Globalne zmiany środowiska

1. Globalne zmiany środowiska dr inż. Danuta J. Michczyńska Wykład 2

2. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

3. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

4. Zasadnicze cechy systemu klimatycznego • Fizyczne, chemiczne i biologiczne procesy zachodzą w szerokim spektrum skal czasowych i przestrzennych. • Poszczególne komponenty systemu mogą podlegać różnym prawom, ale są wzajemnie zależne i ich ewolucja nie może być w pełni zrozumiana gdy są rozpatrywane oddzielnie. • System jest otwarty. Ta otwartość tkwi przede wszystkim w fakcie, że Ziemia otrzymuje energię od Słońca, a pomiędzy elementami systemu przekazywana jest energia i materia. • Otwartość systemu skutkuje w ciągłym wzajemnym przystosowywaniu się i złożonych oddziaływaniach pomiędzy komponentami systemu. • Wzajemne oddziaływania są w większości nieliniowe. • Wszystkie elementy znajdują się w stanie równowagi dynamicznej Stabilizacja - uzyskiwana dzięki ujemnym sprzężeniom zwrotnym. Natomiast dodatnie sprzężenia zwrotne są głównym czynnikiem zmian środowiska. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

5. Środowisko jako system dynamiczny Komponenty systemu oddziałują ze sobą w różny sposób w zależności od skali czasu: • Składowe szybkie (godziny – tygodnie) – związane przede wszystkim z atmosferą. • Składowa średniookresowa (sezon – rok – kilka lat) – cykle wegetacyjne, prądy oceaniczne napędzane wiatrem, zmiany zasolenia, SST. • Składowa długookresowa (dziesiątki – setki lat i dłużej) – cyrkulacja termohalinowa, formowanie głębokiej wody oceanów, zmiana szaty roślinnej, bilans masy lodowców i lądolodów. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

6. Środowisko jako system dynamiczny http://esapub.esrin.esa.it/eoq/eoq63/theme2.pdf Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

7. Skale czasowe • Pogoda i klimat ulegają ciągłym zmianom – od powolnych, dostrzegalnych w długich przedziałach czasu do nagłych i dramatycznych. Co jest przyczyną tych zmian? • Środowisko, w którym żyjemy ulega ciągłym zmianom na skutek naturalnych i antropogenicznych przyczyn. • Naturalne zmiany środowiska zawsze były obecne w historii Ziemi, często pojawiały się cyklicznie. • Natomiast zmiany wywoływane działalnością człowieka stały się znaczące w ostatnich kilku stuleciach. Populacja ludzi rośnie –> antropogeniczne zmiany środowiska również będą rosły. • Najlepszą drogą zobaczenia jak zmienia się środowisko jest porównanie jego obecnego stanu i stanu w przeszłości. Jest to możliwe dzięki występowaniu naturalnych zjawisk, które są zależne od klimatu, i których zapis zachował się do czasów współczesnych (dane pośrednie – proxy data). • Kluczem do zrozumienia zmian globalnych jest przede wszystkim zrozumienie czym jest klimat i jak działa. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

8. Klimat a pogoda • Klimat to średni stan środowiska w określonym miejscu i czasie.Obejmuje średnie wartości szeregu zmiennych pogodowych, takich jak: wiatr, temperatura, opady, wilgotność, zachmurzenie, ciśnienie, widoczność i jakość powietrza. • Klimat określonego miejsca można zdefiniować jako średnią (zwykle 30-letnią) pogody. Klimat można określić ilościowo przez obliczenie długookresowych średnich różnych elementów pogody Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

9. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

10. The Climate Time Line http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/ Rysunek uproszczony, nie uwzględnia wzajemnych relacji pomiędzy zjawiskami pojawiającymi się w różnych skalach czasowych. Oś Y – względna zmienność, ale nie oparta na formalnych pomiarach (zmienność – zakres wartości pomiędzy minimum a maksimum). Generalnie: Im krótsza skala czasu – tym w skali przestrzennej większy lokalny wpływ; im dłuższa skala czasu – tym w skali przestrzennej większy globalny wpływ. Np. pogoda (zmienność w przedziale czasowym godziny – tygodnie) może zmieniać się na poziomie lokalnym. Natomiast procesy klimatyczne takie jak wymuszenie orbitalne mogą zmieniać klimat całej planety. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

11. Changes in Earth's climate at different time scales. Image from: Ruddiman, W. F., 2001. Earth's Climate past and future. W.H. Freeman & Sons, New York (http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/about7.html) Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

12. Future ▲ 24 hours Linia czasu Materiały drukowane Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

13. Kadr z filmu „The day after” Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

14. Kadr z filmu ”The day after” Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

15. Pytania • Czy możliwa jest taka/tak gwałtowna zmiana klimatu jak pokazana w filmie „The day after”? • Czy tego typu zmiany miały miejsce w przeszłości? Jak znaleźć odpowiedź na to pytanie? • Jakie są przyczyny zmian klimatu? Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

16. Historia poznawania zmienności środowiska Obserwacje: • Występujące w wielu miejscach Ziemi nagromadzenia okruchów skalnych, żwirów, piasku i gliny początkowo kojarzono jednoznacznie ze śladami biblijnego potopu. • Skąd jednak obecność ogromnych głazów narzutowych na terenach bardzo odległych od skał macierzystych takich głazów? Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

17. Historia poznawania zmienności środowiska Teoria dyluwialna (Wielkiego Potopu) 1830-1833(Principles of Geology) ogromne głazy występujące w glinie – głazy uwolnione z topniejących gór lodowych, które dryfowały podczas Wielkiego Potopu Sir Charles Lyell 1797 - 1875 Teoria zlodowaceń schyłek XVIII wieku – na podstawie obserwacji głazów narzutowych James Hutton formułuje hipotezę, że były one transportowane przez lodowce 1837 – Jean Luis Agassiz przedstawia teorię zlodowaceń; Jean Louis Agassiz 1807-1873 1840 William Buckland stwierdza, że ani teoria potopu, ani dryf gór lodowych nie mogą wytłumaczyć zjawiska głazów narzutowych i przyjmuje teorię Agassiza. William Buckland1784-1856 Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

18. Obserwacje Agassiza i Charpentiera Morena boczna Gorner Glacier, Zermatt,Switzerland Dzięki temu, że w strefie kontaktu lodowiec – podłoże występują wody roztopowe lodowiec może przemieszczać się. Woda spełnia rolę smaru. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

19. Ślady działalności lodowców / lądolodu Moreny boczne i czołowa,Bylot Island, Canada Charakterystyczne żłobkowanie podłoża skalnego jako rezultat przesuwającego się lodowca http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Paleoclimatology/ Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

20. Historia poznawania zmienności środowiska • 1859 – Karol Darwin w swoim dziele „O powstawaniu gatunków” wskazuje na związki pomiędzy zmiennością gatunków i środowiska. • koniec XIX wieku – Jamieson wykazał, że następują wahania poziomu morza;Archibald Geikie wystąpił z ideą wielokrotnych zlodowaceń • 1909 – Albrecht Penck i Eduard Bruckner rozpoznali w szeregach tarasów alpejskich formy polodowcowe powstałe w następstwie oscylacji ciepłych i chłodnych faz klimatu. Ugruntowanie się teorii zlodowaceń. • 1920-1940 Milutin Milankowic odświeżył XIX-wieczną teorię James’a Croll, sugerującą, że zmiany ekscentryczności orbity ziemskiej mogą być przyczyną powstawania zlodowaceń. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

21. Zasięg ostatniego zlodowacenia http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Paleoclimatology/ Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

22. Ślady działalności lądolodu na terenie Polski Głazy narzutowe „Trojaczki”, Tarnów. Przywleczone zostały ze Skandynawii przez lądolód 500 tys. lat temu, w czasie zlodowacenia południowo-polskiego. Skała, z której są zbudowane głazy, to jasnoszary i różowy granitoid Arno o wieku ok. 1,8 - 1,9 miliarda lat. Występuje on w środkowej Szwecji, 40 km na zachód od Sztokholmu, a więc głazy te wtopione w lądolód przebyły do nas drogę liczącą ponad 1000 km. Głaz narzutowy Szwedzki Kamień” w Szczecińskim Parku Krajobrazowym „Puszcza Bukowa” Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

23. Na terenie Polski wyróżnia się co najmniej trzy zlodowacenia:- południowopolskie (Sanu) – zwane też krakowskim;- środkowopolskie (Odry);- północnopolskie (Wisły) – bałtyckie. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

24. Stratygrafia • Stratygrafia - dział geologii historycznej zajmujący się ustalaniem wieku i przyczyn rozmieszczenia skał w skorupie ziemskiej. Twórcą stratygrafii był angielski inżynier William Smith, który w 1795 roku odkrył podczas budowy kanałów, że w warstwach skalnych są obecne charakterystyczne dla nich skamieniałości, które pozwalają te warstwy identyfikować i określać ich wiek geologiczny. Stratygrafia przyczyniła się m.in. do rozwoju badań paleontologicznych. Dopiero jednak rozwój znacznie bardziej precyzyjnej geochemii pierwiastków promieniotwórczych umożliwił wyznaczenie wieku skał w latach. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

25. Stratygrafia – cd. Do podstawowych metod wykorzystywanych przez stratygrafię należą: • litostratygrafia (wykorzystująca właściwości fizyczne i chemiczne skał) • biostratygrafia (wyróżniająca jednostki skalne na podstawie znajdowanych w nich skamieniałości) • chronostratygrafia (porządkująca skały na podstawie ich wieku) • Obecny podział chronostratygraficzny czasu geologicznego można znaleźć na stronie Międzynarodowej Komisji Stratygraficznej - The International Commission on Stratigraphy http://www.stratigraphy.org Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

26. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

27. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

28. Podział chronostratygraficzny Miliony lat Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

29. Kenozoik Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

30. Kenozoik – cd. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

31. Kenozoik – cd. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2

32. Kenozoik – cd. Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2