Klimatyczne sensacje

Co jakiś czas media społecznościowe obiegają sensacyjne doniesienia o nowych publikacjach naukowych podważających aktualny stan wiedzy o klimacie – dobrze opisany w podstawowych podręcznikach oraz podsumowywany w raportach analizujących wielką liczbę obserwacji, pomiarów i symulacji numerycznych. Wokół tych doniesień toczą się zażarte, czasami żenujące dyskusje. Niektórzy z ich uczestników próbują zasiać u innych wątpliwości w sprawach związanych z dobrze udokumentowaną wiedzą o klimacie.

Oczywiście, wiedza jaką niesie ze sobą nauka nigdy nie jest 100% pewna. Zawsze istnieje szansa, że jakaś grupa badaczy znajdzie luki w rozumieniu procesów, błędy w interpretacjach pomiarów, czy nowe, dotąd nie rozważane aspekty, zarówno samego procesu globalnego ocieplenia, jak mechanizmów klimatycznych, lub prognoz na przyszłość. Jak odróżnić publikacje (wyniki badań), które są bardziej wiarygodne, warte pochylenia się nad nimi, są głosami w aktualnej dyskusji naukowej od tych, które wywołują jedynie szum informacyjny, lub co gorsza, są wprost dezinformujące i dostarczają fałszywych argumentów, które dla niezorientowanych brzmią prawdopodobnie i mogą być wykorzystane przez denialistów klimatycznych do napędzania debaty?

Jak czytać naukowe artykuły o klimacie? Studium dwóch przypadków

Przeanalizujmy dwa przykłady artykułów naukowych. Jeden z nich (Cooper i in., 2024, pierwsza kolumna w tabeli poniżej) to typowy głos dyskusji naukowej, sygnalizujący nowe aspekty, które mogą zmienić (nieco) nasze spojrzenie na zachodzące procesy klimatyczne. Drugi (Kubicki i in., 2024, druga kolumna) wywołuje jedynie szum informacyjny i wrażenie, że z podstawami naszej wiedzy o klimacie jest coś nie w porządku.

Wydawcy, tytuły i afiliacje

Na pierwszy rzut oka obydwa artykuły wyglądają porównywalnie. Numery doi pozwalają je jednoznacznie identyfikować, a wydawcy są uznani. Tytuły (trudno czytelne dla przeciętnego czytelnika) wydają się OK (dla specjalisty już nie, ale to tekst dla Was, czytelnicy).

Malutka czerwona lampeczka zapala się gdy spojrzymy na afiliację pierwszego autora jednego z tekstów (w prawej kolumnie tabelki) i pozostałych (do znalezienia samodzielnie). Pierwszy artykuł (Cooper i in., 2024) ewidentnie napisali badacze pracujący w instytucjach o profilu atmosferyczno/klimatycznym, drugi (Kubicki i in., 2024) – niekoniecznie.

O czym to czasopismo?

To jeszcze o niczym nie musi świadczyć, bo wiele przyrządów atmosferycznych to przyrządy optoelektroniczne…. ale… kolejna lampeczka – tytuły czasopism: pierwszy sugeruje profil ogólnonaukowy, to znaczy obejmujący różne dyscypliny, drugi – mocno specjalistyczny, o wąskim profilu i to innym, niż sugeruje tytuł artykułu.

To łatwo sprawdzić, wystarczy wejść na stronę czasopisma i (na ogół) w zakładce about (o czasopiśmie) znaleźć zakładkę aims and scope (cel i zakres) czy podobną. To o niczym nie przesądza, choć fakt, że redakcja wąsko specjalistycznego czasopisma przyjęła pracę spoza jej profilu tego czasopisma jest niepokojący.

Sprawdźmy autorów

Przyjrzyjmy się więc autorom. Naukowcy mają wiele narzędzi, pozwalających na to. W przypadku pierwszego artykułu (Cooper i in., 2024) przy nazwisku niemal każdego z autorów jest zielone kółeczko z odsyłaczem do międzynarodowej bazy danych o naukowcach ORCID z informacjami o afiliacji, przebiegu kariery i publikacjach każdego z nich. Widać, że pierwszym autorem jest młody badacz, a wielu współautorów to doświadczeni badacze z licznymi publikacjami dotyczącymi klimatu, atmosfery, paleoklimatologii, współpracujący z wieloma badaczami z różnych krajów (ich wcześniejsze publikacje miały różne „zestawy” autorów).

W przypadku drugiego artykułu (Kubicki i in., 2024) nie ma przy liście autorów odsyłaczy do tej bazy danych, ale po kliknięciu w nazwisko pojawiają się dla pierwszego i trzeciego autora. Ich doświadczenie naukowe, sadząc po tytułach, związane jest z detekcją spektroskopową gazów oraz metodami laserowymi, a grono współpracowników mniejsze i w większości z Polski. To też jeszcze nie świadczy o treści, ale daje informacje o pozycji naukowej i doświadczeniu badawczym autorów tekstów. Podobną analizę można zrobić posługując się inną, otwartą baza danych Google Scholar.

Jak przebiegała recenzja?

Kolejne miejsce do sprawdzenia to przebieg procesu recenzji, zwykle można go znaleźć, korzystając z odpowiedniego odnośnika na stronie artykułu.

Typowy czas recenzji, uwzględnienia uwag recenzentów (często recenzji są dwie rundy) i wreszcie akceptacji redaktora odpowiedzialnego za artykuł to kilka tygodni do kilku miesięcy. Tak to też wygląda w przypadku pierwszego tekstu (Cooper i in., 2024).

W drugim artykule (Kubicki i in., 2024) widzimy coś niezwykłego: niemal natychmiastową akceptację. Artykuł musiałby być niezwykle jasno napisany, ze świetnie udowodnionymi wnioskami, a w rezultacie zrobić zarówno na redaktorze jak i na recenzentach fenomenalnie pozytywne wrażenie. Może i tak było. Przecież profil czasopisma dotyczy zagadnień inżynierskich recenzenci i redaktorzy z zakresem doświadczeń z tych nauk uznali że warto opublikować dokument o zastosowaniu inżynierii w klimatologii, choć to chyba nie najlepiej świadczy o rzetelności naukowej zaangażowanych w proces recenzji i publikacji.

Streszczenie

Zajrzyjmy jeszcze do sekcji streszczenie:

Tu już widzimy niemal wszystko. Pierwszy artykuł (Cooper i in., 2024) to przyczynek do trwającej dyskusji o jednym z istotnych parametrów systemu klimatycznego: autorzy twierdzą, że udało im się doprecyzować jego wartość. Drugi artykuł (Kubicki i in., 2024) z kolei niemal zupełnie podważa współczesną wiedzę o absorpcji promieniowania podczerwonego przez obecny w atmosferze CO₂, choć na wszelki wypadek zasłania się potrzebą dalszych badań. Na ile prawdopodobne jest, że artykuł ten stanowi przełom w wiedzy zarówno o transferze promieniowania w atmosferze jak i o klimacie? Odpowiedź pozostawiam czytelnikom.

Dla fachowca już sam dobór literatury w drugim artykule (np. to, że pominięto podstawowe podręczniki z obszaru transferu promieniowania, nie wspominając o powszechnie używanej, także na potrzeby konstrukcji pomiarowych przyrządów optoelektronicznych, bazie HITRAN, obejmującej własności absorpcyjne i emisyjne gazów) oraz fakt, że jego autorzy nie podają nawet najprostszych analiz niepewności swoich pomiarów i wniosków są przesłankami do odrzucenia pracy.

Pseudowysycenie efektu cieplarnianego, czyli jak działa falsyfikacja hipotez w nauce

No dobrze. Ale do tej pory nie wspomnieliśmy w ogóle, czemu praca Kubicki i in. (2024) jest błędna. Otóż autorzy twierdzą, że efekt cieplarniany się „wysyca”, tzn. od pewnego momentu dodanie do atmosfery kolejnych porcji CO₂ nie powoduje wzmocnienia efektu cieplarnianego. To nie jest nowa koncepcja. Hipotezę tę sformułował szwedzki fizyk Knut Ångström w publikacji z 1900 roku, którą autorzy zacytowali i na swój sposób sprawdzili w swoim badaniu. Jednak cytując nie zadali sobie trudu, żeby dokładniej prześledzić kolejne, późniejsze niż cytowana praca, wyniki badań przenikania podczerwieni przez atmosferę. A przecież hipoteza ta została wielokrotnie sfalsyfikowana doświadczalnie. Krótki tekst Raymonda Pierrehumberta, autora znanego podręcznika na temat fizyki klimatu, na ten temat można znaleźć tu. Zacytujmy fragment:

Droga do obecnego zrozumienia wpływu dwutlenku węgla na klimat nie była pozbawiona błędów. W 1900 roku Knut Ångström argumentował w opozycji do swojego kolegi, szwedzkiego naukowca Svante Arrheniusa, że wzrost zawartości CO₂ w atmosferze nie może wpływać na klimat Ziemi. Ångström twierdził, że absorpcja podczerwieni przez CO₂ jest nasycona w tym sensie, że dla tych długości fal, które CO₂ może w ogóle absorbować, CO₂ już obecny w ziemskiej atmosferze pochłaniał zasadniczo całą podczerwień. W odniesieniu do atmosfery ziemskiej, Ångström mylił się podwójnie…

Dalej Pierrehumbert ilustruje błędne rozumowanie na przykładzie niezwykle prostego modelu wielu szyb. Pozwolę sobie przedstawić ten (ideowy, bardzo uproszczony) model w jeszcze prostszej postaci na rysunku (Ilustracja 1), unikając wzorów, które dla wielu czytelników mogłyby być nieczytelne.

Najpierw rozważmy planetę bez atmosfery (albo z atmosferą bez gazów cieplarnianych) – panel 0. Pada na nią z góry strumień energii w postaci krótkofalowego promieniowania słonecznego (żółta strzałka w dół). Ułamek tego strumienia jest odbijany (wąska żółta strzałka) i wraca w kosmos. Reszta energii jest pochłaniana.

Powierzchnia planety, nagrzana w wyniku pochłaniania energii słonecznej, emituje strumień długofalowego promieniowanie termicznego. W stabilnym, niezmiennym stanie klimatycznym ta emisja w przestrzeń kosmiczną obejmuje dokładnie tyle energii, ile pochłania planeta: na rysunku strumień energii pochłanianej (szerokość grubszej żółtej strzałki – minus szerokość cienkiej żółtej strzałki) i emitowanej (szerokość czerwonej strzałki) się równoważą. Temperatura równowagi to tzw. temperatura emisyjna planety oznaczona Te.

Teraz wyobraźmy sobie w postaci szyby (narysowanej na niebiesko) warstwę atmosfery, przezroczystą dla promieniowania słonecznego, zawierającą tak dużo gazów cieplarnianych, że całkowicie pochłania ona emitowane z powierzchni promieniowanie podczerwone. Panel 1 przedstawia tę sytuację: powyżej szyby sytuacja jest podobna jak na panelu 0, w stanie równowagi z szyby jest emitowane w kosmos tyle energii, ile planeta pochłania. Jednak szyba emituje zarówno w górę, jak i w dół, więc do powierzchni planety dociera dodatkowy strumień energii, w związku z czym temperatura powierzchni planety rośnie. W stanie równowagowym mamy temperaturę szyby równą Te, a temperaturę powierzchni planety wyższą.

Według Knuta Ångströma dodanie kolejnej szyby nie powinno zmieniać temperatury powierzchni. Ale czy tak jest? Odpowiedź znajdziemy na ilustracji w panelu 2 (a dalej przy dodaniu jeszcze kolejnej szyby w panelu 3). Dodanie każdej kolejnej szyby w 100% pochłaniającej promieniowanie podczerwone płynące od szyby położonej poniżej, powoduje, że do powierzchni Ziemi płynie coraz większy strumień energii emitowanej przez szyby i temperatura powierzchni planety odpowiednio wzrasta.

Czy ten uproszczony model jest dobry? Oczywiście nie jest dokładny fizycznie, ale pokazuje pewne istotne cechy rzeczywistej atmosfery. Większość osób słyszała o bardzo silnym efekcie cieplarnianym na Wenus, co stwierdzono eksperymentalnie. Na tej podstawie możemy argumentować, że mamy także poza pomiarami w ziemskiej atmosferze inne dowody, że efekt cieplarniany nie wysyca się po dodaniu bardzo wielu kolejnych porcji gazów cieplarnianych ponad „masę nasycenia” (wielkość proponowaną przez autorów drugiej pracy).

Jak wygląda rzeczywista zmienność temperatury i strumieni promieniowania z wysokością w atmosferze czy atmosferach planetarnych? Mamy na ten temat mnóstwo danych pomiarowych z naszej ziemskiej atmosfery, a także sporo z Wenus, Marsa i innych posiadających atmosfery planet i księżyców. Wszystkich, pochodzących w wielu pomiarów danych jest wystarczająco dużo, żeby sprawdzić zgodność naszej wiedzy z doświadczeniem. Jednym z osiągnięć naukowych, za które Syukuro Manabe dostał nagrodę Nobla z fizyki w 2021 roku było zrozumienie (jeszcze z lat 60-tych ub. wieku), jak obecność gazów cieplarnianych w atmosferze Ziemi kształtuje obserwowany profil temperatury… Ani o tym, ani o podręcznikach (jest takich wiele) autorzy pracy nie wspomnieli.

Debata czy pseudodebata? Stawka jest wysoka a czasu mało

Na zakończenie kilka uwag natury ogólnej. Mamy naukę i pseudonaukę. Nawet wybitny naukowy specjalista z jednej dziedziny, uwiedziony przekonaniem o własnej głębokiej wiedzy, jest w stanie popełnić pseudonaukowa pracę opisującą – jak mu się wydaje – rewolucyjne odkrycie z dziedziny, w której specjalistą nie jest. Większość takich prac nie dociera do opinii publicznej – każdy ma prawo się mylić, a naukowcy nie lubią jałowych sporów, dlatego takie artykuły często są szybko zapominane. Z kolei większość prac naukowych (w tym prace piszącego te słowa), to nie osiągnięcia na miarę Kopernika, Einsteina czy Nagrody Nobla, a drobne przyczynki do toczącej się debaty naukowej.

Przykładem takiej typowej, bardzo ciekawej zresztą i dobrej publikacji jest analizowana praca 1 (Cooper i in., 2024). To badanie przynoszące wnioski, które będą wielokrotnie sprawdzane, dyskutowane, analizowane i falsyfikowne przez innych badaczy. Być może rzeczywiście przyczyni ona się do zawężenia okna niepewności dotyczącej równowagowej czułości klimatu, a być może inni badacze wychwycą wątpliwe elementy i w ten sposób zwiększą nasze zrozumienie tematu. Debata naukowa dotycząca mechanizmów klimatycznych, globalnego ocieplenia, przyszłych skutków jest szeroka i żywa. Ale nie toczy się tam, gdzie chcieliby ją widzieć niektórzy publicyści, spora część opinii publicznej czy mediów, w tym społecznościowych. Toczy się w pełni otwarcie, ale nie w mediach popularnych, lecz w recenzowanej literaturze naukowej, na konferencjach, w badaniach. Popularyzatorzy nauki, w tym naukaoklimacie.pl informują o jej postępach opinię publiczną.

W samych mediach toczą się oczywiście różne debaty. Wolność słowa i opinii jest bardzo ważna dla nas wszystkich. Jednak, wiele tych debat to debaty zastępcze, które nie są bynajmniej debatami naukowymi, czy informacjami o tych debatach, co sugerują niektórzy. Nauka działa w nieco innym obszarze otwartej przestrzeni. Niestety, nie każdy jest w stanie do tej przestrzeni zajrzeć, a wiedza, choć dostępna i popularyzowana nie jest łatwo i szybko asymilowana przez większość z nas.

Pseudonauka wzbudza pseudodebatę w mediach, woła o zamianę rzeczywistej debaty naukowej w turniej popularności wśród widzów. Pseudodebata z kolei, zamiast nieść opinii publicznej informacje o postępach nauki, o tym co jest dobrze udokumentowane a co nie, o solidnej wiedzy i rzeczywistych niepewnościach czy niejasnościach, przez swoją wszechobecność utrudnia podejmowanie ważnych dla nas wszystkich decyzji opartych na wiedzy. Dotyczy to nie tylko klimatu, ale też np. zdrowia.

Na zakończenie, zamiast rozpisywać się w kwestii klimatu, globalnego ocieplenia i jego antropogenicznej natury odeślę Państwa do znakomitego, opublikowanego już kilkanaście lat temu eseju Stevena Sherwooda na temat różnic między debatą naukową i powszechną, zatytułowanego Science controversies past and present („Kontrowersje naukowe – przeszłość i teraźniejszość”). Esej ten kończy się takim gorzkim podsumowaniem:

Niestety, niektóre nowe podręczniki do fizyki klimatu i atmosfery są pisane z długimi przedmowami wyjaśniającymi, dlaczego studenci powinni ufać temu, co mówi podręcznik, pomimo sprzecznych [z zawartą w nim wiedzą] informacji od rodziców, gospodarzy radiowych talk show lub Internetu. Zazwyczaj podręcznik nie musi się bronić… Jednocześnie historia mówi nam, że ostatecznie nauka [o klimacie] prawdopodobnie wyjdzie z tej debaty cało. A jak wyjdzie na niej planeta [ludzkość – przyp. aut.], to już inna sprawa.

Prof. Szymon Malinowski, konsultacje: dr Jagoda Mytych, Marcin Popkiewicz

The post O pseudowysyceniu efektu cieplarnianego, pseudonauce i pseudodebacie appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Powietrze to cienka warstwa ściśliwego płynu nad powierzchnią obracającej się Ziemi. Jego przepływy zależą od różnic ciśnienia i przemian termodynamicznych obecnej w powietrzu wody. W cyklu dobowym i rocznym, różne części planety i atmosfery są różnie ogrzewane przez Słońce, i różnie wypromieniowują energię w podczerwieni. Bezustannie napędzane tymi procesami przepływy atmosferyczne – wiatry i cyrkulacje – unoszą ze sobą ciepło, parę wodną, aerozole i inne zanieczyszczenia.

To wszystko sprawia, że badania pogody, klimatu, transportu, bilansu energii, muszą obejmować skale większe niż lokalna. Pojedyncze obserwacje czy pomiary są ważne. Jednak dopiero w komplecie z innymi podobnymi obserwacjami i pomiarami z innych lokalizacji pozwalają śledzić, analizować i prognozować stan atmosfery, pogody, klimatu, jakości powietrza. Podobne zależności dotyczą oceanu, prądów morskich, temperatury, zasolenia, stanu morza. Wszystkie większe przedsięwzięcia naukowe mające na celu lepsze rozumienie procesów atmosferycznych i oceanicznych, monitorowanie czy prognozowanie pogody i klimatu, mają zespołowy i ponadnarodowy charakter. Jak żadna inna dyscyplina, nauka o atmosferze i oceanie utkana jest z sieci pomiarowych i obserwacyjnych, przeplatających się ze sobą, obejmujących państwa, kontynenty i cały świat.

Podstawowe pomiary meteorologiczne

Powszechnie znane sieci to sieci stacji i posterunków prowadzących podstawowe pomiary najważniejszych parametrów atmosfery i warunków meteorologicznych (np. wiatru, ciśnienia i temperatury powietrza, usłonecznienia, opadu) prowadzone przez krajowe czy regionalne służby meteorologiczne które współpracują w ramach Światowej Organizacji Meteorologicznej (World Meteorological Organization, WMO), w którą po powstaniu ONZ w roku 1950 przekształciła się istniejąca od 1873 roku Międzynarodowa Organizacja Meteorologiczna (International Meteorological Organization, IMO). WMO działa jako organizacja międzyrządowa przy ONZ, a jej celem jest „wolna i nie podlegająca ograniczeniom wymiana danych, informacji i badań pomiędzy odpowiednimi służbami meteorologicznymi i hydrologicznymi”.

Jak na tym przykładzie widać ważną specyfiką badań atmosfery jest szerokie, bardzo często publiczne, udostępnianie zarówno wyników pomiarów (które po weryfikacji i kalibracji deponowane są w powszechnie dostępnych bazach danych), jak i produktów ich przetwarzania – prognoz, analiz, map, wykresów, tabel, czy zbiorów liczb. Liczne meteorologiczne oraz oceanograficzne obrazy satelitarne pozyskiwane przez NASA, ESA czy agencje kosmiczne Japonii, Chin, Indii, są publikowane w internecie, oglądamy je w programach telewizyjnych i aplikacjach w telefonach komórkowych. Jednak badania atmosfery i oceanu nie ograniczają się do mniej lub bardziej standardowych obserwacji mereologicznych z powierzchni lądów, boi, satelitów i zapisywania ich aby śledzić zmiany klimatu.

Sieci pomiarów aerozolu atmosferycznego

Gdzieś, głębiej ukryte, rozwijają się sieci naukowe prowadzące mniej oczywiste pomiary czy obserwacje. O jednej z nich, dzięki której monitorujemy głębiny oceanu światowego, pisaliśmy kiedyś na naszej stronie (Jak i po co mierzymy temperaturę oceanu, Program Argo sięga głęboko). Dziś skoncentrujemy się na sieciach badających aerozol atmosferyczny. Dlaczego? Bo Instytut Geofizyki UW, z którego wywodzi się część naszej redakcji jest głęboko „uwikłany” w te sieci. Bo zrozumienie aerozolu atmosferycznego, jego roli w transferze promieniowania przez atmosferę, w powstawaniu i ewolucji chmur ma ogromne znaczenie dla rozumienia i prognozowania pogody, klimatu, jakości powietrza.

AERONET – ile aerozolu jest w atmosferze?

Chyba największą siecią aerozolowa, obejmująca lokalizacje na wszystkich kontynentach i wielu wyspach, jest założona przez NASA Aerosol Robotic Network – AERONET. Jednostki badawcze należące do sieci są odpowiedzialne za utrzymanie automatycznych, zrobotyzowanych fotometrów słonecznych CIMEL.

Zgodnie z procedurami, urządzenia te są sprawdzane i kalibrowane w specjalnych laboratoriach według ściśle ustalonego schematu i harmonogramu. Zamontowane w punktach badawczych przez większą część czasu „śpią” smacznie. W określonych momentach, co godzinę, są „budzone” i zaczynają serię pomiarów według określonego schematu. Najpierw patrzą w słońce mierząc dopływ promieniowania w kilku różnych długościach fali. Następnie skanują nieboskłon według ściśle opracowanego schematu, co pozwala zmierzyć w tych samych długościach fali promieniowanie rozproszone przez obecne w powietrzu na różnych wysokościach cząstki aerozolu.

Wyniki pomiarów są bezzwłocznie a także po weryfikacji przez instytucje odpowiedzialne za pomiary raportowane do centrali w NASA. Wszystkie sprawdzone wyniki są dostępne dla badaczy z całego świata i opinii publicznej. Siec pozwala weryfikować obserwacje satelitarne, śledzić przemieszczanie się i ewolucję cząsteczek aerozolu w atmosferze, a informacje o promieniowaniu pomagają w interpretacji wielu innych danych, na przykład dotyczących fotosyntezy. Nasz CIMEL niejednokrotnie pomagał obserwować nad Warszawą pył wulkaniczny, aerozol pustynny, emisje z pożarów lasów czy torfowisk w odległych miejscach. Porównanie odczytów pomiarów z Warszawy i np. Strzyżowa (jest tam kolejny CIMEL obsługiwany przez Instytut Geofizyki UW) czy Belska k. Grójca (CIMEL IGF PAN) pozwala np. określić wpływ miasta, kwitnienia sosny na procesy atmosferyczne!

EARLINET, czyli sieć lidarów

Podobną rolę, choć wykorzystując do pomiarów zupełnie inne przyrządy pełni sieć EARLINET (European Aerosol Lidar NETwork), europejska sieć pomiarów aerozolu lidarami. Lidar, w przeciwieństwie do fotometru, który do pomiaru wykorzystuje promieniowanie Słońca, sam wysyła wiązkę promieniowania elektromagnetycznego (często w kilku długościach fali) i odbiera promieniowanie rozproszone (odbite) wstecz. Znając odstęp czasu między emisją i odbiorem sygnału możemy precyzyjnie podać wysokość na której występują cząstki rozpraszające, a badając własności zarejestrowanego promieniowania zwrotnego wiele powiedzieć o ich własnościach. Więcej o wspaniałym lidarze wykorzystywanym w IGF UW można przeczytać w artykule To się nazywa lidar!

POLAND AOD – wszystko o aerozolu nad Polską

Dzięki współpracy kilku instytucji badawczych z Polski powstała i działa od 10 lat nasza krajowa sieć aerozolowa POLAND AOD (https://www.polandaod.pl/), koordynowana przez IGF UW. Pozwala to prowadzić wspólne, interdyscyplinarne badania i śledzić zmienność aerozolu w skali kraju. Punkty pomiarowe tej sieci dysponują różnym wyposażeniem badawczy. nie wszędzie są lidary i fotometry. Jednak nawet pomiary natężenia promieniowania oraz badanie składu i własności cząstek aerozolu pobieranych z powietrza przy powierzchni Ziemi pozwalają budować wiedzę o jakości powietrza, transporcie, pomaga zasilać modele chemii atmosfery i jakości powietrza, weryfikować ich obliczenia i kalibrować dane satelitarne.

Wspólna infrastruktura badawcza

Innym rodzajem badawczych sieci naukowych są tzw. sieci czy przedsięwzięcia infrastrukturalne. Jednostki uczestniczące w sieci, prócz prowadzenia pomiarów i prowadzenia wymiany danych, uczą się od siebie i współpracują badawczo. W ramach sieci pracownicy z jednych ośrodków mogą odwiedzać inne, np. mające inne wyposażenie badawcze niż macierzysta instytucja, poznawać nowe przyrządy i wspólnie prowadzić badania. Zdarza się, że ktoś wymyśla nowy czy udoskonala algorytm przetwarzania danych który chce sprawdzić na innych, niż macierzyste, przyrządach badawczych czy bada jak ujednolicać wyniki pomiarów – sieć pomaga to zrobić.

Sieć koordynuje też prowadzone badania i pomaga optymalizować rozwój aparatury badawczo pomiarowej. Znając zalety i wady rożnych przyrządów pomiarowo obserwacyjnych znacznie łatwiej dokonywać optymalnych zakupów brakującego sprzętu czy modyfikować tak programy pomiarowe, aby efekt synergii z innymi przyrządami czy pomiarami sieci przynosił jak najlepsze czy najdokładniejsze wyniki.

Na tropie aerozolu i gazów cieplarnianych

IGF UW uczestniczy w dwóch takich przedsięwzięciach europejskich. Pierwsze z nich, o czym nieco pisaliśmy w artykule o lidarze to ACTRIS (The Aerosol, Clouds and Trace Gases Research Infrastructure) sieć badawcza chmur i aerozoli. Podobnie jak ACTRIS działa np. siec ICOS (Integrated Carbon Observation System) do śledzenia obiegu węgla w przyrodzie, do której przyłączyć się chce między innymi polski KASLAB (o którym przeczytasz w artykule Kasprowy Wierch – co tu się mierzy i co z tego wynika?).

EUFAR – badania w przestworzach

Drugą, zupełnie inną siecią infrastrukturalną w której uczestniczy IGF UW jest EUFAR – European Facility for Airborne Research. Badania lotnicze są bardzo drogie, wiele krajów nie ma infrastruktury badawczej w tym zakresie. Np. nasz instytut rozwija termometr do pomiaru w chmurach z pokładu samolotu, czy pracuje nad nowymi przyrządami samolotowymi do pomiaru wilgotności nie mając samolotu badawczego.

Dzięki takim sieciom jak EUFAR możemy rozwijać te badania a także uczestniczyć w szkoleniach czy projektach badawczych (przykład znajdziecie w artykule Jak to się robi?Pomiary atmosferyczne z pokładu samolotu). Co więcej, niektóre z tych badań są z jednej strony bardzo niszowe, z drugiej ważne dla innych badaczy że łatwiej jest współpracować mając jeden taki termometr jak nasz, niż konstruować analogiczne gdzie indziej. Tak, z własnym wkładem jesteśmy cennymi partnerami w sieci nie mając samolotu, a w zbliżony sposób prowadzi badania wiele innych jednostek w Europie. Podobne sieci działają na kontynencie amerykańskim, czasami, np. w projektach takich jak EUREC4A łączą się, ułatwiając organizację wielkich kampanii pomiarowych.

Na podobnej zasadzie działają sieci oceanograficzne udostępniające miejsca dzielące przyrządy na statkach badawczych. Silne usieciowanie jest korzystne i dla bogatszych, lepiej wyposażonych, i dla gorzej oprzyrządowanych instytucji. Synergia, wymiana doświadczeń i badań, a także wzajemna kontrola na każdym etapie powodują, że badania naukowe oceanów i atmosfery rozwijają się szybko, a ich wyniki mogą być szeroko udostępniane opinii publicznej.

Dane z Europy udostępni ci Copernicus

W skali Europy wyniki badań prowadzonych przez różne sieci, od meteorologicznych po badawcze są gromadzone, przetwarzane i rozpowszechniane przez program usług klimatycznych Copernicus, którego celem jest uzyskanie maksymalnych korzyści dla wszystkich obywateli Unii Europejskiej. Dane z satelitów oraz naziemnych, atmosferycznych i morskich systemów pomiaru oraz sieci takich jak AERONET, EARLINET, Poland AOD, ACTRIS, ICOS a także symulacji numerycznych wykorzystuje się do wytwarzania i przekazywania informacji, pomagających usługodawcom, organom publicznym i innym organizacjom międzynarodowym w podnoszeniu jakości życia mieszkańców UE. Użytkownicy mają bezpłatny i otwarty dostęp do usług informacyjnych świadczonych w ramach programu.

Gdy korzystasz z aplikacji WINDY po to żeby zobaczyć prognozę aerozolu w Europie, dostarczaną przez program Copernicus, pamiętaj że robione przez nas pomiary pomagają udoskonalać algorytmy obliczeń transportu zanieczyszczeń i interpretować obrazy satelitarne. Systematyczne rozszerzanie pomiarów aerozolu nad Polską oraz skuteczne i regularne dostarczanie najwyższej klasy danych pomiarowych do ponadnarodowych sieci pozwala nie tylko lepiej prognozować pogodę czy rozumieć klimat, ale ma konkretne przełożenie na wiele naszych codziennych działań.

Szymon Malinowski

The post Klimat w sieciach: nowoczesne badania wymagają współpracy appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W sobotę 15 stycznia o 6:00 rano naszego czasu nastąpił potężny wybuch podwodnego wulkanu w archipelagu Tonga. Erupcję zarejestrowały geostacjonarne satelity meteorologiczne obserwujące atmosferę nad Pacyfikiem. Na animacji stworzonej na podstawie kolejnych obrazów satelitarnych, prócz gwałtownie rosnącej i wznoszącej się w górę chmury pyłu wyraźnie widać rozchodzące się koliście kręgi. To spektakularny przykład tak zwanych fal grawitacyjnych w atmosferze, powietrznego odpowiednika tsunami.  

Fale na wodzie

Każdy z nas prawdopodobnie obserwował fale na wodzie rozchodzące się w postaci kręgów od zaburzenia spowodowanego wrzuceniem do wody kamienia. Uważny obserwator, nie skupiając się na całym kręgu ale obserwując jego wycinek podczas wędrówki po wodzie, zauważy, że grzbiety fal nie wędrują razem z kręgiem. Krąg rozszerza się szybciej, niż poszczególne zafalowania. 

To przykład paczki falowej która niesie ze sobą energię, ale która nie jest jednoznaczna z pojedynczymi falami które się na nią składają. Podobne fale i paczki falowe wędrują nie tylko na powierzchni wody czy innych cieczy, ale zdarzają się i w atmosferze. 

Fale w atmosferze

Atmosfera jest na ogół w stabilnej równowadze hydrostatycznej. Co to znaczy? Że można ją sobie wyobrażać, jako składającą się z kolejnych warstw płynu: najgęstszych na dole i coraz mniej gęstych, idąc w górę. W takiej sytuacji powietrze z poszczególnych warstw ma tendencję do pozostawania na swoim miejscu: nawet jeśli to gęstsze zostanie wypchnięte do góry, szybko opadnie z powrotem pod wpływem siły grawitacji.

Ciągnąc dalej nasze wyobrażenie możemy wyobrazić sobie granice – powierzchnie rozdzielające warstwy powietrza. Poniżej warstwa o większej gęstości, powyżej – warstwa o mniejszej. Taka granica przypomina granicę między wodą a powietrzem i wzdłuż niej mogą propagować się fale podobne do tych fal na wodzie. Takie fale nazywamy grawitacyjnymi falami powierzchniowymi. Grawitacyjnymi, gdyż równowaga hydrostatyczna to efekt w polu grawitacyjnym. Napisałem wyżej o zmianie gęstości, ale tak naprawdę ich mechanizm wyjaśnia coraz mniejszy ciężar właściwy.

Ciężar właściwy – stosunek ciężaru (siły ciężkości działającej na ciało) do objętości ciała. 

Jednak fale na granicy woda-powietrze i fale w atmosferze są nieco różne. Na ogół głębokość wody i grubość powietrza nad nią są duże a małe zaburzenie na powierzchni propaguje się tylko wzdłuż niej. Im dalej od powierzchni, tym fluktuacje z nim związane są mniej zauważalne, aż w praktyce zanika. 

Ale gdy warstwy między powierzchniami są cienkie a zaburzenia duże (a tak właśnie jest w przypadku fal w atmosferze), każde zaburzenie jednej powierzchni powoduje zaburzenie sąsiedniej. Fale na jednej powierzchni wywołują fale na sąsiednich, czyli energia paczki falowej nie jest niesiona tylko wzdłuż powierzchni ale i w górę (gdy zaburzenie wywołujące fale wystąpi na dolnej granicy atmosfery, jak było to w przypadku wybuchu Hunga Tonga), lub w górę i w dół dla zaburzenia w środku atmosfery (np. gdy zdetonujemy w niej bombę).

Fale wzbudzone przez Hunga Tonga zaobserwowane w Warszawie

Jeśli zestawimy sobie grubość atmosfery (kilkadziesiąt km) z rozmiarami globu, zauważymy, że fale wzbudzone przez wybuch Hunga Tonga musiały propagować się głównie w poziomie, podobnie jak fale na wodzie. 

Co więcej, fale te rozchodziły się od miejsca eksplozji dookoła globu. Spowodowany przez nie krąg rozszerzał się aż do momentu gdy jego rozmiar osiągnął rozmiar koła wielkiego Ziemi (czyli miał promień taki, jak nasza planeta), a potem musiał zacząć się kurczyć. Widać to znakomicie  na animacji przetworzonych obrazów z satelity geostacjonarnego Meteosat-8 udostępnianej przez europejską agencję  EUMETSAT: 

Była to fala dyspersyjna, czyli taka, która traci część energii (zanika) z powodu tego że różne składniki paczki falowej wędrują z inną prędkością, zamieniając w dodatku część energii na ciepło i lokalną turbulencję (zawirowania powietrza). Mimo to, udało się ją zaobserwować w odległych częściach globu, także nad Polską.

Nad Warszawą falę zaobserwowano dwukrotnie, raz gdy rozszerzała się jeszcze wędrując od Tonga na odległość 16 tys km i drugi raz, gdy już się kurczyła (przebiegła 24 tys km i dotarła do Warszawy „z drugiej strony” globu). Widać ją na odczytach ciśnienia ciśnienia z naszej stacji meteorologicznej (https://www.igf.fuw.edu.pl/pl/meteo-station/lab_tr_pasteura_5/) z 15 stycznia ok. godziny 19:00 i 16 stycznia przed godziną 02:00. 

Niestety, fala przechodziła nad Polską w nocy, więc nie wiemy czy nie wywołała na niebie ciekawych efektów związanych z zachmurzeniem zaobserwowanych w niektórych miejscach na świecie, takich jak tym filmie poklatkowym z Hawajów.

Szymon P. Malinowski

The post Erupcja Hunga Tonga – atmosferyczne tsunami appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W skrócie:

• Naukowcy dokonali bardzo precyzyjnej rekonstrukcji klimatu Ziemi w ostatnich 66 milionach lat na podstawie analizy ogromnego zbioru danych uzyskanych z rdzeni osadów dennych w oceanach 
• Rdzenie były pobierane przez ponad 50 lat na całym świecie w serii międzynarodowych ekspedycji wiertniczych
• Wykazano, że w kenozoiku istniały cztery dominujące stany klimatyczne: cieplarniany, ciepły, chłodny i lodowy • Dane geologiczne pokazują, że stężenie CO₂ w atmosferze, obecnie na najwyższym poziomie od co najmniej ostatnich 3 milionów lat, jest kluczowym czynnikiem kształtującym klimat Ziemi
• Wg stanowiska The Royal Geological Society of London zapis geologiczny zmian klimatu ujawnia dowody na istnienie punktów krytycznych i progów w systemie klimatycznym, w wyniku których może dojść do nagłych i z ludzkiej perspektywy czasowej nieodwracalnych zmian stanu klimatycznego naszej planety
• Badania geologiczne wspierają konsensus naukowy w sprawie przyczyn i skali współczesnej zmiany klimatu.

Szczegółowa rekonstrukcja klimatu kenozoiku

Międzynarodowy zespół badaczy na podstawie analizy ogromnego zbioru danych uzyskanych z rdzeni osadów dennych w oceanach, dokonał nadzwyczaj precyzyjnej rekonstrukcji klimatu Ziemi w ostatnich 66 mln lat (Westerhold i in., 2020). Przy interpretacji danych wykorzystano innowacyjne metody statystyczne stosowane w badaniach złożonych systemów dynamicznych, co pozwoliło wyodrębnić podstawowe stany klimatyczne, jakich doświadcza Ziemia, i przejścia między nimi. Wskazują one na deterministyczny (czyli nie przypadkowy, a wymuszony warunkami i prawami fizyki) charakter zmian klimatu w bardzo długich skalach czasu.

Jak wyjaśnia główny autor publikacji, Thomas Westerhold (źródło):

Naszym celem było stworzenie nowego zestawu danych o przeszłości klimatu, który nie tylko uwzględnia dane o najwyższej rozdzielczości, ale także jest precyzyjniej datowany. Wiemy teraz dokładniej, kiedy na naszej planecie było cieplej lub zimniej, a także lepiej rozumiemy rządzącą tymi zmianami dynamikę… To był ogromny wspólny wysiłek wielu kolegów z całego świata, aby odzyskać próbki materiału, przeanalizować je i skompilować do postaci jednej krzywej.

Inny autor, Norbert Marwan dodaje:

Nasze analizy matematyczne ujawniły to, co z początku trudno w danych z osadów zauważyć – ukryte zależności i powtarzające się wzorce w klimacie. Spojrzenie w przeszłość jest więc również spojrzeniem w przyszłość. Z powolnych naturalnych fluktuacji klimatycznych zachodzących na przestrzeni milionów lat możemy wyciągnąć wnioski na temat oszałamiająco szybkich antropogenicznych zmian w naszym obecnym stuleciu.

Rdzenie z odwiertów w osadach dennych były pobierane przez ponad 50 lat na całym świecie w serii międzynarodowych ekspedycji wiertniczych prowadzonych w ramach projektu International Ocean Discovery Program (IODP) i jego poprzedników. Już wcześniej część tych danych została wykorzystana do stworzenia referencyjnej skali zmian przeszłego klimatu (czyli czegoś w rodzaju kalendarza) w trwającym od 66 mln lat kenozoiku (Zachos i inni 2001). Jednak dane starsze niż 34 miliony lat były w tym zbiorze dosyć ubogie i charakteryzowały się nie najlepszą rozdzielczością czasową. Od czasu publikacji pracy zespołu Zachosa zapisy klimatyczne, dzięki danym uzyskanym z wielu nowych rdzeni osadowych, uległy poprawie zarówno pod względem ilościowym jak jakościowym. W ostatnich dwóch dekadach programy wierceń skoncentrowano na starszych warstwach geologicznych. Pozwoliło to zyskać dostęp do lepszej jakości, bardziej kompletnych archiwów osadów, dzięki czemu naukowcy mogli zrekonstruować globalny klimat znacznie bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej.

Nowy wykres, zwany CENOGRID (CENOzoic Global Reference benthic carbon and oxygen Isotope Dataset), jest rekonstrukcją zmian klimatu Ziemi od ostatniego wielkiego wymierania 66 milionów lat temu, które wyznaczyło początek ery kenozoiku. Skład izotopowy tlenu i węgla w przebadanych osadach dostarcza informacji o przeszłych temperaturach oceanu, objętości lodu zamkniętego w lądolodach i lodowcach oraz cyklu węglowym. Graficznie wyniki badań można przedstawić jak fascynujący kod kreskowy, pokazany na rys. 2.

Znakomita rozdzielczość czasowa CENOGRID pozwala na zastosowanie do jego interpretacji zaawansowanych matematycznych procedur analizy danych. Jedną z nich jest tzw. analiza rekurencji, stosowana do badania złożonych systemów dynamicznych, która pozwala znajdywać w przebiegu wykresów podobne zdarzenia, a w sytuacji, gdy wykresy są dostatecznie długie i dokładne, wyciągać wnioski na temat prawdopodobieństwa tych zdarzeń. Zastosowanie jej w tym przypadku pozwala śledzić zmiany i wynajdywać charakterystyczne „wzorce” czy stany klimatu naszej planety. Te podstawowe stany (oraz drobniejsze przeskoki klimatyczne wewnątrz nich) zaznaczone są pionowymi paskami kolorów.

Przeskoki klimatu Ziemi między czterema stanami

„Możemy wykazać, że w kenozoiku istniały cztery dominujące stany klimatyczne: cieplarniany, ciepły, chłodny i lodowy” (Rys. 4), wyjaśnia Marwan. Klasyfikacja ta była używana już od jakiegoś czasu, jednak dopiero analiza rekurencji ujawniła dynamikę zmian złożonego systemu klimatycznego i określenie wzorców charakterystycznych dla tych stanów, a także przejść między nimi, związanych z wymuszeniami astronomicznymi (cykle Milankovicia i aktywności słonecznej), koncentracjami gazów cieplarnianych i wielkością polarnych czap lodowych. Wyniki sugerują, że rola tych ostatnich w klimacie kenozoiku jest większa, niż do tej pory uważano. Ich obecność i rozmiar wzmacniają wymuszenia orbitalne związane ze zmianami nachylenia osi ziemskiej. Pojawienie się lądolodu Antarktyki Wschodniej ~35 milionów lat temu (na granicy eocenu i oligocenu) związane było z „przeskokiem” stanu planety z klimatów ciepłych do chłodnych. Pojawienie się lądolodu półkuli północnej i wzrost lądolodu Antarktydy Zachodniej ok. 14 milionów lat temu zapoczątkowały kolejne ochłodzenie, które wraz ze wzrostem lądolodu Grenlandii ok. 3 mln lat temu spowodowało pojawienie się regularnych zlodowaceń (patrz też Klimat dawnych epok: od dinozaurów do lądolodu).

Jak piszą autorzy, przedstawione wyniki potwierdzają hipotezę, że jeśli koncentracje gazów cieplarnianych będą nadal rosnąc (np. do wartości 935 ppm CO₂ w roku 2100 w scenariuszu RCP 8.5) to planecie grozi gwałtowne przejście ze stanu „lodowego” do „ciepłego” lub nawet „cieplarnianego”. Byłoby to „gwałtowne” nie tylko w skali geologicznej, lecz wręcz ludzkiej i społecznej.

Zmiany klimatu okiem geologów

Niemal równolegle z publikacją Westerhold i in., 2020 w Journal of the Geological Society pojawiła się kolejna ważna praca „Co zapis geologiczny mówi nam o naszym obecnym i przyszłym klimacie” („What the geological record tells us about our present and future climate”) Lear i inni, 2020. Lista autorów liczy 16 osób, a autorem wiodącym jest prof. Caroline Lear z Uniwersytetu w Cardiff. Jest to dość nietypowy tekst, bo zamiast zwyczajowym streszczeniem zaczyna się stanowiskiem The Royal Geological Society of London w sprawie współczesnej zmiany klimatu, które zacytujemy tu w całości:

Geologia jest nauką o tym, jak Ziemia funkcjonuje i ewoluowała. Jako taka może przyczynić się do naszego zrozumienia systemu klimatycznego i jego reakcji na dodanie dwutlenku węgla (CO₂) do atmosfery i oceanów. Dane geologiczne pokazują, że stężenie CO₂ w atmosferze jest obecnie na najwyższym poziomie od co najmniej ostatnich 3 milionów lat. Ponadto, obecne tempo spowodowanych przez człowieka zmian stężenia CO₂ i (związanego z tym) ocieplenia, jest niemal bez precedensu w całym zapisie geologicznym, z jedynym znanym wyjątkiem: natychmiastowego, wywołanego uderzeniem meteorytu zdarzenia, które spowodowało wyginięcie dinozaurów 66 mln lat temu. Innymi słowy, chociaż na skutek naturalnych procesów stężenia CO₂ w atmosferze ulegały w historii znacznym wahaniom i często były wyższe niż obecnie, to aktualne tempo zmian stężenia CO₂ (a zatem i temperatury) jest bezprecedensowe w prawie całej geologicznej przeszłości Ziemi.

Zapis geologiczny pokazuje, że zmiany temperatury oraz stężenia gazów cieplarnianych mają bezpośredni wpływ na poziom mórz, cykl hydrologiczny, ekosystemy morskie i lądowe, oraz zakwaszanie i zmniejszanie się natlenienia oceanów. Ważne zjawiska klimatyczne, takie jak El Niño-Southern Oscillation (ENSO) oraz monsuny, które dziś wpływają na stabilność społeczno-gospodarczą oraz bezpieczeństwo żywnościowe i wodne miliardów ludzi, podlegały istotnym zmianom w wyniku występujących w przeszłości zmian klimatu.

Rekonstrukcje klimatyczne z różnych miejsc na świecie pokazują, że zmiany klimatu nie były jednolite w skali planety, ale wykazywały charakterystyczne tendencje, ze zmianami na biegunach większymi niż gdzie indziej. To wzmocnienie polarne widoczne jest w dawnych, cieplejszych niż współczesny, okresach, takich jak epoka eocenu, około 50 milionów lat temu, a bliżej naszych czasów – w pliocenie, około 3 milionów lat temu. Najcieplejsze okresy pliocenu charakteryzowały się zanikiem letniego lodu morskiego w Arktyce. Utrata pokrywy lodowej podczas pliocenu była jedną z licznie zaobserwowanych w zapisie gwałtownych zmian klimatu związanych z przekraczaniem tak zwanych klimatycznych punktów krytycznych.

Zapis geologiczny może być użyty do obliczenia wielkości zwanej równowagową czułością klimatu (ang. Equilibrium Climate Sensitivity, ECS), czyli wielkością ocieplenia spowodowaną podwojeniem stężenia CO₂ w atmosferze, po czasie, w którym między rozmaitymi procesami w systemie klimatycznym ukształtuje się równowaga. Ostatnie szacunki sugerują, że globalnie, średnio przy podwojeniu koncentracji CO₂ w atmosferze klimat ociepla się o 2,6-3,9°C (po uzyskaniu równowagi systemu klimatycznego).

Zapis geologiczny dostarcza mocnych dowodów na to, że stężenie CO₂ w atmosferze jest czynnikiem kształtującym klimat, co współgra z wieloma innymi dowodami na to, że gazy cieplarniane emitowane w wyniku działalności człowieka zmieniają klimat Ziemi. Co więcej, ilość obecnych już w atmosferze gazów cieplarnianych pochodzenia antropogenicznego oznacza, że Ziemia jest już skazana na pewien poziom ocieplenia klimatu. Ponieważ klimat Ziemi zmienia się wskutek spalania paliw kopalnych i zmian w użytkowaniu gruntów, planeta, na której żyjemy, doświadczy dalszych zmian, które będą miały coraz bardziej drastyczne skutki dla ludzkich społeczeństw. Ocena przeszłych zmian klimatu pomaga w podejmowaniu decyzji politycznych dotyczących przyszłości. Naukowcy zajmujący się badaniem Ziemi mają do odegrania ważną rolę w realizacji wszelkich polityk mających na celu ograniczenie przyszłych zmian klimatycznych.

Znających język angielski gorąco zachęcamy do przeczytania całości artykułu Lear i inni, 2020. Jest napisany prosto, świetnie uźródłowiony i stanowi doskonałe kompendium wiedzy o przeszłym klimacie naszej planety.

Jeśli idzie o zawartość naukową, to warte uwagi jest spojrzenie na kwestię zmienności klimatu w historii geologicznej, prowadzące do podobnych wniosków jak omówiony tu wcześniej artykuł Westerhold i in., 2020.

Autorzy Lear i inni, 2020 piszą, że aktualne stężenie CO₂ w atmosferze przekracza już to ze środkowego pliocenu (3,3 mln lat temu), kiedy klimat był o 2-4°C cieplejszy niż dzisiaj („chłodny” stan klimatu na Rys. 2), a większe stężenia CO₂ odpowiadały stanowi klimatu „ciepłemu” lub nawet „cieplarnianemu”. Zestawiając oszacowania wymuszenia radiacyjnego i charakterystycznych temperatur, jakie panowały w odległych epokach geologicznych, autorzy oszacowują najbardziej prawdopodobną wartość równowagowej czułości klimatu.

Podsumowując piszą:

Dysponując oszacowaniami przeszłego wymuszania radiacyjnego i przy wartości ECS pomiędzy 2,6 a 3,9°C, jesteśmy w stanie wyjaśnić większość ociepleń/ochłodzeń widocznych w zapisie geologicznym. Dostarczając kluczowych informacji o zakresie zmienności ECS zapis geologiczny może mieć istotny wkład w decyzje polityczne [związane z przyszłymi redukcjami emisji – red.].

Druga wymagająca podkreślenia kwestia to ogromna waga, jaką autorzy przypisują punktom krytycznym w ziemskim systemie klimatycznym, pisząc wprost:

Geologiczny zapis zmian klimatu ujawnia dowody na istnienie w systemie klimatycznym sprzężeń i punktów krytycznych, których przekroczenie w wyniku działania stopniowo narastającego wymuszania spowodować może nagłe i niekiedy nieodwracalne zmiany

Konkluzja ta w pełni współgra z pracą Westerhold i in., 2020. Nie bez powodu autorzy przytoczonych prac podkreślają jak istotne i bezprecedensowe jest tempo obecnej zmiany klimatu.

Konsensus klimatyczny w światowej geologii a polska specyfika…

Dla stałych czytelników naszego portalu nie ma w omawianych publikacjach wielu zaskakujących punktów, choć uwagę może zwracać kolejne uszczegółowienie i pogłębienie dotychczasowej wiedzy. Treść artykułów jest w pełni zgodna z konsensusem naukowym w sprawie zmiany klimatu. Samo stanowisko The Royal Geological Society of London też nie jest nowe – to doprecyzowanie stanowiska z 2007 roku, również zgodnego z konsensusem naukowym w sprawie globalnego ocieplenia. Współgra ono ze stanowiskiem The Geological Society of America oraz innych towarzystw i akademii naukowych.

Dlaczego dla nas, w Polsce, te teksty są tak ważne? Ponieważ niektórzy przedstawiciele polskiego środowiska geologów wciąż twierdzą, że „geologia daje inną perspektywę współczesnej zmiany klimatu” niż np. fizyka atmosfery czy klimatologia fizyczna.

Nie jest to prawdą.

Taką „inną perspektywę” ma nie geologia jako nauka, lecz co najwyżej nieliczni geolodzy niekoniecznie będący na bieżąco z osiągnięciami uprawianej przez siebie nauki.

Prof. Szymon Malinowski

The post Geologia i globalne ocieplenie: co nowego? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Strefa pasatów – wiatrów wiejących w dolnej części atmosfery od zwrotników w stronę równika, ze składową wschodnią (ze wschodu na zachód) – ma ogromne znaczenie dla klimatu Ziemi. Masy powietrza, przepływając nad oceanem (im bliżej równika, tym cieplejszym) pobierają z niego ciepło i wilgoć.

W okolicach równika to wilgotne powietrze napływające z północy i południa wznosi się w procesie głębokiej konwekcji do góry, a energia uwolniona podczas kondensacji pary wodnej napędza globalną cyrkulację atmosfery (rysunek 3). Powietrze wypływające górą z chmur równikowych zasila tzw. antypasat, płynący w kierunku północno-wschodnim w wyższych warstwach troposfery.

Jednak ważny jest nie tylko równik (strefa zbieżności, gdzie spotykają cie pasaty z półkul północnej i południowej) i głęboka konwekcja, ale także to, co dzieje się z powietrzem w trakcie wędrówki z pasatem w kierunku równika. W tym obszarze nad oceanem powstają w dolnej części troposfery chmury konwekcyjne, które także produkują deszcz, a oprócz tego odbijają promieniowanie słoneczne. Tę tak zwaną komórkę cyrkulacyjną Hadleya domykają obszary osiadania powietrza w szerokościach ok. 35 stopni, bezchmurne lub pokryte niemal ciągłą warstwa chmur stratocumulus.

Organizacja konwekcji – główny temat kampanii

Patrząc na Ziemię z satelity zwracamy uwagę, że chmury pasatowe układają się w różne wzory. To efekt różnej organizacji konwekcji. Od czego ona zależy? To zagadnienie jest jeszcze słabo rozumiane i właśnie dlatego naukowcy z Europy i Ameryki postanowili zorganizować wielką kampanię pomiarową, mającą pogłębić wiedzę na ten temat.

Dawniej, uważano że cykl dobowy nad oceanem jest zaniedbywalny, jednak później zauważono, że struktury konwekcyjne nad morzem zmieniają się nieco w ciągu doby. Celem projektu EUREC⁴A jest zebranie solidnego zestawu pomiarów in-situ całych zespołów chmur, ich organizacji, zmian w czasie, jednocześnie z pomiarami dobowego cyklu zmienności cienkiej, naskórkowej warstwy powierzchni wody (więcej na ich temat przeczytasz w tekście Jak i po co mierzymy temperaturę oceanu) oraz strumieni wilgoci, ciepła i pędu, czyli wymiany wody, ciepła i pędu między powierzchnią oceanu a atmosferą.

Dodatkowo, na to co dzieje się w dolnej warstwie atmosfery wpływa to, co jest powyżej i na odwrót. Antypasat i prądy strumieniowe zwrotnikowe (bliżej równika), wpływają na głębokość warstwy pasatowej z chmurami. Można także udokumentować różnego rodzaju oddziaływania z niżami i wyżami wyższych szerokości geograficznych. Oczywiście, od tego, jak zorganizowana jest konwekcja w strefie pasatowej, jaką powierzchnię zajmują chmury, a jaką obszary bezchmurne, zależy albedo tego obszaru, czyli zdolność odbijania promieniowania słonecznego.

Pisaliśmy wielokrotnie (np. w artykule „Morskie chmury: nowo odkryte sprzężenie zwrotne destabilizujące klimat cieplarnianej Ziemi”), że chmury mogą stanowić kolejne dodatkowe sprzężenie zwrotne wzmacniające nasze wymuszenie gazami cieplarnianymi procesów klimatycznych. Czy w cieplejszym klimacie chmury będą układać się w takie same wzory? Czy zachmurzenie wzrośnie czy zmaleje? Czy te same wzory będą występować w powiększającej się wraz z ociepleniem komórce Hadleya?

Najnowsze symulacje modelami globalnymi pokazują, że chmur w obszarach pasatów może być mniej, przez co wskutek mniejszego albedo globalne ocieplenie będzie silniejsze, niż wydawało nam się do tej pory (patrz Wyższa czułość klimatu w nowym raporcie IPCC?). Jednak nie wiemy tego na pewno. Modele klimatu mają bardzo uproszczony opis chmur. Celem projektu EUREC⁴A jest lepsze zrozumienie oddziaływania chmur z oceanem w strefie pasatów, cyklu dobowego wzorów konwekcji, zależności organizacji konwekcji od cech oceanu i tego, co się dzieje ponad warstwą pasatową, po to żeby zweryfikować tezę o wyższej, niż nam się do tej pory wydawało, czułości klimatu.

Zarys kampanii

Projekt jest ogromny, część europejska jest uzupełniona amerykańską kampanią ATOMIC. W sumie bezpośrednio w pomiarach bierze udział ponad 50 instytucji naukowych. Dalszych 30 instytucji jest zaangażowanych zdalnie, przygotowując specjalne dane satelitarne, modelując pogodę z niespotykaną rozdzielczością, wykonując specjalne symulacje numeryczne cyrkulacji oceanicznych i udzielając różnego rodzaju bezpośredniego wsparcia naukowego.

Na miejscu, na Barbados, najbardziej na wschód wysuniętej wyspie archipelagu Małych Antyli, oraz na statkach badawczych na zachód i południe od tej wyspy pracuje w tej chwili niemal 400 naukowców z 7 krajów (Barbados, Francja, Holandia, Niemcy, Polska, USA, Wielka Brytania). Prowadzą skoordynowane pomiary różnorodnych własności oceanu od głębokości kilkuset metrów, dokładne badania warstwy powierzchniowej, granicy atmosfera-ocean oraz atmosfery, począwszy od warstwy przywodnej po górną troposferę.

Pomiary zaplanowane są tak, aby uzupełniały się nawzajem. Oprócz czterech statków badawczych ocean przemierza kilkanaście dronów: część z nich to zanurzające się w głąb morza „szybowce morskie” (sea-glidery), część pływa po powierzchni. Cztery samoloty badawcze wykonują skoordynowane loty, które pozwalają poznać pionową i poziomą strukturę atmosfery, własności chmur, strumienie ciepła i wilgoci oraz aerozole i opad. Specjalne stacje badawcze na brzegu wyspy Barbados oraz specjalnie przywieziony i zamontowany w tym celu radar opadowo-chmurowy śledzi obszar pomiarów. Na samolotach i statkach zainstalowane są nie tylko czujniki in situ ale także radary, lidary oraz balony na uwięzi. Więcej o platformach pomiarowych: ATOMIC, EUREC⁴A.

Plan badań

To co dzieje się w okolicy Barbados zależy przede wszystkim od transportu ciepła, wilgoci i pędu w atmosferze i oceanie. W ramach kampanii analizujemy dwa obszary, które oddziałują na rejon badań. Po pierwsze, w tak zwanej „alei pasatowej” napływają masy powietrza ze wschodu i północnego wschodu. Po drugie, prąd oceaniczny, tzw. „aleja wielkich wirów”, płynący wzdłuż wybrzeży Ameryki Południowej przynosi ciepłe wody w obszar Antyli i Morza Karaibskiego.

Główny obszar pomiarowy na przecięciu obydwu alei, nieco na wschód od Barbados jest bardzo dobrze zdefiniowany: obejmuje wielkie koło o promieniu 100 km, cały czas obserwowane przez radar chmurowy. Samolot HALO krąży na wysokości 9 km po granicy tego obszaru śledząc go lidarami i radarami z góry, a także spuszczając bardzo precyzyjne sondy, które opadają na spadochronach przez atmosferę. Podczas jednego przelotu po obwodzie obszaru spuszczane jest 8 sond, co pozwala określić napływ i wypływ mas powietrza do obszaru badań na różnych wysokościach.

Kolejne samoloty latają niżej, wewnątrz głównego kręgu. Francuski ATR42, wyposażony w radary „patrzące” horyzontalnie oraz w górę i dół, lata na wysokości chmur po dobrze zaplanowanej prostokątnej trajektorii, aby zebrać informacje obszarowe o położeniu chmur. W chmury wlatuje brytyjski TwinOtter, którego podstawowym zadaniem jest badanie mikrofizyki chmur i turbulencji.

Na tym samolocie zamontowany jest, wraz z innymi przyrządami, unikalny termometr UFT wykonany w Instytucie Geofizyki (IGF) na Wydziale Fizyki UW (FUW), pozwalający mierzyć temperaturę wewnątrz chmur z rozdzielczością centymetrów. Poniżej warstwy granicznej atmosfery i tuż nad powierzchnią morza krąży dron Boreal, zbierający informacje o strumieniach ciepła i pary wodnej.

Podobne koło, dalej na wschód, jest badane głównie przez Amerykanów z samolotu NOAA WP-3D. Dalej jeszcze są dwie super boje zbudowane już kilkanaście lat temu, śledzące stan oceanu. Badania prowadzone na wschód od podstawowego obszaru pozwalają określić, jak zmieniło się powietrze podczas wędrówki z pasatem w kierunku zachodnim.

Laboratoria na statkach pływających wewnątrz obu okręgów (amerykański Ron Brown na wschodzie i niemiecki Meteor wewnątrz głównego kręgu) mierzą pionowe profile temperatury, zasolenie oceanu oraz pewne własności biologiczne warstw powierzchniowych. Na Meteorze jest specjalny balon-latawiec na uwięzi, który może wznieść się na wysokość 1500 m i wykonywać pomiary w chmurach. Obok innych przyrządów na statkach zainstalowane są kolejne termometry z IGF. Są tam też cztery proste drony-śmigłowce, które precyzyjnie profilują najniższe 300 m atmosfery, a także dokonują pomiarów naskórkowej temperatury powierzchni oceanu. Poza tym: lidary, radar, przyrządy do pomiaru aerozolu, natężenia promieniowania słonecznego i długofalowego. Ze statków wypuszczane są drony morskie.

Dwa kolejne statki, niemiecki Maria Meriam i francuski Atalante, pracują w „alei wielkich wirów” na południowy wschód od głównego obszaru badań, aby zbadać masy wody, które potem do niego dopływają. Na statku niemieckim jest kolejny balon-latawiec na uwięzi, który unosi do chmur specjalne oprzyrządowanie do pomiaru turbulencji i mikrofizyki, łącznie z laserowym systemem holografii kropelek chmurowych i kolejnymi termometrami z IGF.

Wszystkie badania, loty, pozycje statków i zadania koordynowane są w centrum operacyjnym, znajdującym się w budynkach Karaibskiej Służby Meteorologicznej oraz centrum Lotnictwa Cywilnego przy lotnisku na Barbados. Co dzień rano mamy odprawy, omówienie poprzedniego dnia, łącznie z raportami ze statków-laboratoriów i planowanie dnia następnego. Wszystko zależy od zmieniającej się sytuacji meteorologicznej.

Dane pomiarowe zbierane podczas eksperymentu będą dostępne publicznie. W tej chwili ustaliliśmy szczegóły tego, jak będziemy pisać podstawowe artykuły na temat badań i ich wyników. Mogę pochwalić się, że nasz przyrząd z IGF FUW na samolocie TwinOtter, mimo wielu trudności z przygotowaniem, działał całkiem dobrze – udało nam się zebrać sporo nieznanych do tej pory informacji o strukturze termicznej chmur w skali centymetrów.

Wszystko to jest bardzo ważne dla zrozumienia, jak chmury zanikają, mieszając się z otoczeniem, jak wyparowują, w jaki sposób tworzą się prądy zstępujące na ich brzegach. Prawdę powiedziawszy, nasze pomiary to tylko jeden drobny element całego wielkiego przedsięwzięcia, i choć ważny, to nie kluczowy. Na kilkuset zaangażowanych naukowców, z Polski pracuje przy eksperymencie tylko 9 osób, reprezentujących trzy instytucje: Uniwersytet Warszawski (5 osób), Instytut Geofizyki PAN (3 osoby) oraz Instytut Oceanologii PAN (1 osoba). Zebrane dane będziemy przetwarzać latami. Będą wykorzystane w modelach prognozy pogody i klimatu, które dopiero powstają.

Prof. dr hab. Szymon Malinowski IGF FUW

The post Kampania pomiarowa EUREC4A, czyli jak się bada chmury i klimat appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Temat zmiany klimatu jest ostatnio bardzo popularny w mediach. Niestety zdarza się w związku z tym, że szukający „newsów” na gorący temat dziennikarze i wydawcy nie dość dokładnie sprawdzają źródła, na których się opierają. Najnowszym przykładem jest medialna „kariera” dwóch doniesień na temat związku zmiany klimatu z zachmurzeniem. Pierwsze to amatorski, zawierający podstawowe błędy tekst umieszczony w otwartym internetowym repozytorium. Drugie to specjalistyczny artykuł, którego wnioski zostały wyolbrzymione w komunikatach prasowych. Oba wykorzystał między innymi anonimowy redaktor JS, w artykule To nie człowiek wywołuje zmiany klimatyczne! Naukowcy nie mają wątpliwości na stronie tygodnika „Najwyższy Czas!”. Na jego przykładzie pokazujemy, jak powstaje dezinformacja.

„Naukowcy”

Już tytuł i otwierający akapit zasługują na komentarz:

Badania przeprowadzone przez fińskich naukowców nie znalazły dowodów na poparcie tezy, iż zmiany klimatu są wywołane przez człowieka. Wyniki badań zostały potwierdzone przez naukowców z Japonii.

Co znaczy naukowcy? Wszyscy? Zgodnie naukowcy z Finlandii i Japonii? Tamtejsze instytuty badawcze? Bynajmniej. Chodzi o pojedyncze osoby. Tego rodzaju uogólnienie to standardowy zabieg mający uwiarygodnić przedstawione stwierdzenia. Na podobnej zasadzie praktycznie co roku jesienią na portalach pogodowych możemy przeczytać, że „rosyjscy naukowcy” w związku ze spadkiem aktywności słonecznej prognozują nadejście epoki lodowej. Tak naprawdę chodzi o jedną osobę – Habibullo Abdusamatova, który od wielu lat, całkowicie nietrafnie prognozuje ochłodzenie klimatu, powołując się na 200-letnie cykle słoneczne (więcej na ten temat w tekście Mit: Nadchodzi globalne ochłodzenie). Ale „rosyjscy naukowcy prognozują” brzmią lepiej od „Habibullo Abdusamatov twierdzi”…

Na podobnej zasadzie w „Najwyższym Czasie” czytamy o fińskich i japońskich naukowcach… Ale przyjrzyjmy się bliżej im i ich pracom.

Fińscy „naukowcy”

Jak przeczytamy w artykule o pracy fińskich naukowców:

Zespół uczonych z Uniwersytetu w Turku w Finlandii opublikował pracę „Brak eksperymentalnych dowodów na znaczącą antropogeniczną zmianę klimatu”. Według nich obecne modele klimatyczne nie uwzględniają wpływu zasięgu chmur na globalne temperatury i powodują przecenianie wpływu wytwarzanych przez człowieka gazów cieplarnianych. (…) Fińscy uczeni odkryli, że ludzkość po prostu nie ma większego wpływu na temperaturę Ziemi.

Autor nawiązuje do tekstu opublikowanego na arXiv.org i podpisanego przez J. Kauppinena i P. Malmiego (to wspomniany „zespół uczonych”). Po pierwsze trzeba zauważyć, że nie jest to recenzowana publikacja naukowa. Tekst na arXiv opublikować może każdy – to otwarte archiwum tekstów (w założeniu naukowych), gdzie każdy może zdeponować i upublicznić swoje badania. Służy temu, żeby naukowcy mogli udostępnić swój tekst przed procesem recenzji i ewentualnego przekazania praw wydawnictwu. Skorzystanie z arXiv nie gwarantuje jednak, że wstawiony tam tekst ukaże się kiedykolwiek w jakimkolwiek czasopiśmie (ani nawet, że zostanie do jakiegoś wysłany). A kim jest główny autor? Zakładając, że podano prawdziwe nazwisko, można sprawdzić, że publikował prace w zakresie spektroskopii i interferometrii, a dopiero ostatnio, po przejściu na emeryturę, zajął się tematem klimatu.

Na razie tekst z arXiv nie został opublikowany w żadnym wiarygodnym czasopiśmie recenzowanym. Nie należy się raczej też tego spodziewać w przyszłości, ponieważ jego wartość merytoryczna jest słaba. Jedynym prawdziwym i udokumentowanym stwierdzeniem jest to, że zmiany zachmurzenia niskiego są skorelowane ze zmianami temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi. Nie jest to nic zaskakującego, każdy z nas wie, że gdy chmura przysłoni Słońce, to odbije w kosmos część promieniowania i powierzchnia Ziemi będzie pod chmurą chłodniejsza niż gdyby tej chmury nie było. Jednak oddziaływanie chmur, to bardziej skomplikowana sprawa, o czym wielokrotnie pisaliśmy (Mit: Chmury zapewniają ujemne sprzężenie zwrotne, Chmury, klimat i przyśpieszony wzrost temperatur, Morskie chmury: nowo odkryte sprzężenie zwrotne destabilizujące klimat cieplarnianej Ziemi).

Dalej Kauppinen i Malmi są jeszcze bardziej kreatywni. Podają, bez powołania się na jakiekolwiek źródła, wykresy anomalii temperatury globu i zachmurzenia chmurami niskimi i stwierdzają, że jeśli przemnożyć procentowe zmiany zachmurzenia przez arbitralnie dobrany współczynnik -0,11°C/% można otrzymać wykres kształtem bardzo przypominający wykres zmiany temperatury. Ma to według nich oznaczać, że jedno „można wyjaśnić” drugim.

Dlaczego ten argument jest niesatysfakcjonujący? Dlatego, że nie przedstawia żadnego mechanizmu fizycznego ustalającego związek przyczynowo-skutkowy między zmiennymi oraz uzasadniającego wartość współczynnika. Takiego rodzaju „zgodność” można uzyskać biorąc dowolną serię danych z grubsza skorelowaną z temperaturą i znajdując współczynnik najlepiej dopasowujący tą serię do temperatury. Potem pozostaje już tylko twierdzić, że zmiany tej serii pomiarowej wyjaśniają zmiany temperatury (warto zauważyć, że podobna „analizę” zrobili przedstawiciele kościoła Latającego Potwora Spaghetti, wiążąc zmiany temperatury ze spadkiem światowej populacji piratów).

Nic tak chyba nie eksponuje braku wiedzy autorów artykułu jak przytoczony w artykule JS cytat:

„Jeśli zwrócimy uwagę na fakt, że tylko niewielka część zwiększonego stężenia CO₂ jest antropogeniczna, musimy uznać, że antropogeniczna zmiana klimatu w praktyce nie istnieje” – napisali [autorzy artykułu].

Jeśli zajrzymy do pracy, odkryjemy, że w kolejnym zdaniu autorzy dodają:

Większość dodatkowego CO₂ jest emitowana z oceanów, zgodnie z prawem Henry’ego.

Atmosferyczna koncentracja CO₂ w ostatnim stuleciu skoczyła do poziomu najwyższego od wielu milionów lat (piszemy o tym w artykule Zmiany stężeń CO2, CH4 i N2O w ostatnich 800 000 lat: antropocen na sterydach). Czy ten bezprecedensowy wzrost faktycznie mógłby być skutkiem wzrostu temperatury oceanów i wynikającego z tego spadku rozpuszczalności CO₂ i w konsekwencji jego emisji do atmosfery? Nie. Zgodnie z rządzącym rozpuszczalnością gazów prawami można policzyć, że wymagałoby to wzrostu temperatury wód oceanów o ponad 10°C, co nie miało miejsca (temperatura powierzchni oceanów wzrosła o niecały stopień Celsjusza, a głębin znacznie mniej, na głębokości 700 metrów rosnąc w tempie 0,015°C/dekadę). Ponadto, obserwowane zakwaszanie się oceanów świadczy o pochłanianiu (a nie emitowaniu) przez nie dodatkowego dwutlenku węgla (czytaj więcej).

O tym, że to nie emisje CO₂ z oceanów są przyczyną wzrostu koncentracji tego gazu w atmosferze, świadczy też wiele innych obserwacji. Przeczytasz o nich w tekście Mit: To ocean emituje dwutlenek węgla. Jeśli chcesz wiedzieć, jak to możliwe, że stosunkowo małe emisje związane z działalnością człowieka doprowadziły do znaczącego wzrostu koncentracji tego gazu w atmosferze, zajrzyj do artykułu Mit: Dwutlenek węgla emitowany przez człowieka nie ma znaczenia.

Najlepiej stopień wiedzy autorów na temat, który „naukowo” badają, przedstawia lista cytowanych publikacji, która przytoczymy in extenso:

1. T.F. Stocker, D. Qin, G.-K. Plattner, L.V. Alexander, S.K. Allen, N.L. Bindoff, F.-M. Breon,J.A. Church, U. Cubasch, S. Emori, P. Forster, P. Friedlingstein, N. Gillett, J.M. Gregory,D.L. Hartmann, E. Jansen, B. Kirtman, R. Knutti, K. Krishna Kumar, P. Lemke, J. Marotzke,V. Masson-Delmotte, G.A. Meehl, I.I. Mokhov, S. Piao, V. Ramaswamy, D. Randall, M. Rhein,M. Rojas, C. Sabine, D. Shindell, L.D. Talley, D.G. Vaughan, and S.-P. Xie. Technical Summary, book section TS, page 33115. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdomand New York, NY, USA, 2013.
2. J. Kauppinen, J. Heinonen, and P. Malmi. Influence of relative humidity and clouds on the global mean surface temperature.Energy & Environment, 25(2):389–399, 2014. 
3. J. Kauppinen, J. Heinonen, and P. Malmi. Major portions in climate change; physical approach. International Review of Physics, 5(5):260–270, 2011. 
4. J. Kauppinen and P. Malmi. Major feedback factors and effects of the cloud cover and the relative humidity on the climate.arXiv e-prints, page arXiv:1812.11547, Dec 2018. 
5. G. Myhre, E. J. Highwood, K. P. Shine, and F. Stordal. New estimates of radiative forcing due to well mixed greenhouse gases. Geophysical Research Letters, 25(14):2715–2718, 1998. 
6. J. Kauppinen and P. Malmi. To be published

Widać, że Kauppinen i Malmi nie potrafią nawet prawidłowo zacytować ostatniego Raportu IPCC (pierwsza pozycja), powołują się (bez adekwatnego odniesienia w tekście) na jedną pracę na temat wymuszenia radiacyjnego sprzed ponad 20 lat oraz na swoje prace opublikowane w trzeciorzędnych czasopismach nie mających nic wspólnego z klimatologia i fizyką chmur albo „wrzucone” do otwartego archiwum.

I to by było na tyle na temat ich wiedzy i kompetencji w temacie oraz jakości wyciąganych wniosków.

Promieniowanie kosmiczne a klimat

W dalszej części artykułu JS dowiemy się o japońskich naukowcach badających związek między zmianami natężenia docierającego do Ziemi promieniowania kosmicznego a zmianami zachmurzenia, przekładającymi się z kolei na zmiany temperatury powierzchni:

Do podobnych wniosków jak zespół z Turku doszli japońscy naukowcy z Uniwersytetu w Kobe. W pracy opublikowanej na początku lipca, stwierdzili że ​​zasięg chmur może stworzyć „efekt parasolowy”, który może zmienić temperatury w sposób nieuwzględniony w obecnych modelach. Nowe dowody sugerują, że wysokoenergetyczne cząstki z kosmosu znane jako galaktyczne promienie kosmiczne wpływają na klimat Ziemi poprzez zwiększanie pokrywy chmur, powodując „efekt parasolowy”.

Hipoteza wiążąca ocieplenie klimatu z galaktycznym promieniowaniem kosmicznym (znana też jako hipoteza Svensmarka) opiera się na założeniu, że cząstki promieniowania mogą „zasiewać” chmury, które z kolei odbijają promieniowanie słoneczne. A więc jeśli do Ziemi dociera mniej cząstek promieniowania kosmicznego (czy to w wyniku wzmocnienia pola magnetycznego Ziemi czy Słońca, działających jak tarcze przed promieniowaniem kosmicznym), powinniśmy obserwować mniejsze zachmurzenie i zwiększone natężenie światła słonecznego, a co za tym idzie – silniejsze ogrzewanie naszej planety. Z kolei słabnięcie pól magnetycznych Ziemi lub Słońca powinno prowadzić do wzrostu strumienia cząstek promieniowania kosmicznego docierających do dolnych warstw atmosfery, wzmożonego zasiewania niskich chmur i spadku temperatury.

Autor artykułu w „Najwyższym Czasie!” odnosi się tu do artykułu Hyodo i in., 2019, opublikowanego w Scientific Reports. W artykule analizowane są metodami paleoklimatologicznymi zmiany położenia frontu monsunowego (granicy, do której dociera latem wilgotne powietrze z monsunu azjatyckiego) podczas ostatniego przebiegunowania Ziemi, mającego miejsce 790 tysięcy lat temu, kiedy to ziemskie pole magnetyczne uległo wyjątkowo znaczącemu osłabieniu, dopuszczając do powierzchni Ziemi szczególnie silny strumień cząstek promieniowania kosmicznego.

Według autorów, zmiany frontu powinny być wywołane zmianami zachmurzenia związanymi z hipotezą Svensmarka, choć nigdzie nie podają mechanizmu tego efektu. Jak sami piszą w pracy – moment przebiegunowania wybrali do badań wpływu promieniowania kosmicznego na zachmurzenie m.in. ze względu na to, że obecne dowody na działanie tego efektu są słabe. W rzeczywistości mamy wręcz mocne dowody na to, że jonizacja cząsteczek znajdujących się w atmosferze przez cząstki galaktycznego promieniowania kosmicznego nie jest efektywnym mechanizmem wspomagającym powstawanie chmur (czytaj także: O tym, jak promieniowanie kosmiczne NIE wpływa na klimat).

Dodatkowo warto zauważyć, że w ostatnich dziesięcioleciach liczba cząstek galaktycznego promieniowania kosmicznego docierającego do Ziemi wzrosła (w wyniku słabnącej aktywności słonecznej). Gdyby hipoteza Svensmarka była prawdziwa, wzrost intensywności promieniowania kosmicznego powinien powodować wzrost zachmurzenia i szczególnie niskie średnie temperatury globu w ostatnich kilku latach. Tymczasem dzieje się coś przeciwnego: jednocześnie z dużymi natężeniami galaktycznego promieniowania kosmicznego obserwujemy rekordowo wysokie średnie temperatury powierzchni Ziemi.

Ważna jest jeszcze jedna sprawa. W opublikowanej pracy nie wyjaśnia się DE FACTO związku między zmianą położenia frontu monsunowego i zachmurzeniem chmurami niskimi. Hyodo i koledzy spekulują, że zmiany te były efektem zmian zachmurzenia Wyżu Syberyjskiego chmurami piętra niskiego spowodowanym wpływem promieniowania galaktycznego. Jest to jednak spekulacja pozbawiona podstaw. Na liście cytowanej literatury nie ma odniesienia do ani jednej pracy, która na gruncie fizycznym (dynamiki atmosfery, fizyki chmur czy obserwacji/reanalizy danych) w jakimkolwiek stopniu odnosiłaby się do postulowanego mechanizmu. Co więcej, nie ma odniesienia do ani jednej pracy, która wprost odnosiłaby się do procesów zachodzących w atmosferze!

Zadziwiający jest rozdźwięk tego co w pracy napisano (ciekawe analizy paleoklimatyczne i bardzo słabo udokumentowana próba wyjaśnienia przyczyn zaobserwowanej zmienności pewnym hipotetycznym mechanizmem), z tym, jak jej wyniki prezentowane są w mediach, na podstawie notki prasowej przygotowanej przez samych autorów.

Udokumentowany przeprowadzonymi badaniami wniosek:

Te silne zimowe monsuny zbiegają się w czasie z okresem przebiegunowania, gdy siła pola magnetycznego Ziemi spadła poniżej 1/4 normalnej wartości, a galaktyczne promieniowanie kosmiczne wzrosło o ponad 50%.

jest w niej rozwijany w sposób nie do końca uprawniony, bez oparcia w zawartości pracy:

Sugeruje to, że wzrostowi promieniowania kosmicznego towarzyszył wzrost pokrywy chmur niskich, efekt parasolowy tej pokrywy schłodził kontynent i ciśnienie atmosferyczne wyżu syberyjskiego wzrosło. Wraz z innymi zjawiskami z okresu przebiegunowania – spadkiem średniej rocznej temperatury o 2-3°C oraz wzrostem rocznych amplitud temperatury, o których świadczą osady z Zatoki Osaki – to nowe odkrycie na temat zimowych monsunów dostarcza dowodów, że zmiany klimatu są spowodowane efektem parasolowym chmur.

Drodzy koledzy naukowcy z Japonii! Ja rozumiem potrzebę sławy, ale to nie jest nauka. Tak nie postępują profesjonaliści.

Na koniec swojego artykułu JS zauważa jeszcze:

„Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) opisał wpływ zachmurzenia na klimat w swoich ocenach, ale zjawisko to nigdy nie było brane pod uwagę w prognozach klimatycznych z powodu niewystarczającego fizycznego jego zrozumienia” – twierdzi kierujący japońskimi badaczami profesor Masayuki Hyodo z Centrum Badań Wód Śródlądowych Uniwersytet Kobe.

Faktycznie, zjawisko opisane w artykule Japończyków nie jest brane pod uwagę w prognozach klimatycznych, nawet nie z tego powodu, że nie jest ono wystarczająco rozumiane czy że nie znamy przyszłych zmian pól magnetycznych Ziemi i Słońca, ale dlatego, że jego wpływ jest marginalny i niepomiernie mniejszy od wpływu innych czynników.

Podsumowując: jeden z tekstów, na które powołuje się JS, w ogóle nie jest recenzowanym artykułem naukowym, ale udającą go publicystyką z elementarnymi błędami, zaś zawartość drugiego absolutnie nie pozwala na stawianie tezy, że „nie ma wątpliwości, że to nie ludzie powodują zmianę klimatu”. Opieranie na nich artykułu o sensacyjnym tytule „To nie człowiek wywołuje zmiany klimatyczne! Naukowcy nie mają wątpliwości.” trudno uznać za coś innego niż świadome lub nieświadome szerzenie dezinformacji.

Prof. Szymon P. Malinowski

The post „Fińscy i japońscy naukowcy” o chmurach – jak powstaje dezinformacja appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Prof. Mario Molina jest chemikiem słynnym z powodu kluczowej roli, którą odegrał w odkrywaniu dziury ozonowej nad Antarktydą. W 1995 r. otrzymał Nagrodę Nobla za wkład w badania chemii atmosfery, zwłaszcza destrukcji warstwy ozonowej spowodowanej chlorofluorowęglowodorami (czyli freonami). Od 2004 r. jest profesorem na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego oraz w Centrum Nauk Atmosferycznych Instytutu Oceanografii im. Scrippsa. Jest także Dyrektorem w Centrum Badań nad Energią i Środowiskiem im. Maria Moliny w stolicy Meksyku.

Academia: Jak to się stało, że zajął się pan badaniami atmosfery?

Mario Molina: Nauką zainteresowałem się w dzieciństwie, głównie dzięki czytanym biografiom naukowców. Jako dziecko lubiłem też robić eksperymenty chemiczne i od wczesnego wieku pragnąłem być naukowcem. Kiedy po liceum poszedłem na studia w Meksyku, wiedziałem, że lubię chemię ogólną i fizyczną. Na studiach nie miałem zajęć z chemii fizycznej, ale studiowałem inżynierię procesową, w której chemia fizyczna odgrywa ważną rolę. Doktorat obroniłem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley z zakresu nauk podstawowych. Badałem szybkość reakcji chemicznych, związane z nimi zjawiska kwantowe itd. Postanowiłem zostać na uczelni jako postdoc, żeby kontynuować badania prowadzone z kolegą, również z zakresu badań podstawowych. Kolega używał różnych technik do badania reakcji chemicznych. Chcieliśmy zająć się czymś, co należałoby do zakresu badań podstawowych, ale też ściślej wiązało się z autentycznymi problemami ludzi. Postanowiliśmy się zająć chemią atmosfery, bo to pozwalało nam pozostać przy chemii podstawowej, a zarazem badać coś bardziej praktycznego: atmosferę naszej planety.

Wtedy dość niewiele osób zajmowało się chemią atmosfery. Postanowiliśmy się zająć chlorofluorowęglowodorami (CFC), czyli grupą związków wykorzystywanych w przemyśle, które wówczas gromadziły się w atmosferze. Uznaliśmy, że te niewielkie cząsteczki, podobne do badanych przez nas laboratoryjnie, będą dobrym punktem wyjścia do zdobywania wiedzy na temat atmosfery. Tak to się zaczęło – właściwie z czystej ciekawości i przejścia od badań podstawowych do stosowanych. Potem wszystko potoczyło się już stosunkowo szybko.

Badałem wtedy związki i reakcje chemiczne obecne w atmosferze. CFC to bardzo stabilne związki, które z założenia miały być nieszkodliwe przy wdychaniu. Uświadomiliśmy sobie z kolegą, że takich cząsteczek nie zdołają rozbić naturalne procesy, tak jak to się dzieje z innymi zanieczyszczeniami powietrza. A to znaczyło, że CFC z czasem dotrą do stratosfery, gdzie na odpowiednio dużej wysokości rozbije je promieniowanie ultrafioletowe. Taki mechanizm rozpadu cząsteczek był logiczny, jednak ważne było nie tyle zrozumienie samego schematu, ile jego skutki. Zdaliśmy sobie sprawę, że z rozpadu cząsteczek powstają bardzo aktywne substancje, takie jak atomy chloru czy wolne rodniki – tymczasem z chemicznych badań podstawowych wiedzieliśmy, że atomy chloru wchodzą w gwałtowne reakcje z cząsteczkami ozonu.

Dzięki wcześniejszym badaniom podstawowym z dziedziny chemii rozumiałem, że taki proces może mieć właściwości katalityczne, czyli minimalna liczba atomów chloru wystarczy do zniszczenia dużej liczby cząsteczek ozonu. W tamtym czasie było to dopiero hipotezą, więc w dyskusjach ze współpracownikami uznaliśmy, że do badań trzeba zaprosić więcej naukowców i sprawdzić naszą hipotezę empirycznie. Tak to wyglądało z punktu widzenia historii.

Zatem od badań podstawowych przeszedł pan do nauk stosowanych i odkrył zjawisko o fundamentalnym znaczeniu dla życia na naszej planecie. Ile czasu upłynęło od chwili, kiedy uświadomił pan sobie wagę tych wyników, do momentu, w którym nabrały one znaczenia politycznego?

Trudno powiedzieć dokładnie, ile to trwało, ale mówimy tu o wielu latach. Najpierw skonsultowaliśmy się z innymi chemikami atmosfery, żeby potwierdzili, czy nasza hipoteza ma sens. Środowisko naukowe było zdania, że raczej przesadzamy. Specjalnie opublikowaliśmy wyniki w jednym z najbardziej prestiżowych czasopism, Nature, bo przy publikacji w Nature czy Science trzeba wstrzymać się z informacjami dla prasy do chwili, kiedy badanie zostanie zrecenzowane i opublikowane. Inni naukowcy najbardziej obawiali się tego, że chcemy tylko zrobić wokół siebie szum. Musieliśmy sporo czekać na publikację, bo trudno było znaleźć recenzentów. Po publikacji świat naukowy stopniowo przyjął nasze wyniki do wiadomości, chociaż reakcja przemysłu była bardziej niechętna.

Ostatecznie uznaliśmy, że mamy obowiązek zakomunikować wyniki badań opinii publicznej. Wtedy zaczęliśmy rozmawiać z mediami, decydentami, politykami, członkami Kongresu i tak dalej. To trwało dość długo. Przekonaliśmy się, że najłatwiej będzie wszystko przyśpieszyć, jeśli włączymy w nasze działania Amerykańską Akademię Nauk (NAS). Dzięki niej ukazały się artykuły wskazujące, że nasza praca ma solidne oparcie naukowe, a uzyskane wyniki są niepokojące, co zwróciło uwagę opinii społecznej. Kongres rozpoczął debatę nad zakazem stosowania CFC w puszkach z aerozolami – w przemyśle stosowano je głównie jako propelent w aerozolach, np. lakierach do włosów, środkach czyszczących itp. Do tego oczywiście CFC były wykorzystywane jako czynnik chłodniczy, bo były o wiele bezpieczniejsze od amoniaku czy dwutlenku siarki.

Potem trzeba było się jeszcze zmierzyć z producentami. Na szczęście związki te produkowało zaledwie pięć czy sześć dużych koncernów chemicznych, więc można było z nimi rozmawiać. Początkowo koncerny twierdziły, że nie zaprzestaną produkcji CFC tylko na podstawie naszej teorii. Zwłaszcza DuPont ma tradycje własnych badań naukowych – to były inne badania niż nasze, ich celem było tworzenie nowych materiałów, takich jak teflon. Obiecali nam, że wstrzymają produkcję CFC, jeśli nasze badania się potwierdzą. Kiedy udało się potwierdzić nasze wyniki, przyznali nam rację „W porządku, zamykamy produkcję tych związków”. Wtedy prowadziliśmy już badania nad związkami, które mogą zastąpić CFC jako propelenty i czynniki chłodnicze, ale nie docierają do stratosfery. Dlatego firmy mogły przestawić produkcję na inne tory, ale ten proces zajął co najmniej dekadę.

Czy to było frustrujące?

Owszem, bo wtedy nasze wyniki przyjmowano już nawet w prasie. Długo trwało, zanim problemem zajął się ONZ i rozpoczął prace nad międzynarodowym porozumieniem w tej sprawie – zatem coś tam się działo, ale powoli. Potem przyszło odkrycie dziury ozonowej nad Antarktydą. Tego nie przewidzieliśmy, więc odkrycie wywołało silną publiczną reakcję. Na początku nawet naukowcy mówili: „Niesamowita sprawa, zjawisko jest nadzwyczajne i nie ma pewności, czy ma związek z CFC!”. Jednak dokładne pomiary wskazały, że dziurę ozonową nad Antarktydą ponad wszelką wątpliwość wywołały atomy chloru pochodzące z rozpadu CFC. To przyśpieszyło prace i mógł powstać Protokół Montrealski, który odegrał kluczową rolę w rozwiązaniu problemu.

Czy nie miał pan wtedy poczucia, że nie zawsze udaje się skutecznie przekazać wiedzę naukową?

Tylko z początku. Zwłaszcza producenci aerozoli twierdzili, że rozdmuchujemy problem, żeby zaistnieć w mediach, ale o dziwo większość naukowców i branż przemysłowych dała nam wiarę. Mieliśmy więcej szczęścia niż klimatolodzy, bo zmiany klimatu zostały błyskawicznie upolitycznione. Trochę to wynikało z faktu, że mieliśmy do czynienia z małą grupą producentów, którzy zachowali się odpowiedzialnie i przyjęli wyniki badań do wiadomości. W przypadku zmian klimatu mamy całe mnóstwo branż i grup politycznych, a problem jest bardzo upolityczniony, zwłaszcza przez Partię Republikańską w USA. CFC nie były aż tak ogromnym problemem, więc łatwiej go było rozwiązać. Nasza historia to przykład tego, jak społeczeństwa mogą wspólnymi siłami rozwiązać globalny problem. Jeśli jest jakieś podobieństwo między zmianami klimatu a CFC, to takie, że nie ma znaczenia, który kraj emituje gazy cieplarniane – współpracować muszą wszystkie.

Jednak ludzie inaczej postrzegają dziurę ozonową, a inaczej zmiany klimatu. Z klimatem każdy ma styczność na co dzień, a z dziurą ozonową nie. Jak pańskim zdaniem trzeba mówić o niebezpieczeństwie związanym z kolosalnym problemem na skalę całej planety?

Naukowcom nie do końca udało się dotrzeć do opinii publicznej z tą wiedzą. Wypowiadają się na ten temat również grupy spoza świata nauki, np. działacze ekologiczni, niektóre sprawy przedstawia się w sposób przerysowany. Co najważniejsze, wiedza naukowa spotyka się z bardzo silnym, upolitycznionym odporem ze strony tak zwanych denialistów, czyli osób, które nie wierzą nauce. Z naszego punktu widzenia jako naukowców jest to całkowicie nie do przyjęcia. Oczywiście w nauce zawsze istnieje niepewność, bo klimat to złożony układ. Nasze prognozy w dużej mierze zależą od reakcji społeczeństwa. Możemy więc dyskutować o takich sprawach jak prawdopodobieństwo czy ryzyko, ale dla naukowców jest rzeczą nie do przyjęcia, żeby odrzucać naukę jako taką. Niestety, z pobudek politycznych Partia Republikańska od pewnego czasu sprzeciwia się zaangażowaniu rządu w kwestie przemysłu czy handlu i twierdzi, że Partia Demokratyczna za bardzo chce w nie ingerować. Jednak już w przypadku działań tzw. Partii Herbacianej, konserwatywnego skrzydła Partii, sprawę postrzega się w kategoriach wiary, a to zupełnie irracjonalne.

Można to porównać do szczepionek. Organizm ludzki to też złożony system, a pierwsze wersje szczepionek nie były doskonałe. Jednak nauka poszła do przodu, a skutki stosowania szczepionek są mierzone i dokumentowane, dzięki czemu wiemy ponad wszelką wątpliwość, że szczepionki uratowały życie wielu dzieci, które bez nich padłyby ofiarą chorób zakaźnych. Nasza wiedza jest tu solidna. Jednak i ta kwestia została upolityczniona; są ugrupowania przekonane, że naukowcy nie powinni ingerować w naturę i szczepionki nie są wyjątkiem. W polityce amerykańskiej to samo stało się z republikanami w kwestii zmian klimatu. Dla nas to rzecz całkiem absurdalna i nie do przyjęcia. Świadczy o niewiedzy na temat tego, czym jest nauka, pomimo jej kolosalnego wpływu na ludzkie życie, które dzięki niej wydłużyło się już ponad dwukrotnie. To oczywiste, że dzięki nauce zmienił się nasz sposób życia, cieszymy się wyższą jakością życia. Postęp naukowy pozwala tworzyć nowe technologie, takie jak telefonia komórkowa, której używamy na co dzień. Dlatego absurdem jest nie ufać nauce albo wyobrażać sobie, że chodzi tu o politykę. Takie myślenie to owoc ignorancji. Ale niestety tak właśnie się dzieje w USA z Partią Republikańską. Współpracujemy z niektórymi republikanami i oni mają świadomość, że pewnych rzeczy po prostu nie wolno im powiedzieć na głos, bo spotkają ich dotkliwe skutki polityczne. Najbardziej skrajnym przypadkiem jest prezydent Trump, który najzwyczajniej ignoruje naukę, bo takie już ma poglądy.

Ten sam problem mamy i w Polsce.

I to jest zupełny nonsens. Powinniśmy umieć wytłumaczyć, że to nonsens oparty na nieracjonalnych podstawach, tymczasem nauka opiera się na metodzie naukowej, danych empirycznych. Takie dane biorą się stąd, że naukowcy uzyskują te same wyniki. Kiedy jabłko spada z drzewa, nie jest tak, że raz spadnie, a raz nie – za każdym razem dzieje się to samo. Dlatego ufamy, że samolot przeleci bezpiecznie nad oceanem z Europy do USA. Wiemy, że samoloty są wyjątkowo bezpieczne, bo dzięki naukowym podstawom lotnictwo dostarcza spójnych wyników. Dlatego ta irracjonalna postawa jest w oczach naukowców bez sensu: to kwestia czysto polityczna.

Do tego oczywiście dochodzą względy socjologiczne i staram się to rozumieć. Są osoby, których zarobki zależą od niewiary w zmiany klimatyczne. Ma to tak silny wpływ na ich myślenie, że może w końcu rzeczywiście dochodzą do wniosku, iż zmiany klimatu nie są czymś realnym. Wtedy możemy się odwołać do badań psychologicznych i pokazać, że takie osoby zachowują się nieracjonalnie. Nie powinno to dotyczyć prezydenta USA, ale niestety dotyczy.

Czy ma pan pomysł, jak zainspirować naukowców, żeby rozpowszechniali te informacje w przystępnej formie na użytek zwykłych ludzi?

Przywołam pewien historyczny precedens. Kiedy odkryliśmy problem CFC, powszechnie sądzono, że informowanie opinii publicznej o wynikach badań nie należy do obowiązków naukowców; że powinien się tym zajmować ktoś inny. Jednak odtąd społeczeństwo zmieniło się i stanęło wobec nowych wyzwań, niemal wszyscy zgadzają się, że naukowcy mają wobec niego obowiązki. Naszym zdaniem jest to również ważne w edukacji. Studentów nie można uczyć tylko tego, czym jest nauka i jak działa. Dzisiaj ważne jest też, żeby naukowców i inżynierów kształcić także z dziedziny etyki i kwestii społecznych. Nie chodzi o to, żeby dodawać kolejne przedmioty do programu studiów, tylko żeby studenci mogli się zmierzyć z realnymi problemami społecznymi. Mieliśmy z tym świetne doświadczenia zarówno na MIT, jak i w Meksyku – studenci pozytywnie reagowali na takie nauczanie. Chyba tutaj leży droga do postępu społecznego i mam nadzieję, że młodzi ludzie nabierają odpowiedzialności ze względów etycznych. Dlatego inwestujemy w kształcenie podstawowe, choć takie inwestycje nie dają szybkich wyników – potrzeba dziesięcioleci, żeby przyniosły wyraźną poprawę gospodarczą. To kwestia odpowiedzialności społecznej. Na dłuższą metę wszystko się opiera na edukacji, ale musimy też działać w krótszej skali czasowej. Naukowcy muszą lepiej komunikować się ze społeczeństwem. Udało nam się zachęcić pewne środowiska naukowe do współpracy nad publikacją raportów. Współpracuję z AAAS, organizacją działającą na rzecz rozwoju nauki, która wydaje czasopismo Science, i wspólnie stworzyliśmy raport poświęcony zmianom klimatu. To wszystko jednak za mało. To nie tylko kwestia publikowania większej liczby artykułów; musimy też komunikować się z politykami. Sądzę, że w najbliższych latach zobaczymy tu poprawę.

Politycy chcą, żeby nauka i technologia lepiej przekładały się na przemysł i gospodarkę. Ale chyba mamy też problem z tym, żeby nauka przekładała się na politykę?

Rządy muszą mieć świadomość, że inwestycje w naukę i innowacyjność są kluczowe. Badania stosowane są szczególnie ważne dla krajów rozwijających się. Z drugiej jednak strony krajowe akademie nauk jasno pokazały, że finansowanie badań podstawowych jest niezbędne, bo pozwala kształcić świetnych nauczycieli i profesorów, którzy wytyczą kierunki kształcenia studentów w dziedzinie nauki i badań. Nie da się oddzielić nauk stosowanych od podstawowych, trzeba finansować jedne i drugie – to kwestia kulturowa.

Historia pańskich badań jest fascynująca. Dzięki wrodzonej ciekawości rozwiązał pan poważny problem społeczny, z którego nie zdawano sobie nawet sprawy. Nie jest to więc tylko kwestia postępu naukowego, ale także troski o naszą planetę i dobro ludzkości.

Mam to szczęście, że przez lata udało mi się nawiązać przyjaźń z wieloma noblistami. Opowiem pewną historię. Kiedy jako student przyjechałem po raz pierwszy do Berkeley, na kampusie panował ogromny ścisk i trudno było znaleźć miejsce do zaparkowania. Było jednak trochę wolnych miejsc oznaczonych tabliczkami, a na jednej z nich było nazwisko „Charles Townes”. Pomyślałem sobie: „Kurde, co to za jeden?”. Kiedy go spotkałem w laboratorium, dotarło do mnie, że ma własne miejsce parkingowe, bo jest laureatem Nagrody Nobla. Potem bardzo się zaprzyjaźniliśmy i obaj byliśmy członkami Papieskiej Akademii Nauk. Charles zmarł kilka lat temu w wieku 99 lat. Pamiętam, że kiedy pytano go, za co dostał Nobla, odpowiadał po prostu „A, to za laser”. Miał mnóstwo pokory, choć laser to niezwykle ważne dokonanie z dziedziny badań podstawowych. Jako pierwszy taką możliwość postulował Einstein, sam korzystałem z równań Einsteina w doktoracie. To tylko jeden przykład tego, jak badania podstawowe przenikają do mainstreamu. Lasery są dziś wszędzie – w odtwarzaczach płyt, wskaźnikach laserowych itd. Stały się powszechne, ale długo trwało, zanim technologia laserowa została przebadana i ukazana światu nauki. Pierwszy laser był niezwykle skomplikowany i potężny w porównaniu z używanymi obecnie. Nauka obfituje w takie przykłady. Gdy sformułowano podstawy mechaniki kwantowej, przez długi czas ta nowa dziedzina wydawała się zbyt skomplikowana, żeby znaleźć praktyczne zastosowanie, a teraz jest filarem fizyki ciała stałego, chemii itd.

To prawda – wykorzystuje się ją w telefonach komórkowych i tak dalej.

Ma bezlik zastosowań. Z perspektywy ekonomisty kraje inwestujące część produktu krajowego brutto w badania podstawowe lepiej sobie radzą gospodarczo – jest to korzystne dla gospodarki. W Meksyku inwestujemy za mało, tylko pół procent PKB.

To dokładnie tyle samo co u nas, w Polsce.

Zgadza się. Naukowcy muszą powiedzieć otwarcie: „Wiemy, że nie od razu będą z tego namacalne korzyści, ale to dobra inwestycja i powinniśmy zacząć jak najszybciej”. Od jakiegoś czasu gospodarka meksykańska boryka się z problemami, więc takie inwestycje odkłada się na później, a naukowcy nie wywierają dość presji. Ale to całkowita racja – musimy skuteczniej uświadamiać społeczeństwu, jak ważne jest finansowanie badań podstawowych.

Zapytam z innej beczki. Wspomniał pan o członkostwie w Papieskiej Akademii Nauk. Akademia odegrała ważną rolę w powstaniu Laudato si’, ważnej encykliki, w której papież Franciszek wezwał do szybkich wspólnych działań na globalną skalę, m.in. po to, żeby zapobiec zmianom klimatu. Jak udało się wam przekazać wiedzę naukową nie politykom, ale zupełnie innemu ciału?

Papieska Akademia Nauk w Watykanie to międzynarodowe ciało naukowe złożone z około 50 naukowców, w większości niekatolików. Włożyliśmy ogromną pracę, dzięki której możliwe stało się unowocześnienie stanowisk różnych religii na temat ważnych prac naukowych, takich jak badania Galileusza i tak dalej – Kościół zaakceptował je dopiero niedawno. Udało nam się posunąć ten proces do przodu z pozytywnym odzewem i od początku wiedzieliśmy, że to ważne, aby Kościół rzymskokatolicki rozumiał zmiany klimatu. Z początku mieliśmy obawy, bo jest kilku wysoko postawionych hierarchów, którzy powątpiewają w zmiany klimatu, ale postanowiliśmy spróbować. Bardzo nam pomógł Marcelo Sánchez Sorondo z Argentyny, kanclerz Papieskiej Akademii Nauk i cudowny człowiek, który kieruje pracami grupy ds. komunikacji z opinią publiczną i papieżem. Mieliśmy ogromne szczęście, że papież napisał w zdecydowanym tonie encyklikę popierającą naukowy konsensus, a nie opinie klimatycznych denialistów. Widać było, że ten papież rozumie, jak ważna jest ta sprawa dla dobra całej ludzkości.

Na szczycie klimatycznym w Katowicach odbyło się spotkanie zorganizowane przez przedstawicieli Polskiej i Papieskiej Akademii Nauk. Akademia papieska wydała raporty oparte na najaktualniejszych ustaleniach naukowych podkreślające, że religia nie musi stać w konflikcie z nauką. W przeszłości zdarzało mi się pracować z organizacjami religijnymi. Jako profesor na MIT miałam do czynienia z organizacjami katolickimi na Uniwersytecie Harvarda (głównie w ich akademii medycznej, bo MIT nie kształci lekarzy) oraz z amerykańskim Publicznym Instytutem Zdrowia (PIH). Nasza praca dotycząca zmian klimatu to świetny przykład tego, jak świat nauki może działać ramię w ramię z organizacją religijną. Z negatywów – musimy się nauczyć, jak współpracować z Partią Republikańską w USA. To się dopiero zaczyna dziać, ale owszem, jest to możliwe.

To zaskakujące, że choć republikanom zawdzięczamy pierwsze przepisy ochrony przyrody, obecnie partia całkowicie zmienia stanowisko. Na logikę partia o konserwatywnym programie powinna chyba dążyć do konserwacji, a więc chronienia istniejącego stanu rzeczy w przyrodzie?

Ściśle współpracowaliśmy z byłymi republikanami, takimi jak William Riley i George Shultz. Nawet prezydent Richard Nixon był wielkim zwolennikiem ochrony środowiska. Ale teraz takim republikanom trudno się przebić z takim przesłaniem do aktualnych władz partii. To się nareszcie zaczyna zmieniać – niestety nie w przypadku prezydenta Trumpa, ale Partii Republikańskiej owszem.

Czyli ma pan nadzieję, że da się dotrzeć z takimi informacjami do konserwatystów?

Tak. Istnieją przypadki skrajne, republikanie o ciasnym myśleniu „religijnym”. Mam tu na myśli kreacjonistów wierzących, że dzieło stworzenia dokonało się dosłownie w ciągu sześciu dni, jak podaje Biblia. Nie wierzy w to ani Kościół Rzymskokatolicki, ani większość protestantów, ale niektórzy republikanie mają silnie zasklepione poglądy i zasiadają w Kongresie. Niestety to są przypadki beznadziejne.

I tak wracamy do problemu komunikacji między nauką i polityką. Co na koniec chciałby pan przekazać czytelnikom Academii?

Najważniejsze przesłanie jest takie, że wierzę w racjonalność. Moim zdaniem da się przekonać opinię publiczną, że zmiany klimatu to rzecz realna. Ale ważne jest też, żeby środowisko naukowe rozwijało w sobie poczucie społecznej odpowiedzialności i przekazało opinii publicznej, że jeśli zmienimy zasadniczo nasze podejście do środowiska naturalnego, będzie to korzystne dla całej ludzkości. Oto nasz cel: sprawić, żeby nasze działania przynosiły korzyść wszystkim ludziom, a nie tylko niektórym.

Z prof. Mario Moliną rozmawiał prof. Szymon Malinowski

© Academia, wydanie specjalne 1/6/2019

The post Mario Molina o ozonie, klimacie i docieraniu do ludzi – wywiad appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Czy jest możliwe całkowite stopienie lodowców?

Czy jest możliwe całkowite stopienie lodowców, a jeśli tak, to jakie będą konsekwencje dla całej planety?

pyta Paulina

Odpowiada Prof. Szymon Malinowski:

Stopienie lądolodów Grenlandii i Antarktydy, które zawierają ok. 99% zasobów słodkiej wody na naszej planecie, jest jak najbardziej możliwe. Objętość lądolodu Antarktydy wynosi ok. 30 000 000 km³, roztopienie tej masy lodu podniosłoby poziom morza o mniej więcej 60 m. Lądolód Grenlandii to.trochę ponad 10% objętości lądolodu Antarktydy (co  przekłada się na ok. 7,4 m wzrostu poziomu morza w razie roztopienia). Lądolód Antarktydy zaczął się formować ok. 33,7 mln lat temu, po gwałtownym (w skali geologicznej) ochłodzeniu wskutek spadku koncentracji CO₂ w powietrzu z ok. 1000 ppm (ppm – cząsteczek na milion) do 500-600 ppm, spowodowanym wietrzeniem skał krzemianowych wypiętrzających się Himalajów. Poważny przyrost masy lądolodu Antarktydy i uformowanie się lądolodu Grenlandii wiąże się z kolejnym spadkiem koncentracji CO₂ do poziomu ok. 300 ppm ok.2,4 mln lat temu.

Wiele informacji na temat topnienia/przyrostu lądolodów przynosi analiza przebiegu zlodowaceń na przestrzeni ostatnich 800 tys. lat (odpowiedni wykres dostępny w materiałach ostatniego Raportu IPCC tu ).

Na wykresie przedstawiającym zmiany poziomu morza (najniższa linia) widać, że podczas okresów ochładzania poziom morza spadał (narastały lądolody, nie tylko Antarktyki i Grenlandii, ale formował się lodowiec nad Europą Północną i Północną Ameryką). Spadek ten wynosił ok. 100 m i zachodził w okresie ok. 70-80 tys. lat. Gdy lądolód się roztapiał, wzrost poziomu morza o tę samą wartość był znacznie szybszy, zajmował jedynie ok. 10-15 tys. lat. Jednocześnie wahaniom w zakresie 180-300 ppm podlegała koncentracja CO₂ – o związku tego zjawiska z temperaturą przeczytasz dokładniej w tekście Mit: To ocieplenie powoduje wzrost koncentracji CO₂ a nie na odwrót.

Aktualnie wpływamy na klimat w tempie znacznie przekraczającym naturalne zmiany z czasu powstawania lądolodów, czy fluktuacji związanych z epokami lodowcowymi. Wskutek spalania paliw kopalnych koncentracja CO₂ w atmosferze w ciągu zaledwie 150 lat wzrosła z ok. 280ppm do ponad 400ppm i aktualnie rośnie aż o blisko 3ppm/rok. Już aktualnie koncentracja CO₂ przekracza wartość sprzed 2,4 mln lat. Ten fakt, wraz z ostatnimi obserwacjami pokazującymi gwałtowne przyspieszenie topnienia i co ważniejsze – destabilizację lądolodów Antarktydy Zachodniej pozwala przypuszczać, że uruchomiliśmy procesy, które stosunkowo szybko (małe kilkaset lat) mogą doprowadzić do stanu czap lodowych jak 2,4 mln lat temu. Najnowsze prognozy mówią o wzroście poziomu morza o 2 m, a w ekstremalnym przypadku nawet 5 m do końca stulecia. Dalszy wzrost koncentracji CO₂ w atmosferze (przy obecnym tempie zmian osiągnięcie koncentracji 1000 ppm zajęłoby ok. 200 lat) może doprowadzić do warunków podobnych do tych, jakie na Ziemi istniały ok. 50 mln lat temu: kompletnego zaniku lądolodów i podniesienia się poziomu morza o blisko 70 metrów.

Jaka jest objętość lądolodu Antarktydy?

W odpowiedzi (z 14 grudnia 2016) na pytanie „Czy jest możliwe całkowite stopienie lodowców, a jeśli tak, to jakie będą konsekwencje dla całej planety?” prof. Szymon Malinowski napisał: ”Objętość lądolodu Antarktydy wynosi ok. 30 000 000 km3, roztopienie tej masy lodu podniosłoby globalny poziom morza o mniej więcej 60 m”. Czy mógłby Pan prof. przedstawić wyliczenia w tej sprawie? Interesuje mnie szczególnie, jakie przyjął Pan założenia dotyczące ilości lodu nie znajdującego się na kontynencie, lecz otaczającego Antarktydę. Jak wiadomo większość lodu w górze lodowej znajduje się pod powierzchnią wody, więc wydaje się, że lód poza obrysem lądu ma bardzo poważny udział w całkowitej ilości lodu na Antarktydzie. Jednocześnie wiemy, że stopienie się pływającego lodu w żaden sposób nie wpływa na poziom wody w morzach i oceanach. Jakie założenia w tym względzie przyjął Pan w swoich oszacowaniach

pyta Krzysztof

Odpowiada prof. Szymon Malinowski

Wspomniane pytanie i odpowiedź na nie znaleźć można tutaj. Na początek zacznijmy od wyjaśnień. W Antarktyce występują trzy rodzaje lodu:

1. lód morski, powstający z zamarzania wody morskiej – jego powstanie bądź stopnienie nie wpływa na poziom wody morskiej;
2.  lądolód, czyli lód powstały z opadów śniegi na lądzie powyżej aktualnego poziomu morza – jego stopnienie bądź zsunięcie się po pochyłości do morza podniesie poziom wody; 
3. tzw. lodowce szelfowe (od ang. shelf -półka, nie mylić z szelfem kontynentalnym) — stosunkowo grube półki lodowe, pływające bądź częściowo opierające się na dnie, ich stopienie podniesie poziom wody w oceanie w wypadku gdy opierają się na dnie, a wypór nie równoważy ciężaru lodu.

Dokładny szacunek masy lądolodu oraz masy tej części lodowców szelfowych, która po roztopieniu wpłynie na podniesienie poziomu wszechoceanu jest możliwy dzięki temu, że nieźle znamy topografię kontynentu (a właściwie archipelagu i kontynentu) Antarktydy pod lądolodem i lodowcami szelfowymi. Najnowsza szczegółowa mapa tej topografii została wykonana w ramach projektu BEDMAP2 na podstawie kilku tysięcy zestawów danych pomiarowych zawierających ok. 25 milionów pojedynczych pomiarów. Same dane (ich rodzaj i jakość), sposób wykonania mapy oraz oceny niepewności opisane są w artykule naukowym „Bedmap2: improved ice bed, surface and thickness datasets for Antarctica” z 2013 roku. Artykuł jest otwarty, każdy może zapoznać się z metodyką pracy. Dane są dostępne dla każdego na stronach projektu BEDMAP2. Podsumowanie danych, zebrane w Tabeli 7 artykułu, pokazuje aktualne i poprzednie (projekt BEDMAP1) oszacowanie masy lądolodu i lodowców szelfowych oraz ich wkładu do wzrostu poziomu morza. W dłuższym okresie poziom morza może wzrosnąć jeszcze nieco bardziej z powodu ruchów izostatycznych — podniesienia się kontynentu antarktycznego, teraz przygniecionego lądolodem.

W odpowiedzi na pytanie informuję, że skorzystałem z często cytowanych przybliżonych danych, stąd „okrągła” liczba 30 000 000 km³. Według BEDMAP2 dokładne dane to: objętość lądolodu Antarktydy – 26 920 000 km3, wzrost poziomu morza wskutek stopienia tej objętości lodu – 58,3 m. Szacunki wzrostu poziomu morza wskutek stopienia wszystkich lodowców i lądolodów na Ziemi, wraz z odnośnikami do odpowiedniej literatury naukowej, dostępne są tu.

W jakim stopniu ruchy izostatyczne wpływają na poziom morza?

Mam dodatkowe pytanie, a w zasadzie zarzut do odpowiedzi na pytanie: „Jaka jest objętość lądolodu Antarktydy?”, które ostatnio ukazało się Waszej stronie. Teoretycznie w odpowiedzi wszystko ładnie policzono i wyszło, że poziom oceanów miałby się podnieść o 58 z przecinkami metrów. Problem jest tu jednak taki, że w obliczeniach nie uwzględniono relaksacji-wypiętrzenia lądu Antarktydy oraz zapadnięcia dna oceanów. Przecież Ziemia absolutnie nie jest sztywna i gdybyśmy dla porównania zmniejszyli ją do jajka to w dotyku nie przypominałaby jajka ze skorupką tylko takiego już po obraniu. Geolodzy do dziś mierzą efekty wypiętrzeń polodowcowych, np. Nowego Jorku, a zejście lodowca z Antarktyki musiałoby trwać bardzo długo i skalne góry urosłyby o ładne setki metrów. Czy mam rację?

pyta Adam B.

Odpowiada prof. Szymon Malinowski:

Odpowiedź na pytanie wspomniane w (powyższym) pytaniu znajduje się tutaj. Ma Pan rację co do tego, że ruchy izostatyczne też wpływają na poziom morza, w praktyce jednak zmiany są lokalne, a w skali globu średni poziom morza niewiele od nich zależy – rzędu drugiego, trzeciego miejsca po przecinku. Efekt wynurzania jest też w pewnym stopniu kompensowany naciskiem wody: dodatkowy ciężar oceanów powoduje ugięcie skorupy ziemskiej w dół pod nimi. Podsumowując: LOKALNIE ruchy izostatyczne mają znaczenie (np. dziś ciągłe wypiętrzanie Skandynawii czy Labradoru, w przyszłości Grenlandii czy Antarktydy), natomiast jeśli idzie o średni globalny poziom morza efekt jest niewielki. Więcej o tym i innych, momentami zadziwiających, czynnikach wpływających na poziom morza do poczytania po polsku znaleźć można w serwisie Nauka o klimacie.

Powyższy artykuł powstał we współpracy z portalem Zapytaj Fizyka.

The post Zapytaj Fizyka: o topnieniu lądolodów appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Naukowcy badający zachodzące w atmosferze zjawiska korzystają ze wszystkich możliwych metod pozwalających na zmierzenie bądź obserwowanie zachodzących w powietrzu procesów: począwszy od pomiarów na powierzchni ziemi, przez balony meteorologiczne, po pomiary zdalne i aktywne obserwacje satelitarne. Korzystają także z możliwości, jakie daje współczesna technika lotnicza i prowadzą specjalistyczne pomiary, wykorzystując do tego różnego rodzaju samoloty: od malutkich dronów, przez motoszybowce i motolotnie, lekkie samoloty i śmigłowce (patrz też Fizyk buja w obłokach, po specjalnie przystosowane do badań samoloty transportowe lub komunikacyjne, a nawet dawne samoloty szpiegowskie, które dziś używane są do unikalnych badań w stratosferze (więcej tu czy tu). Do badań wykorzystuje się też dane dostarczane przez liniowe samoloty pasażerskie z przyrządów nawigacyjnych (AMDAR), a niektóre z nich wyposaża nawet w specjalne zestawy aparatury badawczej (np. IAGOS).

Badania atmosfery z użyciem samolotów są bardzo drogie. Aby jak najlepiej wykorzystać istniejącą infrastrukturę, instytucje dysponujące samolotami badawczymi organizują zrzeszenia umożliwiające korzystanie z urządzeń także naukowcom z instytucji, które własnych samolotów nie mają. W Europie takim zrzeszeniem jest EUFAR – European Facility For Airbone Research. Oprócz udostępniania infrastruktury, EUFAR zajmuje się organizacją wspólnych kampanii pomiarowych, a nawet treningiem młodych naukowców w prowadzeniu badań z pokładu samolotu.

Szkoła pomiarów lotniczych EASI

Przykładem takiego treningu jest właśnie zakończona szkoła EASI, w ramach której, wraz z kilkoma doświadczonymi w badaniach lotniczych kolegami, szkoliliśmy grupę 20 naukowców – doktorantów i postdoków europejskich instytucji badawczych. Ponieważ, jak wspomniałem, badania lotnicze są niezwykle drogie (godzina kotu może kosztować nawet kilkadziesiąt tysięcy euro) naszym celem było nie tylko szkolenie, ale także zebranie użytecznych naukowo danych pomiarowych. Badania prowadziliśmy w Irlandii, latając z lotniska Shannon nad Atlantykiem, po nawietrznej stronie znanej stacji pomiarowej Mace Head. Stacja ta prowadzi systematyczne pomiary fizyczne i chemiczne aerozolu atmosferycznego napływającego znad Atlantyku oraz stowarzyszone z nimi zdalne (radarowe i lidarowe) badania mikrofizycznych i optycznych własności chmur. Naszym celem było przeprowadzenie pomiarów własności aerozolu i chmur na różnych wysokościach w atmosferze, aby zweryfikować rozwijane w Mace Head techniki analizy danych radarowych i lidarowych, a także żeby zobaczyć pionowy rozkład aerozoli, które w Mace Head mierzone są przy powierzchni oceanu.

Czym lataliśmy?

Laboratorium pomiarowym był specjalnie przystosowany do badań samolot turbośmigłowy ATR-42 którego operatorem jest zrzeszona z EUFAR francuska organizacja SAFIRE. Szefem kampanii i jednym z trenerów był Francesco Cairo z Włoch (CNR i uniwersytet La Sapienza w Rzymie), trenerami Ian Faloona z University of California Davis (USA), Bruno Piguet z Meteo-France i autor niniejszego tekstu. Uczestnicy to wyselekcjonowana w wyniku otwartego konkursu grupa badaczy z instytucji europejskich reprezentujących 7 krajów (Bułgaria, Norwegia, Niemcy, Polska, Szwajcaria, Włochy, Litwa) wielu narodowości (spoza Europy mieliśmy Indonezyjczyka, Brazylijkę, Pakistankę i Peruwiankę). Do dyspozycji mieliśmy 10 godzin lotu do wykorzystania w ciągu 6 dni i 7 miejsc na pokładzie samolotu badawczego (3 miejsca z 10 w kabinie pasażerskiej zajmowali specjaliści z SAFIRE).

Samolot był wyposażony w przyrządy do pomiarów standardowych (wszystkie parametry lotu, pomiary ciśnienia, temperatury, wilgotności, 3 składowe ruchu powietrza, wiele z nich duplikowanych lub nawet potrojonych, przyrządy działające na rożnych zasadach fizycznych), oraz bardzo wyspecjalizowaną aparaturę do pomiaru rozkładu wielkości cząstek aerozolu, kropel chmurowych, wodności (czyli zawartości wody w stanie ciekłym w jednostce objętości powietrza chmurowego), promienia efektywnego, metanu, ozonu, CO₂, związków organicznych tzw. DMS uwalnianych przez fitoplankton obecny w morzu, fotometry do pomiarów strumieni promieniowania słonecznego i podczerwonego docierającego sponad i spod samolotu oraz lidar aerozolowy, który może „patrzeć” w górę lub w dół.

Jak planowaliśmy loty?

Jeszcze przed kursem zaplanowaliśmy 4 loty po 2,5 godziny, ustalając priorytety badawcze podczas każdego lotu (kontrasty ląd-ocean na różnych wysokościach, lot nastawiony na badanie chmur warstwy granicznej oraz 2 loty nastawione na badanie struktury pionowej aerozolu przy różnym trybie pomiarów. Do każdego z zadań każdego z lotów zaplanowaliśmy, co do minuty i uwzględniając wymagania kontroli lotów (które, na szczęście, w tym przypadku były mało ograniczające), przykładowe trajektorie pomiarów, pozwalające na zebranie pożądanych danych. To wszystko zostało udostępnione, jeszcze przed kampanią, uczestnikom kursu.

Zadaniem uczestników było podzielenie się, według własnych preferencji, na cztery pięcioosobowe zespoły, każdy pod przewodnictwem trenera przypisanego (na podstawie kompetencji) do zadania badawczego i lotu. Kursanci w każdej grupie wyłonili spośród siebie kierownika lotu odpowiedzialnego za jego realizację oraz osoby obsługujące odpowiednie przyrządy i odpowiedzialne za analizę pochodzących z nich danych.

W praktyce czas, którym dysponowaliśmy, ograniczał się do 4 dni pomiarowych (z 6 dni jeden był przeznaczony na obowiązkowy odpoczynek załogi, a jeden na szkolenie w stojącym w hangarze samolocie na temat bezpieczeństwa, zasad komunikacji z pilotami i załogą SAFIRE, oprogramowania i operacji przyrządami) a w planie mieliśmy aż 4 loty. W związku z tym krytyczną kwestią była bardzo precyzyjna prognoza pogody, uwzględniająca priorytety badawcze i ograniczenia pomiarowe (np. kluczowe były okresy bez deszczu z możliwością zejścia nisko nad ocean, co możliwe było tylko w miejscach, gdzie podstawa chmur była wyższa niż 500 metrów). Ze względu na fakt, że decyzje o lotach następnego dnia trzeba było podejmować do godziny 20:00 dnia poprzedniego, zajęcia każdego dnia kończyły się odprawą meteo i dyskusją na temat perspektywy lotów na dzień następny i kolejne. Obrady były burzliwe, ale dzięki analizie informacji z wielu źródeł udało nam się zrealizować plan i wykonać wszystkie loty w optymalnych (z dostępnych) warunkach.

Po odprawie meteo była odprawa z załogą, piloci dostawali odpowiednio zmodyfikowany plan lotu, dyskutowaliśmy możliwe odstępstwa, warianty i punkty decyzji. Wszystko trzeba było ustalić wcześniej, w trakcie lotu tylko kierownik lotu ma prawo komunikować się z pilotem i uzgadniać możliwości zmiany planów.

Wykłady i loty

Oprócz uczestniczenia w planowaniu uczestnicy kursu słuchali wykładów instruktorów i zaproszonych wykładowców, zapoznawali się z oprogramowaniem i pisali skrypty do wstępnej analizy wyników po locie. W sumie słuchacze byli bardzo zajęci – plan obejmował 8 godzin zajęć zorganizowanych dziennie, do tego dochodziła praca w grupach i samodzielna, oraz, w wypadku udziału w locie, dodatkowych 6 godzin – na 60 minut przed startem trzeba było siedzieć w samolocie (po dostaniu się na lotnisko, odprawie bezpieczeństwa i briefingu z pilotami), a po locie trzeba było zabezpieczyć dane i wziąć udział w kolejnej odprawie, zgłaszając wszystkie uwagi dotyczące lotu i działania przyrządów, które miało się pod opieką.

W sumie dla większości uczestników najmniej pracowitą częścią zajęć był sam lot: wystarczyło siedzieć w swoim fotelu, śledzić zapisy swoich przyrządów, przełączając je i regulując zależnie od aktualnych wymagań. Nie dotyczyło to kierownika lotu, który miał nadzór nad wszystkim i komunikował się z pilotami, oraz trenera, którego kierownik mógł pytać o rady, i który w trakcie lotu musiał doradzać i jemu i wszystkim pozostałym na pokładzie.

Po locie kierownik zbierał informacje od obsługujących przyrządy, rozdzielał prace nad wstępnymi analizami i był odpowiedzialny za napisanie raportu z lotu.

Wszystkie grupy spisały się znakomicie. Wstępne raporty pokazują, że zebraliśmy wartościowy materiał, który wykorzysta załoga stacji Mace Head oraz uczestnicy badań. Po kilkunastu miesiącach prac nad weryfikacją i analizą danych, zostaną one umieszczone, wraz z bardzo szczegółowymi opisami, w otwartym repozytorium dostępnym nie tylko dla uczestników projektu, ale dla wszystkich badaczy na całym świecie. Spodziewamy się też, że po roku lub więcej ukażą się publikacje naukowe, które pozwolą zrozumieć nieco lepiej emisje aerozolu z powierzchni morza, jego transport (tak nazywamy w skrócie unoszenie przez wiatr i zawirowania powietrza) nad ląd, zmiany zachodzące w trakcie tego transportu, oddziaływanie aerozolu z chmurami i promieniowaniem słonecznym oraz termicznym Ziemi (podczerwonym). To pozwoli dołożyć małą cegiełkę do gmachu wiedzy na temat działania naszego systemu klimatycznego.

Szymon P. Malinowski

The post Jak się to robi: pomiary atmosferyczne z pokładu samolotu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W literaturze przedmiotu można znaleźć co najmniej 4 następujące pomysły z tego zakresu:

1. Wzrost powierzchni leśnych. 
2. Sekwestracja CO₂ ze spalin i zatłaczanie go pod ziemię. 
3. Nawożenie oceanów w celu zwiększenia masy fitoplanktonu.
4.  Przyspieszenie wietrzenia skał.

Pierwszy pomysł wydaje się oczywisty. Wzrost powierzchni obszarów leśnych i powiększenie gęstości materii organicznej na tych obszarach jest jak najbardziej pożądany z wielu powodów. Jednak ilość węgla, jaki w ten sposób można wycofać z atmosfery, jest dalece niewystarczająca aby zatrzymać globalne ocieplenie, a w razie dalszego intensywnego spalania paliw kopalnych – istotnie je spowolnić. Piszemy o tym tu i tu. Rozważa się także prowadzenie specjalnych upraw leśnych w celu produkcji węgla drzewnego (tzw. biowęgiel), który byłby następnie dodawany do gleby tak, żeby jej warstwa stała się większym rezerwuarem węgla. Można myśleć o przekształcaniu w biowęgiel odpadów komunalnych i innej materii organicznej. To działanie może być tym bardziej istotne, że obecnie obserwujemy tendencje spadkowe możliwości magazynowania węgla w glebie. Szacuje się, że metoda ta w najlepszym razie (i to w bardzo długim czasie) pozwoli zmniejszyć koncentrację CO₂ w atmosferze o 34 ppm.

W przypadku sekwestracji CO₂ ze spalin wraz z zatłaczaniem tego gazu w głąb ziemi istnieją nawet próbne instalacje. Informacje o nich można znaleźć np. tu, albo w tym artykule przeglądowym. Badania nad sekwestracją są z oczywistych względów wspierane przez sektory węglowy, naftowy i gazowy. Oszacowania kosztów tego typu działalności są bardzo rozbieżne, jednak teoretycznie zastosowanie tych technologii może bardzo zredukować emisje CO₂ do atmosfery, szczególnie w przypadku wielkich elektrowni spalających węgiel czy inne paliwa kopalne (bo trudno sobie wyobrazić wychwyt CO₂ w samochodach, samolotach lub domowych piecykach).

Oczywiście jest wiele niewiadomych, zależnych od lokalnych uwarunkowań geologicznych (więcej tu). W wielu miejscach zastosowanie tej metody jest trudne lub wręcz niemożliwe, np. ze względu na możliwość zakwaszenia wód podziemnych czy wydostania się zatłoczonego pod ziemię CO₂ na powierzchnię. Jednak są prace (np. Houze i in., 2006) pokazujące, że wpompowanie CO₂ do osadów oceanicznych zalegających na dnie na głębokościach poniżej 3000 m powinno być stosunkowo bezpiecznym i trwałym sposobem na usunięcie węgla z szybkiego cyklu węglowego (ze względu na ciśnienie i temperaturę CO₂ jest tam w tzw. stanie superkrytycznym i nie zachowuje się jak gaz, Rysunek 2).

Kolejny pomysł związany jest z dostarczaniem do oceanów nawozów, na przykład związków żelaza lub fosforu, których deficyt nie pozwala rozwinąć się fitoplanktonowi. Więcej fitoplanktonu to więcej chlorofilu, skuteczniejsze pochłanianie dwutlenku węgla i wiązanie go w materię organiczną. Według koncepcji martwa materia powinna opadać na dno oceanu i formować osady morskie lub osiągać głębokie warstwy oceaniczne, w których węgiel będzie uwięziony na bardzo długo. Niebezpieczeństwem tego rozwiązania jest rozkład materii organicznej w głębszych warstwach oceanu i anoksja, czyli pozbawienie wielkich objętości wód tlenu. W efekcie pomysł ten może prowadzić do wymarcia życia w znacznej części głębin oceanów. W dużej pracy przeglądowej na temat potencjalnych możliwości nawożenia oceanów opisane są te niebezpieczeństwa. Dyskutuje się też niepewności dotyczące szacunków skutków różnych wariantów tej metody. Już samo jej zastosowanie np. na Oceanie Południowym, który ze względu na powierzchnię i odległość od zamieszkałych terenów ma największy potencjał mitygacyjny, jest problematyczne ze względu na potrzebę transportu, monitorowania, kontroli.

O rozwiązaniach typu „sztuczne drzewa” należy wspomnieć jedynie w kontekście science fiction. Idea, choć efektowna i mająca podstawy naukowe, jest z powodów podstawowych droga, nieefektywna i trudna do wprowadzenia.

Na końcu wspomnijmy o rozważanym przyspieszeniu procesów które w naturalny sposób doprowadziły do spadku zawartości dwutlenku węgla w atmosferze od czasów dinozaurów do rozpoczęcia epok lodowcowych (Rys 3). Chodzi o przyspieszenie wietrzenia (ang.  weathering) skał krzemianowych obecnych na powierzchni na przykład w masywach górskich, powodujące powstanie kalcytu, wymywanie jonów węglanowych do oceanów i osadzanie się ich w postaci skał osadowych na dnie. W pewnym stopniu samo globalne ocieplenie przyspiesza ten proces, zresztą dzięki temu natura za wiele tysiącleci „poradzi sobie” z naszymi emisjami CO₂. Autorzy ostatniej dużej pracy przeglądowej na ten temat analizują różne możliwe reakcje chemiczne i ich wydajność. Niestety, jak do tej pory, nikt nie przedstawił realistycznego pomysłu, jak znacznie (o tysiące czy setki tysięcy razy) przyspieszyć reakcje wietrzenia skał i w ten sposób „usprawnić” ten zachodzący naturalnie w systemie ziemskim proces…

Reasumując: nauka ma wiele pomysłów, jak naprawiać to, co z uporem godnym lepszej sprawy psujemy w systemie klimatycznym. Niektóre z tych pomysłów są nawet realistyczne i możliwe do wprowadzenia, przede wszystkim pomysły związane ze zmniejszeniem dopływu promieniowania słonecznego. Zastosowanie geoinżynierii SRM polega jednak na tym, że psujemy system klimatyczny z jednej strony i równocześnie próbujemy naprawiać go z drugiej. Pod względem bilansu energii wszystko jest w porządku, ale zastosowanie SRM prowadzi do uzależnienia. Z kolei geoinżynieria CDR, poza sekwestracją CO₂ ze spalin wielkich zakładów przemysłowych, to jedna wielka niewiadoma. Czy geoinżynieria nam pomoże w przeciwstawianiu się zmianie klimatu, czy efektem jej stosowania będzie przysłowiowa ucieczka z deszczu pod rynnę?

Jeśli doprowadzimy do tak groźnej zmiany klimatu, że będziemy zmuszeni do sięgnięcia po tą ostatnią deskę ratunku, poznamy odpowiedź na to pytanie.

Ale może lepiej nie robić tego eksperymentu?

Prof. Szymon Malinowski

The post Geoinżynieria, czyli jak naprawić klimat – część druga appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.