Globalne zmiany klimatu

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 1

str.

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

obecnie

zachodzące

zmiany

przewidzieć przyszłe.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 1

str.

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.

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.

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.

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. 310:1313-

1317.



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.

Środowisko geograficzne

i jego elementy



Środowisko geograficzne

(powłokę geograficzną) tworzy zespół

elementów przyrodniczych wzajemnie powiązanych i uwarun-

kowanych. 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 30-40 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.

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.

Czas odpowiedzi

Pojemność cieplna

Albedo

Atmosfer
a

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%

Hydrosfe
ra

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

Rozkład
równoleżnikowy

Ciemna gleba ~10%
Jasna gleba ~30%
Beton ~20%

Biosfera

Sezonowy lub roczny dla jednostek
Stulecia dla zbiorowisk

Las: 5-10%
Łąki: 5-25%
Lasy deszczowe –
najniższe albedo na
Ziemi

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 1

str.

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  km

. 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.

Hydrosfera



Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez

czas

dłuższy

niż

ten

potrzebny

dla

pełnego

cyklu

czas

dłuższy

niż

ten

potrzebny

dla

pełnego

cyklu

hydrologicznego. Ocenia się, że około 1 338 000 000 km

światowych zasobów wody (1 386 000 000 km

) 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.

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 km

, 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.

Kriosfera



Lodowce

pokrywają

10-11%

powierzchni

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.

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.

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.

Document Outline