Zmiany klimatu - Globalne ocieplenie

1. Globalne ocieplenie

Klimat - całokształt warunków pogodowych charakterystyczny dla danego obszaru lub miejsca, kształtujący się pod wpływem położenia geograficznego i właściwości fizycznych tego obszaru określony na podstawie wieloletnich obserwacji. O kształtowaniu się klimatu decydują: promieniowanie słoneczne, obieg wody i cyrkulacja atmosfery. Przebieg zjawisk i procesów wpływających na klimat zależy od czynników geograficznych a także działalności człowieka. Klimat przejawia się przez elementy klimatu do których należą: promieniowanie słoneczne, uwarunkowana nim temperatura powietrza, wilgotność, zachmurzenie i opady oraz ciśnienie atmosferyczne i związane z nim wiatry (Nowa 1996). System klimatyczny składa się z pięciu elementów: atmosfery, hydrosfery, kriosfery, powierzchni ziemi i biosfery oraz powiązań między nimi (Climate 2001a). Schemat systemu klimatycznego z uwzględnieniem oddziaływania nań człowieka przedstawia rys. 1.

Rys. 1. Schemat komponentów globalnego systemu klimatycznego (litery pogrubione), procesy i interakcje (strzałki) i niektóre czynniki zmian (pogrubione strzałki)

Źródło: Climate Change 2001: The Scientific Basis. http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/fig1-1.htm.

Klimat może być postrzegany jako przeciętna pogoda. Pogoda jest to stan systemu klimatycznego w określonym czasie charakteryzowany przez zróżnicowanie takich czynników jak temperatura, opady i wiatr (Poverty 2001b). Zmiany klimatu są obserwowane w porównywalnych okresach i mogą być spowodowane zarówno ludzką aktywnością jak i przez czynniki naturalne (Climate 2001b). Na klimat i zmiany klimatu wpływają wymiana ciepła i mas (np. wody, pyłu) pomiędzy lądem, oceanem, atmosferą, regionami polarnymi i przestrzenią kosmiczną. Głównymi komponentami systemu klimatycznego są morza i oceany pokrywające 72% powierzchni Ziemi. Stanowią one swoisty akumulator ciepła stabilizujący zróżnicowanie klimatu. Prowadzone są dość dokładne badania temperatury powierzchni oceanów, natomiast mniej jest informacji odnośnie zmian temperatury w głębi. Obserwacje powierzchni oceanów prowadzone na przestrzeni ostatnich 45 lat wskazują na ocieplenie wód, zróżnicowane w różnych częściach globu (Barnet 2001). Ocieplenie wód jest związane z ociepleniem klimatu. Zmiany klimatu polegające na występowaniu długich okresów ocieplenia lub oziębienia w dalszej i bliższej przeszłości występowały wielokrotnie co ilustruje rys. 2 i miały charakter naturalny (Vital 2005). Charakterystyczną cechą towarzyszącą ociepleniu jest wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze. Model przedstawiony na rys. 2 został opracowany na podstawie analizy pokrywy lodowej na Antarktydzie.

Rys. 2. Zróżnicowanie temperatury ziemi w okresie 1000-2100. baza wyjściowa - temperatura w 1990 r.

Źródło: (Climate 2001a).

Atmosfera ziemska składa się z wielu składników, których zawartość jest zróżnicowana w zależności w zależności od odległości od powierzchni Ziemi. Głównym składnikiem jest azot (N₂) stanowiący 78,1% atmosfery. Tlen (O₂) stanowi 20,3%, a argon (Ar) - 0,93%. Gazy te mają ograniczone oddziaływanie na promieniowanie słoneczne i nie mają związku z promieniowaniem podczerwonym emitowanym przez Ziemię. Za globalne ocieplenie odpowiedzialne są gazy cieplarniane stanowiące także mniej niż 0,1% suchego powietrza. Wśród nich 60% objętości zajmuje dwutlenek węgla (CO₂) - Change 2002. Pozostałe gazy cieplarniane to: metan (CH₄), tlenek azotu (N₂O), Ozon (O₃) i para wodna (H₂O). Wszystkie te gazy łącznie z parą wodną zajmują około 1% atmosfery, przy czym możliwe są wahania. Gazy cieplarniane absorbują promieniowanie podczerwone emitowane przez Ziemię oraz następnie emitują je w górę i w dół. W rezultacie wpływają na wzrost temperatury na Ziemi. Para wodna, dwutlenek węgla i ozon absorbują także krótkofalowe promieniowanie słoneczne Climate 2001a). Wszystkie te składniki występują w atmosferze w postaci naturalnej, gdyby ich zabrakło, średnia temperatura Ziemi oscylowałaby wokół -20ºC (Vital 2004). Jednakże od początku epoki industrialnej ich zawartość gwałtownie wzrosła wpływając na globalne ocieplenie.

Oprócz ww. gazów i pary wodnej występują także stałe i płynne mikrocząsteczki tworzące aerozole oraz chmury. W ich skład wchodzą m.in. związki fluoru, siarki i węgla będące efektem działalności człowieka (Climate 2001a). Nie występują one w atmosferze w postaci naturalnej.

Wybrane wskaźniki oddziaływania człowieka na atmosferę w epoce industrialnej pokazuje rys. 3. Daje się zauważyć znaczny wzrost na przestrzeni ostatnich 150 lat. Wymiernym wskaźnikiem zmian w strukturze atmosfery Ziemi jest dziura ozonowa nad Antarktyką, która w 2000 roku osiągnęła maksymalny zaobserwowany rozmiar 28 mln km² (WMO 2001). W 2001 i 2002 roku jej rozmiar zmniejszył się do 25 mln km², by w sierpniu 2003 roku znów osiągnąć rekordowy rozmiar 28 mln km² (WMO 2003). Towarzyszył temu zauważalny wzrost promieniowania ultrafioletowego. Charakterystykę głównych gazów cieplarnych przedstawia tab. 1.

Rys. 3. Wskaźniki oddziaływania człowieka na atmosferę w erze industrialnej

Źródło: (Climate 2001a) .

Tabela 1. Główne gazy cieplarniane

Nazwa	Koncentracja przedindustrialna	Koncentracja w 1998 roku	Czas przebywania w atmosferze	Główne przyczyny związane z aktywnością człowieka	GWP - Globalny potencjał cieplny (dla horyzontu 100 lat)
Para wodna	1 to 3	1 to 3	Kilka dni	-	-
CO2	280	365	Różnie	paliwa kopalne, produkcja cementu, zmiany wykorzystania ziemi	1
CH4	0,7	1,75	12	paliwa kopalne, pola ryżowe, wyrzucanie śmieci, hodowla	23
N2O	0,27	0,31	114	nawozy, spalanie, procesy przemysłowe	296
CHF3	0	0,000014	260	elektronika, chłodnictwo	12 000
CF3CH2F	0	0,0000075	13,8	chłodnictwo	1 300
CH3CHF2	0	0,0000005	1,4	procesy przemysłowe	120
CF4	0,00004	0,00008	>50 000	produkcja aluminium	5 700
C2F6	0	0,000003	10 000	produkcja aluminium	11 900
SF6	0	0,0000042	3 200	środki dialektyczne, dialektryczne	22 200

Źródło: (Vital 2005).

Z tabeli 1 wynika, że największy wpływ na zmiany klimatyczne mają gazy, które nie występują w atmosferze w postaci naturalnej (dolna część tabeli). Stanowią one efekt działalności człowieka. Wskaźnik GWP dla dwutlenku węgla przyjęto za 1, jest on miarą oddziaływania danego gazu na globalne ocieplenie. Gazy emitowane w rezultacie działalności człowieka charakteryzuje długi okres przebywania w atmosferze (nawet powyżej 50 000 lat dla CF₄) oraz silne oddziaływanie na globalne ocieplenie (GWP=22 200 dla SF₆). Właściwości te powodują kumulowanie zagrożenia, co uwidacznia się na przestrzeni ostatnich 150 lat. Zmiany w atmosferze, klimacie i systemie biotycznym na Ziemi w XX wieku przedstawia tab. 2.

Tabela 2. Główne gazy cieplarniane

Wskaźniki	Obserwowane zmiany
Koncentracji:
- koncentracja CO2 w atmosferze	280 ppm w okresie 1000-1750 do 368 ppm w roku 2000 (wzrost o 31±48%)
- koncentracja CH4 w atmosferze	700 ppb w okresie 1000-1750 do 1750 ppb w roku 2000 (wzrost o 151±25%)
- koncentracja N2O w atmosferze	270 ppb w okresie 1000-1750 do 316 ppb w roku 2000 (wzrost o 17±5%)
- koncentracja HFC3, PFC3 i SF6 w atmosferze	Wzrost globalny w ostatnich 50 latach
Pogody:
- temperatura powierzchni Ziemi	Wzrost o 0,6±0,2% w ciągu XX wieku, ocieplenie lądów silniejsze niż wód
- temperatura powierzchni półkuli północnej	Wzrost w 20 wieku silniejszy niż w jakimkolwiek innym w ciągu ostatniego 1000 lat, lata 90-te XX wieku to najcieplejsze dziesięciolecie w ciągu 1000 lat
- ilość dni gorących	Wzrosła
- ilość dni zimnych	Spadła
- opady kontynentalne	Wzrost o 5-10% w ciągu XX wieku na półkuli północnej (spadek w niektórych regionach, np. Afryka i część rejonu Morza Śródziemnego)
- wydarzenia związane z silnymi opadami	Wzrost w północnej części Ziemi
- częstotliwość i nasilenie susz	Wzrost suchych pór letnich i susz na niektórych obszarach (Azja, Afryka), Wzrost intensywności i częstotliwości susz w ostatnich dekadach
Biologiczne i fizyczne:
- globalny poziom mórz i oceanów	Wzrost roczny o przeciętnie 1-2 mm w ciągu XX wieku;
- okres zalodzenia rzek i jezior	Spadek o około 2 tygodnie w XX wieku na półkuli północnej
- zasięg i grubość pokrywy lodowej na Morzu   Arktycznym	Grubość mniejsza o 40%w ostatnich dekadach późnym latem i wczesną jesienią; zmniejszenie zasięgu o 10-15% od lat pięćdziesiątych XX wieku wiosną i latem
- lodowce poza rejonami polarnymi	Zmniejszenie
- pokrywa śnieżna	Powierzchnia o 10%mniejsza od czasu rozpoczęcia obserwacji satelitarnych w latach sześćdziesiątych
- zmarzlina	Topnienie, ocieplenie, zmniejszanie powierzchni w rejonach polarnych, subpolarnych i górskich
- przypadki El Nino	Częstsze, intensywniejsze w ciągu ostatnich 20-30 lat w porównaniu do minionych 100 lat
- okres wegetacyjny	Wzrastał o 1-4 dni na 10 lat w okresie ostatnich 40 lat na półkuli północnej
- rośliny i zwierzęta	Przenoszenie na północ: roślin, owadów, ptaków i ryb
- dojrzewanie, kwitnienie i migracje	Wcześniejsze: kwitnienie roślin, przybywanie ptaków, gody i inwazje insektów na półkuli północnej
- blaknięcie raf kolarowych	Wzrasta częstotliwość, zwłaszcza w okresie intensyfikacji El Nino
Ekonomiczne:
- straty ekonomiczne spowodowane    czynnikami pogodowymi	Trudne do określenia. Nie tylko klimat wpływa na gospodarkę, a wpływ może być negatywny i pozytywny

Źródło: (Climate 2002).

Zmiany powyższe mogą mieć charakter długoterminowy lub krótkoterminowy, mogą mieć charakter naturalny lub być spowodowane działaniem człowieka. Analiza zróżnicowanych wskaźników i czynników oddziaływania na klimat wskazuje jednoznacznie na wzrost zagrożenia działalnością człowieka i trwałe trendy zauważalne na przestrzeni ostatnich 150 lat, a w szczególności ostatnich kilkudziesięciu lat. Rozwój techniki oprócz zagrożeń stwarza także możliwość monitorowania i rejestracji zmian klimatu. Zwraca uwagę fakt, że na rys. 2 uwzględniono kilka różnych scenariuszy wzrostu zawartości dwutlenku węgla, żaden z nich nie może być uznany za optymistyczny. Każdy z nich zakłada utrzymanie trendu wzrostowego.

Wiek dwudziesty charakteryzowała wzrastająca ilość katastrof żywiołowych, takich jak: tajfuny, cyklony, susze, silne opady deszczu, powodzie, pożary, trzęsienia ziemi, tsunami itp. Mają one związek ze zmianami klimatu oraz aktywnością skorupy ziemskiej. Stabilności ilości trzęsień ziemi towarzyszy silny wzrost pozostałych zdarzeń mających bliższy związek z klimatem, co ilustruje rys. 4. Na obecnym etapie niekiedy trudno bezpośrednio powiązać ten wzrost ze zmianami klimatu spowodowanymi aktywnością człowieka, gdyż może wynikać ona z doskonalenia systemu monitorowania. Korelacja pomiędzy zmianami klimatu i powodziami wynosi R=0,81 a między zmianami klimatu i cyklonami R=0,64. Tymczasem korelacja między zmianami klimatu i trzęsieniami ziemi wyniosła R=0,24. Doskonalenie systemu informacji i obserwacji powinno znaleźć odzwierciedlenie w postaci znacznych zmian w ilości zarejestrowanych trzęsień ziemi. Tymczasem nie miało to miejsca (Peducci 2004). Zakładając, że zmiany klimatu są spowodowane głównie emisją gazów cieplarnych i aerozoli, a zwiększona emisja tych składników ma charakter antropogeniczny nasuwa się wniosek, że zwiększona ilość klęsk żywiołowych o podłożu klimatycznym też może mieć podobny charakter.

Rys. 4. Trendy w ilości klęsk żywiołowych

Źródło: (Trends 2005).

Spektakularnym skutkiem globalnego ocieplenia jest wzrost poziomu mórz i oceanów. W ciągu ostatnich 6000 lat poziom ten wzrastał o 0,4-0,6 mm rocznie. Na przestrzeni ostatnich 3000 lat wzrost ten wynosił już tylko 0,1-0,2 mm rocznie (Lambeck 2000). W XX wieku globalny poziom mórz i oceanów wzrastał o 1,0 do 2,0 mm rocznie (Climate 2001a). Uwzględniając lokalne różnice w przypływach, zmiany ciśnienia atmosferycznego, zmiany cyrkulacji wód, oraz pozorne ruchy kontynentów zakłada się, że do roku 2100 nastąpi wzrost poziomu mórz i oceanów o około 38-55 cm. Najbardziej pesymistyczne prognozy zakładają wzrost nawet o 95 cm (Warrick 1996). Najbliższe 500 lat może przynieść wzrost o 0,5-2 m w przypadku stabilizacji emisji gazów cieplarnych lub 1-4 m w przypadku jej podwojenia (Climate 2001a). Zmiany względnego poziomu mórz i oceanów na przestrzeni ostatnich 300-200 lat przedstawia rys. 5. Zmiany te są stopniowe, jednak wykazują trend wzrostowy z wyraźnym przyśpieszeniem w XX wieku. Pesymistyczny scenariusz dotknąłby m.in. 75 mln mieszkańców Chin i 71 mln - Bangladeszu. 100% mieszkańców Kiribati, Wysp Marshalla i wielu innych państw archipelagowych odczułoby bezpośrednio skutki podwyższenia poziomu wód. Podobnie jak mieszkańcy delt: Gangesu, Brahmaputry, Mekongu, Parany, Nilu i innych (Gommes 1998). Delta Nilu zajmuje 2,3% Egiptu, a znajduje się tam 46% powierzchni uprawnych oraz zamieszkuje ją 50% populacji państwa. Na wysokość do 3 m npm mieszka 20% populacji Egiptu, znajduje się 40% przemysłu, 80% urządzeń portowych i 60% produkcji rybnej. Wzrost poziomu morza zwiększy zasolenie wód słodkich oraz pól uprawnych, zmieni koryta rzek, zniszczy istniejącą infrastrukturę i przemysł oraz zmusi do przemieszczenia się około 1 mld ludzi (Poverty 2002).

Rys. 5. Względny poziom mórz na przestrzeni ostatnich 300 lat

Źródło: (Climate 2001a).

Oddziaływanie El Nino

Już w drugiej połowie XIX wieku zaobserwowano cykliczne występowanie klęsk żywiołowych o podłożu klimatycznym takich jak: susze powodzie, huragany, tajfuny itp. Na początku XX wieku naukowcy zaczęli dostrzegać korelacje pomiędzy występowaniem tych zjawisk i zmianami ciśnienia powietrza w rejonie Indii, Australii oraz Południowo-Wschodniego Pacyfiku i Ameryku Południowej. W 1909 roku Walter określił te relacje jako Południową Oscylację. Dopiero w latach 60-tych XX wieku powiązano Południową Oscylację z występowaniem zjawiska El Nino (The 1997-1998, 1999). Dlatego też ta największa na ziemi interakcja pomiędzy oceanem a atmosferą została nazwana Południową Oscylacją El Nino (ENSO). Jej głównym elementem jest przemieszczanie z dużą siłą na wielką skalę mas powietrza i ciepła wywołując gwałtowne zmiany w miesięcznych, sezonowych i rocznych wartościach temperatur (Lluch-Cota 1997). Zjawisko El Nino występuje co 4-5 lat i trwa od 12 do 18 miesięcy. W międzyczasie następuje trwająca około 3 lat faza określana epizodem La Nina. Charakteryzuje ją ochłodzenie oraz mniej destrukcyjne oddziaływanie (The Economic 2002). Gwałtowność występowania El Nino wzrasta w miarę globalnego ocieplenia. W 1997 roku (w 1997 roku El Nino miał najbardziej gwałtowny przebieg w dotychczasowej historii) odnotowano najwyższą średnią temperaturę powierzchni Ziemi od momentu rozpoczęcia obserwacji, tj. od 1860 roku. Była ona o 0,43ºC wyższa niż średnia z okresu 1961-1990 (WMO 1998). Średnia temperatura w okolicach równika w lipcu 1997 roku była niższa o 3do 5ºC od przeciętnej. Poziom wód Pacyfiku w Mikronezji obniżył się o 24,6 cm poniżej średniej, a w okolicach Ekwadoru wzrósł o 39,3 cm powyżej średniej (The 1997-1998, 1999). Najbardziej znaczące klęski żywiołowe to: susze i pożary w Indonezji, susze Papui i Nowej Gwinei, ulewy w Peru, Ekwadorze i Kenii, skrajne susze w Meksyku i południowej części USA (WMO 1999). Bezpośrednie straty wyniosły 34,349 mld USD. Śmierć poniosło 24120 osób, choroby dotknęły ponad 0,5 mln osób, ponad 6 mln osób zostało zmuszonych do opuszczenia miejsca zamieszkania a pośrednio dotkniętych skutkami El Nino było 111 mln osób. 56 mln akrów pól zostało zniszczonych. Rachunek strat pośrednich mógł sięgać 96 mld USD (Lessons 2005). Skutki El Nino w latach 1997-1998 odczuło 18 państw. W latach 1982-1983 w rezultacie oddziaływania El Nino zginęło 1500 osób a straty bezpośrednie wyniosły 13 mld USD. Skutki El Nino rejestrowane w latach 1982-1983 oraz 1997-1998 były najgroźniejsze z zarejestrowanych dotychczas (The 1997-1998, 1999). Nasilenie gwałtowności oddziaływania El Nino wiąże się z antropogennym wpływem na globalne ocieplenie,

Literatura

1. Barnet T. P., Pierce D. W., Shuarr R. (2001) Detection of Antropogenic Climate Change in the Worlds Oceans, Science 292.

2. Change and Challenge, A state of the environment briefing for the Global Environment Fascility (2002), UNEP.

3. Climate Change 2001a, Vorking Group I: The Scientific Basis. http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/index.htm (dostęp 20.03.2005).

4. Climate Change 2001b, Vorking Group II: Impact, Adaptation and Volunerability. http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg2/index.htm (dostęp 20.03.2005).

5. Climate change and biodiversity (2002) IPCC Technical Paper V WMD, UNEP 2002.

6. Gommes R., du Guerny J. (1998) Potential impact of Sea - Level Rise on Populations and Agriculture SDD FAO Rome.

7. Lambeck K., Bard E. (2000) Sea level along the French Mediterranean coast since the time of the Last Glacial Maximum, Earth Planetary Science Letters

8. Lessons from the 1997-1998 El Nino: Once Burned, Twice Shy? http://www.wmo.ch.web/Press/Press654.html (dostęp 20.02.2005).

9. Lluch-Cota D. B., Hernandez-Vasquez S., Lluch-Cota S. E. (1997) Empirical Investigation on the Relationskip Between Climate Change and Small Pelagic Global Regimes and el Nino - Southern Oscillation (ENSO) FAO Rome 1997, FAO Fisheries Circular No 934.

10. Nowa encyklopedia powszechna (1996) t. 3, PWN. Warszawa.

11. Peducci P. (2004) Is climate change increasicyng the frequency of hazardous events, http://www.environmenttimes.net/article.cfm?pageID=122 (dostęp 03.03.2005).

12. Poverty and Climate Change, Reducing Vulnerability of the Poor, A contribution to the Eight Conference of the Parties to the UNFCCC (2002) Consultation Draft, World Bank.

13. The 1997-1998 El Nino Event (1999) A Scientific and Technical Retrospective WMO 1999, WMO No 905.

14. The Economic Impacts of An El Nino. 2002, http://www.spacedaily.com/news/pacific-02g.html (dostęp 02.02.2005).

15. Trends in number of reported events (2005) http://www.environmenttimes.net/graphic.cfm?filename=trends_L.gif (dostęp 03.03.2005).

16. Vital Climate Change Graphics (2005) UNEP NAIROBI.

17. Warrick R. A., Le Provost C., Meier M. F., Oerlemans I., Woodworth P. L. (1996) Changes In Sea Level. Chapter 7 of IPCCa.

18. WMO Statement of the Status of the Global Climate (1998) WMO No 877, Geneva, Switzerland.

19. WMO Statement of the Status of the Global Climate (1999) WMO No 940, Geneva, Switzerland.

20. WMO Statement of the Status of the Global Climate (2001) WMO No 940, Geneva, Switzerland.

21. WMO Statement of the Status of the Global Climate (2003) WMO No 966, Geneva, Switzerland.

1

---