Zmiany klimatu

Wciąż jeszcze nie udało się przedstawić takiego wytłumaczenia przyczyn zmian klimatu, które można by w pełni zaakceptować. Żaden pojedynczy proces nie pozwala wyjaśnić wszystkich aspektów owych zmian. Złożoność czynników mogących wchodzić w grę jest wręcz zniechęcająca. Zawiły charakter klimatu staje się oczywisty, gdy prześledzimy drogę promieniowana słonecznego - podstawowego czynnika wpływającego na klimat. Przed wszystkim promieniowane Słońca może ulegać wahaniom z takich powodów jak zmiany sił przypływowych, wywieranych nań przez planety. Ustalono, że promieniowane słoneczne ulega wahaniom, zarówno pod względem ilości (co kojarzone jest z tzw. zjawiskiem jak występowanie plam słonecznych - ciemnych obszarów na powierzchni Słońca, nieco chłodniejszych niż temperatura pozostałych części), jak i pod względem jakości (np. poprzez zmiany w ultrafioletowej części widma słonecznego). Cykliczność aktywności Słońca została potwierdzona przez wielu współczesnych badaczy, przy czym zaobserwowali oni okresowość 11- i 22- letnią. Zakłada się także występowanie 80 - 90-letnich cykli plam słonecznych. Dane z obserwacji prowadzonych w okresie historycznym również wskazują na zmiany w aktywności Słońca; szczególnie uderzający jest przekaz o braku plam słonecznych w latach 1640-1710 w okresie nazywanym czasem minimum Maundera. Jest być może istotne, ze owo min. wystąpiło podczas najsurowszych lat Malej Epoki Lodowej. Jakimś dowodem na to, jak istotny wpływ na klimat odgrywają długookresowe zmiany aktywności Słońca, są wyniki badań nad zmiennością zawartości w atmosferze izotopu węgla C 14. Wahania te, przynajmniej częściowo mogą zależeć od zmian natężenia promieniowania słonecznego. Wpływ promieniowania Słońca na powierzchnie Ziemi również może się zmieniać z powodu obecności obłoków materii międzygwiazdowej, przez które Ziemia od czasu do czasu „przepływa”, lub które pojawiają się miedzy Ziemia a Słońcem. Ich obecność może redukować strumień promieniowania słonecznego docierającego do naszej planety. Podobne okresowe wahania w nasłonecznieniu Ziemi mogą zaistnieć w wyniku przemieszczania się całego Układu Słonecznego przez pył nagromadzony w płaszczyźnie Drogi Mlecznej. Ilość promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi jest także uzależniona od położenia i konfiguracji naszej planety na orbicie okołosłonecznej. Prawdopodobnie decydujące są trzy główne czynniki atmosferyczne. Po pierwsze, orbita Ziemi nie jest idealnie okrągła, lecz ma kształt zbliżony do elipsy. Gdyby orbita ta była kolista, wówczas lato i zima twalyby dokładnie tyle samo. Im bardziej zwiększa się jej mimośród, tym długości poszczególnych pór roku cechują większe różnice. Cykl zmian mimośrodu orbity ziemskiej – od prawie kolistej do maksymalnie eliptycznej – może wynosić 96 tys. lat. Po drugie, zmiany wprowadza również procesja punktów zrównania dnia z nocą, co oznacza, że zmienia się moment w roku, w którym Ziemia znajduje się najbliżej Słońca. Powodem tych zmian jest „kiwanie się” Ziemi na podobieństwo dziecięcego baczka kręcącego się wokół własnej osi. Ten cykl trwa około 21 tys. lat. Po trzecie, w okresie mniej więcej 40 tys. lat zmienia się kat nachylenia osi Ziemi do płaszczyzny ekliptyki, co również powoduje zmiany ilości promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni naszej planety. Ten ruch, podobny do kołysania się statku, powoduje przechył. Im większe nachylenie, tym większa różnica między zimą i latem. Trzy omówione wyżej czynniki składają się na teorię Milankowicza lub, inaczej, orbitalną teorię zmian klimatycznych. Owe długookresowe wahania czynników astronomicznych kusząco odpowiadają – jak się okazało - okresowości zmian klimatu: pojawianiu się wielu glacjałów interglacjałów w ciągu ostatniego 1,6 mln lat. Zostały, w rzeczy samej, nazwane „metronomem epok lodowych”. Przejrzystość atmosfery ziemskiej dla promieniowania słonecznego jest bardzo silnie uzależniona od ilości zawartych w niej gazów, związków chemicznych i pojedynczych cząsteczek. Szczególnie istotną role odgrywają tu chmury pyłu wulkanicznego. Mogą one ograniczać ilość promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni naszej planety powodując tym samym ochłodzenie. Nie bez znaczenia jest także erozja osądów gleby. Z analizy osadów lessowych, pochodzących z czasów epoki lodowej, wynika jasno, ze maximum aktywności lodowców przypadało na czas znacznego zapylenia atmosfery, prowadzącego do globalnego ochłodzenia. Dwutlenek węgla, metan, tlenki azotu, dwutlenek siarki i para wodna także mogą modyfikować dopływ - promieniowania słonecznego do Ziemi. W ostatnich dekadach szczególna uwagę zwraca się na rolę, jaka odgrywa w atmosferze CO2. Gaz ten swobodnie przepuszcza promieniowanie słoneczne w kierunku Ziemi, lecz pochłania emitowane przez nią promieniowanie podczerwone; gdyby go w atmosferze nie było, promieniowanie uciekałoby w przestrzeń kosmiczna, powodując w rezultacie ochłodzenie niższych partii atmosfery. W efekcie działania owego mechanizmu - zwanego efektem cieplarnianym - można oczekiwać, ze niższa zawartość CO2 w atmosferze będzie prowadziła do ochłodzenia, natomiast jego wysoki poziom będzie sprzyjał ocieplaniu. To samo dotyczy metanu oraz tlenków azotu, które odgrywają role gazów cieplarnianych jeszcze bardziej skutecznie niż CO2. Dzięki odwiertom przeprowadzonym w ostatnich latach w rejonach polarnych okazało się, że możliwe jest uzyskiwanie CO2 z pęcherzyków gazu zawartego w warstwach spoczywającego tam lodu. Analizy zmian koncentracji dwutlenku węgla w tych próbkach dostarczyły godnych uwagi wyników. Świadczą one o tym, że zmiany tego związku w atmosferze oraz wahania klimatu na przestrzeni 160 tys. lat są ze sobą zsynchronizowane. I tak w okresie ostatniego interglacjału, około 120 tys. lat temu, notowano bardzo wysoki poziom CO2, zaś max lodowe 18 tys. lat temu przypadło na czas niskiej zawartości CO2 w atmosferze. Podobnie wczesny holocen okazał się okresem ponownego wzrostu ilości CO2. Przyczyny obserwowanych naturalnych zmian w koncentracji gazów cieplarnianych wciąż są tematem wielu badań naukowych. Kiedy już promieniowanie słoneczne osiągnie powierzchni Ziemi, może być ono pochłonięte albo tez odbite, zależnie od tego, na jaka powierzchnię pada: na lód czy na wódę, na teren pokryty ciemną roślinnością czy też na pustynie, czy wreszcie - na obszar pokryty śniegiem. Wpływ promieniowania na klimat zależy także od rozmieszczenia lądów i oceanów i ich położenia na poszczególnych szerokościach geograficznych. Płyty tektoniczne znajdują się w ciągłym ruchu, góry zapadają się lub wypiętrzają, oceany i cieśniny otwierają się i zamykają. W wyniku tych procesów poszczególne tereny przemieszczają się w inne szerokości geograficzne, zmianie ulega cyrkulacja atmosfery oraz prądy oceaniczne. W dyskusji na temat przyczyn zmian klimatu należałoby się również zastanowić nad sprzężeniem zwrotnym miedzy poszczególnymi czynnikami klimatotworczymi. Sprzężenie to prowadzi bowiem bądź do zwiększenia i zintensyfikowania pierwotnych czynników sprawczych wpływających na klimat (możemy je wówczas nazywać sprzężeniem pozytywnym) albo do ich zmniejszania lub osłabienia (sprzężenie negatywne). Chmury, lód i śnieg oraz para wodna są najważniejszymi mechanizmami owego sprzężenia zwrotnego. Przykładem sprzężenia pozytywnego jest rola, jaka odgrywa śnieg. W warunkach chłodu opady atmosferyczne częściej przyjmują postać płatków śniegu i drobin lodu niż kropel deszczu. Śnieżnobiałe podłoże cechuje się natomiast znacznie większym albedo (stopniem odbijania promieni słonecznych), co w konsekwencji powoduje ochłodzenie mas powietrza nad tym terenem. Podobnie - w sposób wzmacniający - oddziałuje para wodna, podstawowy gaz cieplarniany; ocieplenie wiąże się z dalszym wzrostem jej zawartości w powietrzu, bowiem parowanie z oceanów oraz zdolność powietrza do pochłaniania większej ilości wody zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. Wreszcie nie można wykluczyć, iż atmosferę i oceany cechuje pewien stopień wewnętrznej niestabilności, jak gdyby były wyposażone w jakiś zakodowany, wewnętrzny mechanizm wywołujący zmiany. Oznacza to, że nawet niewielkie, przypadkowe zakłócenia mogą pociągać za sobą poważne i długotrwale zmiany klimatu.