powstawaniu gatunków”
wskazuje na związki pomiędzy zmiennością gatunków i środowiska.
koniec XIX wieku – Jamieson wykazał, że następują wahania
poziomu morza;
Archibald Geikie wystąpił z ideą wielokrotnych zlodowaceń
1909 – Albrecht Penck i Eduard Bruckner rozpoznali w szeregach
tarasów alpejskich formy polodowcowe powstałe w następstwie
oscylacji ciepłych i chłodnych faz klimatu. Ugruntowanie się teorii
zlodowaceń.
1920-1940 Milutin Milankowic odświeżył XIX-wieczną teorię James’a
Croll, sugerującą, że zmiany ekscentryczności orbity ziemskiej mogą
być przyczyną powstawania zlodowaceń.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 20
Zasięg ostatniego
zlodowacenia
http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Paleoclimatology/
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 21
Ślady działalności lądolodu na
terenie Polski
Głaz narzutowy Szwedzki
Kamień” w Szczecińskim
Parku Krajobrazowym
„Puszcza Bukowa”
Globalne Zmiany Środowiska
Głazy
narzutowe
„Trojaczki”,
Tarnów. Przywleczone zostały ze
Skandynawii przez lądolód 500 tys.
lat temu, w czasie zlodowacenia
południowo-polskiego. Skała, z
której są zbudowane głazy, to
jasnoszary i różowy granitoid Arno
o wieku ok. 1,8 - 1,9 miliarda lat.
Występuje on w środkowej Szwecji,
40 km na zachód od Sztokholmu, a
więc głazy te wtopione w lądolód
przebyły do nas drogę liczącą
ponad 1000 km.
Wykład 2
str. 22
Na terenie Polski wyróżnia się co najmniej trzy zlodowacenia:
- południowopolskie (Sanu) – zwane też krakowskim;
- środkowopolskie (Odry);
- północnopolskie (Wisły) – bałtyckie.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 23
Stratygrafia
Stratygrafia - dział geologii historycznej zajmujący się
ustalaniem wieku i przyczyn rozmieszczenia skał w
skorupie ziemskiej. Twórcą stratygrafii był angielski
inżynier William Smith, który w 1795 roku odkrył podczas
budowy kanałów, że w warstwach skalnych są obecne
charakterystyczne dla nich skamieniałości, które
pozwalają te warstwy identyfikować i określać ich wiek
geologiczny. Stratygrafia przyczyniła się m.in. do rozwoju
badań paleontologicznych. Dopiero jednak rozwój
znacznie bardziej precyzyjnej geochemii pierwiastków
promieniotwórczych umożliwił wyznaczenie wieku skał w
latach.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 24
Stratygrafia – cd.
Do podstawowych metod wykorzystywanych przez
stratygrafię należą:
litostratygrafia (wykorzystująca właściwości fizyczne i
chemiczne skał)
biostratygrafia (wyróżniająca jednostki skalne na
podstawie znajdowanych w nich skamieniałości)
chronostratygrafia (porządkująca skały na podstawie ich
wieku)
Obecny podział chronostratygraficzny czasu
geologicznego można znaleźć na stronie
Międzynarodowej Komisji Stratygraficznej - The
International Commission on Stratigraphy
http://www.stratigraphy.org
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 25
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 26
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 27
Podział
chronostratygraficzny
Globalne Zmiany Środowiska
Miliony lat
Wykład 2
str. 28
Kenozoik
E
p
o
k
a
P
a
l
e
o
g
e
n
Wiek
mln
lat)
Zarys paleogeografii
65
Rozszerzały się Oceany Atlantycki i
Indyjski, zmniejszały Oceany Tetydy i
Spokojny; subkontynent indyjski
zderzył się z Azją, a Australia
oderwała się od Antarktydy; zbliżanie
się lądów Afryki i Europy spowodowało
wypiętrzanie się łańcuchów górskich,
wskutek ruchów górotwórczych
orogenezy alpejskiej; rozczłonkowanie
lądów wpłynęło na aktywniejszą
cyrkulację wód oceanicznych, czego
efektem było ochłodzenie się klimatu;
na Antarktydzie rozwinęła się pokrywa
lodowa.
Globalne Zmiany Środowiska
Świat roślinny
Świat zwierzęcy
Szybki rozwój
roślin
okrytonasiennych;
szczytowy rozwój
zielenic z rodziny
Dasycladaceae.
W morzach szeroko
rozpowszechnione były
otwornice (gł. numulity),
koralowce, mięczaki (gł.
ślimaki i małże), a ze
szkarłupni - jeżowce i
liliowce; w środowisku
lądowym bardzo szybka
radiacja ssaków (m.in.
koniowate, trąbowce,
naczelne), które
zajmowały opuszczone
po wymarłych gadach
nisze ekologiczne.
Wykład 2
str. 29
Kenozoik – cd.
E
p
o
k
a
n
e
o
g
e
n
Wiek
mln
lat)
Zarys paleogeografii
22,5
Ostateczne zamknięcie Oceanu
Tetydy, a dalsze zbliżanie się Afryki i
Europy spowodowało wydźwignięcie
się wielu łańcuchów górskich (np.
Kaukazu, Alp, Karpat, Pirenejów, Gór
Betyckich, Atlasu); od Afryki oddzielił
się blok Arabii; nastąpiło połączenie
Ameryki Pn. z Pd.; zbliżony do
dzisiejszego (lub niewiele cieplejszy)
klimat, z końcem neogenu uległ
wyraźnemu ochłodzeniu będącemu
zapowiedzią zbliżającej się epoki
lodowcowej.
Globalne Zmiany Środowiska
Świat roślinny
Świat zwierzęcy
Powszechne
panowanie roślin
okrytonasiennych;
wyodrębnianie się
wielkich
zbiorowisk
roślinnych tzw.
geoflor
trzeciorzędowych.
Szybka radiacja
adaptatywna wśród
ssaków łożyskowych,
które opanowały
wszystkie nisze
ekologiczne i prawie
wszędzie (poza
Australią) całkowicie
wyparły stekowce;
ewolucja ssaków
drapieżnych; pojawiły się
pierwsze małpy
człekokształtne.
Wykład 2
str. 30
Kenozoik – cd.
E
p
o
k
a
P
l
e
j
s
t
o
c
e
n
Wiek
mln
lat)
Zarys paleogeografii
Świat roślinny
Świat zwierzęcy
1,8
Ukształtował się
zbliżony do
dzisiejszego rozkład
lądów i oceanów; silne
ochłodzenie klimatu;
w połowie plejstocenu
nastąpiło wielkie
kontynentalne
zlodowacenie; w
związku z tym
kilkakrotnie zmianom
ulegał poziom oceanu
światowego.
Zmiany w rozkładzie szaty
roślinnej na świecie, związane
ze zmianami klimatu i
zlodowaceniami; przesuwały
się strefy roślinne, np.
kurczyły się wilgotne lasy
równikowe, które ulegały
rozdzieleniu na niewielkie
wyspy-ostoje (tzw. refugia);
następowały migracje całych
flor; na niektórych obszarach
znaczna ich część wymierała.
Żyły, wymarłe już dziś,
zwierzęta zasiedlające strefę
tundrową wokół lądolodów
(m.in. nosorożce włochate,
mamuty, tygrysy
szablozębne, hieny i
niedźwiedzie jaskiniowe);
pojawiły się formy ludzkie
m.in. neandertalczyk (Homo
sapiens neanderthalensis), a
pod koniec epoki człowiek
rozumny.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 31
Kenozoik – cd.
E
p
o
k
a
H
o
l
o
c
e
n
Wiek
mln
lat)
Zarys paleogeografii
Świat roślinny
Świat zwierzęcy
0,01
Ukształtował się
obecny rozkład lądów
i mórz, po zmianach
poziomu morza
wywołanych
zlodowaceniem;
trwały fałdowania i
ruchy wypiętrzające
na obszarach młodych
gór i dzisiejszych
strefach subdukcji,
nastąpiły zmiany
klimatu wywołane
działalnością
człowieka.
Szybki rozwój istniejących
zbiorowisk roślinnych; zmiany
w poszczególnych
zbiorowiskach wywołane
działalnością człowieka wycinanie wilgotnych lasów
równikowych, eksploatacja
lasów strefy umiarkowanej,
niszczenie roślinności stref
suchych powodujące
przesuwanie się granic
pustyni; wskutek tych działań
wymierają pojedyncze gatunki
roślin.
Świat opanował człowiek
rozumny (Homo sapiens
sapiens), który szeroko
rozprzestrzenił się na
wszystkie lądy; udomowienie
kilkudziesięciu gatunków
zwierząt (m.in. kury, świnie,
krowy, psy); w związku z
przemianami siedlisk życia
zwierząt i nieracjonalną
gospodarką człowieka
wymierają liczne gatunki
(m.in. tur, dodo, krowa
morska).
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 2
str. 32
