zmiany klimatu w arktyce
advertisement
ZMIANY KLIMATU W ARKTYCE – POLSKI WKŁAD W MIĘDZYNARODOWE BADANIA OCEANOGRAFICZNE DALEKIEJ PÓŁNOCY Jacek Piskozub, Waldemar Walczowski, Jan Marcin Węsławski, Maria Włodarska-Kowalczuk Instytut Oceanologii PAN w Sopocie, ul. Powstańców Warszawy 55, 81-712, Sopot, Poland Najnowszy, czwarty raport Międzyrządowego Panelu ds. Zmian Klimatycznych (IPCC Fourth Assessment Report) z roku 2007 ocenia jako niezwykle prawdopodobne1 (extremely likely) iż wpływ działalności człowieka powoduje globalne ocieplenie. Działalność ta to przede wszystkim emisja ditlenku węgla, powodowana spalaniem paliw kopalnych oraz wycinką lasów tropikalnych. Wśród mniej znaczących antropogenicznych gazów cieplarnianych należy wymienić metan, tlenki azotu, ozon oraz freony (chlorofluorocarbons). Efekt antropogenicznej emisji gazów cieplarnianych wzmacniany jest dodatnimi sprzężeniami zwrotnymi a osłabiany ujemnymi. Dla przykładu obserwowane zwiększenie koncentracji pary wodnej w atmosferze (także gazu cieplarnianego) przy powiększonej temperaturze atmosfery stanowi dodatnie sprzężenie zwrotne. Związane z tym zwiększenia pokrycia chmur (efekt postulowany, jednak dotychczas nie udowodniony) ale stanowiłoby sprzężenie zwrotne ujemne. W przypadku rejonów polarnych takich jak Arktyka silnym dodatnim sprzężeniem zwrotnym są zmiany pokrycia lądu śniegiem oraz oceanu lodem morskim. Nawet niewielkie ocieplenie spowoduje w pewnych rejonach skrócenie sezonu zimowego. A ponieważ ziemia i woda absorbują znacznie więcej energii promienistej niż biały śnieg czy lód spowoduje to dodatkowy efekt ogrzewający, mogący spowodować w następnym roku jeszcze większe ubytki śniegu i lodu morskiego. Efekt taki przepowiedziany został już w (Sawyer 1972) latach siedemdziesiątych w pierwszych pracach na temat antropogenicznego efektu cieplarnianego. Jest on również obserwowany: Arktyka i 1 Określenie takie w terminologii stosowanej przez IPCC oznacza pewność większą niż 95%. 66 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Półwysep Antarktyczny należały w ostatnich dekadach do rejonów świata o najszybciej zwiększającej się temperaturze. Także modele klimatyczne przepowiadają największy wzrost temperatury w XXI wieku w rejonach polarnych, regionalnie nawet o ponad 10 stopni Celsjusza (rys. 1). Rys. 1. Przewidywane zmiany temperatury powierzchniowej Arktyki w XXX wieku. Skala w stopniach Celsjusza (Walsh 2006) W ostatnich latach najbardziej spektakularnym symptomem ogrzewania obszarów polarnych było zmniejszanie się pokrycia Oceanu Arktycznego lodem morskim. Ocean ten pokryty jest w większości swojego obszaru wieloletnim lodem. Jego powierzchnia zmienia się sezonowo, mając coroczne maksimum w marcu a minimum we wrześniu. Od 1979 r. pokrycie lodem Arktyki badane jest metodami satelitarnymi. W tym czasie zanotowano znaczące jego zmniejszenie się, szczególnie w ostatniej dekadzie (wszystkie dane za nsidc.org). Średnia powierzchnia arktycznego lodu morskiego we wrześniu wynosiła w latach 19792000 siedem milionów kilometrów kwadratowych. W ciągu ostatniej dekady Zmiany klimatu w Arktyce … 67 zanotowano trzy kolejne rekordy: 6,0 mln km2, w 2002 r., 5,6 mln km2, w 2005 r. oraz 4,3 mln km2, w 2007 r. W dwóch kolejnych latach zanotowano pewien ponowny przyrost ilości lodu latem ale mimo to były to lata o drugiej i trzeciej najmniejszej ilości lodu we wrześniu (odpowiednio 4,67 mln km2, w 2008 r. i 5,36 mln km2, w 2009 r.). Tempo ubywania lodu letniego to -11,2 % na dekadę (rys. 2). Nawet prosta interpolacja prowadzi do wniosku, że kontynuacja tego trendu doprowadzi do zaniku lodu morskiego latem w Arktyce jeszcze w XXI wieku. Jeśli jednak uwzględnić fakt, że powiększenie obszaru wolnego od lodu przyspiesza ogrzewanie wody morskiej można się spodziewać iż nastąpi to jeszcze prędzej (Stroeve et al 2007), być może nawet w ciągu najbliższych 30 lat (Wang, Overland 2009). Oczywiście nie należy w ciągu najbliższego stulecia oczekiwać zaniku lodu morskiego w czasie trwającej zimą nocy polarnej. Wartości maksymalnego corocznego pokrycia Arktyki lodem morskim w marcu także maleją ale znacznie wolniej. Tempo ubywania lodu marcowego wynosi -2,7%. Rys. 2. Pokrycie lodem Oceanu Arktycznego w czasie minimum rocznego we wrześniu (National Snow and Ice Data Center, nsidc.org) 68 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Dokładne przyczyny tak wielkich ubytków lodu w Arktyce latem w ostatnich latach i perspektywy na następne lata i dekady są jednak nadal przedmiotem intensywnej debaty naukowej. Badacze zgadzają się co do ogólnej przyczyny, antropogenicznego efektu cieplarnianego, różnią się jednak w kwestii dokładnego mechanizmu w jaki wpływa ono na wielkość pokrycia Arktyki lodem. W różnych pracach eksponowane są m.in. Zmiany cyrkulacji atmosferycznej [Ogi et al 2008] i związany z tym eksport lodu morskiego z Arktyki przez Cieśninę Framma [Kwok 2008], zmniejszone pokrycie Oceanu Arktycznego chmurami latem [Zhang et al 2008], dopływ ciepła do Arktyki prądami morskimi od strony Atlantyku [Smedsrud et al 2008] i Pacyfiku [Woodgate et al 2010]. Dokładne przyczyny ubywania lodu arktycznego są nadal badane przez wiele ośrodków, w tym polskich. Szczególny nacisk w polskich badaniach kładzie się na badanie wpływu cyrkulacji oceanicznej oraz aerozolu morskiego na dopływ ciepła do Arktyki Klimatyczna rola oceanu Świadomość, że ocean jest jednym z głównych architektów klimatu ziemskiego nie jest powszechna. Klimat to uśredniona w dłuższym czasie pogoda, kojarzy się więc ze stanem atmosfery - temperaturą i wilgotnością powietrza, wiatrami, opadami. Tak więc nawet twórcy słynnego już czwartego raportu (AR4) IPCC, podkreślając z jednej strony znaczenie klimatyczne oceanu, nie ustrzegli się stwierdzeń typu: „Mimo, że obecnie naukowcy bardziej doceniają siłę i zmienność globalnej cyrkulacji oceanicznej, jej rola klimatyczna jest ciągle gorąco dyskutowana. Czy jest ona pasywnym odbiorcą wymuszania atmosferycznego i co za tym idzie poddaje się zmianom klimatu, czy jest aktywnym udziałowcem zmiany”. Trzy podstawowe procesy kształtujące klimat to obieg ciepła, obieg wody i krążenie powietrza. I we wszystkich tych procesach ocean odgrywa niezwykle ważną rolę, jest dynamicznym elementem kształtującym klimat. Ocean jest tak istotny dla klimatu głównie ze względu na olbrzymią pojemność cieplną wody. Dość powiedzieć, że 10-metrowa warstwa wszechoceanu kumuluje w sobie tyle ciepła co cała ziemska atmosfera. Ciepło to jest gromadzone i transportowane – ze stref ciepłych do chłodnych, od równika w stronę biegunów powierzchniowymi Zmiany klimatu w Arktyce … 69 prądami oceanicznymi. Na szerokości geograficznej 30N transport oceaniczny ciepła równy jest transportowi atmosferycznemu, na wyższych szerokościach geograficznych transport atmosferyczny przewyższa oceaniczny (rys. 3), między innymi dzięki temu, że ocean oddaje znaczną część zgromadzonego ciepła do atmosfery. Rys. 3. Transport energii na północ (PW =1015W) w funkcji szerokości geograficznej Transport całkowity (linia pogrubiona) Transport przez suchą atmosferę (linia czerwona ) Transport przez ocean (linia niebieska) Ciepło utajone (linia przerywana) W Arktyce i Antarktyce, gdzie strumienie ciepła z oceanu do atmosfery są najwyższe, wychłodzone wody pochodzenia zwrotnikowego, dzięki wysokiemu zasoleniu stają się gęstsze od otaczających wód lokalnych, opadają tworząc wody głębinowe, które płyną w stronę równika, zamykając pętlę Cyrkulacji Termohalinowej. Ze względu na kształt akwenu, batymetrię, proces powierzchniowego transportu w stronę bieguna, ochładzania i formowania wód głębinowych oraz ich powrotu na południe w formie prądów głębinowych jest 70 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk szczególnie intensywny w północnym Ocenie Atlantyckim i Morzach Nordyckich. Zjawisko to nosi nazwę Atlantic Meridional Overtourning Circulation (AMOC) i jest kombinacją przepływów termohalinowych i wiatrowych. Proces ten ma szczególne znaczenie dla klimatu zarówno w skali lokalnej jak i globalnej. Badania IOPAN Wody Atlantyckiej w Morzach Nordyckich Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk (IOPAN) w Sopocie od ponad 20 lat bada Morza Nordyckie – Morze Norweskie, Barentsa, Grenlandzkie. Badany akwen to głównie tzw. ‘Domena Atlantycka’ Mórz Nordyckich – rejon intensywnej adwekcji powierzchniowej (górne kilkaset metrów) Wody Atlantyckiej (AW). Obejmuje on zakres aktywności obu gałęzi Prądu NorweskoAtlantyckiego i Prądu Zachodniospitsbergeńskiego (WSC) (rys. 4). Rys. 4. Główne drogi adwekcji Wody Atlantyckiej w Morzach Nordyckich: IC: Prąd Irmingera (ang. Irminger Current) NIIC: Prąd Północnoislandzki (ang. North Icelandic Irminger Current) NAC Prąd Północnoatlantycki (ang. North Atlantic Current) NwAC Prąd Norwesko-Atlantycki (ang. Norwegian-Atlantic Current) NwASC Prąd Norweski (ang. Norwegian Atlantic Slope Current) (Za Walczowski, 2009) W czasie naukowej aktywności IOPAN w tym rejonie zmieniało się podejście do klimatycznej roli oceanu, nastąpiło lepsze zrozumienie zachodzących w nim Zmiany klimatu w Arktyce … 71 procesów, łańcucha sprzężeń zwrotnych systemu ocean-kriosfera-atmosfera. Ewoluowały więc programy badawcze – zarówno te międzynarodowe, jak i prowadzone przez IOPAN. Aktywność IOPAN na polu badań arktycznych podzielić można na 4 etapy: 1. Etap I 1987-1993 W latach 1987-1993 prace w Arktyce prowadzone były w ramach programu badawczego Greenland Sea Project (GSP). Projekt był rozwinięty i koordynowany przez Arctic Ocean Science Board (AOSB) oraz International Council for the Exploration of the Sea (ICES). GSP był skierowany na obserwację i modelowanie procesów zachodzących w atmosferze, hydrosferze, kriosferze i biosferze, potrzebnych do zrozumienia roli Mórz Nordyckich w kształtowaniu klimatu. IO uczestniczył w projekcie dzięki inicjatywie ówczesnego dyrektora Instytutu, prof. Czesława Drueta. IO prowadził badania wpływu Wody Atlantyckiej przez Rów Szetlandzki (Schlichtholz, Jankowski, 1993) oraz na poligonie pomiędzy Przylądkiem Północnym a Spitsbergenem (Druet, Jankowski, 1991, 1992). 2. Etap II 1994-1996 Po zakończeniu programu GSP kontynuowano badania pomiędzy Norwegią a Spitsbergenem i rozszerzono poligon dalej na północ. Oprócz wielkoskalowych badań quasi-synoptycznych, z inicjatywy kierownika Zakładu Dynamiki Morza prof. Jana Piechury, rozpoczęto też program pomiarów zorientowanych na procesy. W roku 1993 rozwinięto program badań Frontu Arktycznego – rejonu rozdziału wód pochodzenia Atlantyckiego i wód Arktycznych. Procesy frontalne rozpoczęto badać w roku 1987, kiedy R/V ‘Oceania’ pierwszy raz przekroczyła Front Arktyczny, dokładniejsze badania prowadzono w latach 1993-1996 (Piechura, Walczowski, 1995, Walczowski 1997). 3. Etap III 1997-1999 W roku 1997 Instytut przystąpił do międzynarodowego programu badawczego VEINS fundowanego w ramach programu Unii Europejskiej MAST-III. 72 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Bezpośrednim celem programu VEINS było prowadzenie pomiarów i modelowanie zmienności przepływów pomiędzy Oceanem Arktycznym a Oceanem Atlantyckim. Celem długofalowym – określenie i wprowadzenie systemu pomiarów pozwalających na zrozumienie roli Oceanu Arktycznego i Mórz Nordyckich w dekadalnych zmianach klimatu. Program VEINS zakończono w roku 2000. 4. Etap IV 2000 Od roku 2000 IOPAN rozpoczął badania hydrologiczne na całej Domenie Atlantyckiej Morza Grenlandzkiego. W roku 2002 rozpoczął się program ASOF. Instytut Oceanologii uczestniczył w projekcie na prawach równorzędnego partnera, mimo że Polska nie była jeszcze członkiem Unii Europejskiej. Uwzględniając nasze wcześniejsze doświadczenia oraz specyfikę statku jakim dysponujemy (R/V ‘Oceania’ nie jest przystosowana do żeglugi w lodzie) podjęliśmy pracę w części ASOF-N zajmującej się głównie napływem i rozprzestrzenianiem ciepłej Wody Atlantyckiej w Morzach Nordyckich i jej transportem do Oceanu Arktycznego przez Cieśninę Frama. Program ASOF zakończył się w roku 2005. Dzięki wspólnemu wysiłkowi uczestników tego programu, udało się stworzyć projekt i zdobyć fundusze na kontynuację badań. W roku 2006 rozpoczął się program DAMOCLES. Instytut Oceanologii był jednym z wykonawców tego zakończonego w 2010 roku programu. Od roku 2000 wypełniając zobowiązania programów międzynarodowych, prowadzimy rejsy w ramach oryginalnego programu badawczego Instytutu Oceanologii, ‘AREX’. Po latach doświadczeń, stworzony został – zdaje się optymalny schemat badań. W czasie oceanicznej części ekspedycji mierzone są warunki meteorologiczne, fizyczne i chemiczne właściwości wody morskiej, wymiana masy i energii między oceanem i atmosferą, gromadzone są próbki hydrologiczne, biochemiczne i biologiczne. Przez lata przekonaliśmy się, jak cenne są dane zbierane systematycznie, na tych samych stacjach i przekrojach. W badaniach wypracowaliśmy koncepcję pokrywania siatką stacji możliwie największego obszaru Domeny Atlantyckiej północnej części Morza Norweskiego Zmiany klimatu w Arktyce … 73 i Morza Grenlandzkiego i zagęszczania siatki pomiarowej w miarę przesuwania się na północ (rysunek 5). Dało to możliwość badania napływu Wody Atlantyckiej do Morza Grenlandzkiego, Morza Barentsa, modyfikacji właściwości AW i zmiany transportu AW wraz z rosnącą szerokością geograficzną, wreszcie skomplikowanej struktury Prądu Zachodniospitsbergeńskiego. Rys. 5. Rozmieszczenie oceanograficznych stacji pomiarowych na przykładzie pomiarów w rejsie AREX 2004. Podano nazwy najczęściej eksploatowanych sekcji. Zaznaczono topografię dna 74 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Statek badawczy ‘Oceania’ Na przestrzeni lat zmieniły się metody pomiarowe, instrumenty. Nie zmieniło się tylko to, że każdego roku na początku czerwca statek badawczy Instytutu Oceanologii PAN, R/V ‘Oceania’ (rysunek 6) wyrusza w kolejną ekspedycję arktyczną. Mimo niezwykłego wyglądu i konstrukcji, jest to statek wyjątkowo wydajny i efektywny, jednostka która na stałe wpisała się w historię światowych badań arktycznych. R/V ‘Oceania’ to 3-masztowy szkuner z eksperymentalnym, obsługiwanym hydraulicznie ożaglowaniem. Jest ona statkiem małym, ma 50 m długości, wyporność 370 T. Mimo tego jest pełnosprawną, wyposażoną w nowoczesne urządzenia jednostką badawczą, jedynym polskim statkiem naukowym prowadzącym systematyczne badania na otwartym oceanie. Posiadamy stację meteorologiczną, nowoczesne windy hydrologiczne zdolne opuścić urządzenia badawcze do głębokości 4000 m i przekazywać online sygnały z tych urządzeń, szereg żurawików i dźwig, wbudowany w kadłub dopplerowski prądomierz akustyczny ADCP, nowoczesne systemy nawigacyjne. Stosujemy najnowsze urządzenia do badań właściwości fizycznych wody (temperatura, zasolenie, fluorescencja, zawartość tlenu, prądy morskie), sondy optyczne, przyrządy do badania właściwości atmosfery oraz interakcji pomiędzy oceanem i atmosferą. R/V ‘Oceania’ spędza rocznie w morzu ponad 300 dni, co jest swoistym rekordem dla statku badawczego. W roku 2010 dokonany zostanie remont generalny tego zasłużonego statki i obok innych prac, usunięta zostanie największa jego bolączka – przestarzały i słaby (310 Km) silnik zastąpiony zostanie nowoczesną, silniejszą jednostką napędową. Zmiany klimatu w Arktyce … 75 Rys. 6. R/V ‘Oceania’ Modelowanie numeryczne Obok badań in situ IOPAN prowadzi również prace modelowe. Modelowanie numeryczne przy pomocy modelu ocean-atmosfera-lód odbywa się we współpracy z prof. Wiesławem Masłowskim z Naval Postgraduate School, Monterey, USA. W wyniku współpracy po raz pierwszy w świecie uruchomiony został zintegrowany (ocean, lód) model numeryczny sub-Arktyki i Arktyki o poziomej rozdzielczości 2 km i 48 warstwach pionowych. Ten olbrzymi model (siatka o wymiarach 5520 x 2880 x 48) pozwala na rozwiązywanie wirów mezoskalowych o wielkościach charakterystycznych dla Mórz Nordyckich (promień deformacji Rosby’ego dla tego akwenu wynosi 8-11 km). Model jest na etapie optymalizacji kodu i rozbiegu (spin-up). Prace odbywają się we współpracy IOPAN z Naval Postgraduate School w Monterey, Kalifornia. Początkowo model został uruchomiony na najnowszym komputerze dostępnym w Polsce, jednak obliczenie jednego roku rzeczywistego procesu zajmowało 40 dni czasu komputerowego, więc prowadzenie użytecznych obliczeń nie było realne. Po optymalizacji kodu i przeniesieniu obliczeń do centrum komputerowego US Navy na Alasce, uzyskano znaczny postęp. Obecnie, przy wykorzystaniu 1024 procesorów na komputerze 76 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk CRAY XT5, 1 rok realnego procesu zabiera 15 dni czasu komputerowego. Zakończono trzy lata spin-upu modelu, przystąpiono do obliczeń z wykorzystaniem plików restartowych z modelu 9-kilometrowego. Już teraz uzyskane wyniki pokazują, że nowy model będzie niezwykle użytecznym narzędziem do analizy wirów mezoskalowych. Wyniki istotne dla zrozumienia zachodzących zmian klimatycznych Od początku badań Mórz Nordyckich, prace IOPAN koncentrowały się wokół problematyki klimatycznej. Wcześniej zrozumieliśmy, że rację miał Nansen, który już w roku 1902 powiedział: „[...] jest oczywiste, że warunki oceanograficzne Połnocnego Basenu Polarnego mają wielki wpływ na klimat i jest rownież oczywiste, że zmiany warunków cyrkulacji znacząco mogą klimat zmienić [...]” Istotnym wkładem IOPAN w badania było rozpoznanie struktury Prądu Zachodniospitsbergeńskiego. Tradycyjnie, w wielu pracach Prąd Zachodniospitsbergeński był i nadal jest opisywany jako prosty barotropowy przepływ nad załamaniem szelfu Morza Barentsa i zachodniego Spitsbergenu. Istnienie drugiej, zachodniej gałęzi WSC postulowane było kilkakrotnie. Stare mapy sporządzone przez oceanografów radzieckich pokazywały bardziej skomplikowaną strukturę WSC, w 1973 Wegner przedstawił schemat dwuczęściowego przepływu. Również oceanografowie z IOPAN w czasie badań na Morzu Grenlandzkim i przekraczania Frontu Arktycznego stwierdzili istnienie prądów baroklinowych nad podwodnymi grzbietami – Mohna i Knipowicha. Bardzo owocny w wyniki i poszerzenie wiedzy o przepływach w tym rejonie był program badania struktur mezoskalowych na Froncie Arktycznym zalegającym nad tymi grzbietami. W pracy doktorskiej (Walczowski, 1997) będącej wynikiem tego, zorientowanego na badanie procesów projektu, autor umieścił mapkę z dwiema gałęziami Wody Atlantyckiej zbiegającymi się na szerokości geograficznej 78º N (rysunek 7). Wcześniej pisali o tym Piechura i Walczowski (1995). Zmiany klimatu w Arktyce … 77 Ciepłe prądy powierzchniowe Spits Gr en la n dz k ie g o ay e M yen iet zb Gr n oh Basen Lofocki 50 0 Prąd Irmingera Morze Islandzkie a 3000 nd zk i Pó łn oc 10 00 no la Pr ąd W. Owcze and 020° 010° ów R l 0 ia we g Nor rąd 70° 60° 1000 2000 et Sz es ki p 3000 Is 50 0 00 i psk dka No rw og 030° 10 p rz yb rze żn y Prą d -A tla nt yc ki 500 i Pr 2000 Nor 65° Morze Norweskie Islandia 00 1 0 1 00 0 ko - Atlantycki a Ma d Prą No rw es W0s c or z 20 nla ho dn iog re en berg nd zk i ia nd nla Gre Pryą d be ns e zb d iet Ja Ja n n M ol n rz bie tK M Jan Mayenn G 50 0 ir a 20 00 W. Niedzwiedzia ts ren Ba W 75° rze Mo ka 0 10 ńs 00 sk Norwe Basen Du 00 Basen Grenlandzki 2G0P r00rą 00 10 ina 30 Morze Grenlandzkie 30 sn Cie 5 00 i00 s2k0 eń erg sb pit 0 300 wic za ios dn Knipo ho Grzbiet ac 00Z 2ą0d Pr ma a Fra 2000 Prądy głębinowe 100 80° nin Cies Chłodne prądy powierzchniowe i zk 50 200 0 030° Szetlandy 000° 020° 010° Rys. 7. Cyrkulacja Mórz Nordyckich. (Walczowski, 1997, praca doktorska). Idea dwóch gałęzi WSC propagowana była przez oceanografów IOPAN z dużą wytrwałością w publikacjach (Piechura, Walczowski,1995, VEINS raport, Walczowski i inni 2005, Walczowski, Piechura 2006, Walczowski, Piechura 2007), na licznych konferencjach międzynarodowych, zwłaszcza corocznych spotkaniach Europejskiej Unii Geofizycznej, w raportach programu badawczego ASOF, DAMOCLES. Między innymi dzięki tym działaniom, oraz wiedzy zdobywanej w kolejnych programach badawczych (zwłaszcza VEINS) i innym publikacjom, akceptowana zostaje przez większość oceanografów. Transport transfrontalny Badania procesów zachodzących na Froncie Arktycznym zaowocowały istotnymi wynikami dotyczącymi transportu transfrontalnego Wody Atlantyckiej 78 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk do Domeny Arktycznej. Badano kreację wirów mezoskalowych na granicy dwu domen, policzono transport Wody Atlantyckiej do Wiru Morza Grenlandzkiego. Dla zrozumienia procesów kształtujących klimat istotne były obliczenia potencjalnej produkcji wody głębinowej, jaka mogła wyniknąć wskutek tego transportu. Woda Atlantycka, jako bardziej słona, po ochłodzeniu i wymieszaniu z wodami Arktycznymi stanowi podstawowy składnik wód głębinowych formujących się w Morzu Grenlandzkim i Labradorskim. Wielkość tej produkcji współdecyduje o intensywności Cyrkulacji Termohalinowej a więc o ziemskim klimacie. Zmienność właściwości AW w czasie Systematyczne powtarzanie tych samych stacji i przekrojów od 2000. (niektórych przekrojów od 1996) zaowocowało uzyskaniem przez IOPAN unikalnych serii czasowych danych hydrologicznych z badanego akwenu. Są one dodatkowo cenne, bowiem pokrywają dużą powierzchnię, da się z nich zrekonstruować strukturę WSC w danym roku, policzyć średnie i anomalie. Każdy kolejny rok pomiarów dodaje cenne dane do tej serii. Najdłuższa seria pochodzi z przekroju ‘N’ wzdłuż równoleżnika 7630’N (rysunek 8). Wyraźnie pokazuje ona zmiany średnich właściwości Wody Atlantyckiej na przestrzeni lat. Następuje cykliczny wzrost i spadek średniej temperatury AW w rejonie Spitsbergenu, okres zmian wynosi 6-7 lat. Wyraźny jest również trend rosnący, zarówno dla zasolenia jak i temperatury. Dla temperatury średni wzrost wynosi to około 0,4C/10 lat. Dla uzyskania bardziej uśrednionych (a więc bardziej wiarygodnych) wyników, podobne wykresy sporządzono z większej ilości danych z całego poligonu badawczego (rysunek 9). Jak w wypadku powyższego wykresu, Wodę Atlantycką parametryzowano dla temperatury równej lub wyższej od 0C i zasoleniu równemu bądź wyższemu niż 34,92. Zmiany klimatu w Arktyce … 79 Rys. 8. Temperatura i zasolenie Wody Atlantyckiej (T≥0, S≥32.92) na przekroju ‘N’ wzdłuż równoleżnika 7630’N latem 1996-2009 Rys. 9. Temperatura Wody Atlantyckiej na poligonie AREX: linia czarna – średnia temperatura dla całego poligonu; linia czerwona – temperatura dla części południowej, poniżej równoleżnika 74N; linia niebieska – temperatura dla części północnej, powyżej równoleżnika 74N; 80 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Rysunek 9 uzmysławia jednocześnie jak dramatyczną transformację przechodzi Woda Atlantycka w czasie adwekcji na północ. Średnia różnica temperatur pomiędzy częścią północną a południową badanego regionu wynosi ponad 1C, wynika ona z wymiany ciepła pomiędzy oceanem a atmosferą, skutkującej łagodzeniem klimatu rejonu Mórz Nordyckich. Obserwacja ocieplenia w latach 2005-2006 Przedstawione wyżej wykresy pokazują niezwykłe ocieplenie, jakie nastąpiło w okresie 2004 do 2006 i późniejsze ochłodzenie. Również rozkłady poziome temperatury bądź zasolenia na badanym poligonie wyraźnie ilustrują zachodzące zmiany (rysunek 10). Południkowy zasięg izotermy 5C na poziomie 100 m wynosi latem 74N. W latach 2005 i 2006 izoterma ta przesunęła się znacząco na północ, język niezwykle ciepłej wody sięgnął północnych krańców Spitsbergenu i dotarł do Cieśniny Fram. W Prądzie Zachodniospitsbergeńskim zaobserwowano rekordowe, nigdy dotąd notowane temperatury (Walczowski, Piechura, 2007). Ciepła Woda Atlantycka wpłynęła na szelf i wlała się do fiordów zachodniego Spitsbergenu. Obserwowany proces zakwalifikować można do zjawisk typu ‘zmiana klimatu oceanu’. Mimo wycofania się języka ciepłej wody na południe, nadal obserwowane są fizyczne i ekologiczne skutki tego zdarzenia. Namacalnym dowodem zachodzących zmian było zaobserwowanie (złowienie) z pokładu R/V ‘Oceania’ dorodnych dorszy w rejonie na północ od Spitsbergenu. Dotychczas obserwowana przez nas północna granica występowania tych ryb to szerokość geograficzna Wyspy Niedźwiedziej (7430’ N). Zmiany klimatu w Arktyce … 81 Rys. 10. Temperatura na poziomie 100 m w latach 2004-2007. Izotermę 5C pogrubiono. 82 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Mechanizm ocieplenia Istotne było ustalenie przyczyn zaobserwowanej zmiany klimatu oceanu. Możliwe przyczyny to napływ do Mórz Nordyckich cieplejszej wody z północnego Atlantyku, inne warunki transformacji Wody Atlantyckiej w Morzach Nordyckich, bądź kombinacja różnych efektów. Badania IOPAN pokazują, że zarejestrowane ocieplenie AW było efektem nałożenia się różnych procesów. Jednym z nich była większa prędkość adwekcji AW we wschodniej gałęzi WSC. Skutkowało to krótszym czasem ekspozycji i mniejszą ilością ciepła oddanego do atmosfery w czasie drogi AW do Cieśniny Fram. Druga przyczyna to obecność wielkich wirów antycyklonalnych w zachodniej gałęzi WSC (rysunek 11). Rys. 11. Temperatura, zasolenie i gęstość potencjalna na przekroju ‘H’ (7330’ N) w roku 2005. Wir widoczny jako zagłębienie warstwy AW na stacjach H14, H14 (120. km przekroju). Zmiany klimatu w Arktyce … 83 Wiry te (widoczne również na rozkładzie temperatury z 2005 jako wybrzuszenia w zachodniej części domeny atlantyckiej) przesuwając się powoli na północ, niosły niezwykłą nadwyżkę (anomalię) ciepła (rysunek 12). Rys. 12. Anomalie zawartości ciepła warstwy AW i anomalie prądów baroklinowych na poziomie 100 dbar w latach 2005 i 2006. Na podstawie badań IOPAN oraz innych wyników (zwłaszcza prądomierzy umieszczonych w północnej części Spitsbergenu) wywnioskowano, że wir obserwowany w 2005 między równoleżnikami 72 - 74N i wir obserwowany w 2006 w okolicach Cieśniny Fram to ta sama struktura. Pozwoliło to policzyć średnią prędkość adwekcji w zachodniej gałęzi WSC na 1.9 - 2 cm/s (Walczowski, Piechura, 2007). Jest to niezwykle istotna wielkość pozwalająca na tworzenie bilansu ciepła całej warstwy AW. 84 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Znaczenie anomalii w transporcie ciepła na północ Obserwowane wiry w znacznym stopniu przyczyniły się do podniesienia średniej temperatury AW i zawartości ciepła na całym poligonie. W roku 2005 anomalia zawartości ciepła wiru południowego miała powierzchnię ponad 16000 km2. Warstwa AW na tej powierzchni zgromadziła 1.94 *1020 J ciepła. Nadwyżka ciepła w stosunku do średniej 2000-2009 dla tego obszaru (anomalia ciepła) to 5.2*1019 J (5200 PJ). Wir taki jest więc niezwykle efektywną strukturą przenoszącą ciepło. Dzięki ruchowi obrotowemu wir jest dużo bardziej stabilny i odporny na rozmycie niż baroklinowy przepływ wzdłuż-frontalny. Dlatego czas życia wiru jest długi i ma on szansę przenieść większość zgromadzonego ciepła do Oceanu Arktycznego. W roku 2006 anomalia obserwowana na zachód od Spitsbergenu była rozległa, jej rozciągłość równoleżnikowa wynosiła ponad 300 km, jednak jądro tej anomalii stanowił elipsoidalny wir o średnicy 130-160 km (rysunek 13). Niósł on na północ 2.5 * 1019 J nadwyżki ciepła. Całkowite ciepło zgromadzone w tym wirze (liczone w referencji do temperatury -0.1ºC) wynosiło 8 * 1019 J. Rys. 13. Lato 2006. Anomalia ciepła AW (GJ/m2 ) w okolicach Spitsbergenu. Pogrubiono izobaty 500 m i 2500 m. Prawa strona – przekrój Z (temperatura i zasolenie) wzdłuż równoleżnika 78º10’ Zmiany klimatu w Arktyce … 85 Wszystko wskazuje na to, że wir ten dotarł do Oceanu Arktycznego a następnie cyrkulował na wschód wzdłuż załamania szelfu (Polyakov i inni, 2010). Opisywany mechanizm jest niezwykle istotny w podnoszeniu temperatury Oceanu Arktycznego. W ciągu ostatnich dwóch dekad obserwowane były dwa tego typu wielkoskalowe napływy Wody Atlantyckiej: w roku 1990 i na początku XXI wieku. Opisywany wir z lat 2005-2006 to prawdopodobnie trzeci tego typu wlew Wody Atlantyckiej do Oceanu Arktycznego. Wiry tego typu co opisane powyżej, mogą mieć istotne znaczenie w transporcie ciepła do AO. Zakładając, że obserwowany w 2005 roku wir południowy zachował i przeniósł do Oceanu Arktycznego anomalię ciepła w nim zgromadzoną, byłby w stanie stopić dodatkowo 1.8*1011 m3 lodu czyli 1.8*105 km2 lodu o grubości 1 m. Jest to powierzchnia lodu większa od połowy powierzchni Polski (3.12*105 km2 ). Nie jest znane pochodzenie tego typu, olbrzymich wirów, są one znacznie większe od obserwowanych i opisanych wcześniej wirów powstających we Froncie Arktycznym. Tak wielkie struktury powstają prawdopodobnie ‘upstream’, w rejonie zasilania zachodniej gałęzi WSC lub w basenie Lofockim. Planowana jest współpraca IOPAN z oceanografami norweskimi i amerykańskimi w celu badania tego zjawiska. Fazy transportu AW do Morza Barentsa i do Cieśniny Fram; Badania dynamiki akwenu pokazały również inne ciekawe i ważne zjawisko: fazy wzmożonego transportu Wody Atlantyckiej do Morza Barentsa (na wschód) i okresy podwyższonego transportu AW na północ (w stronę Cieśniny Fram). Lata 2005 i 2006 (rysunek 14) to okres wzmożonej adwekcji na północ. Zjawisko ‘przełączania’ transportu z jednego reżimu do drugi może mieć istotne znaczenie dla bilansu ciepła i zlodzenia Oceanu Arktycznego; woda Atlantycka wpływająca do Oceanu Arktycznego przez Morze Barentsa pokonuje znacznie dłuższą trasę i wychładza się bardziej niż wlewy przez Cieśninę Fram. IOPAN planuje badanie tego zjawiska z wykorzystaniem modelu numerycznego, pomiarów z pokładu R/V ‘Oceania’ oraz pomiarów autonomicznymi bojami ARGO. Pierwszy polsko-niemiecki eksperyment z wykorzystaniem dryfterów ARGO przeprowadzony został z pokładu R/V ‘Oceania’ w 2009 roku, po przystąpieniu IOPAN (jako przedstawiciela Polski) do infrastrukturalnego programu Unii Europejskiej EURO-ARGO. 86 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Rys. 14. Temperatura i prądy baroklinowe na poziomie 100 m. Zmiany klimatu w Arktyce … 87 Znaczenie zmian właściwości Wody Atlantyckiej dla regionu Transport ciepła przez prądy oceaniczne jest znaczący dla klimatu zarówno w skali globalnej jak i lokalnej. Zmiana ilości niesionego przez ocean ciepła, poprzez kaskadę procesów powoduje zmiany w atmosferze, kriosferze, biosferze. Przedstawione tu zostaną dwie zależności, jakie ustalono dla serii czasowej temperatury Wody Atlantyckiej mierzonej przez IOPAN na przekroju ‘N’ z innymi, lokalnymi wielkościami klimatycznymi. Pozyskane od Instytutu Geofizyki PAN dane meteorologiczne z Polskiej Stacji w Hornsundzie (południowy Spitsbergen) pozwoliły na zbadanie zależności pomiędzy temperaturą powietrza a temperaturą oceanu (rysunek 15). Rys. 15. Temperatura Wody Atlantyckiej na przekroju ‘N’ (linia niebieska) i średnia roczna temperatura powietrza w Hornsundzie (linia czerwona). Wyraźnie widoczna jest zbieżność pomiędzy przebiegiem obu linii – temperaturą Wody Atlantyckiej w pobliżu Hornsundu (mierzoną latem) a średnią roczną temperaturą powietrza w Hornsundzie. Nie jest to zbieżność przypadkowa, hydrosfera i atmosfera oddziałują na siebie w szeregu sprzężeń zwrotnych. Dla zbadania, który ośrodek oddziałuje silniej (który daje pierwszy impuls) policzono szereg korelacji z przesunięciem czasowym. Wniosek był jeden – to ocean 88 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk podgrzewa atmosferę, oddziaływanie jest szczególnie istotne zimą, gdy strumienie ciepła z oceanu osiągają najwyższe wartości. Podobną analizę wykonano dla pokrywy lodowej na północ od Svalbardu. Wykorzystano również dane z przekroju ‘N’ i dane satelitarne pokrywy lodowej SSMI (z IFREMER, Francja). Wykazano, stopień wytapiania lodu na północ i północny-wschód od Svalbardu zależy od temperatury Wody Atlantyckiej. Efekt ten jest, podobnie jak w przypadku atmosfery najbardziej zauważalny zimą. Wynik ten – z pozoru trywialny, ma dużą wartość dla rozpoznania procesów zaniku pokrywy lodowej w Arktyce. Dotychczas uważano, że Woda Atlantycka nie przyczynia się do topienia lodu morskiego, bowiem przekraczając Ciesninę Fram podlega subdukcji (zagłębia się pokryta z wierzchu wodami arktycznymi) i nie ma bezpośredniego kontaktu z lodem. Prace IOPAN (prowadzone również we współpracy międzynarodowej) pokazują, że tak nie jest, Woda Atlantycka przyczynia się do redukcji pokrywy lodowej zarówno w rejonie Cieśniny Fram, jak i w miejscach znacznie odleglejszych – poprzez adwekcję wirów mezoskalowych, które mogą mieć kontakt z lodem po długim czasie od wpłynięcia do Oceanu Arktycznego. Ocieplenie się prądów oceanicznych opływających Grenlandię przyczyniło się do obserwowanego w ostatnich latach przyśpieszenie topienia lądolodu Grenlandii. Satelitarne pomiary grawimetryczne (misji GRACE) wskazują iż pomiędzy okresem 2002-2003 a 2007-2009 coroczny ubytek lodu grenlandzkiego zwiększył się z 137 Gt/rok do 286 Gt/rok (Velicogna et al 2009). Modelowanie komputerowe przyśpieszonego w ostatnich latach spływu strumieni lodu do otaczających Grenlandię mórz wskazuje jako przyczynę tego zjawiska głównie ocieplenie wód oblewających czoła lodowców (Nick et al 2009). Jest to jeszcze jedna przyczyna dlaczego badania transportu ciepła prądami oceanicznymi w głąb Arktyki jest tak istotne. IOPAN rozpoczął, w kooperacji z partnerami polskimi i norweskimi projekt AWAKE, mający między innymi na celu zbadać te problemy. Zmiany klimatu w Arktyce … 89 Wpływ aerozolu na klimat Arktyki Antropogeniczne emisje aerozolu stanowią istotny i nadal słabo zbadany element wpływu człowieka na klimat. Cząstki aerozolu mogą zarówno chłodzić jak i ogrzewać atmosferę w zależności od swoich właściwości optycznych (odpowiednio współczynników rozpraszania i absorpcji światła: na przykład silnie rozpraszające związki siarki mają efekt chłodzący a silnie absorbującą sadzę ogrzewający). Aerozol wpływa także na klimat pośrednio, poprzez długość istnienia i albedo chmur, stanowiąc jądra kondensacji na których kondensują się kropelki w chmurach (Climate change 2007). Bez zmian emisji aerozolu, szczególnie na półkuli północnej nie sposób odtworzyć w modelach numerycznych historii średnich globalnych temperatur (Meehl et al. 2004). Częściowe oczyszczenie atmosfery nad Europą od lat 1980-ch spowodowane regulacją emisji pyłów i upadkiem ciężkiego przemysłu w Europie Wschodniej i Środkowej przyczynił się do dwukrotnie szybszego ocieplania się Europy w ostatnich latach w stosunku do trendu globalnego (Vautard et al 2009; Philipona et al 2009). W obszarach polarnych przez większość roku, z wyjątkiem lata, efekt klimatyczny chmur jest odwrotny niż w pozostałej części świata. Utrudniają one wypromieniowanie energii cieplnej w kosmos a zatem działają one grzewczo w rejonach polarnych przez 9 miesięcy w roku (Lubin & Vogelmann 2006). Aerozolowy radiacyjny efekt pośredni, zwiększając grubość optyczną i czas trwania chmur zatem również przyczynia się do ogrzewania Arktyki przez większość roku. W Arktyce, podobnie jak w większości półkuli północnej zanotowano zmniejszenie aerozolowej grubości optycznej w ostatnich dekadach (średnio od -1,6% do -2.0% rocznie zależnie od rejonu Arktyki) (Tomasi et al 2007). Jednak tendencja ta nie obejmuje nasilającego się w ostatnich dekadach silnego zamglenia w okresie wiosennym („Arctic haze”) (Law & Stohl 2007) wiązanego z emisjami przemysłowymi i pożarami na terenie północnej Eurazji i Ameryki, głównie jednak w Rosji i Kazachstanie (Eleftheriadis Vratolis Nyeki 2009, Warneke et al 2009, Saha et al 2010). Aerozol ten, zawierający dużo sadzy [black carbon] ma istotne znaczenie dla temperatury Arktyki wiosną gdy zaczyna 90 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk topić się lód morski. Istnieją nawet oceny (chociaż kontrowersyjne), iż zmiany koncentracji aerozolu, w tym zmniejszenie koncentracji aerozoli zawierających związki siarki a zwiększenie zawierających sadzę, mogą tłumaczyć 2/3 wzrostu temperatury Arktyki w latach 1976-2007 (Shindell & Faluvegi 2009). Rys. 16. Pomiary grubości optycznej w Ny Alesundzie na Spitsbergenie: interkalibracja ręcznych mierników Microtops (na zdjęciu Tymon Zieliński i Tomasz Petelski z IOPAN) Polscy naukowcy od lat zajmują się badaniem aerozolu w rejonie Arktyki. Grubość optyczna atmosfery mierzona była od lat przez Pracownię wzajemnego oddziaływania morza i atmosfery Instytutu Oceanologii PAN (rys. 16) zarówno na Spitsbergenie (w Polskiej stacji w Hornsundzie oraz w Ny Alesundzie) jak i z pokładu R/V Oceanii. Robiono to w ramach szeregu programów międzynarodowych, między innymi projektu europejskiego Damocles oraz programu Marine Aerosol Network koordynowanego przez NASA [Smirnov et al 2009]. Wysiłki te zaowocowały udziałem dwóch naukowców z IOPAN (Tomasza Petelskiego i Tymona Zielińskiego) Zmiany klimatu w Arktyce … 91 w artykule przeglądowym na temat aerozolu rejonów polarnych, Tomasi et al. 2007, podsumowującym historie badań i stan wiedzy na ten temat. Innym ważnym kierunkiem badań aerozolu w rejonie Arktyki są badania funkcji produkcji aerozolu morskiego (Petelski 2003, Stramska & Petelski 2003, Petelski & Piskozub 2006). Badania te prowadzone są w czasie corocznych letnich rejsów arktycznych R/V Oceania (rys. 17). Funkcja ta mówiąca o tym ile kropel aerozolu wodnego produkowane jest przy danej prędkości wiatru ma znaczenie dla klimatu ponieważ cząsteczki te stanowią jądra kondensacji chmur. Polskie badania aerozolu w Arktyce przyczyniły się także do stworzenia hipotezy o czyszczącej roli kropelek aerozolu morskiego, który pochłania (scavenges) inne rodzaje cząstek aerozolu na swej drodze nad Arktyką bezpośrednio wpływając na zmniejszenie grubości optycznej aerozolu (Rozwadowska et al. 2010). Rys. 17. Pomiary strumienia aerozolu morskiego metodą gradientową na R/V Oceanii Metan a klimat Arktyki Koncentracja atmosferyczna drugiego najistotniejszego gazu cieplarnianego o pochodzeniu antropogenicznym, metanu, zdawała się ustabilizować około 10 lat temu. Jednakże od roku 2007 notuje się jego ponowny wzrost, przy czym źródło 92 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk dodatkowych emisji wydaje się leżeć na półkuli północnej (Rigby et al 2008). Zwróciło to uwagę badaczy na zasoby węgla w wiecznej zmarzlinie Eurazji i Ameryki Północnej oraz na złoża klatratu metanu zalegające na szelfach Oceanu Arktycznego. Zasoby tego ostatniego są słabo rozpoznane. Ich globalne szacunki mieszczą się miedzy 500 a 10,000 Gt węgla (Brook et al 2008). Wydostanie się do atmosfery nawet niewielkiej części tych ilości może istotnie zwiększy koncentracje metanu w atmosferze. Dlatego niepokoi niedawna obserwacja około 250 pióropuszu pęcherzyków metanu podnoszących się z dna morskiego na zachód od Spitsbergenu (Westbrook et al 2009). Badacze, którzy opisali to zjawisko wiążą je z badanym także przez polskich oceanografów ociepleniem się Prądu Zachodniospitsbergeńskiego. W ostatnich miesiącach opublikowano wyniki badań świadczące o jeszcze intensywniejszej emisji metanu z dna morza na Szelfie Wschodniosyberyjskim (Shakhova i inni 2010). Koordynacji badań emisji metanu z wiecznej zmarzliny i dna morskiego Arktyki służyć ma rozpoczęta w roku 2009 akcja COST ES0902 „Pergamon”. Polska jest w tym programie reprezentowana przez naukowców z Instytutu Geofizyki PAN i Instytutu Oceanografii PAN. Prace z zakresu oceanografii fizycznej, fizyki morza łączą się z badaniami meteorologicznymi, glacjologicznymi, klimatycznymi. Szczególnie w Arktyce widać, jak problematyka ta przenika się, uzupełnia. Nie ma nowoczesnej klimatologii bez badań oceanu, ocean nie jest osamotnionym medium; jego stan zależy od cyrkulacji atmosferycznej, stanu kriosfery - lodu morskiego i lądowego. IOPAN, poprzez aktywność w programach własnych i międzynarodowych, prowadzi kompleksowe badania łączące procesy zachodzące w tych sferach. Jednocześnie staramy się poszerzać metody badawcze, sięgać po coraz nowocześniejszy sprzęt pomiarowy, metody pozyskiwania i obróbki danych. Zmiana środowiska fizycznego przekłada się na skomplikowane zmiany w biosferze. Problematyka ekologiczna, to jeden z podstawowych i najstarszy kierunek arktycznej działalności IOPAN. Zmiany klimatu w Arktyce … 93 Wpływ zmian klimatycznych na życie w Arktyce Na zlecenie Arktycznego Międzynarodowego Komitetu Naukowego (IASC) zostało przygotowane i opublikowane w roku 2004 opracowanie „Arctic Climate Impact Assessment” (ACIA). Z opracowania ACIA wynika, że skutki zmian klimatu są i będą obserwowane na wszystkich poziomach organizacji troficznej biocenoz mórz arktycznych: począwszy od fitoplanktonu po ssaki i ptaki morskie. Zmianom podlegać będą zarówno rozmieszczenie i różnorodność organizmów arktycznych jak i funkcjonowanie ekosystemów poszczególnych akwenów. Czynnikami odpowiedzialnymi za zmiany w biocenozach będzie zarówno zmiana temperatury wody morskiej jak pośrednie skutki globalnego ocieplenia, czyli zmiana zasięgu czasowego i przestrzennego oraz grubości lodu morskiego, wzrost aktywności lodowców, czy zmiany w rozmieszczeniu i cyrkulacji mas wodnych. Jednym z pierwszych i obecnie obserwowanych skutków zmian zasięgu wód atlantyckich w rejonie północnego Atlantyku jest przesuwanie zasięgów występowania gatunków reprezentujących różne grupy zoogeograficzne. Gatunki borealne, które dzięki larwom planktonowym posiadają możliwość szybkiego rozprzestrzeniania się zaczynają kolonizować niedostępne dla nich dotąd rejony wysokich szerokości geograficznych. Typowe gatunki arktyczne często nie wytrzymują konkurencji z przybyszami z południa i konfrontowane dodatkowo z podwyższoną temperaturą otoczenia przesuwają zasięgi swojego występowania dalej na północ. Szybkie migracje są jednak dla nich trudniejsze ze względu na dominujący wśród fauny arktycznej typ rozprzestrzeniania za pomocą rozrodu bezpośredniego, bądź krótko żyjącej larwy lecitotroficznej. Trzeba podkreślić ze nawet nieznaczne zmiany na niższych poziomach troficznych mogą skutkować dramatycznymi zmianami na wyższych poziomach łańcucha pokarmowego. Przykładem może tu być całkowita przebudowa funkcjonowania ekosystemu Morza Beringa spowodowana przez przesuniecie czasowe momentu topnienia lodu morskiego. Zakwit fitoplanktonu w strefie marginalnej lodu, który towarzyszył łamaniu lodu morskiego późną wiosną, był przesunięty w czasie w stosunku do maksimum rozwoju zooplanktonu, dzięki czemu duża ilość produkowanego węgla organicznego sedymentowała do dna i zapewniała 94 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk rozwój bogatych zespołów bentosowych. W cieplejszych warunkach pogodowych lód topnieje wczesną wiosną i zakwit fitoplanktonu jest opóźniony do momentu wystąpienia termicznej stratyfikacji sezonowej. Późny zakwit fitoplanktonu jest skorelowany w czasie z maksimum rozwoju zooplanktonu i strumień węgla skierowany jest do pelagicznego łańcucha troficznego. W ten sposób przesunięcie czasowe momentu topnienia lodu morskiego powoduje przebudowę systemu funkcjonowania ekosystemu całego akwenu – z systemu opartego o procesy pelagobenthic coupling i silną produkcję bentosową do sytemu pelagicznego o silnie rozwiniętej produkcji zooplanktonu i ryb pelagicznych. Badania zespołu Zakładu Ekologii Instytutu Oceanologii PAN skoncentrowane są w wodach przybrzeżnych zachodniego Spitsbergenu, a poniższe przykłady ilustrują nasze badania w ostatnich latach. Wpływ intensywności topnienia lodowców na faunę denną wód przybrzeżnych Jednym z prognozowanych skutków zmian klimatycznych w rejonach przybrzeżnych będzie nasilenie spływów terygenicznych. W niższych szerokościach geograficznych zjawisko to związane będzie ze zwiększeniem intensywności opadów atmosferycznych, w rejonach arktycznych prognozowane jest zwiększenie aktywności lodowców i przez to intensyfikacja spływów glacjalnych i fluwioglacjalnych. Lodowcowe wody wytopiskowe zawierają niewielkie ilości materii organicznej, natomiast transportują ogromne ilości materiału mineralnego pochodzącego z podłoża skalnego erodowanego przez przesuwającą się podstawę lodowca. Badania Zakładu Ekologii PAN prowadzone w Kongsfjorden wykazały, że silny dopływ wód słodkich i materiału mineralnego do wód morskich powoduje zaburzenia w funkcjonowaniu ekosystemów przybrzeżnych. Duże koncentracje zawiesin mineralnych w wodzie powodują redukcję strefy eufotycznej i zahamowanie produkcji pierwotnej. Obniżenie zasolenia w warstwie powierzchniowej wód fiordowych powoduje masową śmiertelność zooplanktonu. Silna sedymentacja materiału mineralnego powoduje zaburzenia struktury zespołów makrozoobentosu dna miękkiego. Wzdłuż gradientu sedymentacji materiału lodowcowego w fiordzie Kongsfjorden obserwowano Zmiany klimatu w Arktyce … 95 zmiany w składzie gatunkowym, spadek bogactwa gatunkowego i różnorodności gatunkowej, spadek biomasy i spadek przeciętnej wielkości ciała organizmów makrozoobentosowych (rys. 18). Wypłycanie zasięgu pionowego występowania fauny w osadzie oraz uproszczenie struktur funkcjonalnej zespołu w pobliżu lodowca przypomina prawidłowości obserwowane dla silnych zanieczyszczeń organicznych opisanych w modelu Rosenberga-Pearsona. Jednym ze sposobów prognozowania skutków przewidywanych przyszłych zmian klimatycznych jest porównywanie wybranych parametrów biologicznych w akwenach ‘modelowych’ – reprezentujących dwa podstawowe reżimy hydrologiczne: ‘ciepły’ atlantycki i ‘zimny’ arktyczny. W Zakładzie Ekologii PAN porównano bioróżnorodność zoobentosu w dwu zatokach przylodowcowych: 1) ‘zimnej’ zatoce położonej na Ziemi Franciszka Józefa (Tikhaia Bukta, Ziemia) oraz 2) ‘ciepłej’ zatoce położonej w wodach przybrzeznych zachodniego Spitsbergenu (Skoddebukta). Bioróżnorodność zoobentosu była niższa w ‘ciepłej’ zatoce, co związane było z silniejszym dopływem materiału lodowcowego, a więc silniejszą sedymentacją materiału mineralnego i silniejszym zaburzeniami zespołów bentosowych. Autorzy opracowania prognozują, że wzrost aktywności lodowców i związana z nim intensyfikacja dopływów terygenicznych spowodują spadek bioróżnorodności zespołów dennych w wodach przybrzeżnych rejonów przylodowcowych. Rys. 18 . Model zmian podstawowych charakterystyk zespołu makrozoobentosu w gradiencie zaburzeń związanych ze spływem lodowcowym (tempem sedymentacji materiału mineralnego). Gatunki dominujące w zespołach wyróżnionych w fiordzie Kongsfjorden przedstawione schematycznie. Według Włodarska-Kowalczuk et al. 2005 96 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Badania monitoringowe - plankton Długie serie pomiarów wykonywanych tą samą metodą w tych samych miejscach pozwalają na ocenę naturalnej zmienności zjawisk przyrodniczych. Utrzymanie takich przyrodniczych obserwacji na morzu należy do rzadkości, ponieważ badania monitoringowe przynoszą naukowy efekt dopiero po wielu latach, a krótkoterminowe systemy finansowania badań nie pozwalają na wieloletnie badania. Znaczenie monitoringu zostało docenione dopiero w ostatnich latach, kiedy zagadnienie odróżnienia naturalnej zmienności systemu od zmian powodowanych działalnością człowieka stało się kluczowym zadaniem nauki o środowisku. W Arktyce znane są dwie długie serie monitoringów przyrodniczych (obejmujących obserwacje gatunków zwierząt i roślin). Jedna to norweskie i rosyjskie badania planktonu wzdłuż południka półwyspu Kola (30 stopień długości wschodniej) prowadzone od lat 30-tych XX w., druga to norweskie badania organizmów poroślowych na skałach podwodnych Svalbardu, prowadzone przez ponad 30 lat. Trzecią co do długości serią są kompleksowe hydrograficznobiologiczne badania polskie prowadzone z pokładu r/v OCEANIA każdego lata od 1988 r. na obszarze pomiędzy Wyspą Niedzwiedzią (73oN) i fiordami Spitsbergenu (do 79oN). Wyniki monitoringu planktonu prowadzonego przez IOPAN w Arktyce potwierdzają długoterminowe obserwacje brytyjskie z Morza Północnego (Continuous Plankton Recorder Data) – od połowy lat 80-tych nastąpiło przesunięcie na Północ zbiorowisk planktonu, wraz z wzrastającym napływem wód Atlantyckich do Arktyki. Wody Atlantyckie nie tylko są cieplejsze od lokalnych wód polarnych, niosą inne gatunki i ich plankton ma inną charakterystykę – jest reprezentowany przez większą liczbę gatunków, mniejsze osobniki, mniejszy jest udział skorupiaków a większy organizmów żelatynowych takich jak meduzy, strzałki i ogonice. Bogatsza od lokalnej, arktycznej jest też mikroflora planktonu wód atlantyckich – co oznacza większą efektywność tzw. pętli mikrobiologicznej Zmiany klimatu w Arktyce … 97 Rys. 19. Główny obiekt monitoringu planktonu - Atlantyckie i arktyczne gatunki widłonogów występujące w rejonie Spitsbergenu. W wodach Atlantyckich ilość energii zawarta w dużych widłonogach wynosi średni 2,2 KJ/m3, a w wodach arktycznych aż 6,9 KJ/m3 (Karnovsky i inni 2001) Zdjęcie: http:\\WWW. iopan.gda.pl/Project/biodaff Badania monitoringowe fauny dennej w fiordach Badania monitoringowe zoobentosu prowadzone były w Kongsfjorden w latach 1997-2006. Materiał zbierany był z pokładu r/v "Oceania” każdego lata na stacjach (INNER, OUTER) położonych w rejonach fiordu różnych pod względem odległości od wnętrza fiordu (i aktywnych lodowców) oraz sedymentacji materiału mineralnego. Stacja wewnętrzna (INNER) położona jest w basenie wewnętrznym, w którym wymiana wód z wodami szelfowymi jest dodatkowo osłabiona przez istnienie progu (wypłycenia) na granicy basenu. W okresie badanych 10 lat zanotowano występowanie fluktuacji pogodowych i hydrologicznych. W uproszczeniu lata o wysokich temperaturach powietrza, silnym spływie wytopiskowych wód lodowcowych i silnej adwekcji wód atlantyckich określano jako ‘ciepłe’, natomiast lata ze słabym spływem lodowcowym i adwekcją mas atlantyckich i dominacją fiordowych wód lokalnych określano jako ‘zimne’. Zaobserwowano istotne międzyletnie zmiany w bioróżnorodności i składzie gatunkowym fauny dna miękkiego w Kongsfjordzie we wszystkich badanych częściach fiordu, jednak reakcja fauny na występowanie lat ‘zimnych’ i ‘ciepłych’ była różna w zależności od badanego miejsca. Na stacji INNER położonej w basenie wewnętrznym lata „zimne” sprzyjały wzrostowi stabilności warunków w zatoce lodowcowej i rekrutacji niektórych gatunków (obserwowanych jako 98 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk osobniki dorosłe w próbach z dwuletnim przesunięciem, rys. 20). Z kolei lata „ciepłe” sprzyjały wzrostowi liczebności gatunków oportunistycznych, dobrze radzących sobie w trudnych warunkach i przy zwiększonym poziomie zaburzeń. Zmiany obserwowane w bogactwie gatunkowym i bioróżnorodności w zatoce wewnętrznej skorelowane były z indeksem NAO oraz wzrostem temperatury powietrza. Próby zebrane na stacji OUTER wykazywały mniejszą zmienność, aczkolwiek również zaobserwowano istotne zmiany. Zwiększony napływem wód atlantyckich z bioróżnorodności Prądem Zachodniospitsbergeńskim i bogactwa skutkował wzrostem gatunkowego co najprawdopodobniej było spowodowane zwiększonym napływem larw gatunków borealnych. Rys. 20. Międzyletnia zmienność zagęszczeń wybranych gatunków dominujących w zespołach bentosowych na stacjach INNER (basen wewnętrzny) oraz OUTER (basen zewnętrzny). wg Monika Kędra PhD thesis Zmiany klimatu w Arktyce … 99 Zmiany w zasiedleniu brzegów – strefa pływowa Strefa pomiędzy linią wysokiej i niskiej wody jest najbardziej narażona na wszelkiego rodzaju czynniki stresowe – organizmy tu występujące muszą znosić okresowe wysychanie, wysłodzenie z topnienia lodu, promieniowanie UV, zamarzanie, tarcie kamieni, lodu i uderzenia fal. Strefa brzegowa jest też narażona na zanieczyszczenia zarówno spływające z lądu jak i niesione przez morze. W literaturze naukowej długo panowało przekonanie, że w Arktyce strefa pływowa jest pozbawiona życia, niszczonego co roku przez powstającą i topniejącą pokrywę lodową. Wobec planów ekspansji przemysłu naftowego do mórz Arktyki rozpoczęły się badania jak możliwe katastrofy – rozlewy olejowe mogą wpłynąć na życie w strefie brzegowej. Polskie badania prowadzone przez IOPAN wspólnie z Norweskim Instytutem Polarnym w latach 80-tych wykazały, że zachodnie wybrzeża Spitsbergenu zasiedlone są przez zróżnicowany (ponad 80 gatunków makroorganizmów) i bogaty (o biomasie do 1 kg na 1m2) zespół organizmów. Poznanie prawidłowości życia w strefie brzegowej Arktyki służy nie tylko ocenie możliwych skutków rozlewów, ale jest też dobrym wskaźnikiem zmian zachodzących pod wpływem ocieplenia (głównie coraz cieńszej i krócej zalegającej pokrywy lodowej). Powtórzone w 20 lat po pierwszych obserwacjach pomiary wykazały, że ocieplenie wybrzeży Spitsbergenu spowodowało wzrost liczebności i biomasy organizmów zamieszkujących strefę brzegową, podniesienie się do płytszych wód roślin i zasiedlenie obszarów we wnętrzu fiordów, które wcześniej były pozbawione jakiejkolwiek wegetacji. Charakterystyczne jest też przesunięcie się zasięgów występowania wskaźnikowych gatunków kiełży – ekspansja ciepłolubnego Gammarus oceanicus i wycofanie arktycznego G. setosus (rys. 21). 100 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk 1988 2008 Rys. 21. Występowanie wskaźnikowych gatunków skorupiaków w 1988 i w 2008 r. na wybrzeżach Spitsbergenu. Jasne pola – gatunek atlantycki (G. oceanicus), ciemne gatunek arktyczny (G. setosus). Za Węsławski i inni Marine Biodiversity (2010) Hydrologia i funkcjonowanie ekosystemu morskiego Arktyki Charakterystyczną cechą obu polarnych obszarów Ziemi jest obecność wielkich stad dużych zwierząt morskich – wielorybów, fok i ptaków. Niewiele gatunków, za to występujące w koloniach i stadach liczących po kilkadziesiąt tysięcy osobników. Takie koncentracje morskich drapieżników mogą żerować tylko w zimnych morzach. Powodem tej zależności jest charakter związków pokarmowych w morzu, zupełnie odmienny niż na lądzie. W ekosystemach lądowych podstawą piramidy pokarmowej są duże rośliny (trawy, krzaki, drzewa), którymi mogą odżywiać się duże zwierzęta roślinożerne (antylopy, jeleniowate itp.). W morzu, podstawą związków pokarmowych są mikroskopijne rośliny (fitoplankton), które są tak małe (zwykle mniej niż 0,01mm długości) że zjadać je mogą tylko małe zwierzęta ( o rozmiarach kilku mm). Ci miniaturowi roślinożercy są też zbyt mali, by mogły się na nich pożywić duże zwierzęta (np. ryby). Potrzebne są kolejne, coraz to większe ogniwa pośrednie, by wreszcie rekin, tuńczyk czy pelikan mogły zdobyć odpowiedniej wielkości pokarm. W ten sposób, Zmiany klimatu w Arktyce … 101 morska sieć pokarmowa jest bardzo rozbudowana, i sprzyja wysokiej różnorodności. Energia ulega jednak rozproszeniu na każdym szczeblu tej piramidy zjadania. Wyjątkiem są wody polarne – w zimnej wodzie zmiennocieplne zwierzęta planktonowe rozwijają się powoli i osiągają znaczne rozmiary. W ten sposób w zimnym morzu pojawiają się rekordowej wielkości roślinożercy (kryl, duże ślimaki skrzydłonogie). Drapieżcy mogą tak jak na lądzie żerować bezpośrednio na względnie dużych (kilkucentymetrowych) roślinożercach, nie tracąc energii przez ogniwa pośrednie. Badania IOPAN prowadzone wspólnie z norweskimi i amerykańskimi zespołami wykazują jak wraz z postępującym ociepleniem zmienia się sieć troficzna w Europejskiej Arktyce – i jak coraz lepsze warunki znajdują dla siebie ryby i coraz trudniej przetrwać planktonożercom. Rys. 22. Efektywny przepływ energii w zimnym, arktycznym systemie morskim i rozproszony przepływ przez ocieploną subarktyczną biocenozę. Za Węsławski i inni Polarforschung 2009. Drapieżnik – tu ptak morski ma dostęp do znacznie większej ilości energii w Arktycznym systemie niż w atlantyckimsubarktycznym. 102 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Badania paleooceanograficzne – otwornice jako gatunki wskaźnikowe fluktuacji klimatycznych/hydrologicznych w ciągu ostatnich 1000 lat Dla prognozowania przyszłych zmian w ekosystemach arktycznych niezbędny jest zarówno monitoring obecnej zmienności jak i badania paleooceanograficzne, które pokazują w jaki sposób biocenozy arktyczne reagowały na fluktuacje klimatyczne w przeszłości. Badania zmian w rozmieszczeniu mas wodnych oraz w składzie zespołów otwornic bentosowych prowadzone były na przedpolu fiordu Hornsund, w rejonie występowania frontu hydrologicznego między atlantyckimi masami wodnymi transportowanymi przez Prąd Zachodniospitsbergeński a polarnymi wodami niesionymi przez Prąd Wschodniospitsbergeński z Morza Barentsa. Położenie frontu zależne jest od intensywności przepływu Prądu Zachodniospitsbergeńskiego, która z kolei jest pochodną siły cyrkulacji termohalinowej w Północnym Atlantyku. W badanej lokalizacji pobrano rdzeń osadów o długości 220 cm reprezentujący osady akumulowane w ciągu ostatnich około 1000 lat. Skład fauny otwornicowej oraz stosunki izotopów stałych tlenu w węglanowych skorupkach pozwoliły na określenie dominujących mas wodnych (arktycznych lub atlantyckich), co pozwoliło na odtworzenie historii zmian układu i intensywności prądów morskich na styku Mórz Barentsa i Norweskiego. Wyniki badań wskazują, że położenie frontu polarnego a więc i intensywność napływu wód atlantyckich w rejon szelfu Zachodniego Spitsbergenu ulegała znacznym zmianom. W osadach pochodzących z okresów ochłodzenia półkuli północnej (ochłodzenie w XVII oraz XIX wieku – tzw. Mała Epoka Lodowa) obserwowano obniżenie stosunku izotopów δ18 O/ δ16 O co wskazuje na obniżenie zasolenia wody, a więc napływ słabiej zasolonych wód z Morza Barentsa, który musiał wiązać się z osłabieniem dopływu wód atlantyckich. Obserwacje izotopowe potwierdzone zostały wynikami analizy składu gatunkowego otwornic – w okresach ochłodzenia wzrastała liczebność gatunków wskaźnikowych dla polarnych mas wodnych (rys. 23). Zmiany klimatu w Arktyce … 103 Rys. 23. Zmienność wartości stosunku izotopów O18/O16 (wskaźnika temperatury i zasolenia wody) oraz liczebności gatunków wskaźnikowych dla warunków polarnych wśród otwornic bentosowych w osadach z rdzenia reprezentującego ostatnie 600 lat. Zmienność temperatury powietrza półkuli północnej w tym czasie przedstawiona wg (Crowley 2000) Podsumowanie Zmiany klimatu w Arktyce są coraz wyraźniejsze i szybsze. Ich efektem są postępujące zmiany kriosfery ale tak, że biosfery w wysokich szerokościach. Skutki dla ekosystemu Arktyki są trudne do przewidzenia ale potencjalnie katastrofalne. Kwestia ta wymaga intensywnej obserwacji i badań ze strony światowej społeczności naukowej. Polska ma długie tradycje badań w tym rejonie: tak procesów istotnych dla klimatu jak i unikalnego ekosystemu Arktyki. W 104 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk następnych dekadach, mamy nadzieję, polskich badaczy w Arktyce również nie zabraknie. Literatura Brook, E. et al., 2008, Potential for abrupt changes in atmospheric methane. In Abrupt Climate Change. A report by the U.S. Climate Change Science Program and the Subcommittee on Global Change Research. 360-452 (U.S. Geological Survey). Climate Change 2007 - The Physical Science Basis, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the IPCC, edited by S. Solomon et al. ISBN 978 0521 88009-1, Cambridge University Press. Druet C., (ed), 1993,Polar Marine Research (2), The results of Polis oceanographic investigations focused on interannual variability of the Greenland Sea energoactive zones, Stud. i Mater. Oceanol., 65, 222. Druet C., A. Jankowski, 1991, Flow across south and east boundaries of the Norwegian Sea. Oceanologia, No. 30, 37-46. Druet C., A. Jankowski, 1992, Some results of three - year investigations on the interannual variability of the Norwegian - Barents confluence zone. Polish Polar Research, vol. 13, No. 1, 3-17. Eleftheriadis, K., S. Vratolis, and S. Nyeki 2009, Aerosol black carbon in the European Arctic: Measurements at Zeppelin station, Ny-Alesund, Svalbard from 1998–2007, Geophys. Res. Lett., 36, L02809, doi:10.1029/2008GL035741. Law K.S., A. Stohl, 2007, Arctic air pollution: origins and impacts, Science, 315, 1537-1540. Lubin D., A.M. Vogelmann, 2006, A climatologically significant aerosol longwave indirect effect in the Arctic, Nature, 439, 453-456. Meehl et al. 2004, Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate, Journal of Climate, 17, 3721 – 3727. Nick F.M., Vieli A., Howat I.M., Joughin I., 2009, Large-scale changes in Greenland outlet glacier dynamics triggered at the terminus, Nature Geoscience, 2, 2, 11-114. Zmiany klimatu w Arktyce … 105 Petelski T., 2003, Marine aerosol fluxes over open sea calculated from vertical concentration gradients, J. Aerosol Sci., 34, 359-371. Petelski T., 2005, Coarse aerosol concentration over the north polar waters of the Atlantic, Aerosol Sci. Tech., 39, 695-700. Petelski T, Piskozub J, 2006, Vertical coarse aerosol fluxes in the atmospheric surface layer over the North Polar Waters of the Atlantic, J. Geophys. Res. Oceans, 111, C06039. Philipona, R. ,K. Behrens, and C. Ruckstuhl 2009), How declining aerosols and rising greenhouse gases forced rapid warming in Europe since the 1980s, Geophys. Res. Lett., 36, L02806, doi:10.1029/2008GL036350. Piechura J., 1993, Hydrological aspects of the Norwegian-Barents confluence zone, Studia i Materialy Oceanologiczne, Polar Marine Research 2, No 65, pp.197222. Piechura J., 1996, Dense bottom waters in Storfjord and Storfjordrenna, Oceanologia, No.38 2, 285-292. Piechura, J., A. Beszczynska-Moeller, R. Osinski, 2001, Volume, heat and salt transport by the West Spitsbergen Current. Polar Research 20 2, 233–240. Piechura J., R. Osiński, W. Walczowski, 2000, Some results of exchanges through the Norway-Svalbard opening, News Letters European Geophysical Society, No.74 March 2000 p.1645. Piechura J., R. Osiński, T. Petelski, S. B. Woźniak 2002. Heat and salt fluxes in the Westspitsbergen Current in summer time. Oceanologia, 443, 307-321. Piechura J., W. Walczowski, 1995, The Arctic Front: structure and dynamics. Oceanologia, 371, 47-73. Piechura J., W. Walczowski, 1996, Interannual variability in the hydrophysical fields of the Norwegian-Barents Seas confluence zone, Oceanologia, No. 381. Polyakov i inni, Retreat of warm pulse from the eastern Arctic Ocean, 2010, submitted. Rigby, M. ,et al., 2008, Renewed growth of atmospheric methane, Geophys. Res.Lett., 35, L22805, doi:10.1029/2008GL036037. 106 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk Rozwadowska A, Zieliński T, Petelski T, Sobolewski P., 2010, Cluster analysis of the impact of air back-trajectories on aerosol optical properties at Hornsund, Spitsbergen, Atmospheric Chemistry and Physics, 10, 877-893. Saha, A. ,et al. 2010 ,Pan‐Arctic sun photometry during the ARCTAS‐A campaign of April 2008, ,L05803, doi:10.1029/2009GL041375. Sawyer J.S. 1972, Man-made carbon-dioxide and greenhouse effect, Nature, 239, 5366, 23-26. Schlichtholz P.,I. Goszczko 2006, Interannual variability of the Atlantic water layer in theWest Spitsbergen Current at 76,5 º N in summer 1991–2003, Deep-Sea Research I ,53, doi:10.1016/j. Schlichtholz P. , A. Jankowski, 1993, Hydrological regime and water volume transport in the Faeroe-Shetland Channel in summer of 1988 and 1989, Oceanologica Acta, vol. 16, No. 1, 11-22. Schlichtholz P., Houssais, M.N., 1999, An inverse modeling study in Fram Strait. Part I, Part II: dynamics and circulation, Deep-Sea Research II 46, 1083–1168. Shakhova N. et al., 2010, Sediments of the East Siberian Arctic Shelf, Science, 327, 1246 – 1250 Shindell D. and G. Fauvegi, 2009, Climate response to regional radiative forcing during the twentieth century, Nature Geoscience, 2, 294-300. Smirnov A, Holben BN, Slutsker I, Giles DM, McClain CR, Eck TF, Sakerin SM, Macke A, Croot P, Zibordi G, Quinn PK, Sciare J, Kinne S, Harvey M, Smyth TJ, Piketh S, Zielinski T, Proshutinsky A, Goes JI, Nelson NB, Larouche P, Radionov VF, Goloub P, Moorthy KK, Matarrese R, Robertson EJ, Jourdin F, 2009, Maritime Aerosol Network as a component of Aerosol Robotic Network, J. Geophys. Res. Atmospheres 114, D06204. Stramska M, Petelski T, 2003, Observations of oceanic whitecaps in the north polar waters of the Atlantic, J. Geophys. Res. Oceans, 108, 3086. Stroeve, J., M. M. Holland, W. Meier, T. Scambos, and M.Serreze, 2007, Arctic sea ice decline: Faster than forecast, Geophys. Res. Lett., 34, L09501, doi:10.1029/2007GL029703. Tomasi C, Vitale V, Lupi A, Di Carmine C, Campanelli M, Herber A, Treffeisen R, Stone RS, Andrews E, Sharma S, Radionov V, von Hoyningen-Huene W, Stebel K, Hansen GH, Myhre CL, Wehrli C, Aaltonen V, Lihavainen H, Zmiany klimatu w Arktyce … 107 Virkkula A, Hillamo R, Strom J, Toledano C, Cachorro VE, Ortiz P, de Frutos AM, Blindheim S, Frioud M, Gausa M, Zielinski T, Petelski T, Yamanouchi T, 2007, Aerosols in polar regions: A historical overview based on optical depth and in situ observations, J. Geophys. Res. Atmospheres, 112 (D16), D16205. Vautard,R. And P. Yiou, 2009, Control of recent European surface climate change by atmospheric flow, Geophys. Res. Lett., 36, L22702, doi:10.1029/2009GL040480. Velicogna I, 2009, Increasing rates of ice mass loss from the Greenland and Antarctic ice sheets revealed by GRACE, Geophys. Res. Lett., 36, L19503, doi:10.1029/2009GL040222. Walczowski W., 1997, Transfrontalna wymiana masy i ciepła w rejonie Frontu Arktycznego, Praca Doktorska IOPAN, 123. Walczowski W., J. Piechura, 2006, New evidence of warming propagating toward the Arctic Ocean, Geophys. Res. Lett., Vol. 33, L12601, doi:10.1029/2006GL025872. Walczowski W., J. Piechura, 2007, Pathways of the Greenland Sea warming, Geophys. Res. Lett., Vol. 34, L10608, doi:10.1029/2007GL029974. Walczowski W., J. Piechura, R. Osinski, P. Wieczorek 2005, The West Spitsbergen Current volume and heat transport from synoptic observations in summer, Deep-Sea Research I 52 1374-1931. Walczowski W., 2009, Woda Atlantycka w Morzach Nordyckich – właściwości, zmienność, znaczenie klimatyczne, Polska Akademia Nauk, Instytut Oceanologii, Rozprawy i Monografie, 22/2009. Walsh J, 2006, IARC Overview. Wang, M., and J.E. Overland, 2009, A sea ice free summer Arctic within 30 years?, Geophys. Res. Lett., 36,L07502,doi:10.1029/2009GL037820. Warneke, C., et al. 2009, Biomass burning in Siberia and Kazakhstan as an important source for haze over the Alaskan Arctic in April 2008, Geophys. Res. Lett., 36,L02813, doi:10.1029/2008GL036194. Westbrook, G.K., et al. 2009, Escapeo f methane gas from the sea bed along theWestSpitsbergen continental margin, Geophys. Res.Lett. , 36, L15608, doi:10.1029/2009GL039191. 108 J. Piskozub, W. Walczowski, J. M. Węsławski, M. Włodarska-Kowalczuk
