CYKLICZNE PRZYCZYNY ZAGROŻEŃ GWAŁTOWNYMI ZMIANAMI KLIMATU.pdf

dr hab. inż. Wojciech W. FELUCH, prof. SGSP

Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Cywilnego

Katedra Inżynierii Bezpieczeństwa

CYKLICZNE PRZYCZYNY ZAGROŻEŃ

GWAŁTOWNYMI ZMIANAMI KLIMATU

Słowa

kluczowe:

globalne

zmiany

klimatu,

cykle

Milankovicia, aktywność Słońca.

Niniejsze opracowanie dotyczy zagrożeń wynikających

z wpływu cyklicznych ruchów Ziemi i aktywności Słońca na

gwałtowne zmiany klimatu.

The article deals with the threats resulting from the impact

of cyclicality of the Earth movements and the Sun activity on

rapid climate changes.

1. WstĘp

Pojęciem ‘klimat’ określa się charakterystyczny w okresie wieloletnim

przebieg zjawisk pogodowych na danym obszarze. Mówiąc o klimacie w skali

globalnej, rozumie się przebieg zjawisk pogodowych na obszarze całej Ziemi. Na

skutek istniejących sprzężeń zwrotnych pomiędzy zjawiskami pogodowymi klimat

stanowi złożoną reakcję atmosfery, oceanów i lądów na promieniowanie

dopływające ze Słońca oraz wypromieniowywane z Ziemi. Jakakolwiek zmiana

przestrzennego rozkładu tego bilansu energetycznego może powodować

zagrożenia w postaci gwałtownych zmian klimatu, których miarą w skali globalnej

jest głównie średnia roczna temperatura powietrza określana od czasów

rozpoczęcia pomiarów (XIX wiek) i odtwarzana wstecz różnymi metodami

badawczymi.

Gwałtowne zmiany klimatu mogą wystąpić w okresie nawet kilku lat. Z uwagi

na potencjalnie negatywne skutki można je postrzegać w kategorii zagrożenia

rozumianego jako zdarzenie niepożądane, związane z koniecznością również

gwałtownego

dostosowania

się

nowych

warunków życia,

zaburzeń

gospodarczych lub ogólnie cywilizacyjnych.

Zmiany klimatu następują nie tylko na skutek czynników wewnętrznych

związanych ze zjawiskami zachodzącymi na Ziemi i działalnością człowieka

powodującego zwiększoną emisję gazów cieplarnianych, ale również wskutek

czynników zewnętrznych związanych z cyklicznymi ruchami Ziemi i aktywnością

słoneczną. Z tego punktu widzenia wydaje się interesująca próba oceny takiego

wpływu w aspekcie przyczynowo-skutkowym.

2. Cykliczne ruchy Ziemi

Ziemia na orbicie wokół Słońca wykonuje szereg ruchów cyklicznych (rys.

2.1). Według Milankovicia [Milanković, 1941] należą do nich

Zmiany mimośrodu (Eccentricity) (e) orbity Ziemi (rys. 2.1-A), przy czym

e =

(2.1)

gdzie: d − długość długiej półosi ziemskiej orbity eliptycznej,

a − odległość pomiędzy środkiem ziemskiej orbity a środkiem Słońca.

Teoretycznie, w przypadku gdy orbita jest kołowa, e = 0. Gdy orbita jest

elipsą bardzo wydłużoną, wówczas e jest bliskie jedności, tzn. e < 1 (e = 1

oznaczałoby orbitę paraboliczną). Ziemia okrąża Słońce po orbicie eliptycznej,

której mimośród ulega niewielkim wahaniom (w zakresie 0,005−0,058 w okresie

ok. 95 tys. lat). Obecnie mimośród orbity Ziemi jest bardzo mały i wynosi 0,0167,

zaś orbita Ziemi jest prawie kołowa i staje się coraz bardziej kołowa z uwagi na

malejący mimośród. W takiej sytuacji nasza planeta otrzymuje około 6 procent

energii słonecznej więcej, gdy znajduje się w punkcie orbity najbliższym Słońcu

( peryhelium ), niż gdy znajduje się w punkcie orbity najdalszym od Słońca

( aphelium ). W okresie bardziej eliptycznego kształtu orbity różnice wielkości

energii otrzymywanej przez Ziemię w peryhelium i aphelium mogą dochodzić do

20−30%. Na skutek malejącego mimośrodu różnica pomiędzy peryhelium i

aphelium nadal jeszcze maleje, przez co zmniejsza się zróżnicowanie w ilości

docierającej do Ziemi energii słonecznej.

Zmiany nachylenia osi Ziemi (Obliquity)(rys. 2.1-B)

Oś obrotu Ziemi nachylona jest do płaszczyzny orbity, wahając się w przedziale od

22,1 stopnia do 24,5 stopnia w cyklu 41 tys. lat. Wpływa to na zmniejszenie lub

zwiększenie temperaturowych różnic pomiędzy porami roku. Przy malejącej

tendencji nachylenia osi do ekliptyki zmniejsza się różnica w ilości

promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi w okresie zimy i lata, co

sprzyja rozwojowi pokryw lodowych. Przy tendencji rosnącej różnica w ilości

promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi w okresie zimy i lata staje się

większa. Powoduje to cieplejsze lata i chłodniejsze zimy. Wzrastają wówczas

kontrasty termiczne między niskimi a wysokimi szerokościami geograficznymi, co

nie sprzyja rozwojowi pokryw lodowych. Obecnie nachylenie wynosi 23,4 stopnia

i maleje ok. 0.5 sekundy na rok. Zgodnie z powyższym, obecna tendencja zmian

nachylenia osi Ziemi sprzyja tworzeniu się pokryw lodowych.

Precesja osi Ziemi (Precession) (rys. 2.1-C) stanowi obrót osi ziemskiej w

okresie około 23−26 tys. lat w kierunku odwrotnym niż obrót dobowy, podobnie

jak oś obrotu wirującego bąka po powierzchni w kształcie bocznej powierzchni

stożka. Na skutek tego zjawiska ulegają przesunięciu punkty równonocy oraz

przesilenia letniego i zimowego.

Rys. 2.1 . Cykliczne ruchy Ziemi wg teorii Milankovicia: A − zmiana mimośrodu orbity

Ziemi, B − zmiany pochylenia osi Ziemi, C − ruch precesyjny Ziemi [na podstawie:

http://www.eko.uj.edu.pl/weiner/biogeoch/integracja.pdf . Dostęp 5 stycznia 2010]

Jeżeli Ziemia znajduje się najbliżej Słońca (tj. w perihelium) latem, wówczas

różnice w nasłonecznieniu pomiędzy latem i zimą są znacznie większe niż gdyby

było odwrotnie w tych samych warunkach fazowych, czyli Ziemia znajdowałaby

się bliżej Słońca zimą, a najdalej (tj. w aphelium) latem. Ten drugi

z wymienionych przypadków sprzyja sytuacji ochłodzeniowej. Obecnie Ziemia

znajduje się w peryhelium 3 stycznia, a w aphelium 4 lipca, co powoduje, że

różnica w nasłonecznieniu między latem a zimą na półkuli północnej jest mniejsza

niż będzie za ok. 11 tys. lat, kiedy aphelium nie będzie latem tylko zimą,

a peryhelium nie zimą tylko latem. Istniejąca faza ruchu precesyjnego sprzyja więc

warunkom ochłodzenia klimatu na naszym globie.

Gdy analizuje się rys. 2.2, na uwagę zasługuje zależność pomiędzy zmianami

mimośrodu (eccentricity) orbity Ziemi w cyklach 95 i 400 tys. lat a ociepleniem na

Ziemi lub ochłodzeniem, z którym pojawia się zlodowacenie. Każdemu maksimum

mimośrodu na osi czasu odpowiada okres ciepły zaznaczony na dolnym wykresie

rys. 2.2, zaś każdemu minimum okres ochłodzenia. Z uwagi na malejącą tendencję

zmian mimośrodu, można spodziewać się, że obecnie panujący okres ocieplenia

klimatycznego zbliża się ku końcowi analogicznie do wcześniejszych tendencji.

Rys. 2.2 . Wpływ cykliczności ruchów Ziemi wg teorii Milankowicia na zlodowacenia

[na podstawie: Lee, 2010]

Sumaryczne działanie wszystkich trzech cykli wg Milankowicia ma wpływ na

nasłonecznienie Ziemi (rys. 2.2) i jednocześnie na zmienność klimatu Ziemi.

Wartość nasłonecznienia letniego na dużych szerokościach geograficznych (65 N)

decyduje o początku i końcu okresu lodowcowego, zaś 95-tysiącletni rytm

tworzenia się epok lodowcowych jest zbieżny ze zmianami mimośrodu orbity

Ziemi.

Według teorii Milankovicia, ochłodzeniu klimatu i wzrostowi lądolodu sprzyja

sytuacja, w której Ziemia jest bliżej Słońca (w peryhelium ) zimą oraz nachylenie

osi do płaszczyzny ekliptyki jest niewielkie. Wówczas zima jest dość ciepła, opady

śniegu nad biegunami mogą być duże, a lato stosunkowo chłodne, dzięki czemu

cały śnieg może nie zdążyć się stopić. Taka sytuacja stanowiłaby zapewne

początek epoki lodowcowej z uwagi na sprzężenie zwrotne istniejące pomiędzy

pokrywą śnieżną i temperaturą [Budyko, 1975].

Przyczyna dominacji cykli mimośrodu, a szczególnie około 95-tysiącletniego

na zmienność klimatyczną jest jednak przypuszczalnie pozorna. Na podstawie

zmiennej zawartości izotopów tlenu (

) w osadach, odtworzone fluktuacje

klimatu w okresie ostatniego miliona lat (rys. 2.3) wskazują na zależność od zmian

mimośrodu, a we wcześniejszym okresie od zmian nachylenia osi Ziemi, tj. cyklu

41-tysiącletniego. Możliwe, że ta zauważona zmienność (rys. 2.3) jest skutkiem

okresowego nałożenia innych czynników, przy których zmiany mimośrodu nie

mają dominującego znaczenia.

Rys. 2.3. Zmiany klimatu w ostatnich 5 milionach lat odtworzone na podstawie

sample

standard

zmienności zawartości izotopów tlenu

1000

w dennych osadach

standard

węglanowych, przy czym:

; „standard” oznacza odniesienie do współczesnych

zawartości izotopów tlenu w osadach [źródło: Archibald, 2007]

Nachylenie orbity Ziemi (inklinacja)

W teorii Milankovicia pominięty został ważny element ruchu orbitalnego

Ziemi, podlegający cyklicznym zmianom. Elementem tym jest nachylenie (tzw.

inklinacja) orbity ziemskiej względem tzw. głównej płaszczyzny Układu

Słonecznego obejmującej Słońce i planety, a w szczególnie największą – Jowisza

(rys. 2.4).

Rys. 2.4. Cyklicznie zmieniające się nachylenie orbity Ziemi do głównej płaszczyzny

Układu Słonecznego, na której może znajdować się pył międzyplanetarny lub drobny gruz

kosmiczny [na podstawie: Muller, MacDonald; 1995]

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: