Janina Trepińska EwolucyjnE zmiany klimatu ziEmi i katastrofalnE

Janina Trepińska
Ewolucyjne zmiany klimatu Ziemi
i katastrofalne zdarzenia pogodowe
Zmiany klimatu w skali globalnej i lokalnej są obserwowane od wielu lat. Na
klimat wpływają procesy kształtujące warunki pogodowe w atmosferze, a także w
innych systemach, które składają się na środowisko geograficzne (litosfera, hydrosfera, biosfera). Procesy fizyczne w środowisku geograficznym odznaczają się dużym
dynamizmem, a szczególnie dotyczy to atmosfery.
Pojęcie „zmiany klimatu” nie jest zdefiniowane. W wyniku wielu dyskusji
naukowych przyjęto, że termin „zmiany” odnosi się do długich ciągów czasowych
rzędu setek i tysięcy lat, natomiast o „zmienności klimatu” można mówić, gdy obserwowane są pewne zmiany w ciągu kilkunastu – kilkudziesięciu lat. Stosowane są
jeszcze terminy: fluktuacje, oscylacje, rytmy, cykle, w odniesieniu do obserwowanych
odchyleń od średnich wieloletnich wartości elementów meteorologicznych. Należy
podkreślić, że nie ma wyraźnej jednoznaczności w tych określeniach, a popularnie
używane określenie „zmiany” nie jest zasadniczym błędem.
Najczęściej „zmiany klimatu” są pojmowane jako ocieplenia lub oziębienia w
pewnej historycznej skali czasowej, a więc odnoszone są przede wszystkim do zachowanych zapisów w kronikach, lub w skali pamięci człowieka. W takim ujęciu poprzez
„zmiany” rozumie się coraz częstsze występowanie wczesnych, ciepłych wiosen,
gorących sezonów letnich, lub bardzo mroźnych zim. Zauważane są więc głównie
właściwości termiczne mas powietrza kształtujących klimat rozpatrywanego obszaru,
odznaczającego się wyraźnymi porami roku. Sezonowością termiczną odznaczają się
klimaty strefy umiarkowanej i polarnej, natomiast w klimatach ciepłych i gorących
obserwuje się dużą zmienność w występowaniu opadów atmosferycznych.
Historia klimatu Ziemi liczy tyle lat, ile wynosi jej wiek, tj. około 4,6 miliardów lat. Formowanie się składu chemicznego atmosfery i jej cyrkulacji trwało dosyć
długo, nawet w „geologicznej” skali czasowej. Przyjmuje się, że zmiany klimatu
Ziemi następowały w sposób ewolucyjny, wraz z przemieszczaniem się kontynentów,
wypiętrzaniem się gór i zmianą położenia planety na orbicie wokół Słońca. W sposób
nagły, katastroficzny, pewne zmiany klimatu mogą nastąpić wskutek potężnych pyłowych erupcji wulkanów, wielkich ulew i szybkiej zmiany podłoża. Na lądach taka
250
Janina Trepińska
zmiana następuje wskutek wycięcia lasów, pożarów szaty roślinnej, zabudowy dużych
powierzchni i wreszcie poprzez emisję zanieczyszczeń pyłowych, gazowych i termicznych do atmosfery. Na oceanach pojawiają się wielkie obszary wód powierzchniowych
o podwyższonej temperaturze. Skutkami zanieczyszczeń atmosfery i hydrosfery są
zaburzenia w kształtowaniu się cech mas powietrza i ich cyrkulacji. Z kolei może to
powodować nagłe wyładowania nagromadzonej energii cieplnej w różnych miejscach
kuli ziemskiej, co objawia się huraganowymi wiatrami, występowaniem tornad i trąb
powietrznych, silnych burz i obfitych ulew. Zwraca uwagę przesuwanie się częstości
pewnych zdarzeń pogodowych w różnych rejonach świata, np. zwiększenie się liczby
dni z suszą w Afryce zwrotnikowej, powoduje poszerzanie się pustyni, ocieplanie się
zim w rejonach subpolarnych, topnienie lodowców górskich. W Stanach Zjednoczonych
rok 1998 został nazwany „rokiem tornad”, gdyż formowały się one prawie dwukrotnie
częściej. System klimatyczny staje się mało stabilny, rozchwiany.
Liczne badania fluktuacji klimatu, możliwe są do liczbowego ujęcia od czasu
wprowadzenia regularnych pomiarów instrumentalnych. Podstawowe przyrządy
meteorologiczne, tj. barometr i termometr rtęciowy, zostały wynalezione w połowie
XVII wieku, a od połowy XVIII wieku w Europie zakładano stacje meteorologiczne.
W Warszawie, pierwsza na ziemiach polskich stacja meteorologiczna została założona
w roku 1779, a w Krakowie w roku 1792. Dzięki bogatym materiałom źródłowym,
można stwierdzić, że w ciągu ponad dwustu lat w Europie występowały przejawy termicznej zmienności klimatu. Do połowy XIX wieku trwała tzw. mała epoka lodowa,
która – z różnym natężeniem chłodnych lat w Europie – rozpoczęła się w XIV wieku.
W drugiej połowie XIX wieku (od lat 90. w Polsce) wyraźnie zmniejszyła się częstość
występowania surowych zim. Rozpoczął się okres współczesnego ocieplenia klimatu,
początkowo nazwany okresem „oceanizacji klimatu Europy”. Średnia roczna temperatura powietrza wzrosła o 0,5− 2,0oC. Okres ten trwa do dzisiaj, z pewnym nasileniem
w ostatnich 12 latach.
W ostatnich dziesiątkach lat znaczną popularność, nie tylko wśród klimatologów,
zyskał zatem problem globalnego współczesnego ocieplenia. Globalne ocieplenie
dotyczy, jak wspomniano, przede wszystkim strefy klimatów umiarkowanych i subpolarnych. Ocieplenie jako pewien proces przyrodniczy, z punktu widzenia bytowania
człowieka, może przynieść pozytywne skutki. Niepokój wśród uczonych i w społeczeństwie budzi jednak potęgowanie się zjawisk typu katastroficznego, które świadczą
o dużej niestabilności systemu klimatycznego i są bardzo trudne do prognozowania.
Konieczne jest spojrzenie zarówno na przyczyny, jak i na skutki zmian klimatu.
Przyczyny zmian klimatu można określić jako naturalne i spowodowane przez
działalność człowieka (antropogeniczne). Czynniki astronomiczne, takie jak zmiana
kąta nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny orbity (cykl 40 000 lat), zmiana mimośrodu
orbity Ziemi (92 000 lat), precesja osi Ziemi (cykl około 26 000 lat) działają łącznie
i mogą powodować duże zróżnicowanie w dopływie energii promienistej od Słońca.
Geofizyk M. Milankovič (1930) obliczył jej wiekowe zmiany i porównał z epokami
zlodowaceń, otrzymując dość znaczną zgodność teorii opracowanej matematycznie z
wynikami badań dotyczących długości trwania plejstocenu. Oprócz zmian w „geologicznej” skali czasowej próbowano wykryć zgodność przebiegu zmian klimatycznych
Ewolucyjne zmiany klimatu Ziemi i katastrofalne zdarzenia pogodowe
251
na Ziemi z cyklem aktywności Słońca. Liczbę plam na tarczy Słońca (liczba Wolfa),
osiągającą maksimum co 11 lat, korelowano z przebiegiem temperatury powietrza i
opadów atmosferycznych. Wyniki nie są jednoznaczne, ale przyjmuje się, że pewien
wpływ (w granicach 10−20 %) cyklicznej aktywności Słońca jest zauważalny.
Czynnikiem naturalnym są także pyłowe wybuchy wulkanów, które poprzez
dostarczanie ogromnych ilości bardzo drobnych popiołów wulkanicznych do atmosfery,
powodują zmianę jej przezroczystości, a tym samym osłabiają dopływ energii promienistej od Słońca. Pyły z jednej erupcji mogą utrzymywać się w wysokich warstwach
atmosfery przez kilkanaście lat.
Do antropogenicznych czynników wywołujących fluktuacje klimatyczne należy
zaliczyć zanieczyszczenie atmosfery przez tzw. gazy cieplarniane (głównie CO2, następnie metan CH4, chlorowcopochodne węglowodorów CFCs), pyły z produkcji przemysłowej, wypalania lasów i zaorywania powierzchni pól uprawnych. Zanieczyszczenia
termiczne – dostawy ciepła w wyniku stosowania różnych technologii przemysłowych,
ogrzewania miast itp., również przyczyniają się do wzmocnienia naturalnego efektu
cieplarnianego atmosfery. Gazem cieplarnianym jest także para wodna, której zmienna
zawartość w atmosferze zależy od procesów fizycznych.
Ziemia nieustannie otrzymuje strumienie krótkofalowej energii słonecznej. Atmosfera ziemska przepuszcza ten rodzaj energii, który pochłania podłoże i zamienia
w energię cieplną, długofalową. Bilans energetyczny systemu klimatycznego zostaje
zachowany na poziomie ustalonym przez naturę. Gazy cieplarniane nie są obojętne dla
tego systemu, bowiem gdy ich koncentracja w atmosferze wzrośnie, to reakcja systemu ulegnie zmianie, objawiającej się ociepleniem atmosfery i pewną niestabilnością
objawiającą się gwałtownymi zjawiskami, jak huragany, tornada, cyklony, zwiększone
Ryc. 1. Średnia roczna temperatura powietrza w Krakowie (t), wyrównana przez ruchome
11−letnie (11t)
252
Janina Trepińska
opady w różnych częściach świata. Poważną przyczyną takiej reakcji jest podwyższenie temperatury powierzchni wód oceanicznych, stwierdzone w rejonie środkowego
Pacyfiku i Północnego Atlantyku. Nasila się rozwój niżów i huraganów – zjawiska
ENSO i NAO (El Niňo i Oscylacji Północnoatlantyckiej). Charakterystyczne są łańcuchowe powiązania przyczyn i skutków zmian klimatu oraz efekty sprzężeń zwrotnych,
np. ocieplenie atmosfery wywołuje szybsze parowanie, którego następstwem jest
powstawanie liczniejszych grubych chmur burzowych, dających silne wyładowania
elektryczne i opady, co jest powodem zwiększonego parowania, które wzmaga efekt
cieplarniany....... i tak dalej.
W historii Europy wiele wydarzeń miało pośredni, lub nawet bezpośredni związek z czynnikami zakłócającymi procesy pogodotwórcze. Przykładowo: uważa się, że
wybuchy wulkanu Tambora (Indonezja) w roku 1815 i 1816 spowodowały „rok bez
lata” w północnej i zachodniej Europie, szczególnie w Irlandii. Silne deszcze i niska
temperatura w sezonie letnim, stały się przyczyną nieurodzaju, głodu i wzmożonej
emigracji z Europy do Stanów Zjednoczonych. To wydarzenie nasiliło więc pewne
zmiany społeczne i polityczne. Gigantyczna erupcja pyłowa wulkanu Krakatau (Indonezja) w roku 1883, spowodowała trwające przez kilkanaście lat zwiększone zapylenie górnej troposfery i nawet stratosfery, obserwowane na całym prawie globie. Za
porównywalny z tą erupcją uważa się wybuch wulkanu Pinatubo (Filipiny) w roku
1991, po którym nasiliły się ulewy monsunowe w Azji południowo−wschodniej. Na
wybuchy wulkanów człowiek jednak nie ma wpływu, ale na działania wojenne tak. Po
wielkich pożarach szybów naftowych na obszarze Półwyspu Arabskiego i zachodniej
Azji, podczas amerykańsko−irackiej wojny w Zatoce, w styczniu 1990 roku, zwiększona
ilość higroskopijnych zanieczyszczeń w atmosferze przyczyniła się prawdopodobnie
do ogromnych wiosennych ulew na obszarze Chin, czyli na drugim krańcu Azji.
System klimatyczny nie zawsze reaguje natychmiast na emisję zanieczyszczeń
pyłowych i gazów cieplarnianych do atmosfery. Reakcja może nastąpić po dziesiątkach
lat. Skutki zmiany składu chemicznego atmosfery mogą okazać się bardzo poważne dla
społeczeństw, a także ekosystemów. Może zmienić się przestrzenny rozkład opadów,
pewne obszary mogą stać się pustyniami i półpustyniami, może nastąpić silne zasolenie
wód podziemnych. Nasilą się katastrofalne, niespotykane powodzie (porównywalne
do powodzi w roku 1995 w dorzeczu Renu oraz w 1997 i 2001 roku w południowej i
zachodniej Polsce). Średni poziom oceanu podniesie się. Na lądach mogą przesunąć
się naturalne granice stref roślinnych i rodzaju upraw rolnych.
Reasumując wyniki badań – można stwierdzić, że ryzyko zmian klimatu w najbliższej przyszłości jest realne i grozi poważnymi konsekwencjami. Liczne modele
klimatyczne wskazują, że przy wzroście zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze,
średnia roczna temperatura może się podnieść o 1,5 do 4,5oC w ciągu najbliższych stu
lat. Modele te są dość skomplikowane, wielowymiarowe i dlatego częściej są przedstawiane tzw. scenariusze zmian klimatu, których punktem wyjściowym jest zwiększająca się koncentracja gazów CO2 w atmosferze i prawdopodobny wzrost temperatury
powietrza z tego powodu..
Zauważone symptomy globalnego ocieplenia stały się przedmiotem zainteresowania polityków i ekonomistów, gdyż globalne ocieplenie niesie za sobą pewne
Ewolucyjne zmiany klimatu Ziemi i katastrofalne zdarzenia pogodowe
253
skutki gospodarcze i społeczne, np. klęski głodu w rejonach susz, nadmierne opady na
obszarach uprawnych w strefie monsunów, ogromne powodzie lub długotrwałe susze w
strefie umiarkowanej. Liczne przykłady skutków ocieplenia atmosfery doprowadziły
do opracowania pewnych scenariuszy zmian klimatu, z których wynika, że konieczne
jest ograniczenie emisji dwutlenku węgla i gazów cieplarnianych. Przedstawiciele wielu
organizacji naukowych, zajmujących się środowiskiem przyrodniczym oraz uczestnicy
konferencji przyrodników, klimatologów i ekonomistów, począwszy od „szczytu Ziemi” w Rio de Janeiro w 1991 roku, proponują tzw. konwencje klimatyczne, których
celem jest umowa o zmianie technologii produkcji przemysłowej, doprowadzająca
do ograniczenia produkcji zanieczyszczeń pyłowych i gazowych, wypuszczanych do
atmosfery. Ta idea nie jest popularna wśród decydentów ekonomicznych w licznych
krajach świata, ze względu na duże koszty takich ograniczeń. Świat stoi przed rozwiązaniem tego zagadnienia. Są pewne pozytywne przejawy, mianowicie – w marcu
2002 roku, przedstawiciele 15 państw Europy (Unii Europejskiej) podpisali protokół
z konferencji klimatycznej w Kioto (w roku 1997) o ograniczeniu emisji dwutlenku
węgla do atmosfery w latach 2008−2012.
Literatura
Andel V.T.H., 2001, Nowe spojrzenie na starą planetę – zmienne oblicze Ziemi, PWN, Warszawa.
Borroughs W.J., 1998, Pogoda czy fatum. Wpływ zmian klimatycznych na życie społeczeństw, wyd.
Amber, Warszawa.
Boryczka J., 1998, Zmiany klimatu Ziemi, Wyd. Akademickie DIALOG, Warszawa.
Lorenc H., 2000, Studia nad 220−letnią (1779−1998) serią temperatury powietrza w Warszawie oraz
ocena jej wiekowych tradycji, IMGW, Materiały badawcze 31, Seria: Meteorologia, Warszawa.
Obrębska−Starkel B., Starkel L., 1991, Efekt cieplarniany a globalne zmiany środowiska przyrodniczego, Zeszyty IG i PZ PAN, 4, Warszawa.
Trepińska J. (red.), 1997, Wahania klimatu w Krakowie (1792−1995), Instytut Geografii UJ, Kraków.
dr hab. Janina Trepińska
Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej
Uniwersytet Jagielloński
Kraków