Śnieg i lód wpływają na zmiany klimatu o wiele bardziej niż czynniki astronomiczne. Tymczasem dziś tracimy je błyskawicznie [WYWIAD]

Gdy lód znika z powierzchni oceanu, to tak, jakbyśmy podnieśli pokrywkę garnka z bardzo ciepłą wodą. Obecność lub brak lodu i śniegu robi ogromną różnicę dla klimatu – i pamiętajmy, że zmiany te zachodzą na ogromnym obszarze” – mówi w rozmowie z Nauką o klimacie prof. Ewa Łupikasza, klimatolog i geograf z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

Śnieg, lód i arktyczne wzmocnienie

Szymon Bujalski: Jak ważny jest śnieg na Ziemi dla stabilizacji klimatu?

Prof. Ewa Łupikasza: Występowanie pokrywy śnieżnej ma ogromne znaczenie, bo wpływa na bilans energetyczny Ziemi. Chodzi o tzw. albedo, czyli wskaźnik informujący o tym, jaka część promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni Ziemi jest odbijana i wraca w przestrzeń kosmiczną. Pokrywa śnieżna jest jaśniejsza niż powierzchnie bez śniegu, dlatego odbija dużą część promieniowania słonecznego – a więc ma wysoki współczynnik albedo. 

Trzeba mieć przy tym na uwadze, że powietrze pochłania tylko niewielką ilość promieniowania słonecznego. Tym samym temperatura powietrza znacznie bardziej zależy od tego, ile Ziemia pochłonie energii słonecznej, a następnie ile ciepła odda z powrotem do atmosfery. Współczynnik albedo jest więc niezwykle ważny. W skrócie: im więcej mamy śniegu, tym więcej promieniowania słonecznego odbija się z powrotem w przestrzeń, a im zasięg śniegu jest mniejszy, tym więcej promieniowania pochłania Ziemia, w efekcie nagrzewając się i oddając część tego ciepła do atmosfery. 

Lód morski, który powstaje z zamarzania wody morskiej, też ma wysoki współczynnik albedo i dodatkowo przez dłuższą część roku bywa pokryty śniegiem. Gdy w Arktyce topnieje lód morski i ubywa białej pokrywy śnieżnej, odsłania się wyraźnie ciemniejszy ocean. W rezultacie współczynnik albedo znacząco spada – ocean odbija tylko kilka procent promieniowania słonecznego. A skoro w Arktyce ocean zatrzymuje coraz więcej ciepła, to ogrzewa się coraz szybciej i oddaje to ciepło do atmosfery. Dochodzi więc do tzw. sprzężenia zwrotnego, w którym ocieplenie spowodowane wzrostem koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze jest dodatkowo wzmacniane przez zmniejszający się zasięg pokrywy śnieżnej i lodu. Właśnie przez to Arktyka ociepla się dziś w tempie niemal cztery razy szybszym niż ocieplenie w skali globalnej.

W jakim stopniu to sprzężenie zwrotne „dokłada się” do globalnego ocieplenia?

Trudno to dokładnie określić. Problem polega na tym, że na Ziemi równocześnie przebiega wiele procesów. Opisany proces w Arktyce jest tylko jednym ze sprzężeń zwrotnych zachodzących na Ziemi, a na to nakładają się też inne czynniki komplikujące przebieg ocieplenia.

Czy to jest jednak jedno z ważniejszych i groźniejszych sprzężeń zwrotnych? Dopytuję, bo jeżeli nie wiemy, jak ważne są zmiany w Arktyce, to i nie wiemy, jak bardzo powinniśmy zwracać na nie uwagę.

Mogę więc powiedzieć, że w skali globu to z pewnością jedno z ważniejszych sprzężeń zwrotnych. Jeżeli spojrzymy na historię zmian klimatu na Ziemi w skali geologicznej, to sprzężenie zwrotne między albedo i temperaturą powietrza również miało istotny wpływ na wielkość ocieplenia lub ochłodzenia.

Śnieg i lód w naturalnych cyklach klimatycznych

Więc spojrzyjmy na tę historię.

Pokrywa śnieżna i lód wokół biegunów to jedne z elementów, które miały ogromny wpływ na powolne zmiany klimatu zachodzące na długo przed pojawieniem się człowieka.

Inicjatorem tych zmian były czynniki astronomiczne wynikające z położenia Ziemi w Układzie Słonecznym. Jak wiadomo, Ziemia wiruje wokół własnej osi, która jest odchylona od pionu. Mało kto jednak wie, że to odchylenie zmienia się w cyklu około 41 tysięcy lat. Do tego oś, wokół której wiruje nasza Ziemia, zmienia orientację – zakreśla okrąg na sklepieniu niebieskim, co trwa około 26 tysięcy lat. Wiemy też o tym, że Ziemia krąży dookoła Słońca po orbicie, która ma kształt elipsy – ale ta elipsa też zmienia kształt, od bardziej wydłużonego do bardziej zbliżonego do koła. Te wszystkie zmiany wraz ze zmianami intensywności promieniowania Słońca nazywane są cyklami Milankovicia. Sprawiają one, że klimat Ziemi w cyklu około 100 tysięcy lat przechodzi od fazy chłodnej, wyznaczonej przez epoki lodowcowe, do fazy cieplejszej.

Te wszystkie zmiany zainicjowane czynnikami astronomicznymi prowadziły do zmian w rozkładzie energii słonecznej docierającej do Ziemi – szczególnie w różnych porach roku i na różnych szerokościach geograficznych. W skali całej planety zmiany te były stosunkowo niewielkie – średnio rzędu około 0,5 W na metr kwadratowy. Naukowcy obliczyli przy tym, że dopiero zmiana rzędu 1 W na metr kwadratowy może prowadzić do zmiany temperatury rzędu 0,7–1°C. Czynniki astronomiczne, które w przeszłości powodowały trwające tak długo zmiany klimatu, mogły więc odpowiadać jedynie za niewielką część ocieplenia – niecałe 0,5°C.

I to wszystko świadczy o tym, że…?

Że to właśnie procesy związane z pokrywą śnieżną i zmianą jej zasięgu wpływały na o wiele większe zmiany temperatury. Oczywiście zmiany te były uruchamiane właśnie przez czynniki astronomiczne, o których mówiłam, ale to dopiero przyrastająca lub topniejąca pokrywa śnieżna intensyfikowała te zmiany i okazywała się kluczowa dla wielkości zmian temperatury.

Jak wspomniałam, w historii Ziemi cykl obejmujący ciepły i chłodny okres trwał mniej więcej 100 tysięcy lat. W tym czasie temperatura powietrza zmieniała się o ok. 5-6°C. Za znaczną część tej zmiany odpowiadały sprzężenia związane ze zmianami zasięgu pokrywy śnieżnej i lodu. Oczywiście należy pamiętać, że nie były to jedyne sprzężenia zwrotne, które wpływały na zmiany temperatury Ziemi. Z różnych przyczyn zmianom ulegało też chociażby stężenie dwutlenku węgla – niezależnie od tego, czy człowiek był już na Ziemi, czy jeszcze nie. Uważa się jednak, że to właśnie sprzężenie zwrotne związane z albedo śniegu i temperaturą było tym czynnikiem, który te zmiany w przeszłości tak bardzo wzmacniał.

Obecnie w jakim tempie tracimy pokrywę śnieżną i lodową w Arktyce?

Lodowce topnieją w drastycznym tempie – i to w wielu miejscach na Ziemi, bo bardzo szybko topnieją też lodowce górskie. Generalnie tempo topnienia lodowców górskich wzrosło o około 30% w porównaniu z końcem XX w. Lodowce alpejskie utraciły około 60% lodu od połowy XIX wieku. Aktualnie lądolód Grenlandzki traci około 3-4 razy więcej lodu niż w latach 90. XX w. W Arktyce zasięg lodu morskiego w lecie zmniejszył się o około 40% od lat 80. W tym samym czasie objętość lodu morskiego w Arktyce zmniejszyła się o około 70–75%. A na półkuli północnej od lat 60. powierzchnia pokrywy śnieżnej w czerwcu zmniejszyła się już o około połowę. Trzeba mieć jednak na uwadze, że zasięg lodu w Arktyce nie jest każdego roku coraz mniejszy, lecz podlega wahaniom.

Dlaczego?

Ponieważ zależy to nie tylko od temperatury powietrza, ale również od wielu innych czynników w systemie klimatycznym oraz od naturalnej zmienności atmosfery i oceanu. Wieloletnie trendy wyraźnie wskazują jednak na tendencję spadkową, co wzmacnia wspominane już sprzężenie zwrotne.

To naprawdę bardzo ważny aspekt. Woda morska odbija w przestrzeń około 5-10% promieniowania słonecznego, a resztę pochłania, więc jest ogromnym rezerwuarem ciepła. Albedo lodu morskiego pokrytego śniegiem wynosi około 70-85%. Z lekką przesadą można powiedzieć, że gdy lód znika z powierzchni oceanu, to tak, jakbyśmy podnieśli pokrywkę garnka z bardzo ciepłą wodą. Obecność lub brak lodu i śniegu robi ogromną różnicę dla klimatu – i pamiętajmy, że zmiany te zachodzą na ogromnym obszarze.

Kiedy zniknie arktyczny lód?

Co w takim razie przyniesie przyszłość? W niektórych badaniach można trafić na informacje, że już około 2040 roku czekają nas lato bez pokrywy lodowej w Arktyce.

Tak, są takie badania. Warto jednak doprecyzować, co dokładnie oznacza „lato bez pokrywy lodowej”. W klimatologii termin „ice-free Arctic” nie oznacza całkowitego zniknięcia lodu, lecz sytuację, w której jego zasięg we wrześniu spada poniżej 1 mln km². Modele klimatyczne rzeczywiście wskazują, że w połowie XXI w. może pojawić się pierwsze lato z bardzo małą ilością lodu w Arktyce. Trzeba jednak pamiętać, że system klimatyczny jest bardzo złożony, a wyniki symulacji obarczone są pewną niepewnością. Dlatego trudno wskazać dokładny rok, w którym mogłoby się to wydarzyć.

Bardziej prawdopodobny jest scenariusz, w którym pojawią się pojedyncze lata z bardzo małą ilością lodu w Arktyce, niż taki, w którym lód znika tam na stałe w najbliższych dekadach. 

Co ocieplenie w Arktyce przynosi światu?

To spytam inaczej. Gdy mówimy o zmianach w okolicy biegunów, ludzie mogę sobie pomyśleć: „a co mnie to w ogóle ma obchodzić? Przecież to daleko ode mnie i odległa przyszłość”. Więc… co ma mnie to obchodzić?

Rzeczywiście, zmiany klimatu nie są kwestią zmian z dnia na dzień – ale to właśnie teraz decyduje się, jak będzie wyglądać przyszłość na naszej planecie. I to wcale nie taka odległa. Tempo zmian powoduje, że nawet z perspektywy kilku ostatnich lat widzimy, że klimat się zmienia. Ja widzę bardzo dużą różnicę w charakterze pór roku, porównując okres mojego dzieciństwa z tym, czego doświadczam teraz, zwłaszcza zimą. Tegoroczna zima, komentowana jako chłodna, tak naprawdę i tak jest wyraźnie łagodniejsza. Jeżeli emisje gazów cieplarnianych wciąż będą rosły, możemy też założyć, że w ciągu kolejnych 20 czy 50 lat klimat zmieni się jeszcze szybciej niż w ciągu mijających 20 czy 50 lat.

Zmiany klimatu w Arktyce wpływają na sytuację w innych obszarach świata, ale mają też znaczenie dla całego globu. Topniejące lodowce przyczyniają się nie tylko do wzrostu poziomu morza (szacunki wskazują na 7 m wzrost poziomu morza, jeśli doszłoby do stopienia lądolodu Grenlandzkiego), ale prowadzą również do spadku zasolenia oceanu. Zasolenie oceanu jest mniejsze także z powodu mniejszej produkcji lodu morskiego. Lód powstaje przez zamarzanie wody, z której część soli jest „wypychana” do otaczającej wody. Gdy lodu powstaje mniej, lokalnie zasolenie jest mniejsze. Spadek zasolenia wpływa na spowolnienie prądów morskich i generalnie cyrkulacji oceanicznej, która pełni niezwykle ważne zadania, w tym rozprowadzanie ciepła na Ziemi. Moglibyśmy jeszcze długo opowiadać o dalszych tego konsekwencjach, tworząc kaskadę skutków.

Kolejna kwestia to fakt, że Arktyka ociepla się kilka razy szybciej niż reszta świata. W efekcie zmniejszają się różnice temperatury między niższymi i wysokimi szerokościami geograficznymi. To może przekładać się na mniejszą różnicę ciśnienia i prędkość prądu strumieniowego – w tym jednak wypadku wyniki badań bywają zróżnicowane. 

Gdy prąd strumieniowy jest silny i mało pofalowany, chłodne powietrze pozostaje głównie nad Arktyką. Gdy spowalnia, zaczyna falować i jego fragmenty wygięte w kierunku południa schodzą w niższe szerokości geograficzne, tworząc krople chłodu. Efektem tego mogą być kilkudniowe śnieżyce i spadek temperatury powietrza. Intensywność opadów śniegu zależy od położenia geograficznego obszaru, nad który schodzi taka fala chłodu. Zazwyczaj odczuwa je Ameryka Północna, ale czasami również Europa – i to nawet południowa, gdzie już samo pojawienie się śniegu jest nietypowe.

Nie chcę jednak mówić, że ocieplająca się Arktyka sprowadzi na ludzi z półkuli północnej niesłychaną katastrofę.

To dobrze, bo ja wcale nie oczekuję, by pani to mówiła. Chcę jedynie, by czytelnicy lepiej zrozumieli, co może nas czekać w przyszłości.

Więc mogę powiedzieć tyle, że często przedstawiam zmianę klimatu jako „cichego zabójcę”. To zabójca, który działa powoli, ale konsekwentnie. Niestety, choć dowody na zachodzące zmiany klimatu są ewidentne, to jednak ignorujemy ten problem, bo żyjemy w miejscu stosunkowo mało eksponowanym na skutki zmian klimatu w porównaniu z innymi częściami świata. Zapewne częstsze uderzenia katastrofalnych zjawisk pogodowych pokazałyby nam wyraźniej, że zmiany klimatu naprawdę stanowią poważne zagrożenie. 

Dlatego zupełnie inne podejście mają ludzie żyjący w Europie Południowej, która w zasadzie każdego roku doświadcza katastrofalnych w skutkach fal upałów, nawalnych deszczy prowadzących do nagłych powodzi, osuwisk oraz spływów błotnych i niemal równocześnie – pożarów związanych z suszą i wysoką temperaturą powietrza. Z kolei w dużej części Azji drastycznie wzrasta liczba dni z upałem poważnie zagrażającym życiu – już nie tylko osób starszych, chorych i dzieci, ale również zdrowej części społeczeństwa. Tam ludzie nie kwestionują tak łatwo zmian klimatu. Wiem o tym, bo byłam tam i rozmawiałam o tym z różnymi ludźmi – nie tylko naukowcami. Ale jeśli ocieplenie będzie postępowało, skutki zmian klimatu będą coraz dotkliwsze również w Europie Środkowej. Także w Polsce.

Niewiele mówi się o tym, że czas na wprowadzanie zmian niestety jest ograniczony. I tutaj moglibyśmy rozpocząć rozmowę o kolejnym niezwykle ciekawym temacie – punktach krytycznych w systemie klimatycznym. 

Jednym z takich potencjalnych punktów jest właśnie lód morski w Arktyce. W uproszczeniu można powiedzieć, że jeśli jego zasięg przekroczy pewną wartość krytyczną, działania podejmowane na rzecz stabilizacji klimatu mogą stać się znacznie mniej skuteczne albo będą wymagały dużo większego wysiłku. Jeszcze rzadziej mówi się o tym, że jedną z oznak zbliżania się do takich punktów krytycznych może być większa zmienność klimatu. Na przykład wtedy, gdy następują po sobie zimy o bardzo kontrastowych warunkach – jedna stosunkowo ciepła, a kolejna wyraźnie chłodniejsza.

Naszą uwagę od zmian klimatu wciąż odciągają dziś tysiące innych wydarzeń, z którymi mierzymy się w ostatnich latach i które – trzeba przyznać – są bardzo poważne. Warto jednak pamiętać, że stan środowiska decyduje nie tylko o klimacie, ale ma również ogromny wpływ na nasze zdrowie i choroby cywilizacyjne. Jestem zdumiona, kiedy słyszę umniejszające albo ironizujące wypowiedzi na temat zmian klimatu i odnawialnych źródeł energii. Fakt, że z punktu widzenia klimatu raptowna zmiana oznacza proces zachodzący w ciągu 50 czy nawet 100 lat, nie ułatwia wyjaśnienia, że tempo obecnej zmiany klimatu jest realnym zagrożeniem. Nie jestem też w stanie zrozumieć, dlaczego dorośli ludzie – przynajmniej tak to widzę – tak rzadko zastanawiają się nad tym, jaki świat zostawią swoim dzieciom i kolejnym pokoleniom.

Ogrzewamy planetę w tempie wielokrotnie większym niż typowe zmiany naturalne w historii klimatu. I nie wiem, jak to możliwe, że tak łatwo przechodzimy nad tym do porządku dziennego.

Profesor Ewa Łupikasza – klimatolog i geograf. Jest dr hab. nauk o Ziemi, profesorem nadzwyczajnym i dyrektorem Instytutu Nauk o Ziemi na Wydziale Nauk Przyrodniczych Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.