O klimacie

0
584

O klimacie.

Od ponad roku możemy obserwować kolejne ochłodzenie klimatu. Zeszłoroczna zima nie była jeszcze zbyt ostra, w tym roku jednak już pokazuje swą siłę. Zaczęło się już w październiku, od niespotykanych od kilkudziesięciu lat mrozów (lodowych deszczów) na Dalekim Wschodzie, we Władywostoku, później w krajach alpejskich, obecnie atakuje już prawie wszędzie. Od Hiszpanii po Daleki Wschód. W Polsce temperatury sięgają już powyżej 20 stopni C, a przecież mamy dopiero połowę stycznia.

Ponowne ochłodzenie klimatu powoduje, jak zazwyczaj bywało i poprzednio, wzrost dyskusji na temat przyczyn zmian klimatycznych. Niektórzy przypominają wcześniejsze bardzo znaczne ataki zimy. W jednym z czasopism znalazłem artykuł na temat zimy z 1709 roku, która bywała zwana „zimą tysiąclecia”. Rzeczywiście, jak pisze autor tego artykułu, zima ta nazywana Wielkim Mrozem lub Wielką Zimą była szczególnie mroźną. Teza mówiąca jednak o tym, że z całą pewnością była najbardziej mroźną zimą w całym tysiącleciu, jest dyskusyjna. W każdym razie dotąd nieudowodniona. Pisze autor tego artykułu, że temperatura na południu Francji wynosiła wówczas nawet -23,2 st. C. Zimę odczuły nawet Portugalia i Włochy, czyli kraje o ogólnie łagodnym klimacie. Chłód spowodował ogromne straty w uprawach, kryzys gospodarczy, wielki głód, a także zmienił bieg wojny.

Zima ta przypadła na drugą połowę tzw. Małej Epoki Lodowcowej”. Jako jej datę początkową przyjmuje się rok 1275 (kiedy to doszło do erupcji wulkanu Samalas), rok 1300, a nawet dopiero rok 1400. Czytamy np. w Wikipedii: Około 1400 roku doszło do kolejnego ochłodzenia, które z krótkimi okresami względnego ocieplenia trwało aż do 1850 r. i nosi nazwę „mała epoka lodowcowa”, która zaznaczyła się między innymi rozwojem lodowców alpejskich.

Podobnie, jak i w przypadku określenia poprzedniej epoki, tak i w tym wypadku używając określenia „mała epoka lodowcowa” musimy mieć świadomość, że ma ono dziś charakter wyłącznie historyczny. Badania prowadzone na przełomie XX i XXI wieku wykazały, że zmiany temperatur i w tym okresie nie były globalne. Podsumowujący te badania raport IPCC stwierdza, że obecne dowody naukowe nie popierają globalnie synchronicznych okresów nietypowego oziębienia lub ocieplenia w tym przedziale czasowym, a konwencjonalne terminy „mała epoka lodowa”
i „średniowieczne optimum klimatyczne” okazują się mieć ograniczoną użyteczność w opisywaniu trendów hemisferycznych lub globalnych zmian temperatury w ostatnich stuleciach[1].

Glacjologicznie okres ten trwał od 1300 do 1850 r. – w tym czasie lodowce górskie w wielu obszarach górskich miały nieprzerwanie większy zasięg niż w okresie poprzedzającym MEL (czyli w średniowiecznym optimum klimatycznym) i po tym okresie, czyli obecnym ociepleniu. Klimatycznie okres ten trwał od 1570 do 1900 r. Cechowało go ochłodzenie klimatu półkuli północnej, gdzie średnie temperatury na spadły o około 1 °C. Miało to znaczący wpływ na życie gospodarczo-społeczne, a także zmiany polityczne szczególnie w obszarze Północnego Atlantyku, tj. Europy i Ameryki Północnej.

Spotykamy jednak i inne próby ustalania cezur dla tego okresu. Niektórzy historycy przyjmują, że tzw. Mała Epoka Lodowcowa rozpoczęła się w XVI wieku. Christopher Duncan i Susan Scot piszą, że w 1506 roku odnotowano w południowej Francji ciężką zimę i Morze Śródziemne zamarzło w okolicach Marsylii, a główny okres ochłodzenia rozpoczął się w 1560 roku[2].

W Alpach podczas tzw. małej epoki lodowcowej lodowce osiągnęły maksima w trzech głównych etapach: XIV w. (ok. 1350), XVII w. (1600–1660) i XIX w. (1820–1850 r.). Jednak trzeba zaznaczyć, że zarówno zmiany klimatyczne, jak i awanse lodowców w różnych regionach Ziemi podczas tego okresu nie były synchroniczne. Mimo że najwięcej dowodów na znaczące awanse lodowców omawianego okresu znajduje się na półkuli północnej (głównie w Alpach, Skandynawii i górach Ameryki Północnej), nieliczne badania na półkuli południowej także świadczą o ich większym zasięgu. W Alpach Południowych ostatnie dwa holoceńskie maksima, lodowce osiągnęły w 1725–1740 i 1860–1890/95. Podobnie w Andach patagońskich największym holoceńskim awansem lodowców była Mała Epoka Lodowcowa, i podobnie jak w Alpach, lodowce osiągnęły tam trzy maksima, co potwierdzają badania dendrochronologiczne. Od 1850 roku (czyli maksimum zasięgu lodowców podczas MEL) do 2000 roku lodowce w Alpach straciły średnio 50% swojej powierzchni, a linia wiecznego śniegu w tych górach podniosła się o około 150 m. Czoło największego lodowca alpejskiego Grosser Aletsch wycofało się w tym czasie o ok. 3,4 km.

W 1305 roku Morze Północne zamarzło na 3 mile od brzegów. W roku 1364 na 4 metry w głąb zamarzł Rodan. W 1323 roku po morzu Śródziemnym pływały ogromne bryły lodu. W 1408 roku Paryż cierpiał od zimna. W 1420 roku panowała znaczna śmiertelność od zimna i wilki pożerały trupy u wrót Paryża. W 1434 roku panował mróz we Francji, nawet w kwietniu. W 1458 roku 40-tysięczna armia rozłożyła się obozem na Dunaju. W 1507 roku port w Marsylii zamarzł, ludzie i zwierzęta ginęły od chłodów. W XVI. wieku wynaleziono termometr i od tej pory ściśle zaczęto oznaczać stopień zimna. W r. 1665 w Paryżu było 22 i pół stopnia niżej zera. W r. 1769 panowała zima nadzwyczaj surowa: kanał La Manche i morze Śródziemne zamarzły, w Paryżu było 23 stopni zimna i zamiecie trwały 60 dni, Sekwana była zamarzniętą dwa miesiące. W roku 1788 po kanale La Manche pływały lody. Następnie odznaczyły się zimnem lata: 1795, 1830, 1840 i 1846. W 1858 roku zamarzły wszystkie rzeki w Europie[3]. Warto zauważyć, że wspomniane powyżej informacje dotyczą dat rocznych. Zmiany temperatur na poszczególnych obszarach nie miały charakteru ciągłego. Temperatury ulegały zmianom (nawet znacznym) w różnych odstępach czasu. Nie znamy dziś źródeł tych zmian, tylko niektóre z nich potrafimy powiązać np. z konkretnymi erupcjami wulkanów. Istnieją dowody, że okres ten charakteryzował się spadkami temperatur w Chinach i Ameryce Południowej, jednak najbardziej doświadczył ich Stary Kontynent. W górskich dolinach szybko rozszerzające się lodowce niszczyły całe wsie i miasteczka.

Przytaczam tu te informacje, aby wykazać, że mrozy z 1709 roku nie musiały być największymi w ostatnim tysiącleciu. Druga przyczyna tak długiego fragmentu o Małej epoce lodowej, to kwestia jej przyczyn. Jej panowanie ma również, moim zdaniem,  związek z przyczynami aż tak znacznego ochłodzenia klimatu w 1709 roku.

Tu przechodzę do zasadniczego tematu tego artykułu. Jakie są i były w przeszłości przyczyny zmian klimatycznych?

Odwołam się ponownie do wspomnianego artykułu o zimie tysiąclecia, którego autor pisał: Wielki Mróz był najzimniejszą zimą w Europie w historii. Nigdy nie zanotowano tak mroźnego stycznia w historii zachodniej Europy. Jego przyczyna wciąż stanowi zagadkę dla naukowców. Jedna z hipotez wskazuje, że w 1709 r. miała miejsce zima wulkaniczna, spowodowana wcześniejszymi erupcjami kilku wulkanów: Teide (na Wyspach Kanaryjskich), Santorini (we wschodniej części Morza Śródziemnego) i Wezuwiusz (w pobliżu Neapolu). Druga z hipotez koncentruje się wokół zjawiska nazywanego Minimum Maundera, czyli okresu mniejszej liczby plam słonecznych. Niemniej nadal brak pewnych ustaleń o przyczynach wielkiej zimy w 1709 r.[4]

Przyczyn tak znacznego ochłodzenia w owych latach, tak jak wcześniej i później podawano znacznie więcej. Do dziś istnieje wiele koncepcji na temat ocieplenia lub ochłodzenia klimatu. Ostatnio dominuje teoria mówiąca o tym, że za ostatnie ocieplenie odpowiadała działalność człowieka, kilkanaście lat temu mówiono, że takowa odpowiada odwrotnie – za ochłodzenie. Zmiany klimatyczne przypisywano również (jak i w związku z innymi kataklizmami, o ile były gwałtowne) z wolą Boga. W tym wypadku słusznie, jeśli założymy, że to Bóg kieruje losami świata. I w tym wypadku może jednak warto poznać jego intencje i znaleźć tu na Ziemi pewne związki przyczynowo skutkowe, by zrozumieć pewne zjawiska i próbować im przeciwdziałać.

Zostawmy jednak z boku działalność ludzi (poniżej wykażę, że nasz wpływ na zmiany klimatyczne jest naprawdę bardzo nieznaczny) i Boga. Tego dowieść nie sposób. Przyjrzyjmy się jednak teoriom (raczej dotąd hipotezom) naukowym lub za takowe uchodzącym.

Moim zdaniem, i tu wciąż panuje skłonność do uproszczeń, do poszukiwania przyczyn zmian klimatycznych w jednym czynniku. Wspomniał autor cytowanego artykułu o tzw. Minimum Maundera. Takich cykli próbowali szukać i inni badacze.

Wśród badaczy z XX wieku (prawie do jego końca) przyjmowano, że jedną z ważniejszych przyczyn zmian klimatycznych była aktywności Słońca, czy też falowanie sił grawitacji pochodzących z pulsującego układu mas Układu Słonecznego, przemieszczającego się w oddziaływającym nań Kosmosie. Myślę, że teza ta nie w pełni odpowiadała na stawiane przez nich pytanie.

Słońce, w którego wnętrzu temperatura wynosi około 13.000.000 K, a na powierzchni – około 6000 K, w ciągu każdej sekundy emituje energię 3,9*1026J. Na Ziemię dociera tylko jedna dwumilionowa część energii Słońca, ale już to wystarczyło do powstania i rozwoju życia. Słońce wysyła dwa typy promieniowania: fale elektromagnetyczne, od długości od milionowych części milimetra do kilkudziesięciu kilometrów oraz strumienie naładowanych cząsteczek (korpuskuł), poruszających się z prędkością około 1000 km/s, które docierają do Ziemi w ciągu jednego, dwóch dni. Część promieniowania kosmicznego pochodzi spoza Układu Słonecznego. Aktywność Słońca jest i była zróżnicowana tak w okresach długoterminowych (cykl Milankovicia[5]), jak i w okresach znacznie krótszych. Ma to wpływ na stosunkowo nieduże kontrasty termiczne pomiędzy zimą a latem na półkuli północnej. Uważano, że do sytuacji, która sprzyjała powiększaniu się lądolodu dochodziło w przypadku, gdy Ziemia znajdowała się bliżej Słońca zimą przy małym nachyleniu osi obrotu do płaszczyzny ekliptyki – ciepła. Zima sprzyjała opadom na biegunach, a stosunkowo chłodne lato nie było w stanie roztopić całości śniegu. W sytuacji odwrotnej, gdy Ziemia latem jest blisko Słońca, a kąt nachylenia jej osi do ekliptyki duży – panują dogodne warunki do topnienia lodu i regresji lądolodu. Postanowiłem pozostawić to zdanie, choć przejąłem je za jakimś autorem. Chcę tu ukazać proces naszego myślenia. Przejmujemy pewne twierdzenia często nie wgłębiając się w ich sens. Napisałem: gdy Ziemia latem jest blisko Słońca. Czy rzeczywiście latem Ziemia jest bliżej Słońca niż zimą? Przecież, gdy na naszej półkuli panuje zima, na przeciwnej mamy lato. Pora roku na poszczególnych półkulach nie zależy, więc do odległości Ziemi (całej kuli ziemskiej) od Słońca (wspólnego środka ciężkości). Ta dla obu półkul jest taka sama, zmianie w ciągu roku ulega tylko kąt nachylenia poszczególnych półkul i to on ma wpływ na zmiany pór roku. Jeśli przyjmujemy, że w ciągu obiegu Ziemi wokół Słońca po elipsie jej odległość w ciągu roku ulega zmianie, to przecież całej Ziemi, a więc odległość ta nie ma zasadniczego wpływu na różnicę temperatur na poszczególnych półkulach.

W związku z tzw. cyklami Milankovicia pojawiła się teoria, że ich znajomość pozwala przewidywać przyszłe okresy zlodowaceń, przy założeniu, że to one są za nie odpowiedzialne. Na tej podstawie część badaczy prognozuje, że temperatura powinna się obniżyć przez najbliższe 60 tysięcy lat o 5 °C, w tym o około 0,01 °C w XXI wieku, co jest prawdopodobnie hamowane przez globalne ocieplenie[6]. Moim zdaniem, teoria ta jest dyskusyjna, a to z tego powodu, że – jak to spróbuję wykazać w mojej pracy – czynników wpływających na panujący na ziemi klimat było i jest znacznie więcej. Ponadto, tak wielka odległość Słońca od Ziemi wskazuje na to, że tak niewielkie (procentowo) zmiany tej odległości nie mogły znacząco wpływać na zmiany temperatury Ziemi. Śledząc zmiany klimatyczne (na ile to możliwe na bazie dostępnej mi o nich wiedzy) dostrzegam, że ulegał on zmianom, trudno jednak dostrzec ich cykliczność. Zmiany klimatu (ich skala i zasięg) miały też często odmienny przebieg na różnych obszarach. Zauważmy ponadto, że dziś wielu badaczy – osobiście nie zgadzam się z tą hipotezą – przychyla się do teorii, że na zmiany klimatu główny wpływ ma działalność człowieka. Ta teoria (gdyby była prawdziwa) również zaprzeczałaby tezie o cykliczności zmian klimatycznych.

Przed większością składników promieniowania kosmicznego dobrze chroni mieszkańców Ziemi złożony system różnych sfer fizycznych, przez które przenika tylko światło widzialne oraz niewielki procent promieni ultrafioletowych i ograniczona część fal radiowych. Na przedpolu Ziemi zatrzymują się też korpuskuły, będące głównie jądrami wodoru (protony) i helu (cząsteczki alfa), a także, w niewielkiej ilości, jądrami pierwiastków ciężkich. Zbawczym „sitem” jest przede wszystkim atmosfera ziemska, zatrzymując znaczną część promieniowania kosmicznego; pomaga w tym wydatnie pole magnetyczne Ziemi, dzięki któremu istnieje wokół Ziemi jonosfera i dwa pasy naładowanych cząsteczek. Wewnętrzny pas, równikowy, o największej gęstości cząsteczek, położony jest w odległości około 3600 km od powierzchni planety. Stwierdzono, że ilość padającego na Ziemię promieniowania nieco się zwiększa (ok. 10%) w kierunku od równika ku biegunom. W stratosferze efekt ten jest kilka razy silniejszy niż na poziomie morza[7]. Mimo, że Ziemia znajduje się w odległości około 150 mln km od Słońca i chroniona jest przez atmosferę, jonosferę i pasy naładowanych cząsteczek, bardzo dobrze odczuwamy to, co zachodzi na Słońcu. Badania naukowe ostatnich lat, o wiele bardziej precyzyjne dzięki eksploracji kosmosu rozpoczętej w drugiej połowie XX wieku (m. in. umieszczaniu aparatury badawczej na sputnikach), doprowadziły do odkrycia kolejnego cyklu zmian klimatycznych, tym razem związanego z okresowymi zmianami aktywności Słońca. Przyjmuje się, że co 11 lat strumienie gazów słonecznych wzbijają się do góry na setki tysięcy kilometrów, kierując się w przestrzeń międzygwiezdną. Aktywność ta trwa dwa-trzy lata, a później ulega zmniejszeniu. W okresie maksimum aktywności słonecznej występują na Ziemi jasne zorze polarne, długie (do 10 dni) przerwy łączności radiowej w rejonach polarnych, burze magnetyczne, w ziemi zaczynają płynąć prądy elektryczne o takiej sile, że nierzadko psują się urządzenia stacji telefonicznych i telegraficznych. Myślę jednak, że przyjmowanie takiej cykliczności dla całego okresu istnienia naszego układu jest bardzo dyskusyjne. Zbyt krótko prowadzone są takie badania, by dochodzić do tak radykalnych wniosków.

Uważam, że zmiana aktywności Słońca może być zależna również od innych czynników. Na przykład od spadających na jego powierzchnię asteroid, meteorytów lub komet. (W tym wypadku ważnym czynnikiem jest przypuszczalnie i to, po jakiej orbicie poruszają się poszczególne komety i jakim zmianom ich orbity podlegają). Tak jak i na Ziemię i inne planety upadki takie zdarzają się i na Słońce, są być może nawet znacznie częstsze. Asteroidy i komety ściągane przez Słońce, a później spalane w tym „gigantycznym reaktorze” przyczyniają się do wzrostu jego aktywności, wydzielania energii, która emitowana jest w kosmos, trafiając również na Ziemię.

Myślę, że to właśnie z tym procesem związane są próby określania tzw. minimów aktywności słonecznej: Wolfa, Maundera i Daltona. Na to ostatnie minimum przypada wybuch wulkanu Tambora w 1815 roku. Zdaniem wielu badaczy aktywność wulkaniczna, która miała oziębiający wpływ na klimat szczególnie intensyfikowała efekty minimów aktywności słonecznej: co jest uważane za bezpośredni powód znaczących anomalii klimatycznych na całej Ziemi. Minimum Maundera[8] wyznaczono na okres trwający od 1645 do 1717 roku, podczas którego powstało znacznie mniej raportów dotyczących plam słonecznych w porównaniu z pierwszą połową wieku. Podczas Minimum Maundera plamy na Słońcu obserwowali w Paryżu Jean Picard (do 1682 roku) i Philippe de La Hire (przed 1718 rokiem), a także John Flamsteed w latach 1676 i 1684 w Londynie oraz Jan Heweliusz w Gdańsku, który wyniki swoich obserwacji opisał w Machina Coelestis (1679). To głównie na spostrzeżeniach tych astronomów oparł swoją pracę Spörer, publikując listę wszystkich zaobserwowanych od 1672 roku plam słonecznych, które udało mu się zebrać. Plamy widoczne podczas Minimum Maundera obserwowano przeważnie na południowej półkuli Słońca i dopiero na początku XVIII wieku pojawiły się ponownie na północnej.

Minimum Maundera pokrywa się w czasie ze środkowym i najchłodniejszym okresem tzw. małej epoki lodowcowej[9]. Ponieważ okresy zwiększonej liczby plam na Słońcu są równoczesne z nieznacznym zwiększeniem wartości stałej słonecznej, klimatolodzy zastanawiają się nad związkami zakresu tych zmian ze zmianami klimatu na Ziemi. W okresie trwania minimum Maundera zaobserwowano mniej zórz polarnych niż w pierwszej połowie wieku. Przyjmuje się, że to zmiany aktywności Słońca wpływają na wielkość strumienia cząstek promieniowania kosmicznego, wytwarzających w atmosferze promieniotwórczy węgiel z azotu atmosferycznego i magazynowany potem przez rośliny. Skala tej zmienności wprowadza błąd w wynikach datowania radiowęglowego. Jeszcze większe zmiany powodują wahania siły ziemskiego pola magnetycznego, w skalach czasowych rzędu kilku tysięcy lat. Pomiary obfitości izotopu 14C w przyrostach rocznych drzew pozwalają wnioskować o występowaniu minimów aktywności słonecznej w przeszłości. Zmniejszona zawartość tego izotopu koreluje z obserwowanym w latach 1790–1830 minimum Daltona. Wyodrębniono i nazwano także wcześniejsze takie okresy, m.in. minimum Spörera (14201570) i Wolfa (przełom XIII i XIV wieku). Badania radiowęglowe wskazują, iż w ciągu ostatnich 8000 lat było 18 takich minimów.

Z publikacji, w której oszacowano wielkość tempa rotacji Słońca w 1684 roku na podstawie obserwacji przeprowadzonych przez Johna Flamsteeda – założyciela obserwatorium astronomicznego w Greenwich, może wynikać, że prędkość rotacji była wówczas mniejsza. Zmiany prędkości rotacji stwierdzono jednak i w innych okresach, zaś wyniki poszczególnych oszacowań są różne.

Nie wiemy jednak, z jakiego powodu dochodzi do powstawania plam na Słońcu, nie wiemy, na jakiej podstawie określamy tzw. wartość stałej słonecznej. Nie można też wykluczyć, że obfitość izotopu 14C w przyrostach rocznych drzew zależy od panującego w danym okresie klimatu, lub od tego, do jakiej warstwy atmosfery dostał się dwutlenek węgla w wyniki np. wielkiej erupcji wulkanicznej, lub jaki wpływ na ten proces miały kolejne upadki asteroid.

W nauce wiele hipotez jest przyjmowanych zbyt pośpiesznie wprowadzając wiele zamieszania. Niestety autorzy tych teorii wyrażają swe poglądy w sposób zbyt radykalny powodując tym wiele zamieszania i zamiast przyśpieszać nasze poznanie, opóźniają badania. Na przykład w 2011 grupa geochemików z Uniwersytetu Stanforda wysunęła teorię, że odkrycie Ameryki przez Krzysztofa Kolumba mogło być ważną współprzyczyną wystąpienia Małej Epoki Lodowcowej. W tamtym okresie w wyniku kolonizacji mogło szybko wyginąć 90% rdzennych mieszkańców Ameryki Północnej, którzy wypalali tereny leśne pod pola uprawne. Na pozostawionych nieużytkach roślinność regenerując się pochłonęła 2–17 miliardów ton dwutlenku węgla, przez co osłabł efekt cieplarniany. Pomijając fakt, że pojęcie Małej Epoki Lodowcowej jest dziś kwestionowane, to należy uwzględnić i to, że do wyginięcia aż 90% rdzennych mieszkańców Ameryki Północnej dochodziło przez wiele dziesięcioleci, a po każdorazowym wypalaniu lasów przecież z czasem następowała regeneracja roślinności. Ponadto, nie tylko lasy pochłaniają dwutlenek węgla. W skali globalnej ilość terenów zagospodarowanych przez ludy rolnicze Ameryki Południowej i Środkowej była stosunkowo nieznaczna. Przytoczyłem tu powyższą hipotezę, by ukazać w jak wielkim gąszczu niewiadomych musi poruszać się historyk zmian klimatycznych.

Niewątpliwie Słońce jest wielkim dyrygentem ziemskich procesów życiowych. Jest bardzo prawdopodobne, że istnieją jakieś cykle zmian aktywności słonecznej, których mają wpływ na życie organiczne Ziemi, być może istnieją cykle dłuższe od dotychczas określonych, których wpływ może być jeszcze silniejszy, jednakże z uwagi na ich długotrwałość nie możemy powiedzieć o nich nic konkretnego[10]. Nie możemy jednak wykluczyć tego, że i w wypadku Słońca, tak jak i klimatu na Ziemi mamy do czynienia nie tyle z cyklicznością, co ze zmiennością. Pewne procesy (jak na przykład stały, choć nierównomierny wzrost grubości skorupy ziemskiej) są ciągłe, nie znaczy to jednak, że możemy w nich wykazać jakąś cykliczność.

Kiedy to również dzięki sputnikom stwierdzono istnienie pasów radiacyjnych wokół Ziemi gruntownie zmieniło się nasze wyobrażenie o znaczeniu pola magnetycznego[1] w ewolucji życia organicznego. Zdaniem części badaczy, to cykliczne zmiany grawitacji wywołują deformacje skorupy ziemskiej powodujące trzęsienia ziemi. Moim zdaniem, trzęsienia Ziemi wynikają z przesuwania się płyt tektonicznych, a na te przesuwania mogą mieć wpływ okresy ocieplenia lub ochłodzenia (topnienie lodowców wpływa na podnoszenie się poziomu wód w oceanach, te z kolei mogą naciskać na kontynenty). Do trzęsień dochodziło także w wyniku upadków większych asteroid. Jak już wspomniałem klimat Ziemi uzależniony jest od efektu cieplarnianego, ale ogromny wpływ na klimat całego globu mają też morza i oceany, które pokrywają zdecydowaną większość powierzchni naszej planety. W wodach oceanicznych występują dwa rodzaje tzw. prądów morskich. Są to ciepłe i zimne prądy morskie. Większość z tych prądów posiada stałe trasy, którymi niezmiennie płyną przez cały rok. To, właśnie, dlatego mogą one stale kształtować klimat na obszarach, obok których przepływają. Ciepłe prądy morskie powodują ogrzanie się powietrza nad nim i unoszenie go do góry. Takie powietrze jest ciepłe, ale zarazem bardzo wilgotne. Jeśli jakiś obszar lądu jest stale poddawany działaniu tego powietrza, powoduje to występowanie równomiernych opadów deszczu oraz stałe nagrzewanie tego obszaru.

Może zbyt wiele miejsca, jak na artykuł prasowy, poświeciłem odrzuconym przeze mnie hipotezom odnoszącym się do przyczyn zmian klimatycznych. Do odrzuconych zaliczam też tą, mówiącą o wpływie Człowieka. Nasze ludzkie działania, podnoszone ostatnio zagadnienie wytwarzania przez nas dwutlenku węgla, które rzekomo powodowały ocieplenie, nie mogą mieć wpływu na klimat. Na ten bowiem wpływa zanieczyszczenie stratosfery, a do tej wytwarzany przez Człowieka dwutlenek węgla trafić nie może, gdyż jest cięższy od tlenu. Wskutek ocieplenia wznosi się do atmosfery na kilka kilometrów, później jednak ochłodzony w wyższych warstwach atmosfery opada na ziemię w miejscu niedalekim od miejsca jego wytworzenia i jest absorbowany przez okoliczna roślinność. Bardziej szkodliwe od dwutlenku węgla są dla nas inne zanieczyszczenia wyrzucane przez kominy fabryk i z innych źródeł (paliwo).

Na zmiany klimatyczne wpływa zanieczyszczenie stratosfery. Tam dwutlenek węgla, tlenki siarki, pyły, dotrzeć mogą w wyniku erupcji wulkanicznych, ewentualnie upadków wielkich asteroid. Oczywiście i to zanieczyszczenie ma charakter okresowy. Bezpośrednie skutki wybuchu nawet największej erupcji stratowulkanu trwają zazwyczaj od dwóch do siedmiu lat. Później, o ile nie dochodzi w tym czasie do kolejnych, nawet nieco mniejszych erupcji, dochodzi do stopniowego, trwającego setki, a w przypadku znacznych ochłodzeń  nawet setki i tysiące lat ponownego ocieplania klimatu. Stratosfera wprawdzie zostaje oczyszczona w stosunkowo krótkim czasie. Kilka, kilkanaście, może i kilkadziesiąt lat, ale początkowe ochłodzenie, powstanie lodowców, ma ogromny wpływ na kolejne zmiany klimatu. Za ten bowiem odpowiadają w dużej mierze (obok wulkanów, które dają im początek) prądy morskie i ruch powietrza. Prądy morskie docierając do istniejących w kołach podbiegunowych lodowców, pod ich wpływem ochładzają się. Podobnie przesuwanie się ogromnych mas powietrza ochładzają również lodowce górskie.

W swej książce „Kataklizmy, które zmieniały obraz Ziemi” wspominam o wielu takich procesach w historii Ziemi od czasu powstania jej skorupy, ok. 4,5 mld lat temu, aż do współczesności[1]. Tu jednak ograniczę się wyłącznie do Czwartorzędu, okresu, w którym nastąpił przyśpieszony rozwój naszego gatunku.

Czwartorzęd (Q) zaczął się 2.588.000 lat temu z końcem neogenu i trwa do dziś. Dzieli się go na: plejstocen od 2588.000 do 11700 lat temu i holocen od 11700 lat temu do dziś[2]. Plejstocen dzieli się na cztery wieki: gelas, kalabr (wczesny plejstocen), środkowy plejstocen („ionian”) i późny plejstcen (tarant).

Na Ziemi trwała „era wielkich ssaków”. Wśród głównych przedstawicieli plejstoceńskiej megafauny wymienia się: mamuty włochate (Mamuthusprimgenis), nosorożce włochate (Coleodontaantiqitatis), piżmowoły (Ovibosmoschatus), niedźwiedzie jaskiniowe (Ursus spelaeus) oraz jelenie olbrzymie (Megalocerosgiganteus).

Koniec plejstocenu to również era wymierania megafauny i eksplozji demograficznej człowieka w późnym paleolicie. Kiedyś przypuszczano, że wymieranie megafauny w Ameryce Północnej mogło być spowodowane konkurencją między lokalnymi roślinożercami a bizonami przybyłymi z Eurazji, jednak jak wykażę poniżej jej przyczyną był kataklizm kosmiczny[3].

Plejstocen zaczął się od gwałtownego ochłodzenia, dlatego też określono go mianem epoki lodowcowej. Później zauważono, że w jego czasie dochodziło do dość częstych zmian klimatycznych, ociepleń, a następnie znów ochłodzeń klimatu. W związku z tym plejstocen podzielono na okresy zimne (glacjały) i cyklicznie pojawiające się ocieplenia (interglacjały). Najważniejsze glacjały i interglacjały europejskie tego okresu (w tysiącach lat) to: 115-11,7b2kWürm (w Polsce zlodowacenie północnopolskie, Wisły, bałtyckie), 130-115 – Riss/Würm (Eem) (interglacjał eemski), 300-130 – Riss (zlodowacenie środkowopolskie (Odry), 430-300 – Mindel/Riss (Holstein) (interglacjał mazowiecki), 730-430 – Mindel (Elster) (zlodowacenie południowopolskie (Sanu, krakowskie), 950-730 – Günz/Mindel (Cromer) (interglacjał podlaski (przasnyski), 1200-950 – Günz (zlodowacenie podlaskie (zlodowacenie północno-wschodniopolskie, Narwi). Myślę, że przynajmniej niektóre z tzw. glacjałów można określić jako odrębne epoki lodowcowe. Warto zauważyć ponadto, że zlodowacenia nie zawsze miały charakter globalny. Dyskusyjna jest również przyjmowana przez wielu badaczy jakaś cykliczność tych przemian, dzisiejsza wiedza wskazywałaby raczej na to, by mówić tylko
o przemienności. Często również w czasie epoki ochłodzenia dochodziło do jego pogłębienia i co się z tym wiąże również przedłużenia.

W początkach plejstocenu (w preplejstocenie) klimat na półkuli północnej był stosunkowo ciepły, z epizodami ochłodzeń. Do znacznej zmiany klimatu, szczególnie na półkuli północnej doszło ok. 2,6 mln lat temu. Wiąże się ona z ostatnią ze wspomnianej wyżej serii potężnych erupcji wulkanicznych, datowanych właśnie na ten okres[4]. Nastąpiło wówczas silne globalne ochłodzenie. Okolice bieguna północnego przykryła czapa lodowcowa, powodując dramatyczne zmiany w zbioro-wiskach roślinnych kuli ziemskiej. W wyższych szerokościach geogra-ficznych, między innymi i w Polsce, rozprzestrzeniła się roślinność stepowa i tundrowa, wskazująca, że średnie temperatury lata nie przekraczały 10oC.

Obok udowodnionych erupcji wulkanicznych na ochłodzenie klimatu w początkach plejstocenu wpłynąć mógł jeszcze jeden kataklizm, mianowicie upadek asteroidy.

Dowodem na to są wyniki badań śladów takiego kataklizmu, które opublikowano w 1981 roku. Wydarzenie to zostało rozpoznane jako anomalia irydowa w rdzeniach osadowych wydobytych w 1965 r. przez okręt badawczy marynarki USA USNS Eltanin (stąd nazwa). Upadek meteorytu nastąpił w południowo-wschodnim rejonie Oceanu Spokojnego.

Datowanie palomagnetyczne i biostratygraficzne rdzeni osadowych pozwoliło określić, że upadek ten miał miejsce 2,511 ± 0,07 miliona lat temu. Jest to jedyny jak dotąd (2013) udokumentowany upadek na głębokim oceanie. Planetoida Eltanin miała od 1 do 4 km średnicy i gdyby uderzyła w kontynent, mogłaby utworzyć krater o średnicy od 15 do 40 km. Impakt miał jednak miejsce w głębokim na 5 km oceanie i nie pozostawił krateru uderzeniowego na dnie oceanu. Planetoida, która zderzyła się
z Ziemią, uderzyła w ocean, wywołując potężne fale tsunami i (prawdopodobnie) zmiany klimatyczne na skalę globalną. Dalsze badania wykazały występowanie meteorytów w rdzeniach odległych o 500 km, zostały one zaklasyfikowane jako mezosyderyty (meteoryty kamienno-żelazne). W 1995 roku statek badawczy FS Polarstern przeprowadził badania w rejonie, w którym miał miejsce impakt, odnajdując dowody na przemieszanie osadów w wieku od eoceńskiego po plioceński na dużym obszarze wskutek uderzenia. Obraz komplikuje istnienie w tym obszarze gór podmorskich Freeden. Ocenia się, że dno morskie w pobliżu tych gór na obszarze o powierzchni ok. 20 tys. km2 zawiera od 1 do 6 gramów materii meteorytowej na centymetr kwadratowy, więcej niż gdziekolwiek na Ziemi. Takie uderzenie musiało wywołać powstanie olbrzymich fal. Przy założeniu, że planetoida miała 4 km średnicy, w chwili impaktu w oceanie powstała wyrwa o średnicy 60 km, sięgająca do dna. Fale rozchodzące się w oceanie od miejsca uderzenia w 2,5 godziny przebyły 1750 km
i dotarły do wybrzeży Ameryki Południowej i Antarktydy. Na szelfach kontynentalnych zmalała ich prędkość, lecz wzrosła amplituda, sprawiając, że kolejne nadchodzące grzbiety fal mogły osiągnąć wysokość 200 – 300 m. 2,5 godziny później fale dotarły m.in. do zamarzniętego Morza Rossa, mając amplitudę od 65 do 150 m, zapewne wystarczającą, by zdestabilizować istniejące wówczas lodowce szelfowe. Po ponad 10 h od impaktu fale, mające na otwartym oceanie wysokość 35-40 m, uderzyły
w wybrzeża Ameryki Środkowej i Australii. Jeżeli planetoida miałaby czterokrotnie mniejszą średnicę, fale miałyby ok. 5 razy mniejszą wysokość. Dla porównania, fale wywoływane przez duże trzęsienia ziemi mają zazwyczaj na otwartym oceanie amplitudę rzędu kilkudziesięciu centymetrów. Na wybrzeżach kontynentów bliskich miejsca impaktu odnalezione zostały pewne anomalie geologiczne, będące świadectwem tego wydarzenia. Na wybrzeżu Peru odkryto zgrupowanie pomieszanych, kompletnych szkieletów ssaków morskich i lądowych; na wybrzeżu Antarktydy cienka warstwa plejstoceńskich osadów morskich zawierających okrzemki znajduje się kilkadziesiąt metrów powyżej współczesnego poziomu morza. Prawdopodobnie zostały one tam przeniesione z szelfu przez uderzenie potężnej fali tsunami. W chwili upadku planetoidy wielkie ilości słonej wody zostały wyrzucone w atmosferę; takie zdarzenie mogło mieć dalekosiężne skutki dla klimatu, w tym zmniejszenie nasłonecznienia, ochłodzenie globu i powiększenia dziury ozonowej. W Górach Transantarktycznych odnaleziono osady morskie, okrzemki i promienice, które mogły trafić tam wraz z opadem materii wyrzuconej przez uderzenie planetoidy. Odkrycie to jest kolejnym dowodem potwierdzającym hipotezę wspomnianego impaktu[5].

Erupcjach w rejonie Pacyfiku, które miały miejsce w początkach plejstocenu 2,6 mln lat temu, rozpoczęły okres wielkiego zlodowacenia. Nie trwało by ono aż tak długo, gdyby nie kolejne tego typu kataklizmy. Kolejne wielkie erupcje miały miejsce około 2,2 lub 2,1 mln lat temu. Doszło wówczas do erupcji stratowulkanów Yellowstone i Galán. Siła obu tych erupcji szacowana jest na 8 VEI. W wyniku tych erupcji nastąpiło szybkie ochłodzenie klimatu, które zapoczątkowało glacjał na półkuli północnej. Między wspomnianymi kataklizmami minęło około 400 tysięcy lat. To okres bardzo długi. Przypuszczalnie w tym czasie znacznie zniwelowane zostały skutki pierwszego wulkanizmu. Doszło do ponownego ocieplenia, a erupcje Yellowstone i Galán spowodowały kolejne ochłodzenie. Takich nawrotów we wczesnym plejstocenie (do 900 tys. Lat temu) było więcej, W ciągu niespełna jednego miliona lat lądolód kilkakrotnie pokrywał półkulę północną do 50° szerokości geograficznej, a następnie wycofywał się do okolic podbiegunowych. Efektem zlodowaceń było obniżanie światowego poziomu morza, związane ze związaniem dużych ilości wody przez lądolody i lodowce. Wynurzył się rejonu dzisiejszych wysp indonezyjskich i doszło do połączenia ich mostem lądowym z Azją. Lądowym połączeniem pomiędzy Azją i Ameryką Północną była Beringia. Wielka Brytania została połączona lądem z kontynentalną Europą.

Zmiany klimatyczne miały wpływ na rozwój flory i zmiany w faunie na różnych obszarach Ziemi. Podobnie jak i w poprzednich epokach do zmian takich dochodziło również w wyniku kataklizmów – impaktów meteorytów i wulkanizmu. Początkowo okresy z panowaniem odpornej na chłody roślinności stepowej i tundrowej występowały naprzemiennie z okresami ciepłymi, w których rozwijały się szerokolistne lasy z wieloma drzewami ciepłolubnymi: Eucommia, Castanea, Carya, Pterocarya. Jednak w efekcie coraz silniejszych ochłodzeń część drzew, między innymi Eucommia, Carya, Tsuga i Sciadopitys całkowicie znikła z Obszaru Europy. Wraz z zajęciem ogromnych przestrzeni przez stepotundrę ok. 1 mln temu pojawiła się w Europie i Azji plejstoceńska megafauna – mamuty, nosorożce włochate, niedźwiedzie jaskiniowe, piżmowoły i jelenie olbrzymie, a w Ameryce Północnej mastodonty i tygrysy szablastozębne[6].

  Początki ostatniej epoki lodowcowej wiążą się z pojawieniem się gatunku Homo. Do pojawienia się hominidów doszło w Czwartorzędzie. Na ich rozwój (ewolucję) niewątpliwy wpływ miały wspomniane powyżej wydarzenia, a zwłaszcza zmiany klimatyczne.

Nie będę tu pisać o kolejnych, również związanych z wulkanizmem zmianach klimatycznych w holocenie. Wrócę do tego tematu w kolejnych artykułach.

W najbliższym tez czasie postaram się ukończyć artykuł o wpływie gwałtownych zmian klimatycznych na rozwój naszego gatunku. Poruszam w nim kwestie tzw. „wąskiego gardła” (wielu takich przypadków w dziejach naszego gatunku oraz pojęcia „człowiek jaskiniowy”. Próbuję wykazać, że jaskinie były tylko czasowo zamieszkiwane przez człowieka w okresie po wielkich kataklizmach i związanych z nimi zmianach klimatycznych (znacznym ochłodzeniu). Po ponownym ociepleniu klimatu, ci, którzy przeżyli ponownie zaludniali otwarte przestrzenie stepów i sawanny.

Tu chciałbym zamieścić mój apel: Najwyższy czas, by doszło do powstania instytutów badawczych, które zajmą się w sposób rzetelny wyjaśnieniem faktycznych przyczyn zmian klimatycznych. Musimy dopracować się historii klimatu (można dziś wskazać jego zmiany badając ślady wcześniejszych erupcji, dla bliższego nam czasu rdzeni drzew itp.). Klimatologia powinna stać się poważną nauką. Od panującego klimatu zależy przecież bardzo wiele.

                                                                                     Piotr Kotlarz

O wielu wspomnianych tu zagadnieniach, obok wielu innych, piszę w swej książce „Kataklizmy, które zmieniały obraz Ziemi”. Wydanej przez Wydawnictwo e-bookowo.pl.

[1]       Dodam tu ciekawe, moim zdaniem, wtrącenie. Napisałem bowiem, moim zdaniem, poprawnie, powstania skorupy Ziemi. Nie powstania Ziemi. Ta bowiem przypuszczalnie istniała (w postaci plazmy) miliardy lat wcześniej, jej zderzenie z inną krążącą na jej orbitą planetą (a może wielką asteroidą) doprowadziło do powstania skorupy ziemskiej.

[2]       We wcześniejszym podziale okresem poprzedzającym czwartorzęd był trzeciorzęd. Został on później podzielony na paleogen i neogen. Według podziału dokonanego przez Międzynarodową Komisję Stratygraficzną w 2004 r. czwartorzęd nie był odrębnym okresem, a plejstocen i holocen wchodziły w skład neogenu (23 mln lat temu do chwili obecnej). Na skutek protestów społeczności geologów czwartorzędu, w 2006 r. Między-narodowa Komisja Stratygraficzna przywróciła formalne stosowanie nazwy czwartorzęd w randze podery, przesuwając zarazem jego dolną granicę z 1,87 na 2,59 mln lat, a więc obejmując także ostatnie piętro pliocenu – gelas.

[3]       Por.: Wikipedia: Hasło – Plejstocen.

[4]       Por.: R. Castleden, Największe katastrofy w dziejach świata, Warszawa 2009, s. 32.

[5]       Por.: Wikipedia: Hasło – Upadek planetoidy Eltanin.

 

[1]       Przebiegunowanie Ziemi jest procesem, w którym następuje odwrócenie kierunku ziemskiego pola magnetycznego (zamiana północnego bieguna geomagnetycznego z południowym). Jego wielokrotne zachodzenie w historii Ziemi stwierdzono doświadczalnie w drugiej połowie XX w., m.in. na podstawie wykonanych przez Allana V. Coxa badań resztkowego magnetyzmu skał płyt oceanicznych, zmierzających do weryfikacji hipotezy Wegenera. Kierunek i natężenie pola magnetycznego panujące w przeszłości, określa się na podstawie kierunku pola magnetycznego w skałach. Zmiany biegunów Ziemi są zdarzeniami losowymi (lub mówiąc inaczej, nie znamy jeszcze ich przyczyn) następowały po sobie w odstępach od 10 tysięcy do nawet 50 milionów lat. Średnio zdarzają się co około 250 tysięcy lat, a ostatnie miało miejsce około 780 tysięcy lat temu. Por.: Michel Westphal, Helga Pfaff, Paleomagnetyzm i własności magnetyczne skał, tłumaczenie: Magdalena Kądziałko-Hofmokl, Warszawa, 1993, s. 99-104.

[1]       Por.: Wikipedia: Hasło – Mała epoka lodowa.

[2]       Por.: Duncan Christopher, Susan Scot, Czarna śmierć. Epidemie w Europie od starożytności do czasów współczesnych, przełożyła Agnieszka Siennicka, Warszawa 2008, s. 214.

[3]       Por.: Pamiętne zimy w Europie, „Łowiec” z 1 maja 1888. http://www.wycinki. olejow.pl/?p=6838 24 czerwiec 2010.

[4]       Wojtek Duch, Zima tysiąclecia, która wywołała wielki głód. W 1709 r. zamarzła cała Europa.

[5]       Opisane przez Milutina Milankovicia cykle to okresowe zmiany parametrów orbity ziemskiej, obejmujące ekscentryczność i nachylenie ekliptyki oraz precesję. Uważane są za dominujący mechanizm paleoklimatyczny, gdyż łączny wpływ trzech z nich może w niektórych punktach wpłynąć na zmniejszenie nasłonecznienia o 10% od wartości średniej. Przypuszczano, że ekscentryczność, nachylenie ekliptyki i precesja orbity Ziemi zmienia się i odpowiada prawdopodobnie za cykle epok lodowcowych z okresem 100 tys. lat w czwartorzędzie.         Ponadto oś Ziemi wykonuje cykl precesji z okresem 26 tys. lat. Jednocześnie oś eliptyczna obraca się, ale wolniej, co prowadzi do 21 tys. letniego cyklu pomiędzy sezonami i orbitą. W praktyce oznacza to, że punkty równonocy oraz przesileń przemieszczają się wzdłuż ekliptyki. Por.: Wikipedia: Hasło – Cykle Milankovicia. Podobne teorie były proponowane wcześniej przez Josepha Adhemara, Jamesa Crolla i innych, ale ich sprawdzenie było trudne ze względu na brak poprawnego datowania i wątpliwości, jakie okresy są istotne przy weryfikacji. Por. też: Hanna Winter, Epoka lodowcowa w plejstocenie, https://www.jednaziemia.pl/planeta-dzieje/43-dzieje/zmiany-klimatu/3848-zmiany-klimatu-w-plejstocenie.html

[6]       Por.: Wikipedia: Hasło – Cykle Milankovicia.

[7]       Por.: I. A. Riezanow, Wielkie katastrofy w historii Ziemi, Warszawa 1986, s. 45-46.

[8]       Nazwane tak na cześć angielskiego astronoma Edwarda W. Maundera (18511928).

[9]       Dziś przyjmuje się, że zwiększenie ochłodzenia w tym czasie miało związek z wulkanizmem. Na jego wzrost mogło mieć jednak wpływ wcześniejsze (przyśpieszone) ocieplenie, które mogło mieć związek z aktywnością Słońca.

[10]    Por.: I. A. Riezanow, Wielkie katastrofy w historii Ziemi, Warszawa 1986, s. 46-47.Spotkałem się też z teorią, że w ciągu około 4,6 mld lat historii temperatura, rozmiary i jasność Słońca rosły w tempie 10% na każdy miliard lat. Wskutek tego już dziś Słońce świeci o kilkadziesiąt procent mocniej niż w swoich początkach, a za miliard lat będzie świecić tak mocno, że na Ziemi wyparują oceany, co doprowadzi do końca życia na Ziemi. [Por. np. http://ziemianarozdrozu.pl/encyklopedia/9/zmiany-temperatury-ziemi] Teoria ta nie znajduje potwierdzenia w przebiegu zmian temperatur Ziemi w ciągu minionych miliardów lat.

Obraz za: By R. Clucas – https://web.archive.org/web/20051111095409/http://wrgis.wr.usgs.gov/dds/dds-39/album.html, Domena publiczna, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=45293