Klimat Ziemi w przyszłości

Nasza emisja CO2 jest w dużej części usuwana z atmosfery przez szereg mechanizmów, dzięki czemu ilość tego gazu w atmosferze rośnie o blisko połowę wolniej, niż gdyby one nie działały. Dwutlenek węgla pochłaniają oceany, rośliny i gleba. Jest to opisane w cykl węglowy. Jednak to, że tak jest obecnie, nie znaczy, że będzie tak w przyszłości. Wiele wskazuje na to, że mechanizmy usuwające dwutlenek węgla z atmosfery osłabną bądź nawet zanikną. Z kolei mogą uaktywnić się nowe źródła gazów cieplarnianych, takie jak respiracja z gleby, zanik roślinności, emisja z wiecznej zmarzliny czy wyzwalanie z cieplejszych oceanów. Jest to opisane w sekcji sprzężenia zwrotne.

Decydujący wpływ na długoterminowe zmiany klimatu będzie mieć nawet nie samo tempo emisji dwutlenku węgla z paliw kopalnych do aktywnego cyklu węglowego (powietrze, roślinność, gleba, oceany), ale ilość paliw kopalnych, którą wyciągniemy spod ziemi, gdzie były uwięzione przez dziesiątki milionów lat i wyrzucimy do traktowanej jak śmietnik atmosfery.

Przyjrzyjmy się przewidywaniom, jaka będzie koncentracja CO2 w atmosferze kolejnych latach w zależności od tego, jak wiele paliw kopalnych spalimy.

spalanie-paliw-kopalnych-przyszla-temperatura

Górny wykres - emisje ze spalania paliw kopalnych w czasie (w miliardach ton węgla, aby przeliczyć na miliardy ton CO2 należy wartości pomnożyć przez 3.66). Czarna i niebieska linia odpowiadają dwóm ze scenariuszy IPCC. Linia zielona obrazuje spalenie 1000 miliardów ton węgla (i ekwiwalentu w innych paliwach kopalnych), linia czerwona odpowiada spaleniu 5000 miliardów ton węgla, co odpowiada maksymalnym szacunkom możliwych do wydobycia i spalenia zasobów - więcej niż można wydobyć nie spalimy. Nawet w tym scenariuszu w XXII wieku wydobycie osiąga maksimum, a następnie spada.
Środkowy wykres (z dłuższą skalą czasową, podobnie, jak dolny!) pokazuje zmiany koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze. Widać, że w przypadku niewielkich emisji koncentracja osiąga maksimum w okolicy 500 ppmv i stabilizuje się na dość niskim poziomie, a w przypadku spalenia wszystkich paliw kopalnych koncentracja osiąga 1900 ppmv, po czym stabilizuje się na poziomie 1000 ppmv.
Dolny wykres prezentuje wzrost temperatury wynikający z takiej koncentracji dwutlenku węgla z uwzględnieniem sprzężeń zwrotnych. [Millennial Atmospheric Lifetime of Anthropogenic CO2, D. Archer, V. Brovkin, 2006]

Widać, że w tym scenariuszu, nawet po tysiącach lat w atmosferze pozostaje olbrzymia ilość CO2, zmieniając klimat planety - z naszego punktu widzenia "na zawsze".

Przeczytaj Millennial Atmospheric Lifetime of Anthropogenic CO2 ang , D. Archer, V. Brovkin, 2006

Dlaczego tak długo? Długoterminowym mechanizmem usuwającym dwutlenek węgla z atmosfery jest pochłanianie go przez oceany. Jednak ocean nasyca się tym gazem (przy okazji podnosząc swoją kwasowość do 250% obecnej) i przestaje go pochłaniać. Kluczowe czynniki to wzrost kwasowości oceanów i podniesienie się poziomu równowagi koncentracji CO2 między atmosferą a oceanem oraz wzrost temperatury powierzchni oceanu (w tych warunkach ocean chce się pozbyć CO2, a nie pochłaniać). Szczegółowy opis mechanizmu znajduje się w sekcji sprzężenia zwrotne.

W dłuższym horyzoncie czasowym dwutlenek węgla z atmosfery usuną reakcje z węglanem wapnia i wietrzenie skał granitów i bazaltów, jednak procesy te zajmą około 100 000 lat.

czas-zycia-co2-w-atmosferze

Rys. Skala czasowa i efektywność procesów usuwających dwutlenek węgla z atmosfery.
Źródło: Millennial Atmospheric Lifetime of Anthropogenic CO2, D. Archer, V. Brovkin, 2006

Szacuje się, że za 1000 lat w atmosferze pozostanie 30-60% naszej emisji - czyli z każdej wyemitowanej dziś przez nas tony dwutlenku węgla w atmosferze pozostanie 300-600 kg. Dla osób przyzwyczajonych, że zanieczyszczenia znikają z atmosfery po kilku dniach lub miesiącach od zaprzestania ich emisji może to być szok... 

Rings"I zawsze byli już razem...". Ludzie, kilka razy więcej CO2 w atmosferze i inny klimat planety.

Na podstawie koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze można określić wywoływane przez nie wymuszanie radiacyjne, określające, jak duża ilość energii trafi na powierzchnię Ziemi, a w oparciu o to można przewidywać, jaki będzie wzrost temperatury na Ziemi. Jest to również zademonstrowane w symulatorze klimatu .

Modele klimatyczne różnią się przewidywaniami co do wzrostu temperatury na Ziemi. Załączony wykres pokazuje przewidywania wzrostu średniej temperatury planety do końca naszego wieku.

przewidywania-wzrostu-temperatury-ziemi

Przewidywania zmian temperatury globalnej w zależności od modelu przy ustalonych założeniach względem antropogenicznej emisji gazów cieplarnianych. Źródło: globalwarmingart.

Wzrost temperatury oczywiście nie będzie wszędzie równomierny. Załączona mapa pokazuje przewidywania wzrostu temperatury do lat 2070-2100 względem średniej z lat 1960-1990.

global-warming-predictions

Przewidywania zmian temperatury do lat 2070-2100 względem średniej z lat 1960-1990. Źródło: globalwarmingart.

Temperatura lądów zmieni się w granicach 4-8°C, z największymi zmianami w Arktyce i z dala od oceanów, ale nawet i oceany zaczną stopniowo podnosić swoją temperaturę pod wpływem zwiększonego efektu cieplarnianego.

Według przewidywań średnia temperatura Ziemi do końca stulecia najprawdopodobniej wzrośnie o 3-4°C (z błędami w granicach 1.8-6.4°C), ale należy pamiętać, że nie jest to wcale koniec wzrostu. Co istotniejsze, po ustaniu emisji temperatura nie powraca do punktu wyjścia, tylko pozostaje podniesiona nawet o 5°C przez najbliższe tysiące lat.

Tymczasem głębiny oceaniczne nagrzewają się powoli, ale konsekwentnie. Kiedy wzrośnie temperatura przy dnie oceanów, może nastąpić destabilizacja hydratów metanu znajdujących się na oceanicznych stokach kontynentalnych (w Arktyce, dzięki niskiej temperaturze wody, ich złoża znajdują się na relatywnie małej głębokości 300-400 metrów) i wyzwolenie do oceanu i atmosfery wielkich ilości metanu, co zdarzało się już wcześniej w historii Ziemi i było związane z okresami wielkich wymierań.

Przewiduje się, że powrót do dzisiejszego punktu równowagi termicznej zajmie około 100 tysięcy lat, a uwzględniając możliwość wystąpienia anoksji oceanicznej i praktycznej eliminacji z powierzchni Ziemi organizmów tlenowych przez bakterie siarkowe, powrót klimatu Ziemi do stanu sprzed katastrofy może zająć ponad milion lat.

Tak wysokie temperatury Ziemia widziała już wcześniej, czy jest więc jakaś różnica, czy temperatura Ziemi jest ileś stopni wyższa lub niższa? Tak naprawdę trudno powiedzieć, że obiektywnie temperatura wyższa lub niższa o kilka stopni jest "zła" lub "dobra". To co powoduje problemy to ZMIANY temperatury, a szczególnie SZYBKIE ZMIANY.

Teraz, ciągu dekad zmieniamy klimat planety w skali charakterystycznej raczej dla dziesiątek milionów lat (nawet zmiany epok lodowcowych trwały millenia a nie dekady) podgrzewając Ziemię do stanu, w jakim nie była od dziesiątków milionów lat. To eksperyment na skalę planetarną... A do tego, ze względu na liczony w dziesiątkach tysięcy lat czas życia dwutlenku węgla w atmosferze - po dojściu do określonego punktu, bez możliwości zatrzymania lub cofnięcia...

Konsekwencje globalnego ocieplenia i ich wpływ na środowisko i nasze życie będą bardzo różnorodne. Część zjawisk może nawet być korzystna, np. dłuższe okresy wegetacji i lepsze nawodnienie w niektórych rejonach, niższe rachunki za ogrzewanie, śródziemnomorskie warunki dla turystów nad Bałtykiem, mniej przypadków śmierci z wychłodzenia, uprawy na Grenlandii, żeglowna Arktyka czy też dostęp do zasobów surowcowych Arktyki.
Jednak pełen bilans wygląda dość ponuro, od wzrostu poziomu mórz i zalania portów i zanik zapewniających wodę lodowców, przez powodzie i susze, aż po zrealizowanie scenariusza wielkiego wymierania, przy którym bledną wszelkie wcześniejsze małe korzyści. Nawet same koszty ekonomiczne podsumowane np. w raporcie Sterna są zatrważające.

Wpływ zmian klimatu na różne aspekty środowiska i naszego życia jest kompleksowo szacowany i podsumowywany m.in. przez ekspertów IPCC.

risks-impacts-of-global-warming

Rys. Oszacowanie wpływu i ryzyk związanych z globalnym ociepleniem w pięciu kategoriach.
I. Ryzyko dla unikalnych i zagrożonych systemów (klimatycznych, biologicznych, ludzkich, ...)
II. Częstotliwość i następstwa ekstremalnych zjawisk klimatycznych
III. Globalny rozkład i bilans konsekwencji ocieplania się klimatu
IV. Sumaryczny wpływ ekonomiczny i ekologiczny
V. Ryzyko nieodwracalnych zmian na dużą skalę i gwałtownych przejść związanych z przekraczaniem punktów krytycznych. Źródło: globalwarmingart.

Lewa strona diagramu pokazuje zakres średnich zmian temperatury, które mogą mieć miejsce w XXI wieku, z uwzględnieniem niepewności związanej z trudnością przewidzenia globalnych emisji dwutlenku węgla oraz rozbieżności między modelami. Słupki są pokolorowane prezentując względny wpływ i ryzyko związane z poszczególnymi obszarami i zmieniające się wraz ze wzrostem temperatury. Wg IPCC: "kolor biały wskazuje neutralność lub mały negatywny lub pozytywny wpływ lub ryzyko, żółty wskazuje negatywny wpływ na niektóre systemy lub niewielkie ryzyko, podczas gdy czerwony oznacza negatywny wpływ lub ryzyko bardziej powszechne lub o większym wpływie".

Jak zostało stwierdzone przez naukowców IPCC, już obecny wzrost temperatury spowodował pojawienie się zagrożeń dla wrażliwych systemów oraz intensyfikacje katastrof klimatycznych. Globalny rozkład i bilans konsekwencji ocieplania się klimatu jest na razie neutralny, lecz pogorszy się zauważalnie w drugiej połowie stulecia. Radykalne i nieodwracalne zmiany i przejścia fazowe, takie jak: rozpad czapy Arktyki, załamanie się cyrkulacji oceanicznej czy lasów deszczowych Amazonii, są prawdopodobne dopiero przy przekroczeniu progu 3-5°C, co może nastąpić pod koniec stulecia.

Dotychczas temperatura wzrosła o 0.7-0.8°C, a już widoczne są wyraźne zmiany. Do końca stulecia temperatury wzrosną prawdopodobnie o 3-4°C, możliwy jest nawet wzrost o 6 lub więcej stopni. Jak wpłynie to na oblicze planety i nasze życie?

Historia Przyszłości to opowieść o zmianach klimatu przedstawiona w formie tytułów i wiadomości prasowych oraz pamiętników, przypisanych do określonego wzrostu temperatury.

Polskie zimy są coraz cieplejsze, zima nadchodzi późno i szybko się kończy. Nasilają się takie zjawiska jak fale upałów, susze, gwałtowne burze, trąby powietrzne czy powodzie opadowe. Na południu Polski zaczęliśmy uprawę afrykańskiego sorgo. W następnym artykułe można przeczytać o zmianach klimatu, które dotyczą Polski .

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto