Globalne zmiany klimatu

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

F I Z Y C Z N Y S Y S T E M K L I M A T U

F i z y k a - d y n a m i k a a tm o s f e r y

Z m i a n a

k l i m a t u

D y n a m i k a

o c e a n ó w

G l o b a l n a

w i l g o t n o ś ć

G l e b y

B i o g e o c h e m i a

o c e a n ó w

E k o s y s t e m y

l ą d o w e

C h e m i z m t ro p o s f e r y

B I O G E O C H E M I C Z N E O B I E G I M A T E R I I

G a z y

c i e p l a r n i a n e

E n e r g i a i w i l g o t n o ś ć

k o n t y n e n t ó w

i c

ał

ść

ło

Z a n i e c z y s z c z e n i a /

g a z y c i e p l a r n i a n e

U ż y t k o w a n i e

z i e m i

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Zasadnicze cechy

systemu klimatycznego



Fizyczne, chemiczne i biologiczne procesy zachodzą w

szerokim spektrum skal czasowych i przestrzennych



Poszczególne komponenty systemu mogą podlegać różnym

prawom, ale są wzajemnie zależne i ich ewolucja nie może

być w pełni zrozumiana gdy są rozpatrywane oddzielnie



System jest otwarty. Ta otwartość tkwi przede wszystkim w

fakcie, że Ziemia otrzymuje energię od Słońca, a pomiędzy

elementami systemu przekazywana jest energia i materia.



Otwartość systemu skutkuje w ciągłym wzajemnym

przystosowywaniu się i złożonych oddziaływaniach pomiędzy

komponentami systemu.



Wzajemne oddziaływania są w większości nieliniowe.



Wszystkie elementy znajdują się w stanie równowagi

dynamicznej Stabilizacja - uzyskiwana dzięki ujemnym

sprzężeniom zwrotnym. Natomiast dodatnie sprzężenia

zwrotne są głównym czynnikiem zmian środowiska.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Środowisko jako system

dynamiczny

Komponenty systemu oddziałują ze sobą

w różny sposób w zależności od skali

czasu:



Składowe szybkie

(godziny – tygodnie) – związane

przede wszystkim z atmosferą.



Składowa średniookresowa (sezon – rok – kilka lat)

–

cykle wegetacyjne, prądy oceaniczne napędzane

wiatrem, zmiany zasolenia, SST.



Składowa długookresowa

(dziesiątki – setki lat i dłużej)

– cyrkulacja termohalinowa, formowanie głębokiej

wody oceanów, zmiana szaty roślinnej, bilans masy

lodowców i lądolodów.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Skale czasowe



Pogoda i klimat ulegają ciągłym zmianom – od powolnych,

dostrzegalnych w długich przedziałach czasu do nagłych i

dramatycznych. Co jest przyczyną tych zmian?



Środowisko, w którym żyjemy ulega ciągłym zmianom na

skutek naturalnych i antropogenicznych przyczyn.



Naturalne zmiany środowiska zawsze były obecne w historii

Ziemi, często pojawiały się cyklicznie.



Natomiast zmiany wywoływane działalnością człowieka stały

się znaczące w ostatnich kilku stuleciach. Populacja ludzi

rośnie –> antropogeniczne zmiany środowiska również będą

rosły.



Najlepszą drogą zobaczenia jak zmienia się środowisko jest

porównanie jego obecnego stanu i stanu w przeszłości. Jest

to możliwe dzięki występowaniu naturalnych zjawisk, które

są zależne od klimatu, i których zapis zachował się do

czasów współczesnych (dane pośrednie –

proxy data



Kluczem do zrozumienia zmian globalnych jest przede

wszystkim

zrozumienie czym jest klimat i jak działa.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Klimat a pogoda



Klimat to średni stan środowiska w określonym

miejscu i czasie.

Obejmuje średnie wartości

szeregu zmiennych pogodowych, takich jak:

wiatr, temperatura, opady, wilgotność,

zachmurzenie, ciśnienie, widoczność i

jakość

powietrza.



Klimat określonego miejsca można zdefiniować

jako średnią (zwykle 30-letnią) pogody. Klimat

można określić ilościowo przez obliczenie

długookresowych średnich różnych elementów

pogody

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

The Climate Time Line

ttp://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/

Rysunek uproszczony, nie uwzględnia wzajemnych relacji pomiędzy
zjawiskami pojawiającymi się w różnych skalach czasowych.
Oś  Y  –  względna  zmienność,  ale  nie  oparta  na  formalnych  pomiarach
(zmienność  –  zakres  wartości  pomiędzy  minimum  a  maksimum).
Generalnie:  Im  krótsza  skala  czasu  –  tym  w  skali  przestrzennej  większy
lokalny wpływ; im dłuższa skala czasu – tym w skali przestrzennej większy
globalny wpływ.
Np. pogoda (zmienność w przedziale czasowym godziny – tygodnie) może
zmieniać  się  na  poziomie  lokalnym.  Natomiast  procesy  klimatyczne  takie
jak wymuszenie orbitalne mogą zmieniać klimat całej planety.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Pytania



Czy możliwa jest taka/tak gwałtowna

zmiana klimatu jak pokazana w filmie

„The day after”?



Czy tego typu zmiany miały miejsce w

przeszłości? Jak znaleźć odpowiedź na

to pytanie?



Jakie są przyczyny zmian klimatu?

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Historia poznawania

zmienności środowiska

Obserwacje:



Występujące w wielu miejscach Ziemi

nagromadzenia okruchów skalnych, żwirów,

piasku i gliny początkowo kojarzono

jednoznacznie ze śladami biblijnego

potopu.



Skąd jednak obecność ogromnych głazów

narzutowych na terenach bardzo odległych

od skał macierzystych takich głazów?

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Historia poznawania

zmienności środowiska

Teoria zlodowaceń

schyłek XVIII wieku

– na podstawie obserwacji

głazów narzutowych James Hutton formułuje

hipotezę, że były one transportowane przez

lodowce

1837

– Jean Luis Agassiz przedstawia teorię

zlodowaceń;

Sir Charles
Lyell
1797 - 1875

Teoria dyluwialna (Wielkiego Potopu)

1830-1833

(Principles of Geology) ogromne głazy

występujące w glinie – głazy uwolnione z
topniejących gór lodowych, które dryfowały
podczas Wielkiego Potopu

Jean Louis
Agassiz
1807-1873

William
Buckland
1784-1856

1840

William Buckland stwierdza, że ani teoria

potopu, ani dryf gór lodowych nie mogą

wytłumaczyć zjawiska głazów narzutowych i

przyjmuje teorię Agassiza.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Obserwacje Agassiza i

Charpentiera

Morena boczna Gorner
Glacier, Zermatt,
Switzerland

Dzięki temu, że w strefie kontaktu lodowiec – podłoże występują wody

roztopowe lodowiec może przemieszczać się. Woda spełnia rolę smaru.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Ślady działalności

lodowców / lądolodu

Moreny boczne i czołowa

Bylot

Island, Canada

Charakterystyczne

żłobkowanie podłoża skalnego

jako rezultat przesuwającego

się lodowca

http://earthobservatory.nasa.g

ov/Study/Paleoclimatology/

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Historia poznawania

zmienności środowiska



1859 – Karol Darwin w swoim dziele „O powstawaniu

gatunków” wskazuje na związki pomiędzy zmiennością

gatunków i środowiska.



koniec XIX wieku – Jamieson wykazał, że następują wahania

poziomu morza;

Archibald Geikie wystąpił z ideą wielokrotnych zlodowaceń



1909 – Albrecht Penck i Eduard Bruckner rozpoznali w

szeregach tarasów alpejskich formy polodowcowe powstałe

w następstwie oscylacji ciepłych i chłodnych faz klimatu.

Ugruntowanie się teorii zlodowaceń.



1920-1940 Milutin Milankowic odświeżył XIX-wieczną teorię

James’a Croll, sugerującą, że zmiany ekscentryczności orbity

ziemskiej mogą być przyczyną powstawania zlodowaceń.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Ślady działalności

lądolodu na terenie

Polski

Głaz narzutowy

Szwedzki Kamień” w

Szczecińskim Parku

Krajobrazowym

„Puszcza Bukowa”

Głazy narzutowe „Trojaczki”,

Tarnów. Przywleczone zostały

ze Skandynawii przez lądolód

500 tys. lat temu, w czasie

zlodowacenia

południowo-

zlodowacenia

południowo-

polskiego. Skała, z której są

zbudowane

głazy,

zbudowane

głazy,

jasnoszary i różowy granitoid

Arno o wieku ok. 1,8 - 1,9

miliarda lat. Występuje on w

środkowej Szwecji, 40 km na

zachód od Sztokholmu, a więc

głazy te wtopione w lądolód

przebyły do nas drogę liczącą

ponad 1000 km.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Stratygrafia



Stratygrafia

- dział geologii historycznej zajmujący

się ustalaniem wieku i przyczyn rozmieszczenia skał w

skorupie ziemskiej. Twórcą stratygrafii był angielski

inżynier William Smith, który w 1795 roku odkrył

podczas budowy kanałów, że w warstwach skalnych

są obecne charakterystyczne dla nich skamieniałości,

które pozwalają te warstwy identyfikować i określać

ich wiek geologiczny. Stratygrafia przyczyniła się m.in.

do rozwoju badań paleontologicznych. Dopiero jednak

rozwój znacznie bardziej precyzyjnej geochemii

pierwiastków

promieniotwórczych

umożliwił

pierwiastków

promieniotwórczych

umożliwił

wyznaczenie wieku skał w latach.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Stratygrafia – cd.

Do podstawowych metod wykorzystywanych przez

stratygrafię należą:



litostratygrafia (wykorzystująca właściwości fizyczne

i chemiczne skał)



biostratygrafia (wyróżniająca jednostki skalne na

podstawie znajdowanych w nich skamieniałości)



chronostratygrafia (porządkująca skały na

podstawie ich wieku)



Obecny podział chronostratygraficzny czasu

geologicznego można znaleźć na stronie

Międzynarodowej Komisji Stratygraficznej -

The

International Commission on Stratigraphy

http://www.stratigraphy.org

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Kenozoik

Wie

mln

lat)

Zarys paleogeografii

Świat roślinny

Świat zwierzęcy

a
l
e

o
g
e
n

Rozszerzały się Oceany Atlantycki

i Indyjski, zmniejszały Oceany

Tetydy i Spokojny; subkontynent

indyjski zderzył się z Azją, a

Australia oderwała się od

Antarktydy; zbliżanie się lądów

Afryki i Europy spowodowało

wypiętrzanie się łańcuchów

górskich, wskutek ruchów

górotwórczych orogenezy

alpejskiej; rozczłonkowanie lądów

wpłynęło na aktywniejszą

cyrkulację wód oceanicznych,

czego efektem było ochłodzenie

się klimatu; na Antarktydzie

rozwinęła się pokrywa lodowa.

Szybki rozwój

roślin

okrytonasiennyc

h; szczytowy

rozwój zielenic z

rodziny

Dasycladaceae.

W morzach szeroko

rozpowszechnione

były otwornice (gł.

numulity), koralowce,

mięczaki (gł. ślimaki i

małże), a ze

szkarłupni - jeżowce i

liliowce; w środowisku

lądowym bardzo

szybka radiacja

ssaków (m.in.

koniowate, trąbowce,

naczelne), które

zajmowały

opuszczone po

wymarłych gadach

nisze ekologiczne.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Kenozoik – cd.

Wie

mln

lat)

Zarys paleogeografii

Świat roślinny

Świat zwierzęcy

n
e
o
g

e
n

22,5

Ostateczne zamknięcie Oceanu

Tetydy, a dalsze zbliżanie się

Afryki i Europy spowodowało

wydźwignięcie się wielu

łańcuchów górskich (np. Kaukazu,

Alp, Karpat, Pirenejów, Gór

Betyckich, Atlasu); od Afryki

oddzielił się blok Arabii; nastąpiło

połączenie Ameryki Pn. z Pd.;

zbliżony do dzisiejszego (lub

niewiele cieplejszy) klimat, z

końcem neogenu uległ

wyraźnemu ochłodzeniu

będącemu zapowiedzią

zbliżającej się epoki lodowcowej.

Powszechne

panowanie

roślin

okrytonasiennyc

wyodrębnianie

się wielkich

zbiorowisk

roślinnych tzw.

geoflor

trzeciorzędowyc

Szybka radiacja

adaptatywna wśród

ssaków łożyskowych,

które opanowały

wszystkie nisze

ekologiczne i prawie

wszędzie (poza

Australią) całkowicie

wyparły stekowce;

ewolucja ssaków

drapieżnych; pojawiły

się pierwsze małpy

człekokształtne.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Kenozoik – cd.

Wie

mln

lat)

Zarys

paleogeografii

Świat roślinny

Świat zwierzęcy

P
l
e
j

s
t
o
c

e
n

1,8

Ukształtował się

zbliżony do

dzisiejszego rozkład

lądów i oceanów;

silne ochłodzenie

klimatu; w połowie

plejstocenu

nastąpiło wielkie

kontynentalne

zlodowacenie; w

związku z tym

kilkakrotnie

zmianom ulegał

poziom oceanu

światowego.

Zmiany w rozkładzie szaty

roślinnej na świecie,

związane ze zmianami

klimatu i zlodowaceniami;

przesuwały się strefy

roślinne, np. kurczyły się

wilgotne lasy równikowe,

które ulegały rozdzieleniu

na niewielkie wyspy-ostoje

(tzw. refugia); następowały

migracje całych flor; na

niektórych obszarach

znaczna ich część

wymierała.

Żyły, wymarłe już dziś,

zwierzęta zasiedlające

strefę tundrową wokół

lądolodów (m.in.

nosorożce włochate,

mamuty, tygrysy

szablozębne, hieny i

niedźwiedzie jaskiniowe);

pojawiły się formy ludzkie

m.in. neandertalczyk

(Homo sapiens

neanderthalensis), a pod

koniec epoki człowiek

rozumny.

Globalne Zmiany Środowiska

Wykład 2

str.

Kenozoik – cd.

Wie

mln

lat)

Zarys

paleogeografii

Świat roślinny

Świat zwierzęcy

o
l
o

c
e
n

0,01

Ukształtował się

obecny rozkład

lądów i mórz, po

zmianach poziomu

morza wywołanych

zlodowaceniem;

trwały fałdowania i

ruchy

wypiętrzające na

obszarach młodych

gór i dzisiejszych

strefach subdukcji,

nastąpiły zmiany

klimatu wywołane

działalnością

człowieka.

Szybki rozwój istniejących

zbiorowisk roślinnych;

zmiany w poszczególnych

zbiorowiskach wywołane

działalnością człowieka -

wycinanie wilgotnych

lasów równikowych,

eksploatacja lasów strefy

umiarkowanej, niszczenie

roślinności stref suchych

powodujące przesuwanie

się granic pustyni;

wskutek tych działań

wymierają pojedyncze

gatunki roślin.

Świat opanował człowiek

rozumny (Homo sapiens

sapiens), który szeroko

rozprzestrzenił się na

wszystkie lądy;

udomowienie

kilkudziesięciu gatunków

zwierząt (m.in. kury,

świnie, krowy, psy); w

związku z przemianami

siedlisk życia zwierząt i

nieracjonalną gospodarką

człowieka wymierają

liczne gatunki (m.in. tur,

dodo, krowa morska).

Document Outline