Jakim cudem naukowcy wiedzą, co dzieje się z klimatem, skoro zdarza się, że nawet prognoza pogody na najbliższy weekend się nie zgadza? Skąd wiemy, jaki klimat był kilkaset tysięcy lat temu, a tym bardziej, jak będzie zmieniał się w przyszłości? Nadanie klimatologii miana skomplikowanego zagadnienia to zdecydowane niedopowiedzenie. Naturalnie dziedzina ta budzi wiele pytań i wątpliwości. Jednocześnie, jak to często bywa, to, co skomplikowane, jest również szalenie ważne. Wiedza płynąca z badań nad klimatem jest bowiem bezpośrednio związana z naszą teraźniejszością, przyszłością i przede wszystkim – bezpieczeństwem.
W dalszej części artykułu:
- Pogoda to nie klimat...
- Początki badań klimatu
- Klimatyczna przeszłość
- Klimat na dziś
- Klimatyczna przyszłość
- Dlaczego w ogóle badamy klimat?
Pogoda to nie klimat...
Na moment pochylmy się nad pierwszym pytaniem. Jaka jest różnica między pogodą a klimatem? Najprościej ujmując, pogoda jest chwilowym stanem atmosfery – dynamicznym i zmiennym w perspektywie dni, godzin, a nawet minut, zaś klimat jest długoterminowym, statystycznym wzorcem pogodowym charakterystycznym dla danego regionu geograficznego.
Prognozowanie zjawisk pogodowych jest więc zupełnie czymś innym niż długookresowe modelowanie klimatu. Większość warunków pogodowych zachodzi w troposferze – czyli części atmosfery, która jest najbliżej Ziemi. Na stan tej warstwy wpływa gros czynników i zmiennych, w tym: ciśnienie powietrza, temperatura, wilgotność, prędkość i kierunek wiatru. Wypadkową wszystkich tych różnorodnych elementów jest właśnie pogoda w danym czasie i konkretnym miejscu.
Kiedy naukowcy mówią o klimacie, często mają na myśli średnie – średnie opady, nasłonecznienie, temperaturę, wilgotność, prędkość wiatru i inne wskaźniki występujące w danym regionie w perspektywie co najmniej 30 lat.
Tak oto gwałtowny opad śniegu 1 stycznia będzie zjawiskiem pogodowym, a zmniejszenie się średnich opadów w miesiącach zimowych obserwowane przez kilkadziesiąt lat – kwestią związaną ze zmianą klimatu.
Początki badań klimatu
Choć o klimacie głośno zrobiło się stosunkowo niedawno, to wbrew pozorom jego badania nie są młodą dziedziną naukową. Jak to często bywa, pierwsze wnioski płynące z obserwacji klimatu możemy odnaleźć już w starożytności. Jednak nowożytne początki nauki, dziś znanej jako klimatologia, sięgają pierwszej połowy XIX wieku. Za jej ,,ojca” uznaje się Józefa Baptystę Fourier’a. Ten francuski fizyk i matematyk jako pierwszy opisał potencjalne izolacyjne właściwości atmosfery planety – zjawisko dziś powszechnie znane jako efekt cieplarniany.
30 lat później Amerykanka Eunice Foote drogą doświadczeń odkryła znaczenie dwutlenku węgla (CO2) jako gazu cieplarnianego szybko ogrzewającego się pod wpływem promieni słonecznych i powoli oddającego zgromadzone ciepło. Wyniki jej pracy opublikowano ponad 150 lat temu – w 1856 roku.
Klimatyczna przeszłość
Skąd wiemy, jak zmieniał się klimat w historii naszej planety? Jeżeli chodzi o nieodległą przeszłość, sprawa jest prosta – od XVIII wieku dysponujemy mniej lub bardziej regularnymi pomiarami i obserwacjami meteorologicznymi. Sytuacja zaczyna się komplikować, kiedy próbujemy poważniej cofnąć się w czasie. Wtedy z pomocą przychodzą nam tzw. dane pośrednie, na podstawie których możemy badać i odtwarzać klimat. Wśród nich wyróżniamy m.in.:
• badania dendrologiczne – czyli szczegółową analizę szerokości i gęstości słojów drzew. Ich roczny przyrost zależy od takich czynników jak opady deszczu, temperatura powietrza czy koncentracja CO2 w atmosferze, np. jeśli dany rok jest niespotykanie chłodny, to słój wytworzony w takim roku będzie węższy niż słój wytworzony w roku ciepłym, gdy roślina rozwija się w optymalnych temperaturach;
• badania koralowców – tu sytuacja jest podobna do badań dendrologicznych. Szkielety koralowców również przyrastają rocznie, a intensywność ich przyrostu uzależniona jest m.in. od temperatury wody, w której żyją te zwierzęta;
• rdzenie lodowe – są jednym z najbogatszych źródeł danych o klimacie z ostatnich kilkuset tysięcy lat. Ich badanie umożliwia nam poznanie rocznych zmian temperatury oraz sprawdzenie składu chemicznego atmosfery. Jak to działa? W rdzeniach lodowych zachowane są bąbelki powietrza atmosferycznego sprzed setek tysięcy lat, na podstawie których można określić ówczesne stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze. Oprócz powietrza w rdzeniach lodowych uwięzione są cząstki pyłów i aerozoli wulkanicznych. Dodatkowo lodowce również mają warstwy. Na podstawie ich grubości można ocenić np. roczną wartość opadów śniegu.
Rdzeń lodowy z wyraźnymi warstwami
Klimat na dziś
Dziś, dzięki dynamicznemu rozwojowi technologii, do badania klimatu wykorzystujemy przeróżne metody bezpośredniego zbierania danych. Obejmują one pomiary ze stacji meteorologicznych, instrumentów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, samolotów, statków, specjalnych boi wodnych i innych narzędzi naziemnych. Przykładem może być satelita Nimbus III, który już w 1969 roku dostarczył pierwszych, dokładnych danych globalnej temperatury powietrza.
Mając dostęp zarówno do aktualnych, jak i historycznych danych klimatycznych, naukowcy stwierdzają jasno – klimat się zmienia. Już w 1938 r. inżynier parowy Guy Callendar postanowił zrobić sobie przerwę w pracy i zaczął w wolnym czasie mozolnie zbierać informacje ze 147 stacji meteorologicznych na całym świecie. Wykonując wszystkie obliczenia ręcznie, odkrył, że globalne temperatury wzrosły o 0,3°C w ciągu ostatnich 50 lat.
W 1988 roku, w ramach ONZ, powołany został Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC). Do tej pory IPCC opublikował sześć raportów napisanych przez najbardziej uznanych w tej dziedzinie ekspertów z całego świata (najnowszy z nich podsumowuje wiedzę płynącą z ponad 100 tysięcy recenzowanych artykułów naukowych). Od 1990 r. dokumenty te konsekwentnie dowodzą, że Ziemia się ociepla, a przyczyną tego zjawiska jest emisja gazów cieplarnianych przez człowieka (głównie CO2).
Klimatyczna przyszłość
Wiemy, że klimat się zmienia, ale jak sprawdzić, jak dokładnie będzie wyglądać jego przyszłość? Tu sprawy się komplikują. Aby analizować przyszłość klimatu na naszej planecie, naukowcy korzystają z zaawansowanych programów komputerowych zwanych modelami klimatycznymi.
Modele klimatyczne to symulacje, które pozwalają nam badać to, co trudno analizować w wyniku obserwacji w czasie rzeczywistym. Symulacje te uwzględniają wszystkie czynniki, które wpływają na klimat Ziemi, zarówno te, które się nie zmieniają, np. szerokość geograficzna, jak i te, które ulegają wahaniom lub są nieregularne, na przykład pory roku, duże erupcje wulkanów, zanieczyszczenie powietrza lub zwiększenie emisji gazów cieplarnianych. Tak jak w prawdziwym świecie, tak i w modelu wszystkie te czynniki są ze sobą ściśle powiązane.
Po skonfigurowaniu modelu klimatycznego można go przetestować w procesie zwanym „hind-casting”. Proces ten uruchamia model od ,,teraz” i ustawia symulację na osi czasu wstecz. Wyniki porównuje się następnie z udokumentowanymi historycznymi warunkami klimatycznymi i pogodowymi, aby sprawdzić, jak dobrze są one dopasowane. Testy te pozwalają naukowcom przeanalizować dokładność modeli i, jeśli zajdzie taka potrzeba, zweryfikować ich równania.
Dlaczego w ogóle badamy klimat?
Klimat i zachodzące w nim zmiany wpływają na ludzi na całym świecie. Przewiduje się, że rosnące globalne temperatury spowodują dalsze podniesienie poziomu mórz i zmianę wzorców opadów oraz innych lokalnych warunków klimatycznych. Zmieniający się klimat regionalny zmienia kondycję ekosystemów, wpływa na jakość i ilość plonów oraz dostępność wody. Wskazuje się również na zły wpływ globalnego ocieplenia na zdrowie ludzi i zwierząt.
Jak widać, badanie klimatu to nie wróżenie z fusów, a bardzo dokładna i trudna dziedzina naukowa, korzystająca z interdyscyplinarnych źródeł wiedzy i narzędzi, a także bazująca na danych zarówno aktualnych, jak i historycznych. Dzięki niej naukowcy odkrywają przeszłość, badają obecny stan klimatu, analizują wpływ działalności człowieka, przewidują zmiany i ostrzegają przed ich niebezpiecznymi konsekwencjami. Wszystko po to, by już teraz móc się przed nimi skutecznie chronić.
Źródła:
• „Historical Overview of Climate Change”, [w:] Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press.
• A brief history of climate change discoveries (ukri.org)
• „Jak badamy zmianę klimatu?”, K. Domagała, Świętokrzyski Ośrodek Doradztwa Rolniczego w Modliszewicach
• „Skąd naukowcy wiedzą, jaki był klimat przed tysiącami lat?” - nauka.uj.edu.pl
• „Historia badań klimatu” - naukaoklimacie.pl
• „Mit: Modele klimatyczne są niewiarygodne” - naukaoklimacie.pl
• „How do we predict future climate?” - climatekids.nasa.gov
• „How Do We Predict Climate Change?” - scienceexchange.caltech.edu
• „IPCC podsumowuje szósty raport. Od premiery pierwszego emisje gazów cieplarnianych… wzrosły o ponad połowę” - naukaoklimacie.pl
Szukaj
