Czynniki zmian temperatury Ziemi

Naukowcy badają wpływ wielu czynników na klimat. Aby móc je zestawić i porównać, posługują się pojęciem "wymuszania radiacyjnego". Mierzy się je podobnie jak moc docierającego do Ziemi promieniowania słonecznego w W/m2. Wartość dodatnia oznacza ogrzewanie klimatu, wartość ujemna - jego ochładzanie.

Wymuszanie radiacyjne

Zestawienie czynników zwiększających energię docierającą do powierzchni Ziemi (np. gazy cieplarniane) i zmniejszających ją (np. aerozole), porównanie sytuacji obecnej z tą z roku 1850.

Wykres pokazuje, jak zmieniły się czynniki wpływające na klimat od 1850 roku do chwili obecnej. Widać silny ocieplający wpływ gazów cieplarnianych: dwutlenku węgla, metanu, tlenku azotu, freonów (CFC) i ozonu przypowierzchniowego. Z kolei aerozole wyemitowane do atmosfery powodują ochładzanie klimatu. Oba efekty konkurują ze sobą, choć wpływ gazów cieplarnianych zdecydowanie przeważa. Wpływ Słońca i wulkanów jest relatywnie niewielki.
Wpływ aerozoli do lat 60-tych XX wieku skutecznie maskował gromadzenie się w atmosferze gazów cieplarnianych i ich wpływ na temperaturę planety. Jest to pokazane na załączonym wykresie.

Czynniki zmian klimatu

Zmiana czynników wymuszania radiacyjnego w trakcie XX wieku. Źródło: www.globalwarmingart

Początkowo emisji dwutlenku węgla, związanej ze spalaniem paliw kopalnych, towarzyszyła emisja aerozoli, szczególnie siarkowych. Do lat 40tych czynniki antropogeniczne znosiły się wzajemnie, a odnotowywany wzrost temperatury spowodowany był w decydującym stopniu wzrostem mocy Słońca. Wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej w latach 60-tych podjęto działania mające na celu redukcję smogu i kwaśnych deszczy. Zaczęto wprowadzać normy emisji, zakładać filtry, odchodzić od najbrudniejszej energetyki węglowej. Efekty stały się zauważalne - emisja tlenków siarki i azotu przestała rosnąć tak szybko, jak ilość produkowanej energii. W wyniku tego zanikł czynnik maskujący ocieplanie się klimatu i od lat 60-tych ubiegłego wieku notujemy szybki wzrost temperatury.

Warto zwrócić uwagę, że wzrost temperatury zaczął się ponad 100 lat temu w związku ze wzrostem mocy promieniowania Słońca trwającym aż do końca lat ’50 XX wieku, a dopiero obecny, dalszy wzrost temperatury jest wywoływany głównie przez zwiększoną ilość gazów cieplarnianych w atmosferze.

  • Czynniki wymuszające: dwutlenek węgla. Naturalny efekt cieplarniany podnosi temperaturę Ziemi o 33°C, z czego na dwutlenek węgla przypada około 5°C. Należy zaznaczyć, że każda kolejna porcja dwutlenku węgla wpuszczona do atmosfery ma coraz mniejszy wpływ na wymuszanie promieniowania i wzrost temperatury. Ta logarytmiczna zależność powoduje, że aby podwoić naturalny, ocieplający wpływ dwutlenku węgla (5°C) koncentracja CO2 w atmosferze musiałaby sięgnąć blisko 60000 ppmv, do której nie zbliżymy się nawet przy spaleniu wszystkich paliw kopalnych. Na chwilę bieżącą, przy koncentracji blisko 390 ppmv, wymuszanie radiacyjne dwutlenku węgla wynosi ~1.7 W/m2 (co oznacza wzrost temperatury o ~0.5°C względem poziomu z 1850 roku). Przy koncentracji 1000 ppmv, wymuszanie radiacyjne sięgnie 6.65 W/m2 (co oznacza wzrost temperatury o ~2°C względem poziomu z 1850 roku). Czy to znaczy, że wzrost temperatury o te 5°C jest wykluczony? Niestety nie. Dwutlenek węgla będzie wyzwalaczem uruchamiającym serię sprzężeń zwrotnych.

Indeks gazów cieplarnianych

Rys. Porównanie względnego wpływu radiacyjnego gazów cieplarnianych od 1979 roku. Źródło: NOAA

koncentracje gazów cieplarnianych

Rys. Zmiany koncentracji w atmosferze głównych antropogenicznych gazów cieplarnianych wpływających na temperaturę Ziemi: dwutlenku węgla, metanu, tlenku azotu N2O i freonów (szczególnie CFC-11 i CFC-12) - łącznie odpowiadające za 97% wymuszania radiacyjnego z gazów cieplarnianych. Źródło: NOAA

  • Czynniki wymuszające: inne gazy cieplarniane (metan, tlenki azotu, freony, ...) W ostatnim dziesięcioleciu ich wpływ na ocieplanie się klimatu ustabilizował się. Jest to związane z ich krótkim czasem życia i ograniczeniem emisji metanu, który jest wydalany przez stada bydła, ulatnia się z rurociągów, którymi płynie gaz ziemny oraz powstaje podczas niektórych procesów rolniczych, takich jak uprawa ryżu. Przewidywania dotyczące przyszłej emisji tych gazów są obarczone dużą niepewnością, jednak nie przewiduje się, żeby ich wpływ na temperaturę rósł w stopniu porównywalnym z wpływem dwutlenku węgla.
  • Czynniki wymuszające: aerozole. Aerozole (szczególnie siarkowe) są odpowiedzialne za tzw. globalne zaciemnienie, czyli efekt zmniejszający ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi. Efekt ten przeciwdziała wzrostowi temperatury, maskując tym samym ocieplający wpływ gazów cieplarnianych. Od lat 90-tych XX wieku, w wyniku ograniczenia emisji tych gazów, poziom aerozoli siarkowych ustabilizował się. Jednak dynamiczny rozwój przemysłu opartego o paliwa kopalne w Chinach, Indiach i innych krajach nie traktujących ekologii priorytetowo, nie gwarantuje trwałości tego trendu. 
  • Czynniki wymuszające: Słońce. Obecnie moc Słońca jest trochę wyższa, niż kilkaset lat temu. Być może aktywność słoneczna się obniży. A być może nie. A może wzrośnie. To jedna z niewiadomych w tym równaniu, jednak wpływ gazów cieplarnianych jest już znacznie większy od typowych fluktuacji mocy promieniowania słonecznego. 

Dowiedz się więcej jaki wpływ na klimat ma Słońce pl

Czynniki wymuszające to zewnętrzne zaburzenia, które wywołują reakcję klimatu. W rezultacie ich działania klimat zmienia się, uruchamiając jednocześnie całą serię sprzężeń zwrotnych takich jak: zmiana zawartości pary wodnej w atmosferze, zmiana powierzchni pokrywy lodowej, wyzwolenie pokładów metanu z wiecznej zmarzliny czy zmiany w biosferze (reakcja roślin, planktonu etc).

Czytaj więcej o sprzężeniach zwrotnych pl

Cykl węglowy w przyrodzie to następny artykuł opisujący proces przemieszczania się węgla na naszej planecie czyli obieg węgla, zmiana jego postaci i ilości na Ziemi.

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto