Globalne zmiany klimatu

Globalne zmiany
środowiska
dr inż. Danuta J. Michczyńska
Wykład 1
Każdego roku znaczna ilość czasu,
pieniędzy i energii jest zużywana aby
zidentyfikować
i
zrozumieć
zmiany
środowiska, które miały miejsce w
przeszłości, tak by móc zrozumieć obecnie
zachodzące zmiany i przewidzieć przyszłe.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 2
Tematyka wykładów:
 Środowisko geograficzne - pojęcie, elementy oraz uwarunkowania
zmian. Skale czasowe. Źródła danych o zmianach klimatu.
 Bilans promieniowania dla Ziemi. Efekt cieplarniany.
 Wpływ zmian parametrów orbity ziemskiej na klimat - cykle
Milankovica.
 Cyrkulacja wody w oceanie światowym i jej wpływ na klimat.
Mechanizm tworzenia Głębokiej Wody Północnego Atlantyku
(NADW).
 Metody tworzenia skal czasowych w badaniach środowiska.
 Zmiany klimatu w Erze Kenozoicznej. Cykl glacjalno-interglacjalny w
Czwartorzędzie. Metody badań klimatostratygraficznych
Czwartorzędu.
 Źródła danych paleoklimatycznych - rdzenie lodowe, osady morskie i
korale.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 3
Tematyka wykładów – cd.
 Źródła danych paleoklimatycznych – dane geologiczne z lądów,
źródła biologiczne - analiza pyłkowa i dendroklimatologia.
 Rozkłady częstości dat U/Th i dat radiowęglowych jako źródła
informacji o zmianach środowiska w przeszłości.
 Globalne zmiany klimatu w czwartorzędzie.
 Zmiany klimatu na przełomie plejstocenu i holocenu.
 Antropogeniczne gazy cieplarniane w atmosferze. Prognozy emisji i
koncentracji gazów cieplarnianych w najbliższym stuleciu.
 Zmiany klimatu Ziemi w ostatnim tysiącleciu.
 Mechanizm powstawania dziury ozonowej i jej konsekwencje
klimatyczne.
 Modelowanie zmian środowiska w oparciu o dane paleoklimatyczne.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 4
Podręczniki
 Bradley R. S., Paleoclimatology. Reconstructing Climates of the
Quaternary. Harcourt Academic Press, San Diego, 1999.
 Mannion A. M., Zmiany środowiska Ziemi. Historia środowiska
przyrodniczego i kulturowego. PWN, Warszawa, 2003.
 Allen P., Procesy kształtujące powierzchnię Ziemi. PWN, Warszawa,
2000
 Boryczka J., Zmiany klimatu Ziemi. Dialog, Warszawa, 1998
 E. Boeker, R. van Grondelle, Fizyka środowiska. PWN, Warszawa,
2002.
 Peixoto J.P., Oort A.H., Physics of Climate. American Institute of
Physics, New York, 1992.
 Goslar T., Naturalne zmiany atmosferycznej koncentracji radiowęgla
w okresie szybkich zmian klimatu na przełomie Vistulianu i Holocenu.
Zesz. Nauk. Pol. Śl. Geochronometria 15,1996.
 Eddy J. A., Oeschger H. (eds.), Global Changes in the Perspective of
the Past, Wiley & Sons, Chichester, 1993.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 5
Artykuły w czasopismach
naukowych
 Rial J.A., 2004, Abrupt climate change: chaos and order at orbital and
millennial scales. Global and Planetary Change 41
 Kukla G., Gavin J., 2005, Did glacials start with global warming?
Quaternary Science Reviews 24
 Pillans B., Naish T., 2004, Defning the Quaternary. Quaternary
Science Reviews 23
 Schiermeier Q., 2006, A sea change, Nature vol. 439 (19 January):
256-260.
 Różański K., 2002, Antropogeniczne zmiany klimatu: mit czy
rzeczywistosc? Postępy Fizyki tom dod. 53D: 162-168.
 Siegenthaler U. et al., 2005, Stable Carbon Cycle–Climate
Relationship During the Late Pleistocene, Science vol. 310:13131317.
 Spahni R., 2005, Atmospheric Methane and Nitrous Oxide of the Late
Pleistocene from Antarctic Ice Cores, Science vol. 310: 1317-1321.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 6
Strony internetowe
Interesujące strony www:
http://www.ngdc.noaa.gov/
http://www.exploratorium.edu/climate/index.html
http://www.ace.mmu.ac.uk/Resources/gcc/index.html
http://www.physicalgeography.net/home.html
http://www.stratigraphy.org/gssp.htm
http://www.dpc.ucar.edu/globalChange/
http://www.realclimate.org/
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 7
Środowisko geograficzne i
jego elementy
 Środowisko geograficzne (powłokę geograficzną) tworzy zespół
elementów przyrodniczych wzajemnie powiązanych i uwarunkowanych. Elementami środowiska są atmosfera, hydrosfera,
kriosfera, litosfera i biosfera. Cechą charakterystyczną powłoki
geograficznej jest jej piętrowa budowa, wzajemne przenikanie sfer
oraz przestrzenne zróżnicowanie. Za górną granicę powłoki
przyjmuje się pas atmosfery (stratosfery) odległy o 20-25 km od
powierzchni Ziemi, w którym występuje maksymalna koncentracja
ozonu, za dolną granicę - warstwę podskorupową leżącą średnio 3040 km pod powierzchnią Ziemi (granica ta pod górami znajduje się
na głębokości 70-80 km, natomiast pod oceanami 5-8 km).
 Środowisko naturalne to środowisko geograficzne nie
przekształcone przez człowieka lub też przekształcone w niewielkim
stopniu.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 8
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 9
Elementy środowiska
 Atmosfera – najbardziej zmienna część środowiska, układ
dynamiczny, w którym zachodzi ciągłe przemieszczanie się mas
powietrza.
 Hydrosfera – woda w stanie ciekłym znajdująca się na powierzchni
Ziemi, w oceanach, jeziorach, rzekach i pod powierzchnią Ziemi.
 Kriosfera – światowe zasoby lodu i śniegu, obejmujące lądolody,
lodowce górskie, lód morski, pokrywę śnieżną, lód rzeczny i jeziorny.
 Litosfera – Kontynenty wraz z masywami górskimi i basenami
oceanicznymi, osady i gleby. Elementy te ulegają zmianom bardzo
powoli i należy je rozpatrywać w skali życia Ziemi.
 Biosfera - roślinność lądowa i morska, zwierzęta lądowe (w tym
człowiek) i morskie oraz ptaki. Elementy biosfery są bardzo czułe na
zmiany klimatu i ze swej strony mogą wpływać na jego zmiany.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 10
Czas odpowiedzi
Pojemność cieplna
Albedo
Atmosfera
Najszybsza odpowiedź na zaburzenie (dni –
miesiąc)
Silny cykl dobowy
Globalne mieszanie w ciągu tygodni do
miesiąca
Niska – łatwo daje się
ogrzać i wprawić w ruch
Silne gradienty
wertykalne i horyzontalne
Chmury: 50-55%
Bezchmurne niebo: ~5%
Hydrosfera
Znacznie wolniejszy czas odp. niż atm. Układ
warstwowy:
Powierzchnia – warstwa mieszająca się
(~100m) - odp. od miesięcy do lat
Głęboki ocean – stulecia
Czas mieszania oceanu ~ 1500lat
Bardzo wysoka –
doprowadzenie dużej
ilości energii skutkuje
małą zmianą temp.
Pow. oceanu: 8%
Kriosfera
Wieloskalowość:
Szybkie sezonowe zmiany – roczne zmiany
zasięgu lodowców
Narastanie lądolodów: 10 000 – 100 000 lat
Wycofywanie lądolodów 1000 – 10 000 lat
Ważny czynnik kontrolujący poziom oceanów
Wysoka – przejścia
fazowe wymagają
dostarczenia dużej ilości
energii (np. topnienie)
Istotne znaczenie dla
klimatu ma wysoka
zdolność odbijania prom.
słonecznego
Stary śnieg ~50%
Świeży śnieg - 80-90%
Litosfera
Oddziaływuje z klimatem w wielu skalach
czasowych
- Ruchy płyt kont. - ~1cm/rok
- Wietrzenie – średnio 6cm/1000yr
Potrzeba milionów lat aby efekt był znaczący
- Erupcje wulkanów – natychmiastowe
oddziaływanie (skala czasowa jak cyrkulacji
atm.)
Niska (.25 x wody)
Temperatura lądu – b.
zmienna
Ciemna gleba ~10%
Jasna gleba ~30%
Beton ~20%
Biosfera
Sezonowy lub roczny dla jednostek
Stulecia dla zbiorowisk
Globalne Zmiany Środowiska
Rozkład równoleżnikowy
Las: 5-10%
Łąki: 5-25%
Lasy deszczowe –
najniższe albedo na Ziemi
Wykład 1
str. 11
Atmosfera
 Układ warstwowy
 Cyrkulacja atmosferyczna
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 12
Atmosfera
Mimo że atmosfera nie jest wielkim magazynem wody, jest "super
autostradą", którą woda przemieszcza się wokół Ziemi. Woda w atmosferze
występuje zawsze. Najlepiej widoczną formą jej obecności są chmury. Ale
nawet przejrzyste powietrze w bezchmurny dzień zawiera wodę w postaci
małych, niewidocznych gołym okiem cząsteczek. Objętość wody w
atmosferze wynosi około 12900 km3. Gdyby cała woda zawarta w
atmosferze spadła na Ziemi w jednej chwili, utworzyłaby na powierzchni
warstwę o grubości 2.5 cm.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 13
Opady
Średnie roczne opady na świecie
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 14
Hydrosfera
 Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez
czas dłuższy niż ten potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego.
Ocenia się, że około 1 338 000 000 km3 światowych zasobów wody
(1 386 000 000 km3) znajduje się w oceanach. Stanowi to około
96.5% całkowitych zasobów. Szacuje się również, że oceany w około
90% zasilają proces parowania.
 W okresach oziębienia klimatu na Ziemi znaczna część wody została
uwięziona w różnych formach zlodowacenia (lądolody, lodowce),
zmniejszając tym samym dostępną objętość wody dla innych
elementów cyklu. Zjawisko odwrotne było możliwe podczas okresów
ocieplenia klimatu. W czasie ostatniej epoki lodowej prawie jedną
trzecią powierzchni Ziemi pokrywały lodowce, a poziom oceanów był
o około 122 m niższy od dzisiejszego. Około 3 milionów lat temu,
kiedy Ziemia była cieplejsza, oceany mogły być nawet 50 m powyżej
stanu dzisiejszego.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 15
Hydrosfera
Ponad 96% - to wody słone.
Wody słodkie w 68% w lodach i lodowcach.
Pozostałe ok. 30% wód słodkich znajduje się pod ziemią.
Powierzchniowe zasoby słodkiej wody (rzeki czy jeziora) wynoszą
około 93000 km3, co stanowi zaledwie 1/700% całkowitych zasobów
wodnych Ziemi. A mimo to rzeki i jeziora są podstawowym źródłem
wody w codziennym życiu człowieka.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 16
Obieg wody
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 17
Kriosfera
 Lodowce pokrywają 10-11% powierzchni wszystkich
lądów.
 Gdyby dzisiaj stopiły się wszystkie lodowce poziom mórz i
oceanów podniósł by się o około 70 m (wg National Snow
and Ice Data Center).
 Podczas ostatniego zlodowacenia poziom mórz był o
około 122 m niższy od obecnego a lodowce pokrywały
prawie jedną trzecią lądów.
 Podczas ostatniego ocieplenia, 125000 lat temu,
powierzchnia mórz utrzymywała się o około 5.5 m wyżej
niż dzisiaj. Około 3 mln lat temu poziom mórz mógł być
wyższy nawet o 50.5 m.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 18
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 19
Litosfera
 Formowała się do początku powstania naszej planety, pod wpływem
procesów zachodzących zarówno we wnętrzu Ziemi, jak i na jej
powierzchni. W wyniku współdziałania tych procesów powstawały i
powstają skały, złoża minerałów, a także struktury tektoniczne i formy
ukształtowania terenu. Skalne oblicze Ziemi stale ulega zmianie,
na efekty niektórych trzeba czekać miliony lat, np. na powstanie gór.
Inne procesy zachodzą bardzo szybko, a skutki ich są katastrofalne,
np. trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów. Rzeźba powierzchni Ziemi i
jej budowa wpływają na przebieg procesów zachodzących w
atmosferze i hydrosferze oraz pośrednio w przyrodzie ożywionej,
różnicując strefowy układ tych elementów środowiska.
 Dla człowieka litosfera jest podłożem, na którym żyje i które
przekształca. Jest też źródłem zasobów mineralnych, które
wykorzystuje i przetwarza. Niezmiernie długi czas powstawania skał i
złóż mineralnych powoduje, że zasoby mineralne Ziemi uznajemy za
zasoby nieodnawialne.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 20
Biosfera
 Biosfera, żywa powłoka ziemi wraz ze środowiskiem życia
organizmów, obejmująca powierzchniową warstwę skorupy ziemskiej
(litosfera), wszystkie wody (hydrosfera) i dolne warstwy atmosfery
(troposfera).
 Granice biosfery nie są jednoznacznie określone, większość
organizmów żyje do ok. 100 m wysokości w atmosferze, 150 m w
głąb wody i 3 m w głąb gleby. Zasięgi maksymalne są osiągane przez
utajone formy życia tj. nasiona, zarodniki, które można spotkać do
kilkunastu kilometrów wysokości.
 Dla prognozowania przyszłości kuli ziemskiej ma znaczenie ocena
produktywności biosfery oraz bilansowanie jej zasobów odnawialnych
i nieodnawialnych.
Globalne Zmiany Środowiska
Wykład 1
str. 21