Globalne zmiany środowiska

Globalne zmiany Globalne zmiany środowiskaśrodowiskadr inż. Danuta J. Michczyńskadr inż. Danuta J. Michczyńska

Wykład 1Wykład 1

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 Globalne Zmiany Środowiska Wykład 1 str. str. 22

Każdego roku znaczna ilość czasu, Każdego roku znaczna ilość czasu, pieniędzy i energii jest zużywana aby pieniędzy i energii jest zużywana aby zidentyfikować i zrozumieć zmiany zidentyfikować i zrozumieć zmiany środowiska, które miały miejsce w środowiska, które miały miejsce w przeszłości, tak by móc zrozumieć obecnie przeszłości, tak by móc zrozumieć obecnie zachodzące zmiany i przewidzieć przyszłe.zachodzące zmiany i przewidzieć przyszłe.


Tematyka wykładów:Tematyka wykładów:

Środowisko geograficzne - pojęcie, elementy oraz uwarunkowania Środowisko geograficzne - pojęcie, elementy oraz uwarunkowania zmian. Skale czasowe. Źródła danych o zmianach klimatu. zmian. Skale czasowe. Źródła danych o zmianach klimatu.

Bilans promieniowania dla Ziemi. Efekt cieplarniany. Bilans promieniowania dla Ziemi. Efekt cieplarniany. Wpływ zmian parametrów orbity ziemskiej na klimat - cykle Wpływ zmian parametrów orbity ziemskiej na klimat - cykle

Milankovica. Milankovica. Cyrkulacja wody w oceanie światowym i jej wpływ na klimat. Cyrkulacja wody w oceanie światowym i jej wpływ na klimat.

Mechanizm tworzenia Głębokiej Wody Północnego Atlantyku Mechanizm tworzenia Głębokiej Wody Północnego Atlantyku (NADW). (NADW).

Metody tworzenia skal czasowych w badaniach środowiska. Metody tworzenia skal czasowych w badaniach środowiska. Zmiany klimatu w Erze Kenozoicznej. Cykl glacjalno-interglacjalny w Zmiany klimatu w Erze Kenozoicznej. Cykl glacjalno-interglacjalny w

Czwartorzędzie. Metody badań klimatostratygraficznych Czwartorzędzie. Metody badań klimatostratygraficznych Czwartorzędu. Czwartorzędu.

Źródła danych paleoklimatycznych - rdzenie lodowe, osady morskie i Źródła danych paleoklimatycznych - rdzenie lodowe, osady morskie i korale. korale.


Tematyka wykładów – cd.Tematyka wykładów – cd.

Źródła danych paleoklimatycznych – dane geologiczne z lądów, Źródła danych paleoklimatycznych – dane geologiczne z lądów, źródła biologiczne - analiza pyłkowa i dendroklimatologia. źródła biologiczne - analiza pyłkowa i dendroklimatologia.

Rozkłady częstości dat U/Th i dat radiowęglowych jako źródła Rozkłady częstości dat U/Th i dat radiowęglowych jako źródła informacji o zmianach środowiska w przeszłości. informacji o zmianach środowiska w przeszłości.

Globalne zmiany klimatu w czwartorzędzie. Globalne zmiany klimatu w czwartorzędzie. Zmiany klimatu na przełomie plejstocenu i holocenu. Zmiany klimatu na przełomie plejstocenu i holocenu. Antropogeniczne gazy cieplarniane w atmosferze. Prognozy emisji i Antropogeniczne gazy cieplarniane w atmosferze. Prognozy emisji i

koncentracji gazów cieplarnianych w najbliższym stuleciu. koncentracji gazów cieplarnianych w najbliższym stuleciu. Zmiany klimatu Ziemi w ostatnim tysiącleciu. Zmiany klimatu Ziemi w ostatnim tysiącleciu. Mechanizm powstawania dziury ozonowej i jej konsekwencje Mechanizm powstawania dziury ozonowej i jej konsekwencje

klimatyczne. klimatyczne. Modelowanie zmian środowiska w oparciu o dane paleoklimatyczne. Modelowanie zmian środowiska w oparciu o dane paleoklimatyczne.


PodręcznikiPodręczniki

Bradley R. S., Paleoclimatology. Reconstructing Climates of the Bradley R. S., Paleoclimatology. Reconstructing Climates of the Quaternary. Harcourt Academic Press, San Diego, 1999. Quaternary. Harcourt Academic Press, San Diego, 1999.

Mannion A. M., Zmiany środowiska Ziemi. Historia środowiska Mannion A. M., Zmiany środowiska Ziemi. Historia środowiska przyrodniczego i kulturowego. PWN, Warszawa, 2003. przyrodniczego i kulturowego. PWN, Warszawa, 2003.

Allen P., Procesy kształtujące powierzchnię Ziemi. PWN, Warszawa, Allen P., Procesy kształtujące powierzchnię Ziemi. PWN, Warszawa, 20002000

Boryczka J., Zmiany klimatu Ziemi. Dialog, Warszawa, 1998Boryczka J., Zmiany klimatu Ziemi. Dialog, Warszawa, 1998 E. Boeker, R. van Grondelle, Fizyka środowiska. PWN, Warszawa, E. Boeker, R. van Grondelle, Fizyka środowiska. PWN, Warszawa,

2002.2002. Peixoto J.P., Oort A.H., Physics of Climate. American Institute of Peixoto J.P., Oort A.H., Physics of Climate. American Institute of

Physics, New YorkPhysics, New York,, 1992. 1992. Goslar T., Naturalne zmiany atmosferycznej koncentracji radiowęgla Goslar T., Naturalne zmiany atmosferycznej koncentracji radiowęgla

w okresie szybkich zmian klimatu na przełomie Vistulianu i w okresie szybkich zmian klimatu na przełomie Vistulianu i Holocenu. Zesz. Nauk. Pol. Śl. Geochronometria 15,1996. Holocenu. Zesz. Nauk. Pol. Śl. Geochronometria 15,1996.

Eddy J. A., Oeschger H. (eds.), Global Changes in the Perspective Eddy J. A., Oeschger H. (eds.), Global Changes in the Perspective of the Past, Wiley & Sons, Chichester, 1993.of the Past, Wiley & Sons, Chichester, 1993.


Artykuły w czasopismach Artykuły w czasopismach naukowychnaukowych Rial J.A., 2004, Abrupt climate change: chaos and order at orbital and Rial J.A., 2004, Abrupt climate change: chaos and order at orbital and

millennial scales. Global and Planetary Change 41millennial scales. Global and Planetary Change 41 Kukla G., Gavin J., 2005, Did glacials start with global warming? Kukla G., Gavin J., 2005, Did glacials start with global warming?

Quaternary Science Reviews 24Quaternary Science Reviews 24 Pillans B., Naish T., 2004, Defning the Quaternary. Quaternary Pillans B., Naish T., 2004, Defning the Quaternary. Quaternary

Science Reviews 23Science Reviews 23 Schiermeier Q., 2006, A sea change, Nature vol. 439 (19 January): A sea change, Nature vol. 439 (19 January):

256-260.256-260. Różański K., 2002, Antropogeniczne zmiany klimatu: mit czy

rzeczywistosc? Postępy Fizyki tom dod. 53D: 162-168. Siegenthaler U. et al., 2005, Stable Carbon Cycle–Climate

Relationship During the Late Pleistocene, Science vol. 310:1313-1317.

Spahni R., 2005, Atmospheric Methane and Nitrous Oxide of the Late Pleistocene from Antarctic Ice Cores, Science vol. 310: 1317-1321.


Interesujące strony www:http://www.ngdc.noaa.gov/http://www.exploratorium.edu/climate/index.htmlhttp://www.ace.mmu.ac.uk/Resources/gcc/index.htmlhttp://www.physicalgeography.net/home.htmlhttp://www.stratigraphy.org/gssp.htmhttp://www.dpc.ucar.edu/globalChange/http://www.realclimate.org/

Strony internetoweStrony internetowe


Środowisko geograficzne Środowisko geograficzne i jego elementyi jego elementy

Środowisko geograficzneŚrodowisko geograficzne (powłokę geograficzną) tworzy zespół (powłokę geograficzną) tworzy zespół

elementów przyrodniczych wzajemnie powiązanych i uwarun-elementów przyrodniczych wzajemnie powiązanych i uwarun-kowanych. Elementami środowiska są atmosfera, hydrosfera, kowanych. Elementami środowiska są atmosfera, hydrosfera, kriosfera, litosfera i biosfera. Cechą charakterystyczną powłoki kriosfera, litosfera i biosfera. Cechą charakterystyczną powłoki geograficznej jest jej piętrowa budowa, wzajemne przenikanie sfer geograficznej jest jej piętrowa budowa, wzajemne przenikanie sfer oraz przestrzenne zróżnicowanie. Za górną granicę powłoki oraz przestrzenne zróżnicowanie. Za górną granicę powłoki przyjmuje się pas atmosfery (stratosfery) odległy o 20-25 km od przyjmuje się pas atmosfery (stratosfery) odległy o 20-25 km od powierzchni Ziemi, w którym występuje maksymalna koncentracja powierzchni Ziemi, w którym występuje maksymalna koncentracja ozonu, za dolną granicę - warstwę podskorupową leżącą średnio 30-ozonu, za dolną granicę - warstwę podskorupową leżącą średnio 30-40 km pod powierzchnią Ziemi (granica ta pod górami znajduje się 40 km pod powierzchnią Ziemi (granica ta pod górami znajduje się na głębokości 70-80 km, natomiast pod oceanami 5-8 km).na głębokości 70-80 km, natomiast pod oceanami 5-8 km).

Środowisko naturalneŚrodowisko naturalne to środowisko geograficzne nie to środowisko geograficzne nie przekształcone przez człowieka lub też przekształcone w niewielkim przekształcone przez człowieka lub też przekształcone w niewielkim stopniu.stopniu.



Elementy środowiskaElementy środowiska

AtmosferaAtmosfera – najbardziej zmienna część środowiska, układ – najbardziej zmienna część środowiska, układ dynamiczny, w którym zachodzi ciągłe przemieszczanie się mas dynamiczny, w którym zachodzi ciągłe przemieszczanie się mas powietrza. powietrza.

Hydrosfera Hydrosfera – woda w stanie ciekłym znajdująca się na powierzchni – woda w stanie ciekłym znajdująca się na powierzchni Ziemi, w oceanach, jeziorach, rzekach i pod powierzchnią Ziemi.Ziemi, w oceanach, jeziorach, rzekach i pod powierzchnią Ziemi.

KriosferaKriosfera – światowe zasoby lodu i śniegu, obejmujące lądolody, – światowe zasoby lodu i śniegu, obejmujące lądolody, lodowce górskie, lód morski, pokrywę śnieżną, lód rzeczny i jeziorny.lodowce górskie, lód morski, pokrywę śnieżną, lód rzeczny i jeziorny.

LitosferaLitosfera – Kontynenty wraz z masywami górskimi i basenami – Kontynenty wraz z masywami górskimi i basenami oceanicznymi, osady i gleby. Elementy te ulegają zmianom bardzo oceanicznymi, osady i gleby. Elementy te ulegają zmianom bardzo powoli i należy je rozpatrywać w skali życia Ziemi.powoli i należy je rozpatrywać w skali życia Ziemi.

BiosferaBiosfera - roślinność lądowa i morska, zwierzęta lądowe (w tym - roślinność lądowa i morska, zwierzęta lądowe (w tym człowiek) i morskie oraz ptaki. Elementy biosfery są bardzo czułe na człowiek) i morskie oraz ptaki. Elementy biosfery są bardzo czułe na zmiany klimatu i ze swej strony mogą wpływać na jego zmiany.zmiany klimatu i ze swej strony mogą wpływać na jego zmiany.


Czas odpowiedzi Pojemność cieplna Albedo

Atmosfera Najszybsza odpowiedź na zaburzenie (dni –miesiąc)Silny cykl dobowyGlobalne mieszanie w ciągu tygodni do miesiąca

Niska – łatwo daje się ogrzać i wprawić w ruchSilne gradienty wertykalne i horyzontalne

Chmury: 50-55% Bezchmurne niebo: ~5%

Hydrosfera Znacznie wolniejszy czas odp. niż atm. Układ warstwowy: Powierzchnia – warstwa mieszająca się (~100m) - odp. od miesięcy do lat Głęboki ocean – stulecia Czas mieszania oceanu ~ 1500lat

Bardzo wysoka – doprowadzenie dużej ilości energii skutkuje małą zmianą temp.

Pow. oceanu: 8%

Kriosfera Wieloskalowość:Szybkie sezonowe zmiany – roczne zmiany zasięgu lodowcówNarastanie lądolodów: 10 000 – 100 000 lat Wycofywanie lądolodów 1000 – 10 000 lat Ważny czynnik kontrolujący poziom oceanów

Wysoka – przejścia fazowe wymagają dostarczenia dużej ilości energii (np. topnienie)

Istotne znaczenie dla klimatu ma wysoka zdolność odbijania prom. słonecznego Stary śnieg ~50% Świeży śnieg - 80-90%

Litosfera Oddziaływuje z klimatem w wielu skalach czasowych - Ruchy płyt kont. - ~1cm/rok - Wietrzenie – średnio 6cm/1000yr Potrzeba milionów lat aby efekt był znaczący - Erupcje wulkanów – natychmiastowe oddziaływanie (skala czasowa jak cyrkulacji atm.)

Niska (.25 x wody)Temperatura lądu – b. zmienna

Rozkład równoleżnikowy

Ciemna gleba ~10% Jasna gleba ~30% Beton ~20%

Biosfera Sezonowy lub roczny dla jednostekStulecia dla zbiorowisk

Las: 5-10% Łąki: 5-25% Lasy deszczowe – najniższe albedo na Ziemi


AtmosferaAtmosfera

Układ warstwowyUkład warstwowy Cyrkulacja atmosferycznaCyrkulacja atmosferyczna


AtmosferaAtmosfera

Mimo że atmosfera nie jest wielkim magazynem wody, jest "super autostradą", którą woda przemieszcza się wokół Ziemi. Woda w atmosferze występuje zawsze. Najlepiej widoczną formą jej obecności są chmury. Ale nawet przejrzyste powietrze w bezchmurny dzień zawiera wodę w postaci małych, niewidocznych gołym okiem cząsteczek. Objętość wody w atmosferze wynosi około 12900 km3. Gdyby cała woda zawarta w atmosferze spadła na Ziemi w jednej chwili, utworzyłaby na powierzchni warstwę o grubości 2.5 cm.


OpadyOpady

Średnie roczne opady na świecie Średnie roczne opady na świecie


HydrosferaHydrosfera

Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez czas dłuższy niż ten potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego. czas dłuższy niż ten potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego. Ocenia się, że około 1 338 000 000 kmOcenia się, że około 1 338 000 000 km33 światowych zasobów wody światowych zasobów wody (1 386 000 000 km(1 386 000 000 km33) znajduje się w oceanach. Stanowi to około ) znajduje się w oceanach. Stanowi to około 96.5% całkowitych zasobów. Szacuje się również, że oceany w około 96.5% całkowitych zasobów. Szacuje się również, że oceany w około 90% zasilają proces parowania.90% zasilają proces parowania.

W okresach oziębienia klimatu na Ziemi znaczna część wody została W okresach oziębienia klimatu na Ziemi znaczna część wody została uwięziona w różnych formach zlodowacenia (lądolody, lodowce), uwięziona w różnych formach zlodowacenia (lądolody, lodowce), zmniejszając tym samym dostępną objętość wody dla innych zmniejszając tym samym dostępną objętość wody dla innych elementów cyklu. Zjawisko odwrotne było możliwe podczas okresów elementów cyklu. Zjawisko odwrotne było możliwe podczas okresów ocieplenia klimatu. W czasie ostatniej epoki lodowej prawie jedną ocieplenia klimatu. W czasie ostatniej epoki lodowej prawie jedną trzecią powierzchni Ziemi pokrywały lodowce, a poziom oceanów był trzecią powierzchni Ziemi pokrywały lodowce, a poziom oceanów był o około 122 m niższy od dzisiejszego. Około 3 milionów lat temu, o około 122 m niższy od dzisiejszego. Około 3 milionów lat temu, kiedy Ziemia była cieplejsza, oceany mogły być nawet 50 m powyżej kiedy Ziemia była cieplejsza, oceany mogły być nawet 50 m powyżej stanu dzisiejszego.stanu dzisiejszego.


HydrosferaHydrosfera

Ponad 96% - to wody słone. Wody słodkie w 68% w lodach i lodowcach. Pozostałe ok. 30% wód słodkich znajduje się pod ziemią. Powierzchniowe zasoby słodkiej wody (rzeki czy jeziora) wynoszą około 93000 km3, co stanowi zaledwie 1/700% całkowitych zasobów wodnych Ziemi. A mimo to rzeki i jeziora są podstawowym źródłem wody w codziennym życiu człowieka.


Obieg wodyObieg wody


KriosferaKriosfera

Lodowce pokrywają 10-11% powierzchni wszystkich Lodowce pokrywają 10-11% powierzchni wszystkich lądów. lądów.

Gdyby dzisiaj stopiły się wszystkie lodowce poziom mórz i Gdyby dzisiaj stopiły się wszystkie lodowce poziom mórz i oceanów podniósł by się o około 70 m (wg National Snow oceanów podniósł by się o około 70 m (wg National Snow and Ice Data Center). and Ice Data Center).

Podczas ostatniego zlodowacenia poziom mórz był o Podczas ostatniego zlodowacenia poziom mórz był o około 122 m niższy od obecnego a lodowce pokrywały około 122 m niższy od obecnego a lodowce pokrywały prawie jedną trzecią lądów. prawie jedną trzecią lądów.

Podczas ostatniego ocieplenia, 125000 lat temu, Podczas ostatniego ocieplenia, 125000 lat temu, powierzchnia mórz utrzymywała się o około 5.5 m wyżej powierzchnia mórz utrzymywała się o około 5.5 m wyżej niż dzisiaj. Około 3 mln lat temu poziom mórz mógł być niż dzisiaj. Około 3 mln lat temu poziom mórz mógł być wyższy nawet o 50.5 m. wyższy nawet o 50.5 m.



LitosferaLitosfera

Formowała się do początku powstania naszej planety, pod wpływem Formowała się do początku powstania naszej planety, pod wpływem procesów zachodzących zarówno we wnętrzu Ziemi, jak i na jej procesów zachodzących zarówno we wnętrzu Ziemi, jak i na jej powierzchni. W wyniku współdziałania tych procesów powstawały i powierzchni. W wyniku współdziałania tych procesów powstawały i powstają skały, złoża minerałów, a także struktury tektoniczne i formy powstają skały, złoża minerałów, a także struktury tektoniczne i formy ukształtowania terenu. ukształtowania terenu. Skalne oblicze Ziemi stale ulega zmianieSkalne oblicze Ziemi stale ulega zmianie, , na efekty niektórych trzeba czekać miliony lat, np. na powstanie gór. na efekty niektórych trzeba czekać miliony lat, np. na powstanie gór. Inne procesy zachodzą bardzo szybko, a skutki ich są katastrofalne, Inne procesy zachodzą bardzo szybko, a skutki ich są katastrofalne, np. trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów. Rzeźba powierzchni Ziemi i np. trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów. Rzeźba powierzchni Ziemi i jej budowa wpływają na przebieg procesów zachodzących w jej budowa wpływają na przebieg procesów zachodzących w atmosferze i hydrosferze oraz pośrednio w przyrodzie ożywionej, atmosferze i hydrosferze oraz pośrednio w przyrodzie ożywionej, różnicując strefowy układ tych elementów środowiska.różnicując strefowy układ tych elementów środowiska.

Dla człowieka litosfera jest podłożem, na którym żyje i które Dla człowieka litosfera jest podłożem, na którym żyje i które przekształca. Jest też źródłem zasobów mineralnych, które przekształca. Jest też źródłem zasobów mineralnych, które wykorzystuje i przetwarza. Niezmiernie długi czas powstawania skał i wykorzystuje i przetwarza. Niezmiernie długi czas powstawania skał i złóż mineralnych powoduje, że zasoby mineralne Ziemi uznajemy za złóż mineralnych powoduje, że zasoby mineralne Ziemi uznajemy za zasoby nieodnawialne. zasoby nieodnawialne.


BiosferaBiosfera

Biosfera, żywa powłoka ziemi wraz ze środowiskiem życia Biosfera, żywa powłoka ziemi wraz ze środowiskiem życia organizmów, obejmująca powierzchniową warstwę skorupy ziemskiej organizmów, obejmująca powierzchniową warstwę skorupy ziemskiej (litosfera), wszystkie wody (hydrosfera) i dolne warstwy atmosfery (litosfera), wszystkie wody (hydrosfera) i dolne warstwy atmosfery (troposfera).(troposfera).

Granice biosfery nie są jednoznacznie określone, większość Granice biosfery nie są jednoznacznie określone, większość organizmów żyje do ok. 100 m wysokości w atmosferze, 150 m w organizmów żyje do ok. 100 m wysokości w atmosferze, 150 m w głąb wody i 3 m w głąb gleby. Zasięgi maksymalne są osiągane głąb wody i 3 m w głąb gleby. Zasięgi maksymalne są osiągane przez utajone formy życia tj. nasiona, zarodniki, które można spotkać przez utajone formy życia tj. nasiona, zarodniki, które można spotkać do kilkunastu kilometrów wysokości.do kilkunastu kilometrów wysokości.

Dla prognozowania przyszłości kuli ziemskiej ma znaczenie ocena Dla prognozowania przyszłości kuli ziemskiej ma znaczenie ocena produktywności biosfery oraz bilansowanie jej zasobów odnawialnych produktywności biosfery oraz bilansowanie jej zasobów odnawialnych i nieodnawialnych.i nieodnawialnych.

Documents

Globalne zmiany środowiska