Lodowce na północy topnieją, na południu zamarzają!

Rozmowa z dr hab. inż. Andrzejem Gajewskim  z Wydziału Budownictwa i Inżynierii Środowiska Politechniki Białostockiej.

Wiele się mówi ostatnio o walce ze zmianami klimatycznymi. Sympozja, szczyty klimatyczne, spotkania naukowców. To prawda, że 1000 lat temu na Grenlandii nie było lodu?

Zmiany klimatyczne to bardzo rozległe i szerokie zagadnienie. Istotnie, jest ostatnio bardzo „eksploatowane”. Wypada więc zacząć od podstaw, które pozwalają nam w nie wejść. W połowie XX wieku został zaobserwowany wzrost średniej temperatury na Ziemi od czasu, kiedy temperatura powietrza zewnętrznego zaczęła być mierzona systematycznie w skali globalnej. Pierwszy termometr, według pomysłu Galileusza, skonstruował wielki książę toskański Ferdynand II w roku 1641. Zorganizowana przez niego w roku 1654 sieć florentyńska była pierwszą działającą na jednakowych zasadach i obejmowała 11 stacji, w tym 7 na terenie Włoch i jedną w …Warszawie. Pierwsze mapy synoptyczne opracował w 1820 roku Henry Brandes w oparciu o pomiary sieci mannheimskiej, działającej w latach 1781–92, zorganizowanej przez stowarzyszenie Societas Meteorologica Palatina. Jednakże jest to zbyt krótki okres, aby wnioskować o zmianach klimatu. Wobec tego odniesienie do zmian klimatycznych należy czerpać ze źródeł historycznych, które wprawdzie nie mogą podać wartości temperatury, ale opisując zwyczaje i działalność człowieka pozwalają wnioskować o warunkach klimatycznych w czasach, których opisy te dotyczą, jak na przykład działalność pasterska, która nie jest możliwa na lodowcach, pokrywających dany teren przez cały rok.

To zrozumiałe. W permanentnych zimowych warunkach nie może być mowy o działalności pasterskiej…

Tak, tylko w opracowaniach naukowców znajdziemy informacje, że w roku 985 Normanowie rozpoczęli kolonizację Grenlandii i kontynuowali osadnictwo aż do XV wieku, opierając swoją egzystencję właśnie na pasterstwie owiec, kóz czy bydła. Osadnicy przywieźli ze sobą bydło, kozy, owce, świnie, konie, psy i koty, a w celu utrzymania tych zwierząt prowadzili uprawy do produkcji pasz, co umożliwiało przetrwanie okresów zimowych. Tak więc można wywnioskować, że skoro uprawiano tam rolę, Grenlandia nie mogła być pokryta lodem. Ale niezależnie od przyczyn zakończenia tego osadnictwa, czy było to oziębienie klimatu, czy też inne, to porównując z warunkami klimatycznymi, panującymi dotychczas na Grenlandii, można stwierdzić znaczne obniżenie średniorocznej temperatury w przeciągu ostatniego tysiąclecia. Dopiero na skutek ostatniego ocieplenia w obecnym wieku rozpoczęto pierwsze ponowne hodowle owiec na Grenlandii.

Czy dziś jesteśmy w procesie oziębienia czy ocieplenia klimatu?

W związku z tym, że nie jesteśmy w stanie podać jakichkolwiek wartości temperatury sprzed roku 1641, to nie wiemy jaka była średnia temperatura na Grenlandii, w czasie kolonizacji pod koniec pierwszego milenium. Skoro jednak było tam możliwe pasterstwo, to należy oczekiwać, że warunki klimatyczne były tam zbliżone do panujących obecnie w Alpach. Ponieważ obecnie Grenlandia pokryta jest lodowcem, to z tej perspektywy czasowej panuje oziębienie. Podczas tego ochłodzenia obserwowane jest trwające znacznie krócej ocieplenie.
Inny aspekt uśredniania temperatury dotyczy stacji meteorologicznych ustawianych, z oczywistych względów, nad lądem. W tej sytuacji można mówić o średniej temperaturze powietrza nad lądową częścią Ziemi. Kontynentalna część Ziemi jest przeważnie zlokalizowana na półkuli północnej, na południowej zdecydowana przewaga należy do oceanów, gdzie temperatura powietrza nie jest mierzona. Aby można było stwierdzić jednoznacznie o wzroście średniej temperatury powietrza na planecie Ziemia, to trzeba by umieścić stacje meteorologiczne nad morzami i oceanami w liczbie dwukrotnie większej niż na kontynentach.

Czy ogólnoświatowy niepokój dotyczący zmian klimatycznych jest uzasadniony?

Skoro w czasach, gdy klimat na Grenlandii był znacznie łagodniejszy niż dzisiaj, ludzkość rozwijała się, i brak jest informacji o długotrwałych klęskach żywiołowych na kontynentalną skalę, to nie oczekiwałbym ich w najbliższym czasie. Nie spodziewam się więc zagrożeń dla naszej egzystencji. Jednakże możemy stanąć w obliczu przeskoku kulturowego. Jeżeli w czasach kiedy Wikingowie kolonizowali Grenlandię, panowały tam warunki klimatyczne zbliżone do obecnie panujących w górzystych partiach Europy, to w tym czasie na obszarze Niżu Środkowoeuropejskiego musiały panować znacznie wyższe temperatury niż obecnie i być może nawet w okresie zimowym temperatura nie spadała poniżej zera. Jakie w tym czasie panowały temperatury w Afryce? Czy w związku z tym muzułmańska ekspansja na Hiszpanię w VIII wieku n.e., czyli dwa wieki wcześniejsza od normańskiej kolonizacji Grenlandii, wynikała li tylko z imperialnej polityki władców czy była spowodowana ucieczką z terenów ogarniętych suszą i warunków klimatycznych zagrażających wręcz ludzkiemu życiu? Czy nasze europejskie społeczeństwa są gotowe na przyjęcie muzułmańskich przesiedleńców z Afryki?

Uważa pan, że to możliwe?

To zależy od wyników badań historycznych. Dobrze by było przejrzeć zapiski z tamtego okresu pod kątem informacji na temat urodzajów, zmian gatunku upraw czy hodowanych zwierząt, zmian w ubiorze, zmniejszenia liczby warstw ubrań, informacji na temat dostępności wody, itd. Jeżeli analiza materiału źródłowego z tamtego okresu doprowadziłaby do wniosku, że zmiany klimatyczne uniemożliwiły ludzką egzystencję przynajmniej na części terytorium Afryki, tzn. że w przypadku postępującego ocieplenia może nastąpić masowa emigracja z terenów równikowych lub około zwrotnikowych w kierunku od Równika. Jako że przeważająca część lądowa jest na półkuli północnej należałoby oczekiwać masowego napływu ludności z Afryki do Europy. Byłaby to nie imigracja ekonomiczna, ani też czasowe uchodźstwo związane z wojną, ale eksodus na stałe. Jeżeli prawdziwy okazałby się ten wariant, to czy będziemy się militarnie przeciwstawiać uciekającym przed śmiertelnym klimatem Afrykańczykom?

Efekt cieplarniany. Co to takiego?

„Efekt cieplarniany” (szklarniowy) to zjawisko podnoszenia się temperatury przy powierzchni Ziemi, spowodowane gromadzeniem się w górnych warstwach troposfery tak zwanych gazów cieplarnianych (śladowych), do których zalicza się dwutlenek węgla, parę wodną, metan, związki CFC, tlenki azotu i inne. Powstaje ono przez absorbowanie przez te gazy odbijanego od Ziemi promieniowania podczerwonego.

Jak w związku z tym zmienia się klimat na Ziemi?

Naukowcy badając promieniowanie albedo Marsa stwierdzili wzrost temperatury przy powierzchni tej planety o 5K w miejscu o współrzędnych 10N, 158W i o 3K (15S, 72W) nazywając odpowiednio te punkty lokacją północną i południową. Zaobserwowano wzrost o 10K średnio rocznej temperatury na powierzchni Marsa. Dobrym podsumowaniem są słowa amerykańskiej badaczki Lori Fenton¹, prowadzącej badania nad klimatem Marsa, która powiedziała, że „nieznaczny wzrost temperatury na powierzchni [Marsa – red.] jest podobny do zmian klimatycznych na Ziemi, nawet jeżeli zostały wywołane przez znacznie odmienne procesy”. Wobec tego obserwowany wzrost temperatury na Ziemi może być spowodowany innymi przyczynami niezależnymi od przemysłowej aktywności ludzkiej cywilizacji. W związku z czym może postępować dalej.

Jak to? Przecież wiele słyszymy o wzroście temperatury globalnej właśnie w kontekście działalności człowieka…

Obserwowane zjawisko topnienia lodowców na półkuli północnej skłoniło naukowców z Nowej Zelandii do zbadania topnienia Lodowego Szelfu Rossa, największego lodowca na Ziemi. Ku swojemu zdziwieniu stwierdzili, że lodowiec ten zamarza. Skoro więc lodowce na półkuli północnej topnieją, a na południowej zamarzają, to może to być związane z innymi zjawiskami. Otóż na skutek oddziaływania innych planet oś obrotu Ziemi zmienia się między 22,1° a 24,5°, obecnie nachylenie naszego globu wynosi ok. 23,4° i ciągle maleje, co oznacza, że półkula północna zbliża się do Słońca, zaś południowa oddala. W związku z tym, że natężenie promieniowania jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości, to dwukrotne zbliżenie powoduje czterokrotny wzrost natężenia promieniowania. Jest to więc silna zależność. Tym zjawiskiem można by wytłumaczyć jednoczesne topnienie lodowców na północy i krzepnięcie oceanicznych głębin na południu. Zjawisku temu towarzyszy też zwężanie się strefy zwrotnikowej, tzn. Zwrotnik Raka i Zwrotnik Koziorożca zbliżają się do Równika, czyli zmniejsza się powierzchnia pasa Ziemi między zwrotnikami. Jeżeli stały strumień ciepła pada na mniejsze pole powierzchni, to temperatura musi wzrosnąć. Należy więc oczekiwać dalszego wzrostu temperatury w strefie zwrotnikowej niezależnie od wielkości emisji gazów cieplarnianych.

Rozmawiała Magdalena Gołaszewska
Fot. Pixabay, Archiwum

dr hab. inż. Andrzej Gajewski
Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska, Katedra Ciepłownictwa, Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Białostockiej
¹ Lori Fenton jest doktorem w dyscyplinie nauki planetarne.

Swoją wiedzę na ten temat poszerzysz korzystając z poniższych źródeł:

A Gloomy Mars Warms Up http://www.nasa.gov/centers/ames/research/2007/marswarming.html  [8. lipca 2015].

Aoki, I., 4 – Humans I: Direct Calorimetry, Entropy Principle for the Development of Complex Biotic Systems, (2012), s. 47–54.

Aoki, I., 5 – Humans II: Indirect Calorimetry, Entropy Principle for the Development of Complex Biotic Systems, (2012), s. 55–62.

Aoki, I., Entropy flow and entropy production in the human body in basal conditions, Journal of Theoretical Biology, Vol. 141 (Nr 1, 8 November) (1989), s. 11–21.

Aoki, I., Entropy law in aquatic communities and the general entropy principle for the development of living systems, Ecological Modelling, 215 (2008), s. 89–92.

Aoki, I., Entropy physiology of swine—A macroscopic viewpoint, Journal of Theoretical Biology, Vol. 157 (Nr 3, 7 August) (1992), s. 363–371.

Aoki, I., Entropy production in living systems: from organisms to ecosystems, Thermochimica Acta, 250 (1995), s. 359-370.

Aoki, I., Min-Max principle of entropy production with time in aquatic communities, Ecological Complexity, 3 (2006), s. 56–63.

Brown, J.H.U., 19 – The Body as an Engine, Engineering Principles in Physiology, Vol. 2 (1973), s. 173–182.

Caliskan, H., Energetic and exergetic comparison of the human body for the summer season, Energy Conversion and Management, 76 (2013), s. 169–176.

Dugmore, A.J., McGovern, T.H., Vésteinsson, O., Arneborg, J., Streeter, R., Keller, C., Cultural adaptation, compounding vulnerabilities and conjunctures in Norse Greenland, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 3/6/2012, Vol. 109, Issue 10, s. 3658-3663.

http://encyklopedia.pwn.pl/haslo/meteorologiczne-pomiary-i-obserwacje;3940082.html [23.07.2015].

http://www.sport.pl/Rajd/1,131936,17227403,Dakar_2015__Smierc_Hernika_wskutek_przegrzania_organizmu.html#indeks_news [8. lipca 2015].

Kahre, M. A., Murphy, J. R., Chanover, N. J., Africano, J. L., Roberts, L. C., Kervin, P. W., Observing the martian surface albedo pattern: Comparing the AEOS and TES data sets, Icarus, 179 (2005), 55–62.

Kuddusi, L., Thermodynamics and life span estimation, Energy, 80 (2015), s. 227-238.

Nowe oblicze Grenlandi-pogoda dla wikinga, http://www.national-geographic.pl/artykuly/pokaz/nowe-oblicze-grenlandii-pogoda-dla-wikinga, [26.08.2015].

Panagiotakopulu, E., Buchan, A.L., Present and Norse Greenlandic hayfields – Insect assemblages and human impact in southern Greenland, The Holocene, Vol. 25(6) (2015), s. 921–931.

Panagiotakopulu, E., Skidmore, P., Buckland, P., Fossil insect evidence for the end of the Western Settlement in Norse Greenland, Naturwissenschaften 94 (2007), s.300–306.

Stefanowski, B., Staniszewski, B., Termodynamika Techniczna, PWN, Warszawa 1959.

Toon, O. B., Pollack, J. B., Ward, W., Burns, J. A., Bilski, K., The astronomical theory of climatic change on Mars Icarus, Vol. 44, (3, December) (1980), s. 552–607.

Deep Bore Into Antarctica Finds Freezing Ice, Not Melting as Expected https://news.nationalgeographic.com/2018/02/ross-ice-shelf-bore-antarctica-freezing/ [17. stycznia 2019]

https://www.timeanddate.com/astronomy/axial-tilt-obliquity.html [17. stycznia 2019]