Globalne zmiany środowiska dr inż. Danuta J. Michczyńska Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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 i przewidzieć przyszłe. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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

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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 Strony internetowe Interesujące strony www: http://www.ngdc.noaa.gov/ http://www.exploratorium.edu/climate/index.html http://www.ace.mmu.ac.uk/Resources/gcc/index.html http://www.physicalgeography.net/home.html http://www.stratigraphy.org/gssp.htm http://www.dpc.ucar.edu/globalChange/ http://www.realclimate.org/ Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1

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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 Czas odpowiedzi Pojemność cieplna Albedo Atmosfera 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% Hydrosfera 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 Atmosfera Układ warstwowy Cyrkulacja atmosferyczna Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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 km3. 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

Opady Średnie roczne opady na świecie Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 Hydrosfera Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez czas dłuższy niż ten potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego. Ocenia się, że około 1 338 000 000 km3 światowych zasobów wody (1 386 000 000 km3) 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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 km3, 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 Obieg wody Słońce i grawitacja – siły napędowe Rozpocznijmy od oceanu. Słońce podgrzewa wodę w oceanie, ta zaczyna parować i w postaci pary unosi się nad oceanem. Wznoszące prądy powietrzne przenoszą parę wyżej, do atmosfery, gdzie niska temperatura wywołuje proces kondensacji, powstają chmury. Poziome prądy powietrzne przenoszą chmury wokół globu ziemskiego. Drobne cząsteczki wody w chmurach zderzają się ze sobą, powiększają swoją masę i w końcu, w postaci opadu spadają na ziemię. Opadem może być śnieg, który gromadząc się na powierzchni Ziemi z czasem przekształca się w pokrywę lodową i lodowce. Te ostatnie mogą zatrzymać zamrożoną wodę na tysiące lat. W cieplejszym klimacie pokrywa śnieżna zwykle wiosną roztapia się. Część wód opadowych i roztopowych spływa po powierzchni ziemi, tworząc odpływ powierzchniowy. Dociera do rzek i jako przepływ rzeczny podąża w stronę oceanu. Woda spływająca po powierzchni lub przesiąkająca w głąb zasila jeziora słodkiej wody. Znaczna część wody przesiąka, infiltruje do gruntu. Woda utrzymująca się stosunkowo blisko jego powierzchni tworzy odpływ gruntowy, zasilający wody powierzchniowe (i ocean). Część wód gruntowych znajduje ujście na powierzchni Ziemi, gdzie pojawia się w postaci źródeł słodkiej wody. Płytkie wody gruntowe wykorzystywane są przez system korzeniowy roślin. W roślinach woda transpirowana jest przez powierzchnię liści i z powrotem przedostaje się do atmosfery. Część wody infiltrującej do gruntu przesiąka głębiej, zasilając warstwy wodonośne (nasycone wodą warstwy gruntu), które magazynują ogromną ilość słodkiej wody przez długi czas. Jednak po jakimś czasie woda ta dotrze do oceanu, gdzie cykl obiegu wody "kończy się".... och nie – gdzie się "rozpoczyna". Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 Kriosfera 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 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. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1