Cyfroteka.pl

klikaj i czytaj online

Cyfro
Czytomierz
00121 005241 12586759 na godz. na dobę w sumie
Zmiany klimatyczne - ebook/pdf
Zmiany klimatyczne - ebook/pdf
Autor: Liczba stron:
Wydawca: Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego Język publikacji: polski
ISBN: 978-83-235-2896-8 Data wydania:
Lektor:
Kategoria: ebooki >> naukowe i akademickie >> ekologia
Porównaj ceny (książka, ebook, audiobook).

Zmiany klimatyczne obejmujące w ostatnich dziesięcioleciach całą Ziemię uznano za jeden z najważniejszych problemów naukowych XXI wieku. Nie tylko wywierają one ogromny wpływ na gospodarkę energetyczną całego świata, ale również zmieniają warunki życia wielu gatunków roślin i zwierząt, a także człowieka.

Książka Jonathana Cowie jest fascynującym wprowadzeniem do tej problematyki. Szeroki przegląd zagadnień związanych ze zmianami zachodzącymi na naszej planecie w przeszłości, a także występującymi obecnie i prognozowanymi w przyszłości, prezentowany jest w niej z perspektywy biologii, ekologii człowieka i nauk o środowisku. Jako jedna z niewielu tego typu publikacji zwraca uwagę nie tylko na wpływ, jaki człowiek wywiera na środowisko, ale i na skutki, jakie zachodzące w środowisku zmiany mogą mieć na życie człowieka.

Cenna pozycja dla studentów wydziałów przyrodniczych uczelni uniwersyteckich, politechnicznych i rolniczych, specjalizujących się w tej problematyce. Znakomite źródło informacji dla osób zajmujących się zawodowo śledzeniem tego typu zjawisk, prognozujących ich postęp oraz opracowujących metody ograniczania ich skutków w przyszłości, a także dla pracowników instytucji zaangażowanych w przygotowywanie odpowiednich rozwiązań prawnych. Kompetentna prezentacja wyników ostatnich badań, jasny, wolny od żargonu naukowego język oraz przejrzysta struktura tej książki czynią ją przystępną lekturą dla wszystkich zainteresowanych przyczynami zmian klimatycznych i ich konsekwencjami dla życia na Ziemi oraz dla dalszych losów ludzkiej cywilizacji.

Znajdź podobne książki Ostatnio czytane w tej kategorii

Darmowy fragment publikacji:

Jonathan Cowie Zmiany klimatyczne Przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== (cid:58)(cid:77)(cid:73)(cid:65)(cid:78)(cid:89) (cid:75)(cid:76)(cid:73)(cid:77)(cid:65)(cid:84)(cid:89)(cid:67)(cid:90)(cid:78)(cid:69) ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== (cid:42)(cid:79)(cid:78)(cid:65)(cid:84)(cid:72)(cid:65)(cid:78)(cid:0)(cid:35)(cid:79)(cid:87)(cid:73)(cid:69) (cid:58)(cid:77)(cid:73)(cid:65)(cid:78)(cid:89) (cid:42)(cid:79)(cid:78)(cid:65)(cid:84)(cid:72)(cid:65)(cid:78)(cid:0)(cid:35)(cid:79)(cid:87)(cid:73)(cid:69) (cid:58)(cid:77)(cid:73)(cid:65)(cid:78)(cid:89) (cid:75)(cid:76)(cid:73)(cid:77)(cid:65)(cid:84)(cid:89)(cid:67)(cid:90)(cid:78)(cid:69) (cid:75)(cid:76)(cid:73)(cid:77)(cid:65)(cid:84)(cid:89)(cid:67)(cid:90)(cid:78)(cid:69) (cid:48)(cid:82)(cid:90)(cid:89)(cid:67)(cid:90)(cid:89)(cid:78)(cid:89)(cid:12)(cid:0)(cid:80)(cid:82)(cid:90)(cid:69)(cid:66)(cid:73)(cid:69)(cid:71)(cid:0)(cid:73)(cid:0)(cid:83)(cid:75)(cid:85)(cid:84)(cid:75)(cid:73)(cid:0)(cid:68)(cid:76)(cid:65)(cid:0)(cid:67)(cid:90)(cid:144)(cid:79)(cid:87)(cid:73)(cid:69)(cid:75)(cid:65)(cid:0) (cid:48)(cid:82)(cid:90)(cid:89)(cid:67)(cid:90)(cid:89)(cid:78)(cid:89)(cid:12)(cid:0)(cid:80)(cid:82)(cid:90)(cid:69)(cid:66)(cid:73)(cid:69)(cid:71)(cid:0)(cid:73)(cid:0)(cid:83)(cid:75)(cid:85)(cid:84)(cid:75)(cid:73)(cid:0)(cid:68)(cid:76)(cid:65)(cid:0)(cid:67)(cid:90)(cid:144)(cid:79)(cid:87)(cid:73)(cid:69)(cid:75)(cid:65)(cid:0) (cid:48)(cid:82)(cid:90)(cid:69)(cid:144)(cid:79)(cid:156)(cid:89)(cid:144)(cid:65)(cid:0)(cid:42)(cid:79)(cid:65)(cid:78)(cid:78)(cid:65)(cid:0)(cid:55)(cid:73)(cid:66)(cid:73)(cid:71) (cid:48)(cid:82)(cid:90)(cid:69)(cid:144)(cid:79)(cid:156)(cid:89)(cid:144)(cid:65)(cid:0)(cid:42)(cid:79)(cid:65)(cid:78)(cid:78)(cid:65)(cid:0)(cid:55)(cid:73)(cid:66)(cid:73)(cid:71) ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Tytuł oryginału angielskiego Climate Change. Biological and Human Aspects Copyright © J. Cowie 2007 All rights reserved This publication is in copyright. Subject to statuary exception and to the provisions of relevant collective licensing agreements, no reproduction of any part may take place without the written permission of Cambridge University Press. Redakcja i korekta Barbara Nowak Redakcja techniczna Zofia Kosińska Redaktor prowadzący Małgorzata Yamazaki Skład i łamanie Pracownia DTP Aneta Osipiak-Wypiór Podręcznik akademicki dotowany przez Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego © Copyright for Polish edition by Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego 2009 ISBN 978-83-235-2896-8 (PDF) Wydanie I Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego 00-497 Warszawa, ul. Nowy Świat 4 http://www.wuw.pl; e-mail: wuw@uw.edu.pl Dział Handlowy: tel. + 48 22 55 31 333 e-mail: dz.handlowy@uw.edu.pl Księgarnia internetowa: http://www.wuw.pl/ksiegarnia ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Spis treści Wstęp ................................................................................................................................................ XI Podziękowania ......................................................................................................................... XV 1. Wprowadzenie do zmian klimatu .................................................................. 2 1.1. Pogoda i klimat .................................................................................................................. 4 1.2. Efekt cieplarniany .............................................................................................................. 4 1.3. Obieg węgla ........................................................................................................................ 11 1.4. Zmiany naturalne obiegu węgla ..................................................................................... 19 1.5. Stymulator cyklu zlodowaceń ......................................................................................... 20 1.6. Inne czynniki oddziałujące na klimat ............................................................................. 26 1.7. Obieg wody, zmiany klimatu i życie organiczne .......................................................... 28 1.8. Od teorii do rzeczywistości .............................................................................................. 30 1.9. Literatura ............................................................................................................................ 32 2. Podstawowe wskaźniki dawnego klimatu ............................................. 34 2.1. Biotyczne dane pośrednie pochodzenia lądowego ...................................................... 37 2.1.1. Analiza pierścieni przyrostowych drzew (dendrochronologia) .................. 37 2.1.2. Dendrochronologia izotopowa ......................................................................... 40 2.1.3. Kształt liścia (morfologia) .................................................................................. 42 2.1.4. Fizjologia liści ...................................................................................................... 43 2.1.5. Analiza pyłku i spor ........................................................................................... 44 2.1.6. Gatunki jako dane pośrednie ............................................................................ 46 2.2. Biotyczne morskie źródła danych pośrednich o klimacie ........................................... 48 2.2.1. Analiza izotopu 18O w otwornicach i koralowcach ........................................ 49 2.2.2. Analiza alkenowa ................................................................................................ 53 2.3. Wskaźniki abiotyczne ....................................................................................................... 53 2.3.1. Skład izotopowy wody ...................................................................................... 53 2.3.2. Odwierty .............................................................................................................. 55 2.3.3. Dwutlenek węgla i metan jako czynniki decydujące o paleoklimacie ........ 55 2.3.4. Pył jako wskaźnik suchego i wilgotnego klimatu .......................................... 57 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== VI Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka 2.4. Inne wskaźniki ................................................................................................................... 57 2.5. Interpretacja wskaźników ................................................................................................ 57 2.6. Podsumowanie .................................................................................................................. 58 2.7. Literatura ............................................................................................................................ 59 3. Zmiany klimatu w przeszłości ........................................................................... 60 3.1. Klimat i biosfera w hadeiku i archaiku (4,6–2,5 mld lat temu) ................................... 61 3.1.1. Ziemia przed powstaniem życia (4,6–3,8 mld lat temu) ............................... 61 3.1.2. Wczesne życie na Ziemi (3,8–2,3 mld lat temu) .............................................. 62 3.2. Główne biologiczno-klimatyczne zdarzenia proterozoiku (2,5–0,542 mld lat temu) ................................................................................................... 65 3.2.1. Przejście od biosfery beztlenowej do tlenowej (2,6–1,7 mld lat temu) ........ 65 3.2.2. Ziemia tlenowa (od 1,7 mld lat) ........................................................................ 67 3.3. Główne zdarzenia bioklimatyczne fanerozoiku (540–2 mln lat temu) ...................... 70 3.3.1. Wymieranie w późnym ordowiku (455–435 mln lat temu) .......................... 70 3.3.2. Wymieranie w późnym dewonie (365–363,5 mln lat temu) ......................... 71 3.3.3. Rośliny naczyniowe i ubytek atmosferycznego dwutlenku węgla (350–275 mln lat temu) ....................................................................................... 71 3.3.4. Zlodowacenie permsko-karbońskie (330–250 mln lat temu) ........................ 73 3.3.5. Wymieranie pod koniec permu (251 mln lat temu) ....................................... 74 3.3.6. Wymieranie pod koniec triasu (205 mln lat temu) ......................................... 76 3.3.7. Wymieranie w toarku (wczesna jura, 184 mln lat temu) ............................... 77 3.3.8. Wymieranie kredowo-trzeciorzędowe (65,6 mln lat temu) .......................... 78 3.3.9. Klimatyczne maksimum eocenu (55–54,8 mln lat temu) .............................. 81 3.3.10. Wymieranie eoceńsko-oligoceńskie (35 lub 33,9 mln lat temu) ................... 90 3.3.11. Ekspansja traw C4 w późnym miocenie (14–9 mln lat temu) ...................... 91 3.4. Podsumowanie .................................................................................................................. 95 3.5. Literatura ............................................................................................................................ 96 4. Od oligocenu do czwartorzędu: klimat i biosfera ............................ 100 4.1. Oligocen (33,9–23,03 mln lat temu) ................................................................................. 101 4.2. Koniec miocenu (9–5,3 mln lat temu) ............................................................................. 103 4.3. Pliocen (5,3–1,8 mln lat temu) .......................................................................................... 104 4.4. Współczesna epoka lodowa ............................................................................................. 107 4.5. Ostatnie zlodowacenie ...................................................................................................... 112 4.5.1. Temperatura, dwutlenek węgla i ich koincydencja w czasie........................ 112 4.5.2. Lód i poziom morza ............................................................................................ 114 4.5.3. Zmiany temperatury podczas zlodowacenia ................................................. 115 4.5.4. Wpływ ostatniego zlodowacenia na życie biologiczne i środowisko ......... 125 4.6. Klimat w interglacjałach i klimat obecny ....................................................................... 131 4.6.1. Poprzednie interglacjały .................................................................................... 131 4.6.2. Alleröd, Bölling i młodszy dryas (14 600–11 600 lat temu) ........................... 135 4.6.3. Holocen (od 11 500 lat temu do rewolucji przemysłowej) ............................ 140 4.6.4. Reakcja biosfery na transformację od maksimum ostatniego zlodowacenia do holocenu ............................................................. 148 4.7. Podsumowanie .................................................................................................................. 157 4.8. Literatura ............................................................................................................................ 158 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Spistreści VII 5. Współczesne zmiany klimatu i biosfery .................................................... 162 5.1. Współczesne zmiany klimatu .......................................................................................... 161 5.1.1. Druga połowa Małej Epoki Lodowej ............................................................... 161 5.1.2. Klimat XX w. ........................................................................................................ 167 5.1.3. Klimat XXI w. ....................................................................................................... 167 5.1.4. Interglacjał holoceński po XXI w. ...................................................................... 167 5.1.5. Podsumowanie holocenu ................................................................................... 169 5.2. Zmiany społeczne na skutek holoceńskich zmian klimatu ......................................... 170 5.2.1. Wpływ klimatu na wczesne cywilizacje .......................................................... 170 5.2.2. Wpływ Małej Epoki Lodowej na życie człowieka .......................................... 171 5.2.3. Dwudziestowieczny wzrost ocieplenia antropogenicznego ........................ 177 5.3. Klimat i Business as Usual w XXI w. ................................................................................ 178 IPCC – Business as Usual ..................................................................................... 178 5.3.1. 5.3.2. Wątpliwości i wnioski IPCC .............................................................................. 188 5.4. Współczesny wpływ człowieka na obieg węgla ........................................................... 195 5.4.1. Dwutlenek węgla ................................................................................................ 195 5.4.2. Metan .................................................................................................................... 199 5.4.3. Halowęglowodory .............................................................................................. 199 5.4.4. Podtlenek azotu ................................................................................................... 190 5.5. Literatura ............................................................................................................................ 200 6. Współczesne ocieplenie i jego przyszłe konsekwencje .............................................................................. 202 6.1. Biologiczne symptomy współczesnego ocieplenia ...................................................... 203 6.1.1. Współczesna reakcja lasów borealnych ........................................................... 203 6.1.2. Współczesna reakcja lasów deszczowych strefy gorącej .............................. 205 6.1.3. Biologiczny wymiar skutków zmian klimatu ................................................. 206 6.1.4. Fenologia .............................................................................................................. 209 6.1.5. Zmiany zasięgów gatunków i całych zbiorowości ........................................ 210 6.2. Studium przypadku: klimat i środowisko naturalne w USA ..................................... 221 6.3. Studium przypadku: klimat i ekosystemy naturalne w Wielkiej Brytanii ............................................................................................................ 230 6.4. Reakcja biosfery na zmiany stężenia gazów cieplarnianych po XXI w. .................... 240 6.5. Możliwe niespodziewane reakcje na zmiany stężenia gazów cieplarnianych w XXI w. i później ................................................................................... 241 6.5.1. Ekstremalne zdarzenia pogodowe ................................................................... 241 6.5.2. Gazy cieplarniane................................................................................................ 244 6.5.3. Wzrost poziomu morza ...................................................................................... 245 6.5.4. Hydrat metanu .................................................................................................... 252 6.5.5. Wulkany ............................................................................................................... 255 6.5.6. Cyrkulacja atmosferyczna i oceaniczna ........................................................... 258 6.5.7. Kwasowość oceanu ............................................................................................. 262 6.5.8. Prawdopodobieństwo niespodzianek ............................................................. 264 6.6. Literatura ............................................................................................................................ 266 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== VIII Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka 7. Ekologia człowieka i zmiany klimatu .......................................................... 270 7.1. Liczba ludności (w przeszłości, obecnie i w przyszłości) i jej wpływ na środowisko................................................................................................ 271 7.1.1. Liczba ludności i wpływ na środowisko ......................................................... 271 7.1.2. Ludność w przeszłości i obecnie ....................................................................... 279 7.1.3. Liczba ludności w przyszłości ........................................................................... 281 7.1.4. Żywność ............................................................................................................... 284 7.1.5. Wpływ na inne gatunki ...................................................................................... 286 7.2. Źródła energii ..................................................................................................................... 288 7.2.1. Źródła energii – kontekst historyczny ............................................................. 288 7.2.2. Źródła energii w przyszłości ............................................................................ 293 7.3. Zmiana klimatu a zdrowie człowieka ............................................................................ 299 7.3.1. Ekstremalne zjawiska pogodowe a zdrowie ................................................... 301 7.3.2. Zmiany klimatu a choroby ................................................................................ 307 7.3.3. Powodzie i zdrowie ............................................................................................ 314 7.3.4. Susze ..................................................................................................................... 320 7.4. Zmiany klimatu i bezpieczeństwo żywnościowe ......................................................... 320 7.4.1. Bezpieczeństwo żywnościowe dawniej i dziś ................................................ 320 7.4.2. Bezpieczeństwo żywnościowe i zmiany klimatu w przyszłości .................. 322 7.5. Biologia redukcji antropogenicznych zmian klimatu .................................................. 328 7.5.1. Fotosynteza lądowa i węgiel w glebie ............................................................. 328 7.5.2. Manipulowanie fotosyntezą morską ................................................................ 333 7.5.3. Biopaliwa .............................................................................................................. 333 7.6. Podsumowanie i wnioski ................................................................................................. 336 7.7. Literatura ............................................................................................................................ 337 8. Zrównoważony rozwój i polityka ................................................................... 340 8.1. Polityczne aspekty zrównoważonego rozwoju ............................................................ 341 8.1.1. Konferencja ONZ na temat Środowiska Człowieka (1972) ........................... 341 8.1.2. Raport „Granice wzrostu” Klubu Rzymskiego (1972)................................... 344 8.1.3. Światowa Konferencja Klimatyczna (1979) ..................................................... 345 8.1.4. Światowa Strategia Ochrony ............................................................................. 345 8.1.5. Raport Brandta – Północ–Południe, program na przetrwanie ..................... 346 8.1.6. Raport Brundtland, Światowej Komisji ds. Środowiska i Rozwoju, 1987 ..... 347 8.1.7. Konferencja ONZ na temat środowiska i rozwoju – Rio de Janeiro (1992) ........................................................................................ 348 8.1.8. Protokół z Kioto (1997) ....................................................................................... 349 8.1.9. Szczyt w Johannesburgu – UNCED+10 (2002) ............................................... 351 8.1.10. Po roku 2002 ......................................................................................................... 352 8.2. Zrównoważony rozwój energii a węgiel (globalnie) ................................................... 353 8.2.1. Szanse na oszczędności z powodu zmian użytkowania ziemi .................... 356 8.2.2. Perspektywy oszczędności na skutek poprawy efektywności energii ....... 356 8.2.3. Perspektywy oszczędności paliw kopalnych dzięki energii odnawialnej ................................................................................. 360 8.2.4. Perspektywy technologii wychwytywania węgla ......................................... 361 8.2.5. Perspektywy opcji jądrowych ........................................................................... 364 8.2.6. Perspektywy zmniejszenia emisji kopalnego węgla do 2025 roku .............. 368 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Spistreści IX 8.3. Polityka energetyczna i węgiel ........................................................................................ 369 8.3.1. Studium przypadku – USA ............................................................................... 371 8.3.2. Studium przypadku – Wielka Brytania ........................................................... 374 8.3.3. Studium przypadku – Chiny i Indie ................................................................ 382 8.4. Opcje energetyczne możliwe w przyszłości .................................................................. 386 8.4.1. Zarządzanie emisjami węgla z paliw kopalnych – skala problemu ................................................................................................. 386 8.4.2. Przyszłość paliw kopalnych .............................................................................. 388 8.4.3. Przyszłość energii jądrowej ............................................................................... 389 8.4.4. Przyszłość energii odnawialnej ......................................................................... 390 8.4.5. Przyszłość niskoenergetyczna ........................................................................... 391 8.4.6. Możliwe opcje energetyczne i gazy cieplarniane w przyszłości .................. 392 8.5. Zmiany społeczne i biologiczne w przyszłości ............................................................. 393 8.5.1. Lepsze i gorsze strony przystosowania do skutków zmian w przyszłości ........................................................................................... 396 8.5.2. Zmiany klimatu i zdrowie człowieka w przyszłości ..................................... 400 8.5.3. Wpływ klimatu i ekologii człowieka na przyrodę w przyszłości ................ 400 8.5.4. Redukcja antropogenicznej emisji gazów cieplarnianych w przyszłości ....................................................................................................... 402 8.5.5. Wnioski końcowe ................................................................................................ 403 8.6. Literatura ............................................................................................................................ 404 Aneks 1. Słowniczek i skróty ...................................................................................... 407 Słowniczek .......................................................................................................................... 407 Skróty .................................................................................................................................. 411 Aneks 2. Chronologia biogeograficzna .............................................................. 415 Aneks 3. Ocena zapotrzebowania na energię i jej dostaw oraz rzędy wielkości ..................................................... 419 Ocena zapotrzebowania na energię i jej dostawy ......................................................... 419 Rzędy wielkości ................................................................................................................. 420 Źródła .................................................................................................................................. 420 Aneks 4. Raport IPCC z 2007 r. ................................................................................. 421 Literatura ............................................................................................................................ 422 Indeks rzeczowy .................................................................................................................... 423 Indeks nazwisk........................................................................................................................ 434 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Wstęp Tematem tej książki jest biologia i ekologia człowieka oraz ich powiązanie ze zmia- nami klimatu. W miarę czytania dowiesz się Czytelniku, że konsekwencje zmian klimatu są jednym z najbardziej naglących i fascynujących naukowych wyzwań naszych czasów – temat ten przecież jest i dla Ciebie interesujący, inaczej nie wziąłbyś tej książki do ręki. O zmianach klimatu napisano wiele prac, prawie wszystkie, poza obszernymi raportami IPCC, koncentrują się na specjalistycznych aspektach klimatu: pogodzie, paleoklimatologii, modelowaniu itp. Nawet książki dotyczące biologicz- nych aspektów zmian klimatu są zwykle zbyt specjalistyczne, ukierunkowane na rol- nictwo, zdrowie lub paleoekologię. Są znakomite pod warunkiem, że dotyczą kwe- stii, którymi czytelnik jest szczególnie zainteresowany. Jednakże biologiczne aspekty zmian klimatu obejmują tak ogromną gamę zagadnień, że przeciętny student lub specjalista ma trudności ze znalezieniem publikacji dającej szersze na nie spojrzenie. Przed podobnym problemem stają zainteresowani zmianami klimatycznymi specja- liści, reprezentujący inne dyscypliny niż biologia: geolodzy, geografowie, chemicy atmosfery, a także politycy i ich eksperci, przedstawiciele przemysłu energetycznego, mający zmierzyć się ze skutkami zmian klimatu dla naszego własnego gatunku i jego społecznych i ekonomicznych obszarów aktywności. Specjalistyczne teksty odwołują się głównie do specjalistycznych czasopism. Bar- dzo niewiele bibliotek uniwersyteckich lub instytutów badawczych ma je w swoich zbiorach. Szczęśliwie, czasopisma o wysokim wskaźniku cytowań i wielodyscypli- narne, jak „Science” i „Nature”, publikujące prace, dotyczące zmian klimatu (szcze- gólnie, gdy dotyczą one odkryć przełomowych), są dostępne we wszystkich biblio- tekach akademickich, przynajmniej w anglojęzycznym świecie. Zatem zdobycie podstawowej wiedzy na temat biologicznych aspektów (w szerokim znaczeniu tego słowa) zmian klimatu jest możliwe, jeśli tylko zdecydujemy się przebrnąć przez kilka- naście roczników tych czasopism. Moim zdaniem zaletami tej książki są: szeroka perspektywa biologiczna, ten- dencja do powoływania się na czasopisma o wysokim wskaźniku cytowań (chociaż zawiera również odwołania do publikacji specjalistycznych) i sposób prezentacji ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== XII Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka (mam nadzieję zrozumiały dla studentów studiów pierwszego stopnia i specjalistów z dziedzin pokrewnych). Sposób prezentacji powinien odpowiadać zarówno specja- listom biologii, jak i przedstawicielom innych dziedzin. Niespecjalistom przed przy- stąpieniem do lektury gorąco polecam zaznajomienie się z aneksami umieszczonymi na końcu! Książka może być jedynie wstępem do biologii i ekologii człowieka − w przeszło- ści, obecnie i w przyszłości − w aspekcie zmian klimatu. Czytelnicy poszukujący bar- dziej szczegółowej wiedzy na temat jakiegoś konkretnego problemu mogą rozpocząć dalsze studia od spisu literatury umieszczonego po każdym rozdziale. Styl tej książki różni się od stylu innych podręczników. Czytając ją systematycznie od początku do końca, odnosi się wrażenie, że zawiera wiele powtórzeń. Taka ocena jest tylko częściowo słuszna. Prawdą jest, że liczne są w tej książce odwołania do innych rozdziałów i podrozdziałów. Mają one służyć specjalistom poszukującym wybranych wątków, pragnącym spojrzeć na swoją pracę w szerszym kontekście, a także studentom przygotowujących prace seminaryjne, analitykom politycznym lub decydentom poszu- kującym danych na temat specyficznych oddziaływań między człowiekiem a klima- tem. Właściwie ta książka jest napisana głównie, jeśli nie wyłącznie, dla osób pragną- cych zgłębić tę problematykę, a nie tych czytających od deski do deski. Jest inny powód, dla którego ta książka wydaje się pełna powtórzeń, choć w rze- czywistości tak nie jest. Źródło tkwi w trudnościach, jakie napotykają naukowcy, pró- bujący uzasadnić, że działalność człowieka rzeczywiście wpływa na klimat Ziemi. Niestety, nie ma ani jednego dowodu pozwalającego na uznanie słuszności tej tezy. W konsekwencji − przeciwnicy tego poglądu mogą powoływać się na pozornie nie- typowe zjawiska, na przykład na to, że na jakimś niewielkim obszarze kraju klimat uległ w ostatnim czasie ochłodzeniu lub, że Ziemia była cieplejsza w przeszłości, albo że występowały naprzemiennie okresy chłodu i ocieplenia. Każde z tych zjawisk pojedynczo może być prawdziwe, ale razem nie dają one ogólnego obrazu obecnego stanu rzeczy. Zamiast więc jednego, bezspornego argumentu, do którego można by się odwołać w tym sporze, mamy do czynienia z wielką ilością danych pochodzą- cych z bardzo rozmaitych źródeł. Na przykład, istnieje wiele odrębnych świadectw geologicznych z różnych okresów historii Ziemi, z rozmaitych miejsc naszego globu. Począwszy od rdzeni lodowych i skamieniałości do dowodów izotopowych w wielu typach osadów. Istnieje także ogromna liczba świadectw biologicznych, począwszy od opisu reakcji gatunków na zmiany sezonowe, po dowody genetyczne pozwala- jące na odtworzenie dróg migracji spowodowanych zmianami klimatu. Do tej kate- gorii świadectw należą także dzieje naszego współzawodnictwa z innymi gatunkami o różne zasoby oraz sposób, w jaki obserwowane zmiany ekologii człowieka i całych społeczności wiązały się z dawnymi zmianami klimatycznymi. Ogromna liczba dowodów pokazuje, że zmiany stężenia gazów cieplarnianych i/lub klimatu wpły- wały na życie organizmów zamieszkujących Ziemię w przeszłości. Podobne zjawisko zachodzi obecnie, a analizując przeszłość można przewidywać, co zdarzy się w przy- szłości. Także w tym przypadku argumenty wydają się bardzo spójne. Czasem czy- telnikom może się wydawać, że była już o tym mowa, podczas gdy za każdym razem zmienia się perspektywa, z jakiej problem jest prezentowany, choć analiza dowodów prowadzi do tego samego wniosku. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Wstęp XIII Ponieważ jednak dysponujemy tak wielką liczbą danych składających się na obraz ogólny, niektórzy czytelnicy tej książki mogą odczuwać brak tych należących do obszaru ich zainteresowań, lub uważać, że nie zostały one uwzględnione w odpo- wiednim stopniu. Przyczyną tej sytuacji jest rozległość tematu, a nie niedocenienie przeze mnie znaczenia jakiegoś aspektu zmian klimatu. To, że podobne tematy pojawiają się w różnych obszarach badań poszczególnych aspektów zmian klimatu i związanych z nimi zmian biologicznych, jest w pewnym sensie komfortowe (umożliwia to, jak się wydaje, stałe zwiększanie naszej wiedzy i uzyskanie coraz bardziej spójnego obrazu całości). Ale z innego punktu widzenia jest to frustrujące. Przez lata dyskutowałem z różnymi naukowcami reprezentującymi wiele odrębnych dziedzin. Częściowo z powodu mojej pracy (analiza polityczna i lob- bowanie na rzecz nauki dla towarzystw naukowych w Wielkiej Brytanii, a przedtem zarządzanie naukowym czasopismem i wydawnictwem książkowym), a częściowo dlatego, że interesowało mnie uczestniczenie w sympozjach poświęconych biosferze i problemom energetycznym (przypomina to zaglądanie przez ramię naukowcom róż- nych specjalności i śledzenie, co dzieje się w ich laboratoriach oraz jakie są najnowsze odkrycia w ich dziedzinach). Istotne jest, że wszyscy naukowcy związani z klimatem zmierzali do podobnych konkluzji, niezależnie od tego, czy zajmowali się cyrkulacją oceaniczną, kriosferą (lodem i lodowcami), lasami tropikalnymi, czy czymś innym. Mówili to samo, co ich koledzy reprezentujący inne dziedziny, ale jednocześnie nie dostrzegali, że ich wnioski są tak zgodne. Na przykład, wszyscy zauważali, że znaleź- liśmy się na rozdrożu. Zbliżamy się do punktu, w którym (często zależnie od innych czynników) mogą pojawić się gwałtowne zmiany. Może trochę rozczarowywać, że wybitni specjaliści często obawiają się opinii kolegów, reprezentujących inne dyscy- pliny. (Według mnie, wynika to głównie z nacisków, jakim poddawana jest obecnie nauka, a nie z powodu wysokiego poziomu kompetencji, jaki ci specjaliści prezen- tują w swoich dziedzinach. Naukowcy często nie mają czasu, aby spojrzeć na swoją pracę z szerszej perspektywy). To, że nauka jest tak podzielona, utrudnia dyskusje interdyscyplinarne, które przecież – gdy mają solidne podstawy naukowe – bywają wyjątkowo owocne. Czytelniku, teraz zapewne już się domyślasz, jakie były moje motywy, gdy przy- gotowywałem tę książkę. Pytanie, które pozostanie dla mnie otwarte, brzmi: czy lek- tura tej książki wpłynęła w jakikolwiek sposób na Twój własny stosunek do tej pro- blematyki i ułatwiła Ci jej zrozumienie? Ponieważ jest całkiem prawdopodobne, że w niedalekiej przyszłości zetknę się przynajmniej z niektórymi z Was, być może dane mi będzie samemu się o tym przekonać. Mam nadzieję, że dla Czytelników tej książki jej temat okaże się równie fascynujący jak dla mnie. Jonathan Cowie www.science-com.concatenation.org ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== Podziękowania Chciałbym bardzo serdecznie podziękować osobom zajmującym się naukami biolo- gicznymi w Wielkiej Brytanii, z którymi współpracowałem przygotowując tę książkę. W szczególności chciałbym podziękować licznym członkom komitetów naukowych Instytutu Biologii od lat 90. XX w. oraz członkom Brytyjskiego Towarzystwa Ekolo- gicznego (British Ecological Society) i Towarzystwa Geologicznego (Geological Society) w Londynie. Specjalne podziękowania należą się wszystkim, którzy informowali mnie o warsztatach i sympozjach dotyczących zarówno zagadnień klimatycznych i energetycznych, jak i biologicznych (a czasem nawet na nie zapraszali). Kontakty te były dla mnie bardzo pożyteczne: wiele dostarczyło mi nowych pomysłów, a wszyst- kie ułatwiały ich weryfikację. Bardzo dziękuję. Ta książka zawdzięcza również wiele różnym instytucjom naukowym. W Wielkiej Brytanii upublicznianie danych pochodzących z badań finansowanych ze środków publicznych (nawet dla celów edukacyjnych i politycznych) jest bardzo ograniczone. Inaczej jest w USA i dlatego tak cenny był dla mnie otwarty dostęp do danych paleo- klimatycznych National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), których użyłem do opracowania niektórych wykresów. Zainteresowani mogą odwiedzić stronę internetową www.ncdc.noaa.gov/oa/ncdc.html. Jestem również wdzięczny obecnemu (2006) naczelnemu dyrektorowi Agencji Środowiska Wielkiej Brytanii, bez którego rysu- nek 6.5 nie mógłby się pojawić w tej książce! Wiele instytucji przysłało mi kopie artyku- łów (w postaci pdf-ów wysłanych mailem). Jest ich zbyt wiele, by je wszystkie wymie- nić, ale komplet udostępnionych mi artykułów został umieszczony w spisie literatury. Jak wspomniałem we wstępie, kiedy tylko było to możliwe, korzystałem z rapor- tów, których wiele opublikowano w Internecie, lub z czasopism o wysokim współ- czynniku cytowań, dostępnych w uniwersyteckich bibliotekach (które z kolei cytują artykuły umieszczone w bardziej specjalistycznych czasopismach). Wykorzystałem również liczne prasowe doniesienia Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), groma- dzone w ciągu dwudziestolecia, w którym zajmowałem się polityką naukową, a także otrzymywane bezpośrednio z WHO. Nie ma ich w bibliotekach uniwersyteckich, można je znaleźć na stronie www.who.int/mediacentre/news/en. ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== XVI Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka Chciałbym także wspomnieć o przyjaznych i pomocnych pracownikach Imperial College w Londynie, których praca zasługuje na najwyższe uznanie. Podziękowania należą się również osobom, które ułatwiły mi wizyty w różnych instytucjach w Wiel- kiej Brytanii i za granicą, począwszy od tradycyjnych elektrowni, hydroelektrowni i elektrowni jądrowych, poprzez specjalistyczne ośrodki naukowe (w dosłownym, a nie tylko technicznym znaczeniu tego słowa), po placówki edukacyjne. Na zakończenie szczególnie dziękuję wydawnictwu Cambridge University Press, a także redaktorowi Nikowi Prowse’owi za pracę nad rękopisem. Co prawda, lubię myśleć, że daleko zaszedłem już na swojej drodze pisarskiej, ale z wielką wdzięcz- nością przyjmuję wszelkie zabiegi redakcyjne prowadzące do wygładzenia tekstu. Nik był szalenie pomocny w standaryzowaniu literatury i prezentacji. Naprawdę bar- dzo cenię dobrych redaktorów (wszyscy powinniśmy doceniać ich pracę), a szczegól- nie tych, którzy zawsze starają się nadać tekstom doskonalszą postać. Z nadzieją, że zostanie to zauważone. Jonathan Cowie ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1.1. Pogoda i klimat 1.2. Efekt cieplarniany 1.3. Obieg węgla 1.4. Zmiany naturalne obiegu węgla 1.5. Stymulator cyklu zlodowaceń 1.6. Inne czynniki oddziałujące na klimat 1.7. Obieg wody, zmiany klimatu i życie organiczne 1.8. Od teorii do rzeczywistości 1.9. Literatura ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1 Wprowadzenie do zmian klimatu Prawie wszędzie na powierzchni Ziemi można znaleźć ślady życia. Nawet w tych regionach, które dziś wydają się jałowe, natrafiamy na dowody jego istnienia w prze- szłości: skamieniałości, węgiel lub kredę. I prawie zawsze pozostałości organizmów sprzed dziesiątków, tysięcy lub milionów lat są odmienne od tych, które możemy spo- tkać dzisiaj. Dlaczego? Istnieje wiele przyczyn, a jedną z nich jest ewolucja. Jednakże głównym powodem, dla którego pewne gatunki (np. drzewa liściaste, a nie iglaste) występują w jednym miejscu, a nie pojawiają się w innym, jest klimat − podstawowy czynnik decydujący o procesach biologicznych. Dlatego główną przyczyną, dla której na danym obszarze 5000, 50 000, 500 000 lub 5 000 000 lat temu występowały różne gatunki, była zmienność warunków klimatycznych. Można też odwrócić tok rozumowania i wykorzystać ślady dawnego życia biolo- gicznego do badania klimatu w przeszłości. Biosfera oddziałuje na klimat: na przykład ekspansja lasów deszczowych zwiększa parowanie i zmienia bilans wody w zlewni, co czyni klimat tego obszaru innym niż byłby, gdyby nie roślinność. Klimat i biosfera kształtują się nawzajem. Spójrzmy na to z innej strony. Wszystkie żywe organizmy rozwijają się w okre- ślonych warunkach termicznych i tolerują w swoim cyklu życiowym temperaturę z pewnego zakresu. Ponadto wymagają odpowiedniej ilości wody, a jej dostępność na kontynentach zależy od warunków klimatycznych. Już te dwa elementy: tempera- tura i dostępność wody, pokazują, jak ważny jest klimat dla przestrzennego rozkładu występowania, zarówno poszczególnych gatunków, jak i całych zbiorowości. Jeśli klimat jest tak istotny, to jego zmiany mogą być czynnikiem decydują- cym o prawdopodobieństwie napotkania określonych gatunków na danym tere- nie. Fakt występowania pewnych zbiorowości, obecnie lub w przeszłości, można również wykorzystać jako wskaźnik panujących tam warunków klimatycznych. Ta współzależność biosfery i klimatu ma fundamentalne znaczenie. Dotyczy wszyst- kich gatunków, łącznie, o czym czasem zapominamy, z naszym własnym Homo sapiens. Nie zawsze pamiętamy, że na wszystkich kontynentach, oprócz Antark- tydy, możemy napotkać pozostałości opuszczonych osad i ślady zaniku dawnych ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 4 Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka cywilizacji. Te społeczności rozkwitły, a potem zniknęły, głównie z powodu zmian klimatu. Jeśli nie zawsze rozumieliśmy, jak bardzo organizmy żywe, także społeczności ludzkie, są poddane kaprysom zmian klimatu, to teraz uświadamiamy sobie, że obec- nie człowiek wpływa na klimat w sposób, którego skutki środowisko odczuwa w skali zarówno regionalnej, jak i globalnej, a to z kolei odbija się na człowieku. Dlatego nasza uwaga koncentruje się na badaniu, jak organizmy żywe, w tym człowiek, oddzia- łują na klimat. W dalszej części książki zobaczymy, że biologia i nauki o środowisku, nawiązujące do ekologii i klimatu, dostarczają nam wiedzy o klimacie w przeszłości i jego zmienności (tę naukę nazywamy paleoklimatologią), która może rzucić światło na to, jaki wpływ mają nasze obecne działania na klimat w przyszłości. Jeśli chcemy zadbać o przyszłość człowieka na Ziemi, może to być informacja bezcenna. 1.1. Pogoda i klimat Badania natury zmian klimatu wymagają wyjaśnienia, czym różni się on od pogody. Pogoda jest codziennym przejawem klimatu. Klimat danego regionu jest określony przez średnie wieloletnie warunki pogodowe z uwzględnieniem zmian sezonowych. Pogoda jest ze swej natury bardzo zmienna: gdyby była bardziej stabilna, nie mieli- byśmy tylu problemów z jakością długoterminowych prognoz. Jeśli klimat danego obszaru ulega zmianie, to te zmiany jesteśmy w stanie zauważyć dopiero po dłu- gim czasie, potrzebnym do odróżnienia długoterminowych przekształceń klimatu od naturalnej zmienności pogody. Fizycy i inżynierowie definiują ten problem jako stosunek sygnału do szumu, istotny również w przypadku prądów elektrycznych lub fal elektromagnetycznych w pasmach nadawania stacji radiowych lub widmach promieniowania ciał niebieskich. W przypadku zmian klimatu trudność polega na odróżnieniu sygnału klimatycznego od szumu wynikającego ze zmienności pogody. Na przykład, jedno bardzo gorące lato (lub susza, lub silny monsun, lub...) nie świad- czy jeszcze o zmianie warunków klimatycznych. Inaczej, gdy gorące lata powtarzają się przez dziesięć lub więcej lat. Zanim przystąpimy do badania zmian klimatu, zwłaszcza w kontekście współ- czesnych problemów, musimy wyjaśnić pewne terminy i opisać procesy prowadzące do współczesnego ocieplenia. 1.2. Efekt cieplarniany Efekt cieplarniany nie jest zjawiskiem ubocznym związanym jedynie ze współcze- snym ociepleniem. Jest on mechanizmem napędowym naturalnego ziemskiego sys- temu klimatycznego, konsekwencją istnienia atmosfery, a atmosfera jest miejscem, w którym przejawia się klimat. Odkrycie efektu cieplarnianego przypisuje się francuskiemu matematykowi, Janowi Baptyście Józefowi Fourierowi (nie mylić ze współczesnym mu chemikiem o tym samym nazwisku). W swoich dwóch artykułach (Fourier, 1824, 1827) opisał ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1. Wprowadzenie do zmian klimatu 5 on, jak atmosfera przyczynia się do ocieplenia planety. O mały włos artykuły te nie powstałyby. Podczas rewolucji francuskiej Fourierowi groziło zgilotynowanie i jedy- nie fakt, że zgilotynowano tych, którzy na niego donieśli, pozwolił mu uniknąć śmierci. Dobrym sposobem na zilustrowanie efektu cieplarnianego jest rozważenie, jakie warunki panowałyby na Ziemi pozbawionej atmosfery. To jest dużo prostsze, niż się wydaje na pierwszy rzut oka. Musimy jedynie przebyć 384 400 km (lub 238 856 mil) dzielących nas od Księżyca i przyjrzeć się panującym tam warunkom. W pozba- wionym powietrza środowisku (ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Księżyca wynosi jedną bilionową − 10-12 ciśnienia przy powierzchni Ziemi) temperatura w ciągu dnia osiąga 390 K (117°C), a w nocy spada do 100 K (−173°C), dając średnią około 245 K (−28°C). Podczas księżycowego dnia promieniowanie słoneczne jest czę- ściowo odbijane od powierzchni skał, a częściowo przez nią absorbowane, ogrzewając skały, które następnie wypromieniowują energię w przestrzeń kosmiczną. Całkowity dopływ energii równa się całkowitemu odpływowi. Jednakże średnia temperatura powierzchni Ziemi jest wyższa i wynosi około 288 K (15°C). Atmosfera ziemska powo- duje, że temperatura powierzchni Ziemi jest wyższa prawie o 43 K (43°C). Ogrzanie to jest skutkiem istnienia atmosfery ziemskiej. Jest to naturalne zjawisko, które, choć z różną intensywnością, występowało w atmosferze ziemskiej zawsze, ponieważ nie cała energia promieniowania dochodząca do powierzchni naszej planety od Słońca odbija się z powrotem i ucieka w przestrzeń kosmiczną. Atmosfera pochłania pewną część tej energii, podobnie jak skały na Księżycu. Pochłanianie w atmosferze jest znacznie większe, ponieważ jest ona przezroczysta dla promieniowania o wyższych częstościach, a nieprzezroczysta dla innych, niższych częstości. Skały na Księżycu są całkowicie nieprzezroczyste dla promieniowania słonecznego, dlatego ogrzewa się jedynie powierzchnia skał, a nie ich grubsza warstwa. Część promieniowania odbitego od powierzchni lub wyemitowanego w postaci promieniowania podczerwonego w dolnej atmosferze zostaje uwięziona w atmosfe- rze dlatego, że promieniowanie z takiego, dla którego atmosfera jest przezroczysta, przekształca się w takie, dla którego atmosfera nie jest w pełni przezroczysta. Fotony mają różne energie. Energia (E) promieniowania elektromagnetycznego (światła, pro- mieniowania cieplnego lub innych typów promieniowania) jest proporcjonalna do jego częstotliwości (ν) lub barwy, przy czym współczynnikiem proporcjonalności jest stała Plancka (h, równa 6,626 × 10−34 J s). Atmosfera jest przezroczysta dla światła o pewnych wartościach częstości, a nieprzezroczysta dla innych, zatem promienio- wanie o wyższej energii może opuścić atmosferę i uciec w przestrzeń kosmiczną dużo łatwiej niż niskoenergetyczne promieniowanie podczerwone (cieplne). Matematyczna relacja między energią fotonu światła (lub promieniowania elektromagnetycznego o innej długości) a jego częstością została sformułowana, długo po śmierci Fouriera, w 1902 r. przez niemieckiego fizyka, Maxa Plancka. Przedstawia ją następujące proste równanie: gdzie E (energia) w dżulach, a ν (częstość) w hercach. E = h ν ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 6 Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka Gdy promieniowanie słoneczne pada na cząstki pyłów lub kropelki wody w atmosferze lub powierzchnię ziemi, jest przez nie pochłaniane. Z kolei promienio- wanie emitowane przez pyły, kropelki, czy powierzchnię ziemi ma niższą energię (i niższą częstość). Atmosfera przezroczysta dla dużych częstości jest nieprzezroczy- sta dla niższych, cieplnych częstości, pochłania je i w ten sposób ogrzewa się. W rezul- tacie atmosfera działa jak koc zatrzymujący promieniowanie o niskich częstościach (p. rys. 1.1). Jej działanie jest takie jak szyby w szklarni − pozwala na przenikanie światła o wysokich częstościach, a zatrzymuje niskoenergetyczne promieniowanie cieplne; stąd termin efekt cieplarniany. Dlatego te składniki atmosfery, które pochła- niają promieniowanie o małych częstościach noszą nazwę gazów cieplarnianych (lub szklarniowych). Irlandzki badacz, John Tyndall w 1861 r., opisał efekt cieplarniany wywierany przez pewne gazy (Tyndall, 1861) i z sukcesem oszacował ich własności pochłaniania ciepła. Dochodzące promieniowanie słoneczne 340 W m–2 Odbite promieniowanie słoneczne 100 W m–2 Biosfera Ziemi i system klimatyczny Promieniowanie pochłonięte przez atmosferę 240 W m–2 Promieniowanie podczerwone 240 W m–2 Rysunek 1.1. Dopływenergiisłonecznejijejbilanswatmosferze.Niecałepromieniowaniesłonecznepadające napowierzchnięZiemijestodbijanezpowrotemwprzestrzeńkosmiczną.Częśćjestemitowanawpostaci promieniowaniapodczerwonegoomniejszejenergiiipochłanianaprzezatmosferę,czegoskutkiemjestjejogrzanie. Uwaga:Promieniowaniesłonecznedocieradogórnejgranicyatmosferyznatężeniem1370Wm-2.JednakZiemia jestobracającąsiękulą,aniepłaskąpowierzchnią,więcśrednionajednostkępowierzchniZieminatężenie promieniowaniasłonecznegowynosi340Wm-2 ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1. Wprowadzenie do zmian klimatu 7 Znamy wiele gazów cieplarnianych. Niektóre występują w atmosferze w stęże- niach zależnych od procesów zachodzących naturalnie w przyrodzie. Wśród nich można wymienić parę wodną (H2O), metan (CH4), tlenek azotu (N2O). Jednak najczę- ściej wymienianym gazem cieplarnianym jest dwutlenek węgla (CO2). Istnieją też inne gazy cieplarniane, które nigdy nie były naturalnymi składnikami atmosfery. Należą do nich freony (np. CFC − chloroflourowęglowodory), które są produktem działal- ności człowieka, wytwarzane przez przemysł chemiczny jako substancje chłodzące i wytwarzające piankę. Wskutek działalności człowieka znacznie wzrosło również stężenie niektórych naturalnie występujących gazów cieplarnianych. Tyndall nie tylko rozpoznał, że atmosfera zawiera gazy cieplarniane, ale także rozważał, co się stanie, jeśli ich stężenie w atmosferze ulegnie zmianie. Zastanawiał się, jaka byłaby sytuacja, gdyby nie efekt cieplarniany (jak w przypadku Księżyca). Wywnioskował, że spadek zawartości gazów cieplarnianych mógłby spowodować pojawienie się nowej epoki lodowcowej. Jednakże nigdy nie pytał, co się stanie, gdy na skutek działalności człowieka zawartość gazów cieplarnianych w atmosferze wzro- śnie. Innymi słowy, co się stanie, gdy efekt cieplarniany nasili się pod wpływem dzia- łalności człowieka? Gdy mówimy o globalnym ociepleniu, to w centrum uwagi jest różnica między naturalnym a dodatkowym, generowanym przez człowieka efektem cieplarnia- nym. Już w 1896 r., szwedzki chemik i laureat nagrody Nobla, Svante August Arrhe- nius, przedstawił ideę, że dwutlenek węgla wyemitowany do atmosfery na skutek działalności człowieka spowoduje ocieplenie, choć nie użył jeszcze terminu efekt cieplarniany. Dziś atmosfera rzeczywiście zmienia swój skład w sposób, o jakim myślał Arr- henius, a stężenie dwutlenku węgla wzrasta w dużej mierze dzięki spalaniu paliw kopalnych. W 1765 r., przed rewolucją przemysłową, atmosfera zawierała średnio 280 ppm (cząstek na milion) dwutlenku węgla. Około 1990 r. zawartość dwutlenku węgla wyniosła 354 ppm i stałe wzrastała. W 2005 r. osiągnęła 380 ppm i nadal rośnie. Jednocześnie Ziemia uległa ogrzaniu. Wzrost temperatury nie był tak regularny jak wzrost zawartości gazów cieplarnianych, ale zarówno ślady biotyczne, jak i abio- tyczne (o których więcej powiemy później), oraz bezpośrednie pomiary wskazują na postępujące ocieplenie. Co więcej, dziś wiemy, że Tyndall miał rację. Gdy w atmosfe- rze jest mniej gazów cieplarnianych, ulega ona ochłodzeniu. Tak było podczas epok lodowcowych. Jak zobaczymy później (w rozdz. 3), podczas ostatniego zlodowacenia, gdy Ziemia była zimniejsza, atmosfera zawierała mniej dwutlenku węgla. Mimo to nadal toczy się dyskusja, czy to współczesny wzrost zawartości dwu- tlenku węgla w atmosferze przyczynił się do ocieplenia. Alternatywny pogląd głosi, że ocieplenie jest bardzo nieregularne i mieści się w granicach naturalnej zmienności klimatu. By rozstrzygnąć ten problem ONZ i Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO) powołały Międzyrządowy Zespół do spraw Zmian Klimatu (IPCC). W trzech raportach (IPCC, 1990, 1995, 2001a, b) IPCC ustaliło, że „emisja gazów cieplarnianych i aerozoli na skutek działalności człowieka powoduje zmianę składu atmosfery w spo- sób, który może wywołać zmiany klimatu”. Współczesny (zachodzący w ciągu ostatnich trzystu lat) wzrost ilości gazów cie- plarnianych w atmosferze jest dobrze udokumentowany (tab. 1.1). ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 8 Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka Tabela 1.1.Zestawienieinformacjiopodstawowychgazachcieplarnianych(zwyjątkiemtroposferycznego ozonu O3,zpowodubrakuaktualnychdanych).Czasżyciawatmosferzejestliczonyjakostosunekzawartości doszybkościzaniku Gaz cieplarniany Stężenie w atmosferze w końcu XVIII w. Stężenie w atmosferze w 2001 r. Czas życia w atmosferze (w latach) CO2 280 ppm 371 ppm 50–200 CH4 0,7 ppm 1,75 ppm 12 CFC-11 0 252 ppt 45 CFC-12 0 480 ppt 130 N2O 288 ppb 315 ppb 114 ppm – cząstki na milion; ppb – cząstki na miliard; ppt – cząstki na bilion. Jak zobaczymy, każdy z wymienionych w tabeli gazów cieplarnianych w różnym stopniu przyczynia się do antropogenicznego ocieplenia, ale najbardziej dwutlenek węgla. Istnieją dwie przyczyny, dla których wkład różnych gazów do ogólnego efektu cieplarnianego jest odmienny. Po pierwsze, naturalne stężenie i dodatek antropoge- niczny każdego z gazów jest różny, po drugie, z powodu fizykochemicznych właści- wości, każdy z nich ma inny potencjał ocieplający. Po rewolucji przemysłowej, na skutek różnorodnej aktywności człowieka, stęże- nia niektórych gazów w atmosferze istotnie się zmieniły. Na przykład, ilość dwu- tlenku węgla w atmosferze wzrosła z powodu spalania paliw kopalnych, wylesia- nia i zmian sposobu użytkowania ziemi. Przyrost zawartości metanu jest wynikiem zarówno systematycznego zwiększania powierzchni pól ryżowych, jak i rozwoju przemysłu paliwowego oraz spalania biomasy. Będzie o tym mowa szerzej w dalszej części, przy omawianiu obiegu węgla. W przeszłości wzrost zawartości metanu (lub spadek w czasach prehistorycznych) miały bardziej złożone przyczyny, np. zmiany klimatu, z powodu których zmieniała się wielkość powierzchni mokradeł, będących naturalnym źródłem atmosferycznego metanu. Zarówno dwutlenek węgla, jak i metan, stanowią ogniwa globalnego obiegu węgla w przyrodzie (p. następny rozdział). Tlenek azotu (N2O) jest jednym z ogniw obiegu azotu w przyrodzie i podobnie do dwutlenku węgla i metanu pochodzi zarówno ze źródeł naturalnych, jak i antropogenicznych. Naturalnie tlenek azotu powstaje pod- czas rozkładu materii organicznej w glebie, szczególnie w glebach lasów tropikal- nych, w których proces obiegu azotu jest bardziej intensywny, a także w oceanach. Źródła związane z działalnością człowieka obejmują spalanie biomasy i stosowanie nawozów. Podstawowym czynnikiem usuwającym tlenek azotu z atmosfery jest foto- liza − proces zachodzący pod wpływem promieniowania słonecznego i prowadzący do powstania azotu (N2) i tlenu (O2). Drugim czynnikiem powodującym różny udział gazów w globalnym ociepleniu są odmienne własności fizykochemiczne. Na ich podstawie określa się dla każdego gazu tzw. globalny potencjał ocieplający (GWP, global warming potential), który wyraża udział jednostki masy danego gazu w ociepleniu w stosunku do efektu wywieranego przez jednostkę masy dwutlenku węgla w wybranym czasie. W myśl tej definicji potencjał ocieplający dwutlenku węgla wynosi 1. Czynnikiem komplikującym ocenę jest różny czas przebywania gazów w atmosferze (p. tab. 1.1). GWP jest wyrażane w stosunku ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1. Wprowadzenie do zmian klimatu 9 Tabela 1.2.GWPdlapodstawowychgazówcieplarnianychwatmosferzewtrzechhoryzontachczasowych (IPCC,2001a) Gaz Dwutlenek węgla Metan Tlenek azotu Czas życia w atmosferze (w latach) 50–200 12 114 GWP w ciągu 20 lat 100 lat 500 lat 1 62 275 1 23 296 1 7 156 do określonego czasu. Ocena GWP bez określenia ram czasowych traci sens. Można to wyjaśnić na przykładzie metanu, którego połowiczny czas życia w atmosferze wynosi 12 lat. Z 1 kilograma metanu po roku pozostaje w atmosferze jeszcze prawie cały kilogram, po 12 latach będzie jeszcze około połowy kilograma, i zakładając eks- ponencjalny zanik, po 24 latach pozostanie go jeszcze jedna czwarta. Dla porównania, połowiczny czas życia tlenku azotu wynosi ponad 100 lat. Porównując GWP tlenku azotu i metanu w ciągu dziesięciu lat, otrzymamy inny wynik niż w ciągu 100 lat. Ponadto, z powodu niepewności w określaniu połowicznego czasu rozpadu dwu- tlenku węgla w atmosferze, różni badacze odmiennie szacują potencjał ocieplający różnych gazów. Może to być irytujące, gdy szacunki zmieniają się z powodu różnych teorii na temat dominującego efektu, na przykład, w przypadku obiegu węgla GWP jest różnie oceniany przez różne zespoły naukowe, a nawet w kolejnych raportach IPCC. Co więcej, ponieważ raport IPCC prezentuje uzgodnione opinie różnych zespo- łów, nie można ich wyników po prostu pominąć. Przeciwnie, analizując różne modele klimatyczne, widzimy, że szacunki GWP mają zastosowanie zarówno do tworzenia samego modelu, jak i do porównywania wyników. Tabela 1.2 prezentuje dane zawarte w raporcie IPCC (2001a) dotyczące potencja- łów ocieplających dwutlenku węgla, metanu i tlenku azotu. Freony (CFC) i halony (HFC) nie zostały uwzględnione, ponieważ potencjały ocieplające ich związków bar- dzo się różnią. Typowe freony mają GWP rzędu kilku tysięcy (przy 1 dla dwutlenku węgla) w horyzoncie czasowym około 500 lat. Szczęśliwie, z powodu ich znikomej zawartości, freony i halony łącznie przyczyniają się do mniej niż 1/4 współczesnego ocieplenia (rys. 1.2). Istnieje jeszcze jeden gaz cieplarniany, o którym tylko wspomniano − para wodna. Jej udział w naturalnym efekcie cieplarnianym jest dominujący, lecz przy niewielkim udziale człowieka. W troposferze i wyższych warstwach atmosfery jest wystarczająco dużo pary wodnej, by absorbować promieniowanie podczerwone w tych pasmach, które mogą być pochłonięte przez parę wodną. Jeśli popatrzymy na Ziemię z prze- strzeni kosmicznej, to w częstościach absorbowanych przez parę wodną nasza pla- neta, nawet tak suche obszary jak Sahara, jest spowita mgłą jak Wenus. Zawartość pary wodnej w atmosferze nie jest jednak stała. Jej ilość w troposferze, warstwie poło- żonej najbliżej powierzchni Ziemi, znacznie zmienia się wraz z wysokością. W dwu- kilometrowej warstwie bezpośrednio przylegającej do Ziemi zawartość pary wodnej ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 10 Zmiany klimatyczne – przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka 55 dwutlenek węgla 15 metan 6 tlenek azotu 7 inne freony 17 CFC –11 i 12 Rysunek 1.2. Udziałgłównychgazówantropogenicznychwefekciecieplarnianymwlatach1980−1990(bezozonu, któregoznaczenieogrzewającejesttrudnedooszacowania).DaneIPCC(1990) wzrasta wraz z temperaturą powietrza. Wyżej efekt cieplarniany związany z parą wodną jest najsilniejszy, ale i trudniejszy do oszacowania. Co więcej, współczesne modele klimatu uwzględniają wiele sprzężeń zwrotnych, w których para wodna odgrywa istotną rolę. Przy większym ociepleniu można spodziewać się zwiększo- nego parowania z powierzchni oceanów, co przyczyni się do wzrostu zawartości pary wodnej w atmosferze, a to z kolei zwiększy, może nawet podwoi, efekt cieplarniany, jakiego spodziewalibyśmy się przy niezmienionej zawartości pary wodnej w atmosfe- rze. Zdolność dzisiejszych (z początku XXI w.) modeli klimatu do określenia spodzie- wanego efektu pary wodnej w okresie globalnego ocieplenia ocenił w 2005 r. zespół amerykańskich naukowców pod przewodnictwem Briana Sodena. Porównali oni obserwacje satelitarne z lat 1982−2004 w pasmie 6,3 μm, które leży w zakresie często- tliwości pochłanianych przez parę wodną i jest wykorzystywane do porównania jej zawartości w górnych warstwach atmosfery, z wynikami modelowymi i okazało się, że istnieje między nimi znaczna korelacja. Chmury (skupiska drobniutkich kropelek wody w nasyconym powietrzu) kom- plikują nieco ten obraz. Ze względu na silne odbijanie promieni słonecznych przez kropelki, chmury przyczyniają się do ochłodzenia w porze dziennej, w nocy nato- miast działają ocieplająco. Bilans między dziennym ochłodzeniem a nocnym ogrze- waniem jest odmienny dla różnych chmur. Proces jest bardzo złożony i jeszcze nie do końca wyjaśniony, ponieważ modele klimatu jedynie przybliżają rzeczywistość. (Do problemu zmian klimatu i towarzyszących mu zmian obiegu wody wrócimy jeszcze w dalszej części tego rozdziału). Wiadomo, że efekt cieplarniany Ziemi wynosi w przybliżeniu 43°C (o tyle średnio zimniejszy jest Księżyc od Ziemi). Powstaje pytanie, jaka część tego efektu jest natu- ralna, a jaka jest skutkiem antropogenicznego przyrostu zawartości gazów cieplar- nianych w atmosferze od okresu rewolucji przemysłowej. Wrócimy do tego problemu ##7#52#aSUZPUk1BVC1WaXJ0dWFsbw== 1. Wprowadzenie do zmian klimatu 11 w rozdziale 5. Jednakże warto wspomnieć w tym miejscu, że matematycy, Cynthia Kuo z zespołem z Bell Laboratory w New Jersey w Stanach Zjednoczonych porów- nali, metodami statystycznymi, zmiany zawartości dwutlenku węgla w atmosferze ze zmianami temperatury globalnej w latach 1958−1989 (Kuo i in., 1990). Okazało się, że przebiegi tych dwóch zmiennych są skorelowane w 99,99 . Oznacza to, że gdy- byśmy dysponowali 10 000 jednakowych kopii Ziemi i w podobny sposób mierzyli obie wielkości, to tylko jeden raz taki wynik mógłby być otrzymany na drodze przy- padku, a pozostałe 9999 wskazują na rzeczywisty związek między obiema zmien- nymi: zawartością dwutlenku węgla i temperaturą globalną. Ale zanim zobaczymy, jak antropogeniczny przyrost zawartości gazów cieplarnianych wywołał zmiany klimatu, musimy przyjrzeć się naturalnym źródłom i zbiornikom dwutlenku węgla. W tym celu prześledzimy obieg węgla w przyrodzie. 1.3. Obieg węgla Węgiel jest jednym z podstawowych pierwiastków niezbędnych do życia na Ziemi. Można znaleźć go w praktycznie wszystkich cząsteczkach (chociaż niedokładnie w każdej z nich) organizmów żywych, czyli węglowodorach, białkach i kwasach nukleinowych. Węgiel jest podstawowym składnikiem struktur biologicznych, zarówno mikro-, jak i makroorganizmów; zawiera go np. celuloza w roślinach oraz chrząstki i kości zwierząt. Dlatego biocząsteczki, jak zobaczymy w rozdziale 2, mogą być bardzo cenne dla paleoklimatol
Pobierz darmowy fragment (pdf)

Gdzie kupić całą publikację:

Zmiany klimatyczne
Autor:

Opinie na temat publikacji:


Inne popularne pozycje z tej kategorii:


Czytaj również:


Prowadzisz stronę lub blog? Wstaw link do fragmentu tej książki i współpracuj z Cyfroteką: