Zmiany klimatyczne

Pewność co do zmiany klimatu pozostaje publiczną kontrowersją, pomimo konsensusu wśród około 97% aktywnych badaczy klimatu, którzy nie tylko zgadzają się, że klimat Ziemi się zmienia, ale także twierdzą, że zmiana ta jest intensyfikowana przez działalność człowieka, głównie emisję dwutlenku węgla1. Rozdźwięk między opinią publiczną a ekspertami wynika częściowo ze słabego zrozumienia mechanizmów związanych ze zmianą klimatu, a także z różnic między podstawowymi pojęciami, takimi jak pogoda i klimat.

Klimat a pogoda

Lokalne warunki atmosferyczne w regionie w krótkim okresie czasu, takie jak temperatura i opady, są opisywane jako pogoda. Klimat obejmuje te same warunki, jednak mierzony w dłuższych okresach czasu. Dlatego, gdy naukowcy mówią o globalnym klimacie, odwołują się do miar statystycznych danych klimatycznych zebranych na całej Ziemi. Jedną z najważniejszych miar globalnego klimatu jest średnia temperatura globalna, która jest średnią temperatur zarejestrowanych na całej planecie.

Monitorowanie zmian klimatycznych

Naukowcy badają zmiany globalnego klimatu w czasie, a wiele badań nad zmianami klimatu opiera się na naukach fizycznych, takich jak meteorologia, geografia i oceanografia. Ponadto informatycy modelują przewidywane skutki takich zdarzeń, jak topnienie lodu polarnego powodujące wzrost poziomu mórz i temperatury. Badania te są niezbędne dla badań biologicznych, ponieważ zmiany klimatyczne wpływają na niezliczoną ilość gatunków, które mają różne zdolności do tolerowania różnych klimatów.

Jednym z głównych składników zmiany klimatu jest globalne ocieplenie, definiowane jako wzrost średniej globalnej temperatury atmosfery. Naukowcy zajmujący się klimatem przyznają, że wzrost ilości gazów cieplarnianych podnosi średnie temperatury na świecie. Dzieje się tak, ponieważ gazy cieplarniane pochłaniają promieniowanie podczerwone emitowane przez słońce i ponownie emitują je w postaci ciepła do atmosfery. Następnie ciepło to jest rozprowadzane po różnych warstwach atmosfery i powierzchni Ziemi. Podczas gdy ciepło promieniuje we wszystkich kierunkach od cząsteczek gazów cieplarnianych, powierzchnia Ziemi pochłania część ciepła, które wypromieniowało w dół, co prowadzi do wzrostu temperatury powierzchni i uwięzienia energii cieplnej w niższych warstwach atmosfery. To zatrzymywanie ciepła na powierzchni Ziemi przez atmosferę nazywa się efektem cieplarnianym.

Do efektu cieplarnianego na Ziemi przyczyniają się cztery główne gazy: para wodna, CO₂ , metan i ozon. Jednak szczególnie ważnym gazem cieplarnianym, który odgrywa znaczącą rolę w globalnym ociepleniu i zmianie klimatu, jest dwutlenek węgla (CO₂ ). Chociaż CO₂ zawsze znajdował się w atmosferze ziemskiej, działalność związana z działalnością człowieka, taka jak spalanie paliw kopalnych, znacznie zwiększa jego obfitość. W ciągu ostatnich 800 000 lat poziom CO₂ wahał się bez interwencji człowieka od 180 części na milion (ppm) do 270 ppm w atmosferze. W 2016 roku stężenie wzrosło powyżej 400 ppm, co jest zdumiewająco wysokie, biorąc pod uwagę historyczne wahania ².

Przewidywanie przyszłości

Istotną konsekwencją zmian klimatycznych jest podnoszenie się poziomu mórz. Wraz z ocieplaniem się klimatu lód lodowcowy topi się w wyniku zjawiska znanego jako efekt albedo. Albedo jest miarą odbitego promieniowania słonecznego jako proporcji całkowitego otrzymanego promieniowania słonecznego i waha się od 0 do 1. Wartość albedo zależy od jakości śniegu; Brudniejszy lub stopiony wolno ma niskie albedo, podczas gdy świeży i biały śnieg ma wysokie albedo. Śnieg na Antarktydzie ma na ogół albedo około 0,8. Wraz ze wzrostem temperatury i zaczynaniem topnienia śniegu wartość albedo spada, co oznacza, że śnieg odbija mniej promieniowania w postaci ciepła i topi się bardziej, co powoduje pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego. Pętle dodatniego sprzężenia zwrotnego występują, gdy zakłócenie układu zwiększa wielkość reakcji na zakłócenie. Tak więc, im bardziej śnieg/lód topi się z powodu wyższych temperatur, tym bardziej topi się ze względu na osłabioną zdolność odbijania promieniowania słonecznego i tym więcej ciepła jest pochłaniane, co powoduje jego dalsze topnienie. To topnienie lodu powoduje podnoszenie się poziomu mórz. Obecnie duże pokrywy lodowe zawierają masę równą prawie 70 m globalnego wzrostu poziomu morza, z czego około 60 m ekwiwalentu masy jest zmagazynowane w lodzie Antarktydy i prawie 7 m na ^Grenlandii3. Mniejsze zbiorniki lodowe, takie jak lodowce i czapy lodowe, zawierają znacznie mniej wody, jednak topnienie tych zbiorników lodowych zdominowało większe pokrywy lodowe w ostatnich dziesięcioleciach, ponieważ szybciej reagują one na dane wymuszenie klimatyczne ze względu na ich mniejszy rozmiar ³.

Podnoszenie się poziomu mórz jest krytycznym zagrożeniem dla dobrostanu ludzi ze względu na jego potencjał do niszczenia nieruchomości w pobliżu wybrzeża, wpływania na społeczności przybrzeżne i pośredniczenia w temperaturach oceanów. Koszty ekonomiczne podnoszenia się poziomu mórz są ogromne; jeśli poziom oceanu podniesie się o zaledwie 1 metr, znaczna część wybrzeża Florydy znajdzie się pod wodą, co wpłynie ^{na domy} 1,2 miliona ludzi. Obecnie pokrywa lodowa Grenlandii przerzedza się i gdyby została wyeliminowana, poziom mórz podniósłby się o około 5-7 metrów, co dotknęłoby miliony innych ^osób.

Wraz ze zmianami klimatu ważne staje się śledzenie rozmieszczenia gatunków, aby sprawdzić, czy one również się zmieniają. Gatunki występują na obszarze geograficznym zwanym ich zasięgiem. Naukowcy badają zmiany w historycznych zasięgach organizmów, znane jako przesunięcia zasięgu, w odniesieniu do różnych zmiennych środowiskowych, aby przewidzieć, czy gatunki będą w stanie nadążyć za zmianami temperatury, opadów i innych wzorców pogodowych. Badanie zmian zasięgu jest ważne, ponieważ jeśli gatunki nie mogą przenieść się na nowe obszary, a ich obecne siedliska staną się nieodpowiednie, wyginą. W przypadku wolno rosnących organizmów, takich jak rośliny i koralowce, przystosowanie się do szybko zmieniającego się klimatu jest prawie niemożliwe. Koralowce naturalnie zamieszkują czyste, płytkie rafy, a jeśli przesuną się głębiej, nie będą w stanie uzyskać światła potrzebnego do fotosyntetycznych symbiotycznych glonów. Gdy woda się ociepla, symbiotyczne glony zwane zooksantellami opuszczają koralowce, co powoduje blaknięcie i śmierć koralowców. Badania australijskiej Wielkiej Rafy Koralowej w 2016 r. pokazują, że do 67% koralowców zmarło w określonych regionach z powodu blaknięcia ⁵.

Emisje dwutlenku węgla spowodowane działalnością człowieka w znacznym stopniu przyczyniają się do wzrostu poziomu CO₂ w atmosferze, co z kolei powoduje wzrost globalnej temperatury. Oprócz wzrostu globalnej temperatury, zakwaszenie oceanów jest również bezpośrednim wynikiem zwiększonego stężenia CO_{2 .} Każdego roku oceany pochłaniają około jednej czwartej CO₂ z atmosfery. Kiedy CO₂ jest absorbowany przez wodę morską, jest przekształcany w kwas węglowy (_H2CO₃), co z kolei powoduje, że woda morska staje się bardziej kwaśna i zmniejsza dostępność jonów węglanowych. Spadek ilości jonów węglanowych może utrudniać budowę i utrzymanie struktur węglanu wapnia małży, jeżowców i koralowców ⁶. Wraz ze wzrostem temperatury oceanów zakwaszenie oceanów może być szkodliwe dla ekosystemów wodnych. ⁶

Konieczne jest zaradzenie skutkom zmiany klimatu. Wielu naukowców rozpoczęło badania nad tym, co obecnie nazywa się wymieraniem holoceńskim, powszechnie znanym jako "szóste wymieranie" ⁷. W przeszłości miało miejsce pięć głównych wymierań, jednak tempo wymierania w ostatnim stuleciu było 1000 razy wyższe niż oczekiwane "tempo wymierania tła". Zarówno utrata siedlisk, jak i zmiana klimatu odgrywają dużą rolę w wymieraniu gatunków, dlatego ważne jest, aby w decyzjach dotyczących zarządzania nadal uwzględniać środowisko ⁷.

Odwołania

1. Williama R. L. Anderegga, Jamesa W. Pralla, Jacoba Harolda i Stephena H. Schneidera. Wiarygodność ekspertów w zakresie zmian klimatycznych. PNAS. 2010, tom 107, 27 (12107-9).
2. Richarda A. Bettsa, Chrisa D. Jonesa, Jeffa R. Knighta, Ralpha F. Keelinga i Johna J. Kennedy'ego. El Niño i rekordowy wzrost CO2. Przyroda Zmiany klimatyczne. 2016, tom 6, (806-10).
3. Milne'a, Glenna. Jak klimat wpływa na zmiany poziomu mórz. Astronomia i geofizyka. 2008, Vol. 49, 2 (2.24–2.28).
4. Williamsa, S. Jeffressa. Wpływ podnoszenia się poziomu mórz na regiony przybrzeżne. Dziennik Badań Przybrzeżnych. 63 (184-96).
5. Terry P Hughes, James T Kerry, Mariana Álvarez-Noriega, Jorge G Álvarez-Romero, Kristen D Anderson, Andrew H Baird, Russell C Babcock, Maria Beger, David R Bellwood, Ray Berkelmans, Tom C Bridge, Ian R Butler, Maria Byrne, Neal E Cantin, Steeve Comeau, se. Globalne ocieplenie i powtarzające się masowe bielenie koralowców. przyroda. 2017, tom 543, 7645 (373).
6. F. Prada, E. Caroselli, S. Mengoli, L. Brizi, P. Fantazzini, B. Capaccioni, L. Pasquini, K. E. Fabricius, Z. Dubinsky, G. Falini i S. Goffredo. Ocieplenie i zakwaszenie oceanów synergistycznie zwiększają śmiertelność koralowców. przyroda. 2017, 40842.
7. Vredenburg, David B. Wake i Vance T. Czy jesteśmy w trakcie szóstego masowego wymierania? Widok ze świata. PNAS. 2008, 1091-6490.

Globalne zmiany klimatyczne są żarliwie dyskutowanym tematem w wiadomościach, a naukowcy są zgodni, że klimat Ziemi się zmienia. Zanim jednak przejdziemy do tego, co powoduje zmiany klimatyczne i jak naukowcy je badają, wyjaśnijmy kilka terminów. Słowo klimat jest często używane zamiennie z pogodą, ale jest między nimi różnica.

Pogoda opisuje warunki atmosferyczne, takie jak temperatura, w regionie w krótkim czasie, na przykład w ciągu dnia. Klimat natomiast odnotowuje te same warunki dla tego samego regionu, ale w dłuższym okresie, na przykład średnią roczną temperaturę. Klimat globalny odnosi się do tej samej zmiennej, która jest analizowana i kompilowana na całej planecie. Jeśli spojrzysz na dane dotyczące średniej globalnej temperatury od 1880 roku, zobaczysz, że ona rośnie i to jest to, co ludzie nazywają globalnym ociepleniem.

Jednym z głównych czynników przyczyniających się do globalnego ocieplenia jest efekt cieplarniany powodowany przez gazy cieplarniane, takie jak dwutlenek węgla, para wodna, ozon i metan. Gazy te mają swoją zbiorczą nazwę, ponieważ tworzą warstwę wokół Ziemi, która jest podobna do szklanej tarczy szklarni. Podobnie jak szklarnia, ta warstwa gazu pozwala promieniom słonecznym przenikać, a następnie zatrzymuje je, pozwalając tylko części odbitych promieni uciec z powrotem do atmosfery i prowadząc do wzrostu temperatury w pobliżu powierzchni Ziemi. Pewna ilość gazów cieplarnianych jest niezbędna, aby zapewnić, że temperatura na Ziemi pozostanie zdatna do zamieszkania, ale działalność człowieka, taka jak spalanie paliw kopalnych, doprowadziła do stężenia niektórych z tych gazów, takich jak CO2, które wzrosły powyżej optymalnych poziomów, napędzając globalne ocieplenie.

Jednym z głównych skutków tego ocieplenia klimatu jest topnienie lodu lodowcowego, co z kolei powoduje wzrost poziomu mórz. Topnienie to nasila się z powodu zjawiska zwanego efektem albedo. Albedo, pochodzące od łacińskiego słowa "albus", co oznacza "biały", odnosi się do stosunku proporcji odbitego promieniowania słonecznego do całkowitego promieniowania słonecznego. Wartość ta będzie zbliżona do jednej dla świeżego, białego śniegu, ponieważ odbija on większość promieniowania. Z kolei goła gleba ma albedo tylko około 0,2, a otwarty ocean tylko 0,1, a więc odbijają one znacznie mniej - a więc, gdy klimat się ociepla, śnieg topnieje, co skutkuje niższym albedo, co oznacza, że Ziemia odbija mniej i zatrzymuje więcej promieniowania w postaci ciepła. To z kolei powoduje, że śnieg topi się bardziej, tworząc pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego i podnosząc się poziom mórz.

Inny wpływ zmian klimatycznych można zaobserwować w rozmieszczeniu gatunków. Gatunki występują na obszarze geograficznym zwanym ich zasięgiem. Wraz z ocieplaniem się klimatu wynikające z tego zmiany środowiskowe, takie jak topnienie czap lodowych, mogą spowodować przesunięcie lub zmniejszenie zasięgu zamieszkania niektórych gatunków. Naukowcy badali te zmiany zasięgu dla różnych organizmów w odpowiedzi na różne zmienne środowiskowe. Korzystając z tych danych, mogą modelować przyszłe zmiany wzorców klimatycznych i przewidywać prawdopodobny los danego gatunku.

W tym laboratorium ocenisz wpływ efektu cieplarnianego na sztuczny mikroklimat, porównasz topnienie lodu w różnych warunkach i zbadasz zmiany zasięgu gatunków historycznych po zmianach środowiskowych.