Czy Zachodnia Antarktyda przeczy wpływowi człowieka na topnienie lądolodu?

Rdzeń lodowy z wydobyty z Ziemi Ellswortha (Zachodnia Antarktyda) dostarczył dowodów na to, że obecne topnienie lodowców w tym rejonie nie przekracza naturalnych zmian. Tym samym antropogeniczny wpływ na zmniejszanie się czapy lodowej w Zachodniej Antarktydzie został poddany pod wątpliwość.

Rdzeń lodowy przebadany został przez zespół brytyjskich badaczy w ramach programu iSTAR Brytyjskiej Służby Antarktycznej (BAS - British Antarctic Survey). Reprezentował on zapis 308 lat (od 1702 do 2009 roku) zmian klimatycznych Zachodniej Antarktydy, które interpretowano m.in. na podstawie fluktuacji składu izotopów stałych tlenu.
Stwierdzono, że klimat w tym rejonie uzależniony był od zmian temperatury wód powierzchniowych oraz ciśnienia atmosferycznego w tropikalnych częściach Pacyfiku (słynne zjawiska El-Niño i La-Niña). Zapis izotopowy w rdzeniu pokazuje, że obecne topnienie w rejonie Ziemi Ellswortha zapoczątkowane zostało pod koniec lat 50-tych XX w., a jego amplituda podobna jest do tych obserwowanych na Półwyspie Antarktycznym i centralnej części Zachodniej Antarktydy.

Nie to jednak jest najciekawsze w tych badaniach. Otóż, obecne tempo topnienia nie jest wyjątkowe w skali ostatnich 300 lat. Krzywe izotopowe, interpretowane jako zapis temperatury, miały w owym czasie bardziej dramatyczne zmiany, czyli okresy gwałtownych ociepleń i ochłodzeń. Do takich sytuacji dochodziło w połowie XIX i w XVIII wieku.

Wniosek z tego płynie taki, że to, co obserwujemy obecnie wcale nie musi być związane z działalnością człowieka, gdyż skala zjawiska nie przekracza naturalnych zmian jakie zachodziły w zachodniej Antarktyce w ciągu ostatnich 300 lat (Thomas et al., 2013).

Ciekaw jestem, jak sprawy potoczą się dalej, gdyż Zachodnia Antarktyda, obok Grenlandii, podawana była jako przykład gwałtownych zmian spowodowanych tzw. globalnym ociepleniem, wiązanym z uwalnianiem przez człowieka sporych ilości CO₂ do atmosfery. W poście poświęconym zmianom poziomu morza wywołanym topnieniem Grenlandii zwróciłem uwagę na to, że Wschodnia Antarktyda notuje obecnie przyrost czapy lodowej, w przeciwieństwie do Zachodniej. Teraz okazuje się, że i w Zachodniej Antarktydzie topnienie można tłumaczyć pre-industrialnymi czynnikami działającymi w przyrodzie.

Nie jest to pierwszy tego typu głos. Podobne badania prowadzono na antypodach, w rosyjskiej Arktyce, gdzie na podstawie rdzenia 1000-letniego stwierdzono, że topnienie lodowców arktycznych jest bardziej złożonym problemem i wcale nie musi wynikać tylko z wpływu człowieka (Opel et al., 2013). W Arktyce w XV i XVI wieku dochodziło do gwałtownych zmian, związanych ze zmianą cyrkulacji atmosferycznej.

Trochę inna skala - krzywa izotopowa tlenu oraz poziom morza na przestrzeni ostatnich 100 mln lat i rozwój czapy lodowej na Antarktydzie (Miller et al., 2008).

Nie jestem ani sceptykiem, ani denialistą, ani też zwolennikiem globalnego ocieplenia. Zawsze, jako człowiek przyzwyczajony do myślenia kategoriami czasu geologicznego, twierdziłem, że 100 czy 150 lat pomiarów to za mało, żeby cokolwiek przesądzać. Patrząc z perspektywy 50 czy 500 mln lat ani obecne stężenie CO₂ ani topnienie lądolodów nie robi wrażenia. Z tej perspektywy ciągle żyjemy w epoce lodowej.

Źródła:
Elizabeth R. Thomas et al., 2013. A 308 year record of climate variability in West Antarctica. Geophysical Research Letters, 40: 5492-5496.

Miller, K.G. et al., 2008. A View of Antarctic Ice-Sheet Evolution from Sea-Level and Deep-Sea Isotope Changes During the Late Cretaceous-Cenozoic. Proceedings of the 10th International Symposium on Antarctic Earth Sciences. Whashington.

Notka prasowa BAS - New ice core record shows climate variability in West Antarctica

Fot. w nagłówku by Elizabeth R. Thomas - Baza w zachodniej Antarktyce

Czytaj więcej

Topnienie lądolodu grenlandzkiego spowoduje... obniżenie poziomu morza

Tak, to prawda. Wbrem obiegowej opinii, stopnienie lądolodu grenlandzkiego nie spowoduje podniesienia poziomu morza na całym świecie. Można nawet uogólnić i stwierdzić, że nie wpłynie to na eustatyczne podniesienia poziomu morza. Są natomiast takie rejony świata, gdzie poziom morza wręcz obniży się. I to znacznie. Nawet do 100 m. Wiem, że w mediach szerzy się klimatyczny defetyzm i ogólnie wciska się ludziom, że zmniejszająca się czapa lodowa na Grenlandii spowoduje zalanie olbrzymich obszarów nadmorskich w Europie, w tym także i w Polsce. Dlaczego ja tak nie uważam?

Zacznę do tego, że Ziemia to nie drewniana, ani żelazna kula z rozlaną po powierzchni wodą, która wypełnia zagłębienia. Ziemia ma dość skomplikowany kształt. Na tyle skomplikowany i niepowtarzalny, że nazwano go geoidą. Geoida ma wybrzuszenia i zagłębienia, których powierzchnia nie pokrywa się z elipsoidalną linią referencyjną stosowaną do pomiarów wysokości. Trudno więc porównać ze sobą poziomy morza w różnych układach odniesienia. Linia "zero" jednego układu odniesienia może różnić się od takiej samej linii w drugim układzie nawet o 50 cm lub więcej w samej tylko Europie. Dla porównania - układ odniesienia Triest (Adriatyk) różni się od układu Kronsztad (Bałtyk) o +0.67 m w stosunku do powierzchni referencyjnej elipsoidy. Trudno więc orzec, czy zmiany poziomu morza np. w układzie Kronsztad dotyczą wyższego poziomu morza czy też odkształcenia geoidy.

Dopiero do kilkunastu lat znamy w miarę dokładny kształt geoidy, który można stosować jako globalny poziom odniesienia w pomiarach satelitarnych. Dlatego też dopiero od niedawna można mówić o globalnych zmianach. W dalszym jednak ciągu pomiary trwają i należy spodziewać się kolejnych, dokładniejszych odwzorowań powierzchni geoidy. Ostatni model grawitacyjny Ziemi EGM2008 pochodzi sprzed paru lat (np. Pavlis et al., 2012). Odkształcenia geoidy powodują, że część wody spływa do zagłębień w geoidzie, więc tam należy spodziewać się wzmożonego napływu wód, większego niż w miejscach wyniesionych. Np. wschodnie wybrzeża USA są obniżone w stosunku do Grenlandii o prawie 150 m (patrz poniższy rysunek). Nierównomierny rozkład materii w skorupie ziemskiej powoduje też nierównomierny rozkład potencjału grawitacyjnego. To jedna z przyczyn, dla której poziom morza nie będzie podnosił się równomiernie na całym świecie, jak w laboratoryjnej menzurce.

Kształt geoidy ziemskiej wg modelu EGM2008 z widocznymi odchyleniami w stosunku do referencyjnej elipsoidy (NGA).

Powyższy akapit zawiera także dalsze wytłumaczenie dotyczące lądolodu grenlandzkiego, który - jak się domyślacie - sporo waży. Z wyliczeń P.J. Petersena wynika, że lądolód grenlandzki waży 2.66946 x 1018 kg. To oczywiście dużo, więcej niż jesteśmy w stanie sobie wyobrazić. Taka masa lodu ma swój potencjał grawitacyjny, który przyciąga wodę oceanu i powoduje jej podniesienie w pobliżu Grenlandii. Gdy zdejmiemy z niej lądolód, Grenlandia stanie się lżejsza, a wtedy woda oceaniczna odpłynie od niej. Przyciąganie grawitacyjne Grenlandii z lądolodem powoduje wygięcie powierzchni oceanu w promieniu dochodzącym do 2000 km, zatem większość pn. Atlantyku ma powierzchnię grawitacyjnie podniesioną (rysunek poniżej).

Grawitacyjne ugięcie powierzchni oceanu w pobliżu obiektu o dużej masie (góra); zmiany poziomu morza w zależności od tego który lądolód stopnieje (wg Battersby'ego, 2013).

I tu pojawia się kolejna kwestia. Ciężki lądolód wgniata skorupę kontynentalną Grenlandii w plastyczny płaszcz ziemski. Gdy lód zniknie, lżejsza Grenlandia podniesie się. I teraz uwaga - stopnienie lądolodu to mniejsza grawitacja i podniesienie izostatyczne Grenlandii, które spowodują obniżenie poziomu morza u wybrzeży tej wyspy o około 100 m. Siedząc dostatecznie długo na brzegu Grenlandii zobaczymy, że morze cofa się i opada. Podobne zjawisko zachodzi na tarczy bałtyckiej, która ciągle jeszcze podnosi się po zrzuceniu lądolodu ostatniego zlodowacenia, powodując, że Bałtyk staje się coraz płytszy.

Zjawisko obniżenia poziomu morza dotknie w zasadzie całą Europę. Oczywiście im dalej od Grenlandii, tym obniżenie poziomu morza będzie słabsze, ale np. Islandia, Irlandia czy zachodnia Szkocja doczekają się obniżenia poziomu morza, zamiast ogłaszanego nieustannie podniesienia. W Polsce pewnie też poziom morza opadnie, ale nieznacznie (uwaga - nie biorę pod uwagę innych składowych zmian poziomu morza).

Oczywiście, zjawiska te nie zachodzą z dnia na dzień. Trudno więc dokładnie powiedzieć w jakim tempie będzie odbywało się izostatyczne podnoszenie tarczy grenlandzkiej i przyległych do niej obszarów. Z teoretycznych rozważań wynika, że Arktyka wolna od lodu spowoduje ostatecznie podniesienie poziomu głównie w południowym Atlantyku i pd. Pacyfiku - przy założeniu, że czapa lodowa Antarktydy pozostanie nietknięta. Pewien wpływ na poziom morza ma także woda z górskich lodowców, ale podobnie do Grenlandii, ona także spowoduje zdjęcie ciężaru z gór i ich izostatyczne podniesienie, a więc relatywne obniżenie poziomu morza.

Rekordowy zasięg lodu antarktycznego z września 2012 (NASA).

Z obserwacji ostatnich lat wynika, że faktycznie dość szybkiemu topnieniu Arktyki towarzyszy przyrost czapy lodowej na Antarktydzie, szczególnie w jej wschodniej części. W 2012 r. odnotowano rekordowy zasięg pokrywy lodowej Antarktydy, przy jednoczesnym, rekordowo małym lądolodzie grenlandzkim. Jak widać ubytkowi lodu w Arktyce towarzyszy przyrost lodu na antypodach. Czy te procesy równoważą się? Trudno powiedzieć. Jednocześnie notuje się wiarygodne dane o podnoszeniu się poziomu morza. Wydaje się jednak, że jest to w większości efekt przyrostu objętości wody wskutek podniesienia jej temperatury (termalnej ekspansji oceanu).

Jak wynika z powyższego obrazka wg Cazenave (tak, to Anny) i Nerema (2004), obecnie ekspansja termiczna ma największe znaczenie. Ci sami autorzy przedstawiają również zestawienie (patrz poniżej), z którego wynika, że udział lodu grenlandzkiego i antarktycznego w zmianach poziomu morza był na początku XXI w. trudny do oszacowania.

Świeżutkie dane z tego roku pokazują trendy zmiany masy lądolodu Antarktydy i Grenlandii, które również wskazują regiony gdzie dochodzi do przyrostu masy, szczególnie we wschodniej Antarktydzie (obrazek poniżej).

Trend zmiany masy lądolodu Antarktydy (a) i Grenlandii (b). Barwy od zielonej w stronę czerwieni i bieli wskazują przyrost masy lodu. Od zieleni w stronę granatu - ubytek masy (wg Barletta et al., 2013).

Myślę, że przyjdzie nam po prostu poczekać jeszcze trochę na analizę efektów globalnego wzrostu temperatury. Być też może, że nie dożyjemy jednoznacznego opracowania i problem pozostawimy wnukom.

Źródła:
Fot. w nagłówku: Christine Zenino (CC-BY)

Barletta, V.R. et al., 2013. Scatter of mass changes estimates at basin scale for Greenland and Antarctica. The Cryospherei, 7: 1411-1432. doi:10.5194/tc-7-1411-2013
Battersby, S., 2013. Where melting ice means retreating seas. New Scientist, 2915.
Cazenave, A. & Llovel, W., 2010. Contemporary Sea Level Rise. Annual Review of Marine Science, 2: 145-173. doi: 10.1146/annurev-marine-120308-081105
Cazenave, A. & Nerem, R.S., 2004. Present-day sea level change: observations and causes. Reviews of Geophysics, 42: 2003RG000139
Church, J.A. et al., 2010. Understanding Sea-Level Rise and Variability. Blackwell Publishing Ltd.
Mitrovica, J.X. et al., 2001. Recent mass balance of polar ice sheets inferred from patterns of global sea-level change. Nature, 409: 1026-1029.

Czytaj więcej

Czy koniki polne uratują świat?

Tak. Parę lat temu stwierdzono, że odżywianie się szarańczą zamiast schabowym czy gulaszem, skutecznie zmniejszy pogłowie bydła i trzody chlewnej. I, być może, świnie i krowy wylądowałyby tylko w zooach (jak mówi moja córka). Spowodowałoby to ograniczenie emisji metanu - gazu cieplarnianego, czyli spowolnienie efektu cieplarnianego. Teraz okazuje się, że koniki polne mają znacznie szerszy potencjał zbawczy. Mogą zwiększyć pochłanianie dwutlenku węgla z atmosfery w procesie fotosyntezy. Wystarczy je nieustannie denerwować.

Pomysł jest genialny w swej prostocie. Koniki polne i wszelka szarańcza, odżywiają się głównie trawami czy też pędami i listkami roślin. Gdy konik jest spokojny i zadowolony z siebie, nie grozi mu żadne niebezpieczeństwo, to konik spokojnie zjada trawę i całe to odżywcze zielsko. Stado zrelaksowanych koników czy szarańczy jest w stanie wygryźć wszystko, do cna. Nie zostanie nic. Co innego konik polny zdenerwowany.

Taki konik nie może spokojnie skupić się na konsumpcji. Nerwowo rozgląda się wypatrując niebezpieczeństwa. Jeśli coś skubnie, to tak nerwowo, nie do końca. Trawa przeżyje inwazję zdenerwowanej szarańczy. Jeśli przeżyje, będzie mogła kontynuować wzrost i w procesie fotosyntezy pochłaniać CO₂ z atmosfery. Trawa wygryziona do gołej ziemi, nie. Ot, cała zagadka.

Co może zdenerwować konika polnego? Na przykład obecność drapieżnika, który mógłby je w trakcie konsumpcji zaatakować. Sprawa jest poważna, gdyż w obecności drapieżnika denerwującego koniki polne, trawa jest w stanie pobrać prawie półtora raza więcej węgla z atmosfery, oczywiście w postaci CO₂. Wyliczono to eksperymentalnie porównując rozmiar spustoszeń spowodowanych przez zrelaksowane koniki polne z tymi wyrządzonymi przez koniki zaniepokojone obecnością drapieżnych pająków (Strickland et al., 2013).

Plaga szarańczy w Australii wyjada trawę na boisku piłkarskim (fot. Mattinbgn CC-BY-SA)

Oczywiście, malkontenci mogą stwierdzić, że to nie koniki polne ratują świat przed globalnym ociepleniem, tylko drapieżne pająki. Ale zaprawdę, to nie drapieżniki jedzą trawę!

Idąc tym tropem dochodzimy do wniosku, że wszystkie roślinożerne zwierzęta należałoby denerwować. Zdenerwowana zebra nie będzie tak bardzo skubać sawanny, wystarczy, że w pobliżu będzie się czaił jakiś lew. Przykłady można łatwo mnożyć. Łatwo się też zapędzić. No bo przecież najłatwiej denerwować ludzi.

Źródła:
Strickland, M., Hawlena, D., Reese, A., Bradford, M., & Schmitz, O. (2013). Trophic cascade alters ecosystem carbon exchange Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1305191110

Fot. w nagłówku ToniVC via Compfight cc

Czytaj więcej

Stężenie 400 ppm dwutlenku węgla w atmosferze osiągnięte

Kiedy w Polsce obchodziliśmy Dzień Flagi, w obserwatorium na Hawajach zarejestrowano rekordowy poziom stężenia dwutlenku węgla (CO₂) w atmosferze. Wieczorem, 2 maja 2013 r., po zachodzie słońca, kiedy ustała fotosynteza, stężenie CO₂ w atmosferze dobiło do rekordowego poziomu 400 ppm czyli do 0.04%. To najwyższa wartość od czasu zainstalowania czujników w 1958 r. Mało tego, to największe stężenie w ciągu ostatnich 800 tys. lat.

Obserwatorium znajduje się w pobliżu szczytu hawajskiego wulkanu Mauna Loa (Mauna Loa Observatory - MLO) i dostarcza obecnie danych pomiarowych z najdłuższej, nieprzerwanej obserwacji stężenia CO₂ w atmosferze ziemskiej. Krzywa zmian nazywana bywa krzywą Keelinga od nazwiska Charlesa Davida Keelinga, który w 1956 zainicjował program pomiaru stężenia ditlenku węgla w atmosferze a w 1958 roku doprowadził do otwarcia obserwatorium na Hawajach.

Obserwatorium na Hawajach (MLO)

Od 2 maja stężenie CO₂ cały czas oscyluje wokół 400 ppm, co prawda średnia dobowa jest nieco niższa, ale maksymalne stężenie 3, 7 i 8 maja przekraczało 0.04% CO₂ w atmosferze. Kiedy rozpoczęto rejestrację pod koniec lat 50-tych - stężenie wynosiło w granicach 315 ppm. Szacuje się, że tzw. średnia przed-industrialna to 280 ppm.

Stężenie dwutlenku węgla w atmosferze od 2 do 8 maja 2013 r. zmierzone w obserwatorium na Hawajach.

400 ppm rejestrowano już w ubiegłym roku w arktycznych stacjach pomiarowych, ale to właśnie wskazania hawajskich mierników, ze względu na swoje położenie na środku oceanu traktowane są jako średnia dla całej Ziemi. Tak więc możemy uznać, że właśnie 2 maja 2013 r. padł globalny rekord nie pobity od conajmniej 800 tys. lat.

Stężenie ditlenku węgla w ostatnich 800 tys. lat. Widać olbrzmi skok obecnego stężenia. Część badaczy sądzi, że przekroczyliśmy granicę, gdzie stężenie będzie przyrastało w sposób wykładniczy (wg Scripps Institution of Oceanography).

Średnie stężenie dobowe CO₂ niebawem spadnie o kilka ppm-ów, co jest związane z rozpoczęciem wegetacji roślin półkuli północnej. Rośliny w procesach fotosyntezy pobierają dwutlenek węgla z atmosfery, stąd charakterystyczny ząbkowany przebieg krzywej Keelinga, związany z porami roku. Jak się domyślacie, najwyższe stężenie CO₂ spodziewane jest tuż przed rozpoczęciem wiosennej fotosyntezy na półkuli północnej, gdzie znajduje się większość lądów. Spadek jednak nie przekracza 10 ppm i w przyszłym roku bariera 400 ppm będzie pokonana znacznie wcześniej.

Krzywa Keelinga. Zielona linia oznacza 400 ppm (wg MLO).

Jaka będzie przyszłość? Stężenie będzie rosło, przynajmniej przez najbliższe lata. Za naszego życia świętować będziemy przekroczenie 450 a może i 500 ppm. W ubiegłym roku ludzie wyemitowali do atmosfery 36 miliardów m³ CO₂, o 1 miliard więcej niż w poprzednim roku. I to tylko z powodu recesji. Magiczna wartość krytycznego stężenia dwutlenku węgla przesunięta została na 450 ppm. Tej granicy nie powinniśmy przekroczyć, podobno. Zakłada się, że przy stężeniu 450 ppm CO₂ średnia temperatura na Ziemi wzrośnie o 2^oC. Póki co, nie jesteśmy na to przygotowani, przynajmniej my Polacy. Wystarczy popatrzeć na to jak się budujemy.

Źródła:
ESRL Global Monitoring Division - Mauna Loa Observatory (MLO)
Fot. w nagłówku - Plaża na Hawajach Photo Credit: Justin Ornellas via Compfight cc

Czytaj więcej

Alpejskie lodowce znikają na naszych oczach

Połowa kwietnia, w Alpach jeszcze ponad 3 metry śniegu a tu niespodzianka. W 2012 roku 98% austriackich lodowców znacznie stopniało. Najwięcej cofnął się, leżący w masywie Grossglockner, lodowiec Pasterze - ponad 97 metrów. To dotychczasowy rekord rocznego topnienia lodowców w austriackich Alpach.

Wnioski oparto na pomiarach rozmiarów 95 lodowców. Spośród nich, 93 lodowce cofnęły się średnio o 17.4 metra a tylko 2 nie zmieniły swoich rozmiarów. Rekordowy wynik zaniku lodu odnotowano na wspomianym już lodowcu Pasterze - 97.3 metra, co jest największym cofnięciem się lodowca od czasu rozpoczęcia pomiarów w 1879 roku. Poprzednio notowano znacznie mniej, pomiary mieściły się w granicach -24.7 do -40.3 metra. Z pozostałych lodowców, lodowiec Gepatschferner w dolinie Kaunertal cofnął się o 72.7 metra a Waxeggkees o 52 metry.

Zanik lodowca Waxeggkees widoczny na zdjęciach z lat 1929-2012 (wg www.gletscherarchiv.de)

Dla porównania, w 2011 roku austriackie lodowce cofnęły się średnio o 17 metrów; w 2010, tylko o 14 metrów. Powody cofania się lodowca, generalnie rzecz biorąc, ograniczają się do jednego: więcej stopniało latem niż napadało zimą. Austriackie Towarzystwo Alpejskie uważa, że stoi za tym wzrost średniorocznych temperatur. Okazuje się, że nawet zwiększone opady śniegu nie niwelują wzrostu temperatur. Zima 2011/12 była cieplejsza o 1.3^oC od średniej długoterminowej, a lato o 2.2^oC.

Szwajcarskie lodowce Tschierva i Roseg też topnieją (wg www.gletscherarchiv.de)

Bardzo pouczające jest przestudiowanie wykresu pokazującego ruch lodowców od 1879 r. (rysunek poniżej). Widać, że tempo cofania się lodowców stale się zwiększa. Jedynie w latach 1970-1991 mieliśmy częściowy przyrost lodu w Alpach. Pewnym pocieszeniem dla miłośników lodu może być ogólny trend spadkowy tempa cofania się lodowców alpejskich notowany w ciągu ostatnich 20 lat.

Tempo cofania się lodowców w Alpach (na czerwono). Niebieski oznacza przyrost, szary - brak zmian (wg OeAV)

Prognozy są takie, że lodowce nadal będą znikać w Alpach w podobnym tempie. Być może jesteśmy ostatnim pokoleniem, które doświadczy ich obecności. Oczywiście, ciekawe jak na tym tle zapisze się rok 2013, który, przynajmniej z polskiej perspektywy, zaczął się bardzo mroźnie i śniegowo.

---------
ps. lodowiec Pasterze czyta się paster-ze ;)

Źródła:
Oesterreichischer Alpenverein (OeAV) - Starker Gletscherrückgang in Österreich
[html] [pdf]

Das Gletscherarchiv

fot. w nagłówku: lodowiec Pasterze - widoczna tablica wskazująca pozycję lodowca w 1980 r. Photo Credit: Joachim Götz via Compfight cc

Czytaj więcej

Zielona Sahara, czyli jak powstał starożytny Egipt

Przy okazji przedłużającej się zimy i dyskusji na temat zmian klimatu warto uzmysłowić sobie, że wpływ na te zmiany ma bardzo wiele czynników i tak naprawdę, to nie wiemy jak będzie w Polsce za 50 czy 100 lat. Jedyne co możemy zrobić to przyglądać się zmianom z przeszłości i wyciągać wnioski na przyszłość. To takie okrągłe zdanie, z którego nic nie wynika, m.in. dlatego, że wachlarz przyczyn i skutków jest ogromny. Przykładem niedawnych zmian klimatycznych, których do końca jeszcze nie rozszyfrowaliśmy jest tzw. wilgotny okres afrykański, który związany był z holoceńskim optimum klimatycznym.

Być może niektórzy pamiętają film "Angielski pacjent", który rozpoczyna się sceną malowania sylwetek pływaków, znanych z jaskini, w której umiera później główna bohaterka. Jaskinia Pływaków (Cave of Swimmers) położona jest w pd.-zach. Egipcie, na płaskowyżu Gilf Kebir, w pobliżu granicy z Libią. Oprócz wspomnianych pływaków, wśród rysunków naskalnych pełno jest zwierząt, w tym słoni, żyraf, antylop, bydła i kóz. No i łowców. Jaskinię odkrył w 1933 r. podróżnik węgierski László Almásy, który napisał później, że rysunki obrazują bujne życie, które kiedyś kwitło na tym pustynnym płaskowyżu. Jednak przed wojną brakowało ludziom wyobraźni i wiedzy na temat zmian klimatu, więc sugestie Almásy'ego traktowano jako jego fantazje. Wydawało się przecież niemożliwe, żeby największa pustynia świata była nie tak dawno rajskim ogrodem.

Swimmer's cave (Photo Credit: Paul Ealing 2011 via Compfight cc)

Ale takich scen jak na płaskowyżu Gilf Kebir jest na Saharze więcej. W połowie XIX w. niemiecki badacz Afryki, Heinrich Barth, podróżując z Trypolisu do Timbuktu natknął się jako pierwszy Europejczyk na saharyjskie petroglify. Wspominał później, że przedstawione na nich bogactwo życia ogromnie kontrastowało z bezludnym krajobrazem pustyni. Podobnie jak niemal sto lat później, Barthowi również trudno było wyobrazić sobie, że Sahara wyglądała kiedyś zupełnie inaczej.

Ennedi w Czadzie (Photo Credit: marches-lointaines.com via Compfight cc)

Dzisiaj wiemy, że petroglifów na Saharze przedstawiających bogaty świat zwierzęcy jest bardzo dużo. Właściwie to należy uznać, że Sahara jest największym na świecie skupiskiem rysunków naskalnych. Wszystkie pochodzą sprzed ok. 9-6 tys. lat temu i wszystkie pokazują Saharę jako bujną sawannę lub zakrzewiony step. Dziś wiemy także, że petroglify pokazują prawdę. Sahara była kwitnącą krainą 7 tysięcy lat temu. Archeolodzy nazywają ten okres neolitem subpluwialnym, albo mokrą czy też zieloną Saharą. Geolodzy lub geografowie umieszczają te wydarzenia w holocenie.

Świat petroglifów Gilf Kebir i obecnej Sahary.

Holocen rozpoczął się wraz z końcem ostatniego glacjału. Było to ok. 10-11 tys. lat temu i holocen, jak na razie, trwa do dziś. Holocen oczywiście nie był klimatycznie jednorodny i mamy w nim kilka okresów cieplejszych i zimniejszych. Pomijając obecne zmiany, które nawet w skali holocenu są bardzo krótkie, najcieplejszy okres nazywany atlantyckim przypada na czas od 8 000 do 5 000 lat temu, czyli na wspomniane wydarzenia wilgotnego okresu afrykańskiego.

Z badań osadów jeziornych rozmieszczonych na Saharze wiemy, że poziom wód w okresie atlantyckim był znacznie wyższy, a samych jezior było też więcej. Dla przykładu, wysychające dziś jezioro Czad było wtedy większe od Morza Kaspijskiego (miało ponad 400 tys. km²). Takich megajezior było na Saharze kilka: megajezioro Fezzan w Libii, megajeziora Chotts w Algierii czy megajezioro Turkana.  

Wilgotna Sahara przypominała leżący na południe od niej Sahel, pokryty sawanną. Zamieszkiwały ją liczne zwierzęta, łącznie z wymarłym żyrafowatym siwaterium czy pelorowisem, reprezentującym dzikie bydło. Wierzyć się nie chce, ale suchy dzisiaj jak pieprz masyw Tibesti pokrywały lasy dębowe i orzechowe. Rosły także lipy, olchy i wiązy, a u podnóża tego wulkanicznego masywu drzewa oliwne i jałowce. Doliny wypełniały rzeki pełne ryb. Krajobrazu dopełniali zaś łowcy-zbieracze, którzy w wolnych chwilach, popasając rysowali na skalnych ścianach saharyjską sielankę.

Badania przybrzeżnych osadów Atlantyku wykazały też, że wilgotna Sahara dostarczała znacznie mniej pyłu, co dowodzi istnienia zwartej pokrywy roślinnej znacznie zmniejszającej erozję eoliczną. Z zapisu w rdzeniach z dna oceanicznego wiemy też, że Sahara wyschła nagle. W przeciągu 100-200 lat zaczęła dostarczać tyle pyłu pustynnego co dzisiaj. Środowisko wilgotnej sawanny zastąpione zostało wybitnie suchą pustynią. Podobnie było też na Półwyspie Arabskim.

Wykresy zmian w ciągu ostatnich 20 tys. lat:
A) ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi;
B) poziom wód w jeziorach afrykańskich;
C) ilość wody wypływającej z Nilu;
D) ilość pyłu w osadzie z rdzenia oceanicznego pobranego u wybrzeży Mauretanii;
E) zmiany w składzie izotopu wodoru wosku roślinnego z jeziora Tanganika (deMenocal & Tierney, 2012).

Jak do tego wszystkiego doszło? Zazielenienie Sahary związane jest z przesunięciem się strefy monsunów bardziej na północ od równika, w ten sposób, że swoim zasięgiem objęły Saharę. Pokrywa się to z okresem maksimum nasłonecznienia wyliczonym dla 20^oN na podstawie zmian parametrów orbity Ziemi. Orbita Ziemi ulega cyklicznym zmianom przebiegającym w trzech podstawowych cyklach, tzw. cyklach Milankovicia: cyklu ekscentryczności (ok. 400 lub 100 tys. lat), cyklu nachylenia ekliptyki (ok. 40 tys. lat) oraz cyklu precesji (ok. 26 tys. lat). W przypadku wilgotnego okresu afrykańskiego, mamy zaznaczony silny wpływ precesji Ziemi na ilość energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi.

Ennedi - pozostała namiastka zielonej Sahary
(Photo Credit: _desertsky via Compfight cc)

Obliczono, że ok. 10 tys. lat temu, wraz z początkiem holocenu, na 20^oN dostarczane było ok. 480 W/m² energii słonecznej. Obecnie jest to ok. 450 W/m².Większenie nasłonecznie i wydłużone lato powodowało zwiększenie się różnicy temperatur pomiędzy lądem a oceanem. Latem Sahara nagrzewała się szybciej i mocniej od oceanu co wytwarzało szeroki pas niskiego ciśnienia nad lądem, zasysający wilgotne powietrze znad tropikalnego Atlantyku. W efekcie, letnie monsuny zasilały w wodę olbrzymie połacie północnej Afryki. Oczywiście, zimą występował odwrotny efekt, gdyż lądy szybciej wychładzają się od oceanu (bezwładność cieplna). Proste modele uwzględniające tylko oddziaływanie atmosfery pokazują, że zwiększenie letniego nasłonecznienia o 7% (czyli tyle ile podczas okresu atlantyckiego) spowodowało zwiększenie opadów monsunowych w Afryce o co najmniej 17%.

Przedstawione powyżej wykresy wyraźnie pokazują, że zmiany na Saharze miały gwałtowny charakter. Przejście od trwającego ponad 5 tys. lat okresu wilgotnego do suchego trwało zaledwie nieco ponad 100 lat (3-4 pokolenia ludzkie). Z zielonej krainy nie zostało nic, oprócz petroglifów. Ludność, która zamieszkiwała Saharę musiała przemieścić się w inne, bardziej przyjazne miejsca. Część z nich znalazała się w dolinie Nilu i dała początek cywilizacji starożytnego Egiptu. I to jest największa nauka na przyszłość - nic nie jest wieczne i do niczego nie należy się przyzwyczajać.

Źródła:
fot. w nagłówku: pteroglify z Gilf Kebir. Photo Credit: Paul Ealing 2011 via Compfight cc

deMenocal, P., Ortiz, J., Guilderson, T., Adkins, J., Sarnthein, M., Baker, L., & Yarusinsky, M. (2000). Abrupt onset and termination of the African Humid Period: Quaternary Science Reviews, 19 (1-5), 347-361 DOI: 10.1016/S0277-3791(99)00081-5

deMenocal, P. B. & Tierney, J. E., 2012. Green Sahara: African Humid Periods Paced by Earth's Orbital Changes. Nature Education Knowledge 3(10):12.

Czytaj więcej

Ile waży ludzkość i co z tego wynika?

Ludzie ważą 287 milionów ton, w sumie. Na sumę tę składa się jednak tylko ludzkość, która ukończyła 18 lat, czyli dorośli. Dzieci i młodzieży nie policzono. Wyliczeń dokonano na podstawie danych statystycznych dla wszystkich krajów świata z roku 2005. Pod uwagę brano liczbę dorosłych oraz wskaźnik masy ciała (BMI - Body Mass Index). W sumie wyszło tyle, ile wyszło. Ważne jest to, że zaczynamy uświadamiać sobie, że nie wystarczy ograniczać przyrost liczby ludności świata, żeby zapobiec kryzysowi wyżywienia. Przecież tak naprawdę chodzi o ograniczanie biomasy ludzkości, czyli pochodnej liczby ludności i jej wagi. Jeden duży zje tyle co dwóch małych, czyż nie?

287 mln ton, to dużo czy mało? Jak wspomniałem, w rzeczywistości masa ludzkości jest wyższa, gdy doda się dzieci oraz kraje takie jak Tajwan czy Serbia (nie mówiąc już o Arubie czy Guam), których nie uwzględniono, z powodu niepewnych danych. Poza tym, od 2005 roku ludzi na świecie przybyło. Jest jednak jeszcze jeden problem - przyrost liczby ludzi otyłych. Po prostu ludzie ważą za dużo i tych otyłych jest coraz więcej. Z wyliczonych 287 milionów ton, 15 milionów ton to wynik nadwagi (BMI > 25).

Jak można się było domyślić, Stany Zjednoczone Ameryki Północnej są krajem najgrubszych ludzi. Mieszka tam 6% całej populacji, która stanowi 7.4% biomasy ludzkiej. 34% ludzi otyłych mieszka właśnie tam (BMI > 30). Z kolei w Azji mieszka 61% biomasy ludzkiej, ale tylko 13% biomasy ludzi otyłych. W przeliczeniu na tony - jedna tona ludzi to około 12 dorosłych Amerykanów. Za to aż 17 dorosłych Japończyków czy 20 mieszkańców Bangladeszu. Co ciekawe, drugie miejsce w otyłości zajmuje Kuwejt - 12.9 osoby na tonę, a trzecie Chorwacja - 13.1 osoby na tonę (Walpole et al., 2012).

Porównanie obecnej biomasy ludzi w różnych krajach z ich biomasą w przypadku BMI amerykańskiego i japońskiego (Walpole et al., 2012).

Po co to nam te dywagacje? Ludzie stoją na szczycie drabiny pokarmowej. Do życia potrzebna jest im energia dostarczana w postaci pożywienia. Ta energia to pochodna liczby ludności i jej wagi. Zatem wzrost zapotrzebowania na energię potrzebną do wyżywienia ludzkości związany jest nie tylko ze wzrastającą liczbą ludzi na świecie, ale także ze średnią wagą każdego dorosłego człowieka. Jeśli wskaźnik masy ciała będzie rósł, to zapotrzebowanie na żywność wzrośnie bardziej niżby to wynikało ze wzrostu liczby ludności. Kłania się tutaj teoria wzrostu wykładniczego czy też Thomas Malthus, który ponad 200 lat zauważył, że przyrost ludności odbywa się w tempie wykładniczym a przyrost zasobów w tempie arytmetycznym, więc czeka nas kryzys wyżywienia. Co prawda kryzysowi wyżywienia zapobiegać może coraz lepsza technologia produkcji, ale to tylko przesuwa moment kryzysu.

Przykładowo, gdyby wszyscy ludzie mieli taki wskaźnik masy ciała (BMI) jaki jest w tej chwili w USA, wzrost biomasy ludzi o 58 milionów ton odpowiadałby prawie miliardowej populacji ludzi o średnim wskaźniku masy, ale wymagałby użycia energii potrzebnej do wyżywienia zaledwie połowy tej liczby ludzi z nadwagą (dokładnie: 935 mln o średnim BMI vs. 473 mln o podwyższonym BMI). Wniosek z tego płynie taki, że wzrost średniej wagi ciała wpływa na zużycie ziemskich zasobów w taki sam sposób jak zwiększenie liczby ludności. Jeśli nie będziemy się rozmnażać, ale będziemy tyć, efekt będzie ten sam. Zwiększy się biomasa ludzi. 

Z trendów panujących w obecnym świecie wynika, że problemów z wyżywieniem ludzkości będzie przybywać i to szybciej niż do tej pory sądzono. Ludzie chcą po prostu jeść więcej a sposobem na otyłość ma być wzmożona aktywność fizyczna. Przypomina to błędne koło - jedzenia i spalania. Wszystkie te zmiany wymagają jednak zupełnie innego podejścia ludzkości do życia. W tej chwili stać na to tylko najbogatszych, ale oni niechętnie godzą się na to, m.in. dlatego, że są bogaci i to nie oni będą ponosić konsekwencje przeludnienia. Natomiast nawoływanie biednych do zmiany trybu życia mija się z celem, bo oni też chcą być bogaci i mieć wspomniane problemy w nosie.


Źródła:
Sarah C Walpole, David Prieto-Merino, Phil Edwards, John Cleland, Gretchen Stevens and Ian Roberts (2012). The weight of nations: an estimation of adult human biomass BMC Public Health DOI: 10.1186/1471-2458-12-439


Fot. w nagłówku: Didier Vidal (CC-BY-SA) http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tremendo_gordo.jpg

Czytaj więcej

Kokolitofory - mali bohaterowie mórz i oceanów

Ostatnio sporo miejsca poświęca się CO₂. Już chyba nawet dzieci w przedszkolu wiedzą, że jest to gaz cieplarniany i że jego stężenie w atmosferze znacznie wzrosło w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Ekolodzy alarmują, że grozi nam globalne ocieplenie, a duże stężenie CO₂ w wodzie morskiej rozpuszcza wapienne szkielety koralowców, którym grozi zagłada. Jednak w tej wizji apokalipsy prawie wcale nie przedstawia się innych mieszkańców mórz i oceanów, którzy pełnią kluczową rolę (nie boję się tego słowa) w obiegu węgla w przyrodzie. Kokolitofory (Coccolithophores), bo o nich mowa, to tajemnicze morskie żyjątka, które wpływają na klimat na Ziemi bardziej niż Wam się wydaje. Kokolitofory w procesie fotosyntezy wychwytują dwutlenek węgla, ale jednocześnie w procesie biologicznego wytrącania węglanu wapnia uwalniają CO₂. To balansowanie pomiędzy wychwytywaniem a uwalnianiem ditlenku węgla jest częścią biologicznej pompy węgla. Ponieważ odbywa się to na olbrzymią skalę w oceanach, jest jednym z podstawowych czynników regulujących obieg CO₂, i węgla w ogólności, w przyrodzie.
Kokolitofory należą do samożywnych (autotroficznych) organizmów jednokomórkowych, które wymykają się popularnej taksonomii. Przyjęło się nazywać je glonami wapiennymi lub złotowiciowcami. Ale tak naprawdę nie należą do roślin. Różni je od nich typ chlorofilu. Rośliny mają zasadniczo chlorofil a i b, zaś kokolitofory a oraz c. Ponadto nie są zabarwione zielonym chloroplastem, lecz żółtawo-brązowawym barwnikiem zwanym fukoksantyną. Tego nie znajdziecie na wikipedii, więc dodam, że oprócz dwóch wici mają jeszcze jedną, tajemniczą antenkę zwaną haptonema.

Schemat budowy kokolitofora, widać dwie wici i haptonemę oraz chloroplast zabarwiony fukoksantyną. Te czarne ząbki na zewnątrz (ang. base plate scale) to kokolity budujące kokosferę (rys. Bown 1998)

Ponieważ są to organizmy jednokomórkowe, to na tym podstawowym poziomie złożoności, przyjęło się organizmy dzielić na Unikonta - te z jedną wicią; Bikonta - z dwiema wiciami; i Heterokonta - czyli dwie wici i  antenka (haptonema).

Jeśli nie możecie się odnaleźć w tym schemacie, to pomyślcie o ludzkim plemniku. Ma tylko jedną witkę. Czyli naszym dalekim przodkiem był jednokomórkowiec z grupy Unikonta. Do tej grupy należą też grzyby oraz takie tam amebowate i pokrewne.
Grupa Bikonta (nie mylić z popularnymi dziennikarzami) to wszelkiego rodzaju rośliny, otwornice, promienice itp.
A owe Heterkonta, to właśnie nasze kokolitofory, które podobnie do innych Heterokonta mają ten brązowawy barwnik, więc nazwano je hurtem Chromista. Z natury są więc kolorowe i ci z Was, którzy byli nad morzem pewnie widzieli na plaży brązowawe wodorosty. One też należą do Chromista, to brunatnice, a najpopularniejszy nad Bałtykiem to oczywiście morszczyn. W sumie do Heterokonta zalicza się w tej chwili ponad 100 tys gatunków, w tym znane z lekcji biologii okrzemki.

Morszczyn pęcherzykowaty (Fucus vesiculosus) na plaży. Chromist, nie roślina
(fot.  Stemonitis CC-BY-SA)

Zakładam, że już wiecie, w jakiej grupie są kokolitofory. Mają one jednak jeszcze jedną wyjątkową cechę. Ich komórki otaczają się wapiennym szkielecikiem. Komórka jest mniej więcej kulista, a szkielecik składa się z okrągłych tarcz stykających się ze sobą w ten sposób, że szczelnie pokrywają komórkę. Taka osłonka to kokosfera, a pojedyncza tarcza to kokolit. Wszystko to są maleństwa, bo kokolit ma od 2 do 20-30 mikrometrów. Gołym okiem tego nie widać. Jest to tak małe, że do badań używa się albo mikroskopów skanningowych, albo optycznych o powiększeniach rzędu x1000.

Zakwit kokolitoforów na Morzu Barentsa.
Widać zmętnienie wody pokrywające setki km kwadratowych  (fot.  NASA)

Jednak w tych małych organizmach jest ogromna siła. One sezonowo zakwitają, tzn. kiedy temperatura, nasłonecznienie i składniki odżywcze osiągną pewien próg zaspokojenia potrzeb kokolitoforów zaczyna się szaleńczy podział komórek i w krótkim czasie woda oceaniczna zamienia się w mleko na obszarze nawet kilkuset km². Najlepiej widać to na zdjęciach satelitarnych. Współcześnie takim najpopularniejszym gatunkiem kokolitofora jest Emiliania huxleyi. Badania nad zakwitami tego gatunku pomogą nam zrozumieć co tak naprawdę dzieje się w oceanach. Dlaczego?

Nasza bohaterka Emiliania huxleyi widziana pod mikroskopem skanningowym. Widać całą kokosferę złożoną z tarczowatych kokolitów zachodzących na siebie (fot.  Alison R. Taylor CC-BY)

Kokolitofory są jednym z głównych producentów biomasy w oceanach. Jako organizmy samożywne stoją na początku łańcucha pokarmowego, więc to od nich zależy co się będzie działo dalej z rozwojem kolejnych drapieżników, na rekinach, wielorybach i człowieku skończywszy. Jako autotrofy pochłaniają CO₂ i tu możemy im przyklasnąć, ale jako organizmy biokalcyfikujące (wytrącające węglan wapnia - CaCO₃) już nas martwią. Tzn. głównie interesuje nas jak wygląda różnica pomiędzy wychwytywaniem a wydalaniem CO₂ przez kokolitory, czyli wspomniany już balans. Pamiętajmy też, że kiedy kokolitofor umiera (więdnie?) na dno oceanu dostają się ogromne ilości węgla pogrzebane w osadzie jako biomasa oraz wapienny osad. Zatem cykl życiowy kokolitoforów jest jednym z głównych czynników wpływających na obieg węgla w przyrodzie. Mówiąc inaczej, rozwój kokolitoforów w strefie fotycznej powoduje redukcję CO₂ przy powierzchni wody i wchłanianie CO₂ z atmosfery w mechanizmie organicznej pompy węgla - węgiel ląduje na dnie oceanu w postaci mułu wapiennego oraz materii organicznej.

Inny, popularny współczesny gatunek kokolitofora Coccolithus pelagicus
(fot. Richard Lampit & Jeremy Young CC-BY-SA)

Niestety, ta fajna cecha wiązania węgla jest rozmemłana przez odwrotny proces - uwalnianie dwutlenku węgla podczas wytwarzania węglanu wapnia. W tym procesie jony HCO₃ i Ca₂ łączą się w CaCO₃ i uwalniają CO₂ jako resztę :( I tu jest pies pogrzebany. Całe wysiłki badaczy są obecnie skierowane na obserwacje, w jaki sposób kokolitofory radzą sobie z balansowaniem pomiędzy wzrastającą zawartością CO₂ w atmosferze, zakwaszaniem oceanów itp.

Inny przykład zakwitu kokolitofor u wybrzeży Alaski. Widać skalę zjawiska i można sobie wyobrazić jak powierzchnia Morza Beringa zasysa dwutlenek węgla z atmosfery (fot. NASA)

Swego czasu uważało się, że kalcyfikacja i uwalnianie CO₂ do wody morskiej powoduje jej zakwaszanie przez kokolitofory, ale okazuje się, że w wodach o dużym stężeniu CO₂ kokolitofory (Emiliania huxleyi) radzą sobie lepiej. Przypomina to sytuację z końca mezozoiku, skąd pochodzą największe pokłady osadów wapiennych złożonych głównie z kokolitów. Wszelkie przesłanki wskazują na to, że mieliśmy wtedy do czynienia z 'greenhousem' i bardzo dużym stężeniem CO₂ w atmosferze. Do tego należy jeszcze dodać, że ta mleczna woda oceaniczna, działa podobnie jak czapa lodowa. Zwiększa albedo Ziemi. Nie jest to do końca potwierdzone, ale może się okazać, że istnieje zależność pomiędzy wzrostem temperatury a produkcją kokolitofor. Im cieplej tym mniejsze czapy lodowe, ale większa produkcja węglanu wapnia w oceanach, pogrzebanie węgla i równoważenie albedo.

Trochę przypomina to "Daisy World" Lovelocka, ale być może coś jest na rzeczy. W każdym razie, ja bardzo proszę wszystkich klimatologów! Nie zapominajcie o kokolitoforach.

ps. nie chce mi się tutaj podpierać literaturą, bo jest sobota i 23:17 cyknęła, ale jak ktoś będzie bardzo chciał, to mogę podesłać. Z takich staroci mogę polecić książkę Hansa Thiersteina & Jeremy'iego Younga (eds.), 2004. Coccolithophore from Molecular Processes to Global Impact. 565 pp. Springer. ISBN 3-540-21928-5

pps. i nie chce mi się dzisiaj być SEO i linkować w tekście (szczególnie w leadzie i na końcu i interlinkować). Nie chce mi się wymyślać headów i keywordsów boldować itd (coś tam wyboldowałem, bo tekst długi i nudny). A tak w ogóle, to uważam, że SEO to śmierć internetu. I mam w nosie bota gugli. niech sobie jeździ po mnie :) [edit] to była ironia i zrzymanie się na pozycjonowanie, które zabija istotę przekazu.

Źródła:
Beaufort L, Probert I, de Garidel-Thoron T, Bendif EM, Ruiz-Pino D, Metzl N, Goyet C, Buchet N, Coupel P, Grelaud M, Rost B, Rickaby RE, & de Vargas C (2011). Sensitivity of coccolithophores to carbonate chemistry and ocean acidification. Nature, 476 (7358), 80-3 PMID: 21814280


Richier, S., Fiorini, S., Kerros, M., von Dassow, P., & Gattuso, J. (2010). Response of the calcifying coccolithophore Emiliania huxleyi to low pH/high pCO2: from physiology to molecular level Marine Biology, 158 (3), 551-560 DOI: 10.1007/s00227-010-1580-8

Fot. w nagłówku: Gephyrocapsa oceanica podkolorowana przez Richarda Bartsa (CC-BY-SA)

Czytaj więcej

Zagłuszanie oceanu

Toń wodna, głębia oceaniczna kojarzy się nam z ciszą. Motyw tonięcia, zanurzania się, opadania na dno często łączony jest z odcięciem od dźwięku. Prawdę mówiąc, większość z nas tak wyobraża sobie świat głucho-niemych, jak świat pod wodą, gdzie nie można mówić i słuchać. Pamiętacie Wielki błękit Luca Bessona?
Nic bardziej mylnego. Od początku swego istnienia ocean wypełniony jest dźwiękiem. Rozchodzą się w nim fale dźwiękowe wywołane przez procesy geologiczne, takie jak trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów. Do tego dochodzą głosy zwierząt takich jak wieloryby, delfiny, kałamarnice czy krewetki. Głosy te słychać było w całym oceanie od wielu milionów lat. Ostatnio jednak w morzach i oceanach panuje prawdziwy harmider.

Domyślacie się już pewnie, że to sprawka człowieka. I macie rację. Używanie silników okrętowych, łodzi motorowych i wszelkiej maści hałasujących urządzeń zaczęło skutecznie zagłuszać naturalne odgłosy oceanu. Nie wspominając o eksploatacji złóż węglowodorów z dna oceanu...
Wyobraźcie sobie, że w oceanie pozbawionym dieslowskiego hałasu, głos płetwala błękitnego rozchodził się na odległość ponad 1500 mil morskich (prawie 2800 km). Czyli tak jak z Warszawy do Madrytu (do Moskwy jest tylko 1150 km)!
Obecnie jednak płetwale z trudem słyszą się z odległości 150 km.

Wieloryby, delfiny i foki używają dźwięków aby komunikować się między sobą, znajdować pożywienie i ostrzegać przed niebezpieczeństwem. Walenie mają bardzo słaby wzrok i kiepski węch. Ich jedynym sposobem na budowanie sobie przestrzennego obrazu otoczenia jest echolokacja. Używają dźwięku podobnie jak to czynią nietoperze. Generalnie, fiszbinowce wydają dwie grupy dźwięków: jedne służące echolokacji, inne komunikacji.

Konwersacje humbaków (długopłetwców, Megaptera novaeangliae) często porównywane są do śpiewu, gdyż zawierają regularną frazę, która powtarza się rytmicznie, niczym refren. Humbaki potrafią śpiewać przez wiele godzin, wydmuchując powietrze przez masywne otwory nosowe (nie mają strun głosowych). Ale humbaki rozwinęły także system specyficznych dźwięków, z których korzystają w określonych, powiedzmy, sytuacjach towarzyskich. Zidentyfikowano dźwięki wydawane przez dorosłego osobnika w otoczeniu młodych typu "tutaj jestem, płyńcie za mną". Dźwięki samców typu "szukam żony" oraz typu "Ta samica przede mną to moja żona". A także dźwięki samicy wołającej swoje dzieci typu "Przypłyńcie już, obiad gotowy". Co ciekawe, każda samica ma własny głos, rozpoznawany tylko przez jej dzieci (Dunlop et al., 2010). Obserwacje fiszbinowców pozwalają zrozumieć kompleksową ewolucję systemu komunikacji dźwiękowej (Kaplan, 2008).

Nasze morskie ssaki potrafią wydawać bardzo niskie dźwięki o częstotliwości już od 10 Hz do 31 kHz. Część z nich, poniżej 16 Hz, to infradźwięki niesłyszalne dla ucha ludzkiego, które słyszy w przedziale od 20 Hz do 20 kHz. Trzeba jeszcze pamiętać, że w wodzie dźwięki rozchodzą się prawie 5 razy szybciej niż w powietrzu, ok. 1.5 km/s.

Spektrogram dźwięków wydawanych przez humbaka (fot. spyrogumas CC-AS-A3.0 Unported License)

Hałas generowany przez człowieka rozbija zupełnie sieć powiązań socjalnych morskich ssaków. Np. humbaki nie są w stanie dostatecznie dobrze się rozumieć, ani wynaleźć innego skutecznego mechanizmu porozumiewania się. Wydaje się, że jest to jedno z największych zagrożeń dla tych morskich ssaków. Większe od zanieczyszczenia wód czy zmian klimatycznych. Te zwierzęta są po prostu oszałamiane przez kakofonię dźwięków ludzkich urządzeń morskich.

Przyszedł czas na to, żeby zastanowić się jak bardzo człowiek hałasuje w wodzie oraz w jaki sposób przyczynia się to zgubnych w skutkach grzęźnięć wielorybów na piaskach plażowych.
NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) rozpoczęło monitoring podwodnego hałasu, którego następnym krokiem będzie opracowanie technologii, która będzie tłumiła niepożądane dźwięki. Na pierwszy ogień pójdą wielkie morskie kontenerowce, szczególnie uciążliwe dla waleni. Potem planuje się wyciszyć urządzenia platform wiertniczych pracujących na szelfach morskich. Nie podjęto chyba jeszcze decyzji co do sonarów łodzi podwodnych, które też nieźle dają się we znaki wielorybom.

Ostatecznie oczekuje się nowych uregulowań prawnych, które będą brały pod uwagę także hałas generowany przez urządzenie pracujące na morzu.

Dedykuję ten post Agacie O. (za jej aktywność w fanklubie) oraz wszystkim Dziadkom z okazji Dnia Dziadka (może zrobi im się trochę raźniej, że nie tylko oni są zagłuszani).

Źródła:
1. Dunlop, R., Cato, D., & Noad, M. (2010). Your attention please: increasing ambient noise levels elicits a change in communication behaviour in humpback whales (Megaptera novaeangliae) Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 277 (1693), 2521-2529 DOI: 10.1098/rspb.2009.2319

2. Kaplan, M. (2008). Marine biologists interpret whale sounds Nature DOI: 10.1038/news.2008.984

3. NOAA Ocean Explorer http://oceanexplorer.noaa.gov/edu/learning/13_ocean_pollution/activities/noise_pollution.html

[EDIT] 4. Melcón, M.L. et al., 2012. Blue whales respond to anthropogenic noise PLoS ONE 7 (2): e32681 http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0032681 (artykuł ukazał się już po opublikowaniu wpisu. Podziękowania dla Tomasza Skawińskiego za link)

5. Fot. w nagłówku: Śpiewające humbaki NOAA Public Domain

Czytaj więcej

Bałtyk jest coraz płytszy

W dobie globalnego ocieplenia, przyzwyczailiśmy się, że poziom morza stale się podnosi. Topią się lądolody Grenlandii, rozmarza wieczna zmarzlina na północy Kanady, topią się górskie lodowce. Cała ta woda spływa do morza (jak wiadomo), więc ogólnym, spodziewanym trendem jest podnoszenie się poziomu morza. Od wielu lat prowadzi się pomiary średniego poziomu morza w wielu miejscach na Ziemi. Potrzebne jest to chociażby do ustalania poziomu odniesienia dla prac geodezyjnych (niwelacyjnych). Obecnie w Polsce stosuje się głównie poziom odniesienia Kronsztad (od nazwy wyspy u ujścia Newy koło Sankt Petersburga w Rosji). Inny poziom odniesienia, np. Triest (miasto na pograniczu włosko-słoweńskim), to ponad 40 cm różnicy w średnim poziomie morza.
Nie trzeba mieć wielkiej wyboraźni, by stwierdzić, że skoro globalnie poziom morza się podnosi z powodu wspomnianego na wstępie ocieplenia, to i nasz poziom odniesienia będzie się zmieniał. Aby być na bieżąco z poziomem odniesienia można przeglądać w internecie witrynę Permanent Serivce for Mean Sea Level (PSMSL). W zakładce 'Products' tejże witryny znajdujemy 'Derived Trends → Relative Sea Level Trends' i przystępujemy do intelektualnej konsumpcji.


Ponieważ wchodzę na stronę PSMSL z Polski, więc od razu widzę przed sobą mapę wybrzeży Bałtyku i zachodnich wybrzeży Europy (patrz poniżej). Uwagę przykuwają niebieskie strzałki skierowane w dół, które otaczają Bałtyk. Oznaczają one, że poziom wody w Bałtyku spada w tempie nawet do 4 mm rocznie. Szczególnie w rejonie Zatoki Botnickiej.

W tym samym czasie np. na wybrzeżach Holandii i Belgii obserwujemy odwrotny trend, poziom morza podnosi się do 4 mm na rok. Zresztą, pomniejszając mapkę, tak, aby objąć także Amerykę, zauważymy, że Bałtyk jest tu wyjątkiem.

Jak to wytłumaczyć? Sprawa wydaje się dość prosta. Taki trend odpływu wody z Bałtyku jest prawdopodobnie związany z podnoszeniem się tarczy bałtyckiej. Jest to efekt zrzucenia ze Skandynawii ciężaru pokrywy lodowca ostatniego zlodowacenia czyli izostatyczne podnoszenie tarczy bałtyckiej. Pionowe ruchy wynoszące tarczę rejestrowane były już od dawna, ale ostatnio ten trend jakby nieco się nasilił. Informacje na ten temat znajdziemy w kolejnej zakładce PSMSL 'Training & Information → Geophysical Signals'. Warto prześledzić mapkę przewidywań wynoszenia lądów uwolnionych od pokrywy lodowej ('GIA → Further Information and Predictions').

Ze wspomnianej strony PSMSL można także ściągnąć plik .kml i otworzyć go w Google Earth, żeby zobaczyć dane pomiarowe ze stacji rejestrujących. Niestety, nie znalazłem danych dla Kronsztadu. Ciekawe, co na to nasi rodzimi geodeci? Z braku Kronsztadu zamieściłem poniżej dane z Landsort w Szwecji z wyraźnie widocznym trendem spadkowym.

 Jak widać, nad wybrzeże bałtyckie będziemy mieć coraz dalej z każdym rokiem. Ale za to coraz szersze plaże.

Źródła:
1.Permanent Service for Mean Sea Level www.psmsl.org
2. Zdjęcie w nagłówku: Arkone CC-ASA-2.5 Generic License

Czytaj więcej