Friday, September 10, 2010

O zaletach globalnego termostatu czyli ziemska klimatyzacja

    Wroce dzisiaj do problemu katastrof klimatycznych, ktore periodycznie nawiedzaja nasza planete. Jest to bowiem problem dosyc fascynujacy nie tylko dlatego, ze sprzyjajace powstawaniu zycia warunki sa raczej ewenementem niz regula w sytuacji gdy Ziemia spedza wieksza czesc czasu swojego istnienia w warunkach, ktore rozwojowi zycia nie sprzyjaja i ktore w przeszlosci stanowily bardzo ostre kryterium selekcyjne dla organizmow biosfery, ale w pierwszym rzedzie dlatego, ze przebieg zaleznosci temperatury powierzchni Ziemi od czasu ma wyglad odbiegajacy od tego, ktory moznaby oczekiwac. Spojrzmy ponownie na znany z poprzednich artykulow wykres temperatury uzyskany z danych glacjologicznych przez stacje Wostok na Antarktydzie (podobny wykres podaja tez glacjologowie na podstawie logowca z Grenlandii) . Jest to wykres siegajacy ponad 400 000 lat wstecz. Widzimy na nim prawie periodyczna zaleznosc temperatury od czasu wyrazajaca sie w postaci wykresu typu "zebow pily". Sam wykres przedstawia odchylenia temperatury od pewnego poziomu odniesienia , ktorym zostal wybrany poziom sredniej rocznej temperatury dla roku 1900. Dlaczego ten wlasnie punkt odniesienia zostal uhonorowany tego glacjologowie nie wyjasniaja. Nie ma to zreszta wiekszego znaczenia poza niepotrzebnym stwarzaniem wrazenia, ze temperatury srednie Ziemi oscyluja w granicach od +2 stop. Celscjusza  do -8 stop. Celsjusza podczas gdy faktycznie nalezy do nich dodac temperature srednia Ziemi w roku 1900. Ta zas zapewne wynosila okolo 12 stop Celsjusza. Ten sposob przedstawiania danych dramatyzuje znaczenie odchylen od wartosci sredniej a jednoczesnie pokazuje, ze wzglednie male zmiany tempertury , zwlaszcza in minus , maja bardzo powazne konsekwencje w postaci epok lodowcowych. Zauwazmy takze, ze caly okres ludzkiej cywilizacji w okresie od czasu obecnego do prehistorii miesci sie na niewielkim, pierwszum  maksimum (blisko t=0), ktore obejmuje ostatnie 9 tysiecy lat. Jest tez istotne to, ze z wyjatkiem malej fluktuacji temperatury okolo 6 tysiecy lat temu temperatury tego plateau byly o 2 stopnie nizsze niz maksima temperatur osiagane 120 tysiecy, 240 tys. , 320 tys czy 420 tysiecy lat temu. Podobnie jest takze z maksimami pojawiajacymi sie na wykresie nizej a podajacym stezenie CO2 . Podwaza to zasadnosc popularnego twierdzenia, ze to dzialanosc ludzka ma istotne znaczenie dla efektu cieplarnianego. Maksima wczesniejsze pojawiaja sie bowiem w okresie kiedy dzialnosc ludzka albo nie istniala albo tez miala wplyw minimalny na kwestie klimatyczne. Najwyrazniej istnieje jeszcze jeden dominujacy acz niesprecyzowany przez klimatologow czynnik, ktory decyduje o tym jaka jest temperatura powierzchni Naszej Drogiej Planety. Spojrzmy bowiem na sytuacje energetyczna powierzchni Ziemi. Naszym glownym termicznym dobroczynca jest Slonce, ktore dostarcza okolo 342 w/m^2 rocznie. Z tego okolo 30% jest reemitowane w Kosmos a 70% pozostaje na Ziemi i jest uzyte do fotosyntezy oraz na ogrzanie atmosfery i powierzchni globu. Intensywnosc promieniowania emitowanego przez Slonce oscyluje z okresem okolo 11 lat. To powoduje pewne zmiany w ilosci energii dostarczonej na Ziemie ale nie ma dominujacego wplywu na powstawanie olbrzymich i regularnych zmian temperatury jakie obserwujemy na wykresie. Drugim zrodlem energii cieplnej jest jadro Ziemi, ktore jest czesciowo plynne i jak sie przypuszcza skladajace sie ze stopionych metali ciezkich o temperaturze oszacowanej na 6000 stopni Celsjusza. Niegdys przypuszczano, ze jest to pozostalosc z okresu formowania sie Ziemi z materii slonecznej. Obliczenia wykonane przez lorda Kelvina pokazaly jednak, ze jadro to powinno juz dawno wystygnac jesli istotnie Ziemia liczy sobie okolo 5 mld lat (5x 10^9 lat) jak uwazaja geolodzy. Do obliczen tych jeszcze kiedys wroce gdyz sa one ciekawym sposobem na ocenienie wieku Ziemi. Jesli jednak Kelvin nie zrobil bledu, to we wnetrzu Ziemi istnieje jakies odnawiajace sie zrodlo energii cieplnej. Byc moze jest nim na przyklad naturalny stos atomowy. W takim przypadku siedzielibysmy wiec wszyscy na powierzchni atomowego pieca egzystujac w podobny sposob jak rosyjscy wiesniacy, ktorzy mieli i pewnie maja nadal zwyczaj spac na powierzchni wielkiego pieca kuchennego. Co wiecej, Wielki Inzynier odpowiedzialny za konstrukcje naszego ziemskiego siedliska wyposazyl go w system automatyczej regulacji temperatury ze sprzezeniem zwrotnym. Tak przynajmniej wskazuje nam przebieg temperatury przedstawiony na planszy. Mamy do czynienia z ukladem dwupoziomowym. Obnizenie temperatury o 8 stopni w odniesieniu do sredniej (czyli do poziomu +4 stop. C. ) powoduje wlaczenie ogrzewania, ktore dostarcza energie cieplna ze stala moca do chwili osiagniecia temperatury sredniej + 2 stop. Okres ogrzewania trwa przecietnie okolo 6 tys. lat i podczas niego temperatura rosnie liniowo z czasem. Po osiagnieciu gornej zadanej temperatury ogrzewanie sie wylacza i uklad ma jakies 80 tysiecy lat na to aby stracic osiagnieta cieplo przez wypromieniowanie w Kosmos. Dzialanie to nie jest tak bardzo rozne od zwyklej domowej regulacji temperatury przy centralnym systemie ogrzewania. Na rysunku zaznaczylem zoltym podcieniem okresy swobodnej relaksacji ukladu do stanu podstawowego, ktorym jest temperatura +4 stop. C. Zauwazmy, ze te +4stop. C jest temperatura dostatecznie wysoka aby przetrwaly przynajmniej najbardziej prymitywne organizmy ale tez wystarczajaco niska w skali globalnej zeby zapewnic wyniszczenie organizmow wymagajacych duzych ilosci pozywienia oraz posiadajacych duza  powierzchnie ciala , ktora to powoduje duze straty ciepla wlasnego. Z tego powodu owe okresowe (z grubsza co 150 tys lat) oscylacje pomiedzy gornym stanem sprzyjajacym rozwojowi roznych form zycia oraz rozwoju cywilizacji  oraz dolnym dzialajacym jako sekator organizmow zywych, powoduja pewien mechanizm automatycznej wymiany organizmow w ziemskiej biosferze. Zla wiadomoscia jest to, ze obecnie zyjemy na "pozyczonym czasie" gdyz proces obnizania temperatury albo sie juz zaczal albo zacznie sie w najblizszym czasie. Mozemy z duza pewnoscia powiedziec, ze w ciagu najblizszych paru tysiecy lat cala nasza cywilizacja zniknie z powierzchni Ziemia  a wiekszosc populacji ludzkiej wymrze z glodu i zimna. Zasoby naturalne sa bowiem zbyt nieliczne abysmy mogli utrzymac sie z lowiectwa. Rolnictwo natomiast zapewne zniknie wszedzie z wyjatkiem okolic podzwrotnikowych. Jednoczesnie powstanie kryzys jesli chodzi o paliwa kopalne i rope gdyz wiekszosc terenow, na ktorych sie one znajduja ( w tym Polska) bedzie pokryta lodowcem. Jak wynika z tej analizy samo Slonce dostarcza energii w ilosci nie wystarczajacej na podtrzymanie zycia na Ziemi. Konieczne jest tez sprawne dzialanie "grzejnika" wewnatrz jadra Ziemi oraz sprawne funkcjonowanie nie znanego nam jeszcze, jesli chodzi o mechanizam  dzialania, regulatora temperatury. Obecny scenariusz jest alternatywa dla hipotezy mokrego i zimnego klapsa przedstwionej uprzednio. Nie wymaga on interwencji kosmicznej nastepujacej regularnie i schladzajacej plaszcz naszej planety. Zamiast tego proponowany jest mechanizm samoregulacyjny generacji ciepla wewnatrz jadra Ziemi. Obie hipotezy oparte sa na analizie danych wskazujacych na okresowe i powazne w skutkach zmiany sredniej temperatury na powierzchni Ziemi. Ktora z tych hipotez jest prawdziwa nie mozna w tej chwili powiedziec. Obie jednak wskazuja na szybko zblizajacy sie "koniec swiata" jaki znamy i to powinnismy wziasc pod uwage.

17 comments:

piotr34 said...

W sumie(zalozmy iz ktoras z tych hipotez jest prawdziwa)i tak wszystko zalezy od czasu kiedy to nastapi oraz tempa wydarzen.Jesli mamy pare(nascie,dziesiat)lat to po nas ale jesli stulecia lub tysiaclecia to pewnie zdazymy wczesniej opuscic te planete(lub rozwiniemy geoinzynierie na taka skale iz takie zdarzenia beda dla nas bez znaczenia).

2jarek said...
This comment has been removed by the author.
2jarek said...

Inżynier skalkulował wszystko tak by cykl powtarzał się aż ziemia nie urodzi formy życia zdolnej ten cykl przerwać bądź ruszyć dalej.

Wielkie paprocie, dinozaury to wszystko poprzednie modele próbujące tego dokonać Dinozaurom prawie się udało w końcu jeśli 1/4 gazów cieplarnianych emitują święte krowy w Indiach nad czym lamentują eko-teroryści.... to jak wspaniałym urządzeniem były 80 tonowe roślinożerne smoki.

Bobola said...

@piotr34
Obawiam sie, ze czasu zbyt wiele nie ma gdyz rysunek ponizej podstawowego gornego pokazuje, ze temperatura srednia juz sie obniza.
Co zas do mozliwosci zastosowania srodkow zapobiegawczych w postaci opuszczenia wyziebiajacej sie planety badz jej sztucznego ogrzania to raczej nie wchodza one w rachube. Na przeszkodzie stoi obecny poziom techniki, ktory nie jest wystarczajacy dla takiego przedsiewziecia oraz poziom zasobow finansowych panstw, ktory w zasadzie wystarcza tylko na podtrzymywanie nauki i inzynierii w formie wegetacji.

hes said...

Przyjecie takich hipotez rodzi kolejne pytanie. Skąd się biorą bardziej skomplikowane organizmy, skoro poprzedni cykl "wymiótł" z Ziemi te istniejące wtedy. Wydaje się, że zawsze powinna pozostać jakaś grupa osobników, która przetrwała poprzedni cykl. Dinozaurom to się jednak nie udało, co też jest zastanawiające, bo na równiku pewnie warunki znośne do przeżycia były.

Bobola said...

@2jarek
W tej chwili wlasnie cywilizacyjny wzrost gazow cieplarnianych dziala na korzysc podtrzymania zycia gdyz przeciwdziala spadkowi temperatury. Solidne pierdzenie przez swiete krowy i inne stworzenia boskie jest wiec dobrze skierowane. Trzeba abysmy tez uczestniczyli w tym wysilku bowiem na pomoc nauki nie ma co liczyc.

Bobola said...

@hes
Wymarcia nie kompletne. Neandertalczyk (jesli wierzyc paleontologom) pojawil sie 600 000 lat temu i przetrwal az do 35 000 lat temu. Czyli zmiotlo go ostatnie ochlodzenie (moze katar?). Homo sapiens pojawil sie 200 000 lat temu i dopiero ostatnio przetworzyl sie w forme obecna czyli h. sapien sapiens. Ale bynajmniej nie zawsze przezywaja gatunki najlepiej przystosowane albo o najwiekszym potencjale rozwojowym. Kryterium zimna i glodu nie wybiera gatunkow najlepszych tylko najwytrzymalsze na chlod i malo wymagajace jesli chodzi o jedzenie.

2jarek said...

Więcej wiary, uczyńcie ziemię nieco ciemniejszą tak by trochę więcej promieniowania słonecznego pozostało z nami ?

Peak oil przychodzi w samą porę dostajemy kopa by w końcu pomalować na ciemno zielony kolor Saharę będzie to wyglądało tak:

http://www.relfe.com/Images/earthrise-farm-500w-opt.gif

Algi to wysokowydajna hodowla jedzenia i oleju napędowego obu tych rzeczy nigdy za wiele niedługo będzie nas 8 mld i nie zamierzamy przestać, następna zielona rewolucja może zazieleni wszystkie pustynie bo czemu by nie:

http://www.youtube.com/watch?v=miNn8DyKSC0

NASA twierdzi, że ziemia w ciągu ostatnich 50 lat stała się bardziej zielona a zachowanie ludzi panikujących z obawy o przegrzanie przypomina stadne biegi w przepaść charakterystyczne dla zmiany trendu na rynku kapitałowym gdzie większość popełnia koszmarny błąd w najważniejszej ostatniej próbie, co idealnie pasuje na moment zwrotny i koniec ciepełka.
I pamiętajmy o tym całym z trudem wyppierdzianym przez dinozaury, kopytne i inne METANIE czekającym na czarną godzinę głęboko pod wodą którego jest znacznie więcej niż ropy tylko trzeba nieco bardziej wysilić się i zabrać do roboty.

Inspektor Lesny said...

Nie myslalem o tym dawniej, ale teraz trudno mi sie z P. Profesorem nie zgodzic co do nieuchronnosci zniszczenia nzszej cywilizacji.
Istotnie, nie sa mi znane zadne osiagnieca inzynieryjne ktore by w sposob trwaly zmienialy nasze warunki zyciowe. Wiekszosc budowli, urzadzen rozpada sie w proch w ciagu od kilku do kilkudziesiecu lat i jest zalezna od funkcjionowania calosci cywilizacji. Trudno sobie wyobrazic np. dostawy energii elektrycznej tylko przez elektrownie.
Bez kopalni, wegla, miedzi, hut, kolei i innego transportu oraz innych fabryk.
Nie mowiac juz o zasobach ludzkich.
Od izynierow do elektrykow i slusarzy.
Co zas do przewidywania, to tez jestem pesymista. Nasze "elity" wybrane demokratycznie do tego martwia sie lodami Greenladii. A nie moga sobie poradzic z trywialnymi i latwymi do przewidzenia powodziami spowodowanymi wiosennymi roztopami oraz letnimi deszczami.
I nie mam na mysli bynajmniej nasza , zle zarzadzana Ojczyzne.
W kraju, gdzie znalazlem swoj drugi dom, Szwecji, wladze razem z planistami, statystykami sa "zaskoczone" opadami sniegu kazdego roku. Lub tez brakiem tychze.

HansKlos said...

@Inspektor Lesny
teraz trudno mi sie z P. Profesorem nie zgodzic co do nieuchronnosci zniszczenia nzszej cywilizacji

Nie zabrzmiało to optymistycznie;-) Czyżby pozostawała emigracja na inne planety?

www.boskawola.pl said...

Możemy też spróbować wkopać się wgłąb Ziemi - bliżej jej ciepłego jądra, gdzie energii nam nie zabraknie. Albo schować się pod wodę. Wszystkie te trzy schronienia: przestrzeń kosmiczna, podziemia i dno oceanu, spokojnie by całą obecną i przyszłą ludzkością, czy by miała 8 czy 10 miliardów uchroniły i wykarmiły. Tyle, że żadna z tych inwestycji nie mieści się w żadnej wyobrażalnej perspektywie budżetowej żadnego państwa ani organizacji przez biurokrację kontrolowanej...

Bobola said...

@boskawola

Jest Pan optymista. Emigracja w Kosmos nie wchodzi w rachube bo nie mamy pojazdow kosmicznych o pojemnosci wystarczajacej aby zabrac ludnosc i zapasy w podroz, ktora wymagalaby dziesiatkow pokolen zanim by sie znalazlo odpowiednia do zycia przystan. Zamieszkiwanie dna oceanow to zycie w ciemnosci. Ponadto takze poza mozliwosciami obecnej techniki. Wystarczy przypomniec trudnosci jakie ma BP obecnie w likwidacji wycieku ropy w koncu tylko w zatoce.Wkopanie sie wewmatrz Ziemi to takze przedsiewziecie poza obecnymi mozliwosciami. Ponadto im glebiej tym wieksza szansa na pojawienie sie szkodliwego promieniowania jesli w jadrze Ziemi jest reaktor atomowy. Sytuacja nie wyglada dobrze jesli chodzi o szanse przetrwania w oparciu o wysoka technologie. Raczej proponowalbym robienie zapasu konserw oraz broni i cieplej odziezy typu uzywanego w wyprawach podbiegunowych bo takie temperatury zapanuja w Naszej Umeczonej Ojczyznie juz calkiem niedlugo.

www.boskawola.pl said...

Jeśli katastrofa wydarzy się w najbliższą środę, to i tak nic już na to nie można poradzić. Ale jeśli mamy do niej jeszcze 100 lat albo 200 - to jakie znaczenie ma obecny poziom naszej technologii..? 100 lat temu 3/4 mieszkańców globu obywało się bez elektryczności i nawet nie wiedziało, że takowa jest im do czegoś potrzebna...

Inspektor Lesny said...

"obywało się bez elektryczności i nawet nie wiedziało, że"

Do dzisiaj tacy sa, i to mozliwe, ze to wlasnie oni ujda z zyciem.
Ale w takim wypadku trzeba zapomniec o Mozarcie i Shakespeare...

Bobola said...

Ile czasu jeszcze zostalo to trudno powiedziec ze wzgledu na dokladnosci danych glacjologicznych. Ale pierwszym symptomem beda surowsze zimy i krotsze okresy wiosna-jesien przy wzglednie ladnej pogodzie. Takze ptaki beda zbierac sie wczesniej do odlotu. Czy ktos widzial ostatni "zime stulecia" czy wczesny odlot bocianow?

www.boskawola.pl said...

@Inspektor Leśny

Być może, o ile żyją akurat pod równikiem. Bo i Czukczom nie będzie do śmiechu, jeśli przepowiednie naszego gospodarza się sprawdzą: warunki, w których mogliby żyć jak ich pradziadowie, będą panowały kilka tysięcy kilometrów na południe. Gdzieś w okolicach Pekinu. Czukotka zniknie pod kilometrową warstwą lodu i nawet planktonu tam nie będzie na pożywienie. Abstrahując oczywiście od kwestii, czy są gdziekolwiek Czukcze albo Eskimosi, którzy jeszcze naprawdę żyją jak ich pradziadowie, a nie tylko grają w filmach..?

@Bobola

Czyli jednak ochłodzenie przyjdzie stopniowo, a nie w ciągu jednej nocy i jednego dnia..? Ostatnia zima była ostra. A sezon wegetacyjny w tym roku będzie o kilka tygodni krótszy - jeszcze w kwietniu było zimno, a już teraz pogoda jest jak w listopadzie. Tyle, że wcale (ta pogoda) nie jest ładna...

Inspektor Lesny said...

Mysle, ze jesli katastrofa ma nastapic w ciagu kilkuset lat, to do wspolpracy w dziedzinie nauki, techniki oraz z naciskiem na sposoby przetrwania raczej nie dojdzie.
Bardziej prawdopodobne wydaja mi sie gwaltowne wojny o kurczace sie zasoby.
Tym bardziej, ze po pierwsze nigdy prawdziwej wspolpracy swiatowej nie bylo,tylko pilnowanie wlasnych interesow, a po drugie, skoro proces ma byc widoczny, latwy do zrozumienia dla mas ludzkich i postepujacy ( wczesniejsze odloty ptakow, coraz krotsze lata, coraz wieksze lodowce)to motywacji nie zabraknie. I w ciagu kilku pokolen z ludzi cywilizowanych powstanie typ permanentnego bandyty.
Wszak najwieksza cnota i zaleta bedzie zamordowanie jak najwiekszej ilosci ludzi spoza wlasnej grupy. Aby zajac ich, wolny od lodu skrawek ziemi...