Globalne zmiany środowiska

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

Wykład 2Wykład 2

Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2 Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2 str. str. 22


FI ZY C ZN Y S Y S T E M K L I M A T U

Fizy ka - dyn am ika a tm o sfery Z m ia nak lim atu

D yn am ika oc ean ów

G loba lnaw ilgo tnoś ć G le by

Bio geo che m ia o c ean ów

E ko sy ste m y lą dow e

C he m iz m t ro po sf er y

B IO G EO C H E M IC Z N E O BIE G I M A T E R I I

G az y ciep larn ia ne

En erg ia i w ilgo tnoś ć kon tynen tów

Dyn

amik

a i c

hem

izm

stra

tosf

ery

Dzi

ałal

ność

czło

wie

ka

Z an iec zys zc ze n ia /gaz y ciep larn ia ne

U ży tk ow a nie z ie m i


Zasadnicze cechy Zasadnicze cechy systemu klimatycznegosystemu klimatycznego Fizyczne, chemiczne i biologiczne procesy zachodzą w szerokim Fizyczne, chemiczne i biologiczne procesy zachodzą w szerokim

spektrum skal czasowych i przestrzennychspektrum skal czasowych i przestrzennych.. Poszczególne komponenty systemu mogą podlegać różnym prawom, Poszczególne komponenty systemu mogą podlegać różnym prawom,

ale są wzajemnie zależne i ich ewolucja nie może być w pełni ale są wzajemnie zależne i ich ewolucja nie może być w pełni zrozumiana gdy są rozpatrywane oddzielniezrozumiana gdy są rozpatrywane oddzielnie..

System jest otwarty. Ta otwartość tkwi przede wszystkim w fakcie, że System jest otwarty. Ta otwartość tkwi przede wszystkim w fakcie, że Ziemia otrzymuje energię od Słońca, a pomiędzy elementami Ziemia otrzymuje energię od Słońca, a pomiędzy elementami systemu przekazywana jest energia i materia.systemu przekazywana jest energia i materia.

Otwartość systemu skutkuje w ciągłym wzajemnym Otwartość systemu skutkuje w ciągłym wzajemnym przystosowywaniu się i złożonych oddziaływaniach pomiędzy przystosowywaniu się i złożonych oddziaływaniach pomiędzy komponentami systemu. komponentami systemu.

Wzajemne oddziaływania są w większości nieliniowe.Wzajemne oddziaływania są w większości nieliniowe. Wszystkie elementy znajdują się w stanie równowagi dynamicznej Wszystkie elementy znajdują się w stanie równowagi dynamicznej

Stabilizacja - uzyskiwana dzięki ujemnym sprzężeniom zwrotnym. Stabilizacja - uzyskiwana dzięki ujemnym sprzężeniom zwrotnym. Natomiast dodatnie sprzężenia zwrotne są głównym czynnikiem Natomiast dodatnie sprzężenia zwrotne są głównym czynnikiem zmian środowiska.zmian środowiska.


Środowisko jako system Środowisko jako system dynamicznydynamiczny Komponenty systemu oddziałują ze sobą w Komponenty systemu oddziałują ze sobą w

różny sposób w zależności od skali czasu:różny sposób w zależności od skali czasu: Składowe szybkieSkładowe szybkie (godziny – tygodnie) – związane (godziny – tygodnie) – związane

przede wszystkim z atmosferą. przede wszystkim z atmosferą. Składowa średniookresowa (sezon – rok – kilka lat)Składowa średniookresowa (sezon – rok – kilka lat) – –

cykle wegetacyjne, prądy oceaniczne napędzane cykle wegetacyjne, prądy oceaniczne napędzane wiatrem, zmiany zasolenia, SST.wiatrem, zmiany zasolenia, SST.

Składowa długookresowaSkładowa długookresowa (dziesiątki – setki lat i dłużej) – (dziesiątki – setki lat i dłużej) – cyrkulacja termohalinowa, formowanie głębokiej wody cyrkulacja termohalinowa, formowanie głębokiej wody oceanów, zmiana szaty roślinnej, bilans masy lodowców i oceanów, zmiana szaty roślinnej, bilans masy lodowców i lądolodów.lądolodów.


Środowisko jako system Środowisko jako system dynamiczny dynamiczny

http://esapub.esrin.esa.it/eoq/eoq63/theme2.pdf


Skale czasoweSkale czasowe Pogoda i klimat ulegają ciągłym zmianom – od powolnych, Pogoda i klimat ulegają ciągłym zmianom – od powolnych,

dostrzegalnych w długich przedziałach czasu do nagłych i dostrzegalnych w długich przedziałach czasu do nagłych i dramatycznych. Co jest przyczyną tych zmian?dramatycznych. Co jest przyczyną tych zmian?

Środowisko, w którym żyjemy ulega ciągłym zmianom na skutek Środowisko, w którym żyjemy ulega ciągłym zmianom na skutek naturalnych i antropogenicznych przyczyn.naturalnych i antropogenicznych przyczyn.

Naturalne zmiany środowiska zawsze były obecne w historii Ziemi, Naturalne zmiany środowiska zawsze były obecne w historii Ziemi, często pojawiały się cyklicznie.często pojawiały się cyklicznie.

Natomiast zmiany wywoływane działalnością człowieka stały się Natomiast zmiany wywoływane działalnością człowieka stały się znaczące w ostatnich kilku stuleciach. Populacja ludzi rośnie –> znaczące w ostatnich kilku stuleciach. Populacja ludzi rośnie –> antropogeniczne zmiany środowiska również będą rosły.antropogeniczne zmiany środowiska również będą rosły.

Najlepszą drogą zobaczenia jak zmienia się środowisko jest Najlepszą drogą zobaczenia jak zmienia się środowisko jest porównanie jego obecnego stanu i stanu w przeszłości. Jest to porównanie jego obecnego stanu i stanu w przeszłości. Jest to możliwe dzięki występowaniu naturalnych zjawisk, które są zależne możliwe dzięki występowaniu naturalnych zjawisk, które są zależne od klimatu, i których zapis zachował się do czasów współczesnych od klimatu, i których zapis zachował się do czasów współczesnych (dane pośrednie – (dane pośrednie – proxy dataproxy data).).

Kluczem do zrozumienia zmian globalnych jest przede wszystkim Kluczem do zrozumienia zmian globalnych jest przede wszystkim zrozumienie czym jest klimat i jak działa. zrozumienie czym jest klimat i jak działa.


Klimat a pogodaKlimat a pogoda

Klimat to średni stan środowiska w określonym Klimat to średni stan środowiska w określonym miejscu i czasie.miejscu i czasie. Obejmuje średnie wartości Obejmuje średnie wartości szeregu zmiennych pogodowych, takich jak: wiatr, szeregu zmiennych pogodowych, takich jak: wiatr, temperatura, opady, wilgotność, zachmurzenie, temperatura, opady, wilgotność, zachmurzenie, ciśnienie, widoczność i ciśnienie, widoczność i jakość powietrza. jakość powietrza.

Klimat określonego miejsca można zdefiniować Klimat określonego miejsca można zdefiniować jako średnią (zwykle 30-letnią) pogody. Klimat jako średnią (zwykle 30-letnią) pogody. Klimat można określić ilościowo przez obliczenie można określić ilościowo przez obliczenie długookresowych średnich różnych elementów długookresowych średnich różnych elementów pogodypogody



The Climate Time LineThe Climate Time Line h http://www.ngdc.noaa.gov/paleo/ctl/ttp://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.


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)


Linia czasuLinia czasu

Materiały drukowaneMateriały drukowane


Kadr z filmu „The day after”


Kadr z filmu ”The day after”


PytaniaPytania

Czy możliwa jest taka/tak gwałtowna Czy możliwa jest taka/tak gwałtowna zmiana klimatu jak pokazana w filmie „The zmiana klimatu jak pokazana w filmie „The day after”? day after”?

Czy tego typu zmiany miały miejsce w Czy tego typu zmiany miały miejsce w przeszłości? Jak znaleźć odpowiedź na to przeszłości? Jak znaleźć odpowiedź na to pytanie?pytanie?

Jakie są przyczyny zmian klimatu?Jakie są przyczyny zmian klimatu?


Historia poznawania Historia poznawania zmienności środowiskazmienności środowiska Obserwacje:Obserwacje: Występujące w wielu miejscach Ziemi Występujące w wielu miejscach Ziemi

nagromadzenia okruchów skalnych, żwirów, nagromadzenia okruchów skalnych, żwirów, piasku i gliny początkowo kojarzono piasku i gliny początkowo kojarzono jednoznacznie ze śladami biblijnego potopu. jednoznacznie ze śladami biblijnego potopu.

Skąd jednak obecność ogromnych głazów Skąd jednak obecność ogromnych głazów narzutowych na terenach bardzo odległych od narzutowych na terenach bardzo odległych od skał macierzystych takich głazów?skał macierzystych takich głazów?


Historia poznawania Historia poznawania zmienności środowiskazmienności środowiska

Teoria zlodowaceńTeoria zlodowaceńschyłek XVIII wiekuschyłek XVIII wieku – na podstawie obserwacji – na podstawie obserwacji

głazów narzutowych James Hutton formułuje głazów narzutowych James Hutton formułuje hipotezę, że były one transportowane przez hipotezę, że były one transportowane przez lodowcelodowce

18371837 – Jean Luis Agassiz przedstawia teorię – Jean Luis Agassiz przedstawia teorię zlodowaceń; zlodowaceń;

Sir Charles Lyell1797 - 1875

Teoria dyluwialna (Wielkiego Potopu)Teoria dyluwialna (Wielkiego Potopu)1830-18331830-1833 (Principles of Geology) ogromne głazy występujące w glinie – głazy uwolnione z topniejących gór lodowych, które dryfowały podczas Wielkiego Potopu

Jean Louis Agassiz 1807-1873

William Buckland 1784-1856

18401840 William Buckland stwierdza, że ani teoria potopu, ani dryf gór lodowych nie mogą wytłumaczyć zjawiska głazów narzutowych i przyjmuje teorię Agassiza.


Obserwacje Agassiza i Obserwacje Agassiza i CharpentieraCharpentiera

Morena boczna Gorner Glacier, Zermatt, Switzerland

Dzięki temu, że w strefie kontaktu lodowiec – podłoże występują wody Dzięki temu, że w strefie kontaktu lodowiec – podłoże występują wody roztopowe lodowiec może przemieszczać się. Woda spełnia rolę smaru.roztopowe lodowiec może przemieszczać się. Woda spełnia rolę smaru.


Ślady działalności Ślady działalności lodowców / lądolodulodowców / lądolodu

Moreny boczne i czołowaMoreny boczne i czołowa,, Bylot Bylot Island, CanadaIsland, Canada

Charakterystyczne żłobkowanie Charakterystyczne żłobkowanie podłoża skalnego jako rezultat podłoża skalnego jako rezultat przesuwającego się lodowcaprzesuwającego się lodowca

http://earthobservatory.nasa.gov/http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Paleoclimatology/Study/Paleoclimatology/


Historia poznawania Historia poznawania zmienności środowiskazmienności środowiska 1859 – Karol Darwin w swoim dziele „O powstawaniu gatunków” 1859 – Karol Darwin w swoim dziele „O powstawaniu gatunków”

wskazuje na związki pomiędzy zmiennością gatunków i środowiska.wskazuje na związki pomiędzy zmiennością gatunków i środowiska. koniec XIX wieku – Jamieson wykazał, że następują wahania koniec XIX wieku – Jamieson wykazał, że następują wahania

poziomu morza;poziomu morza;Archibald Geikie wystąpił z ideą wielokrotnych zlodowaceńArchibald Geikie wystąpił z ideą wielokrotnych zlodowaceń

1909 – Albrecht Penck i Eduard Bruckner rozpoznali w szeregach 1909 – Albrecht Penck i Eduard Bruckner rozpoznali w szeregach tarasów alpejskich formy polodowcowe powstałe w następstwie tarasów alpejskich formy polodowcowe powstałe w następstwie oscylacji ciepłych i chłodnych faz klimatu. Ugruntowanie się teorii oscylacji ciepłych i chłodnych faz klimatu. Ugruntowanie się teorii zlodowaceń.zlodowaceń.

1920-1940 Milutin Milankowic odświeżył XIX-wieczną teorię James’a 1920-1940 Milutin Milankowic odświeżył XIX-wieczną teorię James’a Croll, sugerującą, że zmiany ekscentryczności orbity ziemskiej mogą Croll, sugerującą, że zmiany ekscentryczności orbity ziemskiej mogą być przyczyną powstawania zlodowaceń. być przyczyną powstawania zlodowaceń.


Zasięg ostatniego Zasięg ostatniego zlodowaceniazlodowacenia

http://earthobservatory.nasa.gov/Study/Paleoclimatology/


Ślady działalności lądolodu na Ślady działalności lądolodu na terenie Polskiterenie Polski

Głaz narzutowy Szwedzki Głaz narzutowy Szwedzki Kamień” w Szczecińskim Kamień” w Szczecińskim Parku Krajobrazowym Parku Krajobrazowym „Puszcza Bukowa”„Puszcza Bukowa”

Głazy narzutowe „Trojaczki”, Głazy narzutowe „Trojaczki”, Tarnów. Przywleczone zostały ze Tarnów. Przywleczone zostały ze Skandynawii przez lądolód 500 tys. Skandynawii przez lądolód 500 tys. lat temu, w czasie zlodowacenia lat temu, w czasie zlodowacenia południowo-polskiego. Skała, z południowo-polskiego. Skała, z której są zbudowane głazy, to której są zbudowane głazy, to jasnoszary i różowy granitoid Arno jasnoszary i różowy granitoid Arno o wieku ok. 1,8 - 1,9 miliarda lat. o wieku ok. 1,8 - 1,9 miliarda lat. Występuje on w środkowej Występuje on w środkowej Szwecji, 40 km na zachód od Szwecji, 40 km na zachód od Sztokholmu, a więc głazy te Sztokholmu, a więc głazy te wtopione w lądolód przebyły do wtopione w lądolód przebyły do nas drogę liczącą ponad 1000 km. nas drogę liczącą ponad 1000 km.

http://www.tarnow.pl/ekologia/pomniki_przyrody/duze/26.jpg


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


StratygrafiaStratygrafia StratygrafiaStratygrafia - dział geologii historycznej zajmujący się - dział geologii historycznej zajmujący się

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


Stratygrafia – cd. Stratygrafia – cd.

Do podstawowych metod wykorzystywanych przez Do podstawowych metod wykorzystywanych przez stratygrafię należą:stratygrafię należą:

litostratygrafia (wykorzystująca właściwości fizyczne i litostratygrafia (wykorzystująca właściwości fizyczne i chemiczne skał) chemiczne skał)

biostratygrafia (wyróżniająca jednostki skalne na biostratygrafia (wyróżniająca jednostki skalne na podstawie znajdowanych w nich skamieniałości) podstawie znajdowanych w nich skamieniałości)

chronostratygrafia (porządkująca skały na podstawie ich chronostratygrafia (porządkująca skały na podstawie ich wieku) wieku)

Obecny podział chronostratygraficzny czasu Obecny podział chronostratygraficzny czasu geologicznego można znaleźć na stronie geologicznego można znaleźć na stronie Międzynarodowej Komisji Stratygraficznej - Międzynarodowej Komisji Stratygraficznej - The The International Commission on Stratigraphy International Commission on Stratigraphy http://www.stratigraphy.orghttp://www.stratigraphy.org



Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2 Globalne Zmiany Środowiska Wykład 2 str. str. 2828Miliony lat

Podział Podział chronostratygraficznychronostratygraficzny


KenozoikKenozoikEpoka

Wiekmln lat)

Zarys paleogeografii Świat roślinny Świat zwierzęcy

Pa l eogen

65

Rozszerzały się Oceany Atlantycki i Indyjski, zmniejszały Oceany Tetydy i Spokojny; subkontynent indyjski zderzył się z Azją, a Australia oderwała się od Antarktydy; zbliżanie się lądów Afryki i Europy spowodowało wypiętrzanie się łańcuchów górskich, wskutek ruchów górotwórczych orogenezy alpejskiej; rozczłonkowanie lądów wpłynęło na aktywniejszą cyrkulację wód oceanicznych, czego efektem było ochłodzenie się klimatu; na Antarktydzie rozwinęła się pokrywa lodowa.

Szybki rozwój roślin okrytonasiennych; szczytowy rozwój zielenic z rodziny Dasycladaceae.

W morzach szeroko rozpowszechnione były otwornice (gł. numulity), koralowce, mięczaki (gł. ślimaki i małże), a ze szkarłupni - jeżowce i liliowce; w środowisku lądowym bardzo szybka radiacja ssaków (m.in. koniowate, trąbowce, naczelne), które zajmowały opuszczone po wymarłych gadach nisze ekologiczne.


Kenozoik – cd. Kenozoik – cd. Epoka

Wiekmln lat)


neogen

22,5

Ostateczne zamknięcie Oceanu Tetydy, a dalsze zbliżanie się Afryki i Europy spowodowało wydźwignięcie się wielu łańcuchów górskich (np. Kaukazu, Alp, Karpat, Pirenejów, Gór Betyckich, Atlasu); od Afryki oddzielił się blok Arabii; nastąpiło połączenie Ameryki Pn. z Pd.; zbliżony do dzisiejszego (lub niewiele cieplejszy) klimat, z końcem neogenu uległ wyraźnemu ochłodzeniu będącemu zapowiedzią zbliżającej się epoki lodowcowej.

Powszechne panowanie roślin okrytonasiennych; wyodrębnianie się wielkich zbiorowisk roślinnych tzw. geoflor trzeciorzędowych.

Szybka radiacja adaptatywna wśród ssaków łożyskowych, które opanowały wszystkie nisze ekologiczne i prawie wszędzie (poza Australią) całkowicie wyparły stekowce; ewolucja ssaków drapieżnych; pojawiły się pierwsze małpy człekokształtne.


Kenozoik – cd.Kenozoik – cd.Epoka

Wiekmln lat)


P l e j s t ocen

1,8

Ukształtował się zbliżony do dzisiejszego rozkład lądów i oceanów; silne ochłodzenie klimatu; w połowie plejstocenu nastąpiło wielkie kontynentalne zlodowacenie; w związku z tym kilkakrotnie zmianom ulegał poziom oceanu światowego.

Zmiany w rozkładzie szaty roślinnej na świecie, związane ze zmianami klimatu i zlodowaceniami; przesuwały się strefy roślinne, np. kurczyły się wilgotne lasy równikowe, które ulegały rozdzieleniu na niewielkie wyspy-ostoje (tzw. refugia); następowały migracje całych flor; na niektórych obszarach znaczna ich część wymierała.

Żyły, wymarłe już dziś, zwierzęta zasiedlające strefę tundrową wokół lądolodów (m.in. nosorożce włochate, mamuty, tygrysy szablozębne, hieny i niedźwiedzie jaskiniowe); pojawiły się formy ludzkie m.in. neandertalczyk (Homo sapiens neanderthalensis), a pod koniec epoki człowiek rozumny.


Kenozoik – cd.Kenozoik – cd.Epoka

Wiekmln lat)


Ho l ocen

0,01

Ukształtował się obecny rozkład lądów i mórz, po zmianach poziomu morza wywołanych zlodowaceniem; trwały fałdowania i ruchy wypiętrzające na obszarach młodych gór i dzisiejszych strefach subdukcji, nastąpiły zmiany klimatu wywołane działalnością człowieka.

Szybki rozwój istniejących zbiorowisk roślinnych; zmiany w poszczególnych zbiorowiskach wywołane działalnością człowieka - wycinanie wilgotnych lasów równikowych, eksploatacja lasów strefy umiarkowanej, niszczenie roślinności stref suchych powodujące przesuwanie się granic pustyni; wskutek tych działań wymierają pojedyncze gatunki roślin.

Świat opanował człowiek rozumny (Homo sapiens sapiens), który szeroko rozprzestrzenił się na wszystkie lądy; udomowienie kilkudziesięciu gatunków zwierząt (m.in. kury, świnie, krowy, psy); w związku z przemianami siedlisk życia zwierząt i nieracjonalną gospodarką człowieka wymierają liczne gatunki (m.in. tur, dodo, krowa morska).

Documents

Globalne zmiany środowiska