Klima i klimatske promjene

Poznato je da je za život Venera prevruća, Mars prehladan, a Zemlja upravo onakve temperature kakva nam pogoduje. Činjenica da je prosječna temperatura na površini Zemlje udobno smještena negdje između vrelišta i ledišta vode i tako pogodna za naš život ne može se objasniti samo time što naš planet kruži oko Sunca na najboljoj udaljenosti. Naše umjerene temperature rezultat su i toga što na Zemlji imamo baš "pravi" tip atmosfere.Vrijeme je lako opažati - dovoljan je samo jedan pogled kroz prozor - ali ono je ipak mnogo misterioznije od toga. Većina pokazatelja i znakova vremena oku je nevidljiva, no mogu se mjeriti preciznim uređajima. Klima na Zemlji je skup srednjih vremenskih stanja neprekidno mjerenih kroz neko duže razdoblje. Vrijeme je takoder skup raznih meteoroloških elemenata: temperature zraka, vrijednosti tlaka zraka te podataka o vlazi i vjetru, ali trenutnih vrijednosti, izmjerenih na jednom mjestu. Potrebno razdoblje mjerenja za određivanje klime različito je za razna područja zemaljske kugle. Tamo gdje je vrijeme manje podložno promjenama potrebno razdoblje iznosi 20 godina (tropil dok je u područjima u kojima se vrijeme više mijenja (u visokim i umjerenim geografskim širinama) potrebno mjeriti 30 godina. Najvažniji pokazatelji kojima opisujemo glavna obilježja klime nekog mjesta su srednja mjesečna temperatura zraka i srednja mjesečna količina oborina. Do tih vrijednosti dolazimo kroz prosječne vrijednosti niza trenutnih stanja atmosfere - vremena. To znači da u nekom trenutku, na nekom mjestu mjerimo niz meteoroloških veličina: temperaturu zraka, naoblaku, vjetar, vlažnost itd.
Grana meteorologije koja se bavi zove se klimatologija. S obzirom na roklimatologiju, koja služi isključivo ju, koja proučava utjecaj klime na koja se bavi proučavanjem pojave grane klimatologije.
Proučavanjem klime na Zemlji široke potrebe razlikujemo agpoljoprivredi, i bioklimatologija-živi svijet, paleoklimatologiju, ledenih doba, te razne druge.

Klimatski sistem

Pod pojmom klimatskog sistema podrazumijevamo prostor u kojem se odvijaju najvažniji procesi koji utječu na klimu. On se sastoji od pet elemenata - atmosfere, hidrosfere, kriosfere, litosfere i biosfere. Atmosfera je smjesa plinova koji se nalaze u relativno stalnom omjeru (dušik 78%, kisik 21%, argon 0,9%). Najznačajniji plinovi odgovorni za promjene u atmosferi su oni kojih ima najmanje, s time da je njihov udio promjenjiv - to su vodena para (0,003%, a može doseći i 4%), ugljik-dioksid (0,03%), ozon i freoni. Za klimu su važni i kruti sastojci u atmosferi koje zajedničkim imenom zovemo aerosolima, a to su čada, mikrobi i prašina. Atmosferu po visini dijelimo na četiri sloja - troposferu u kojoj se nalazi 90% mase cijele atmosfere i ocivijaju se svi važni procesi, kao što su razvoj naoblake, ciklona i anticiklona, stratosferu, mezosferu i termosferu iznad koje je najviša ionosfera. Sloj atmosfere u kojem mi živimo, koji je najpodložniji promjenama i koji zapravo najmanje poznajemo zove se planetarni granični sloj (PBL - Planetary Boundary Level). Kad govorimo o hidrosferi, mislimo na oceane, led, površinske vode (rijeke i jezeral i podzemne vode. Uspoređujući količinu vode koju sadrži hidrosfera s onom u atmosferi, voda u atmosferi je, iako zanemariva, presudna za život. Također, vrlo je važno međudjelovanje atmosfere i površine oceana jer atmosfera omogućava prijenos vode s izvorišta (oceana) dublje na kopno. Kriosfera je ustvari zajednički naziv za sve ledene površine na Zemlji. To su najvećim dijelom kontinentalna masa na Antarktici, zatim Grenland, ledenjaci iznad Arktika, te sezonski snježni pokrivač. Litosfera obuhvaća kopnene mase na Zemlji. Ova komponenta klimatskog sistema jako se malo mijenja i ima velik utjecaj na klimu. Već sama činjenica da postoje velike razlike 1/ nadmorskoj visini kop-na govori nam o nagiom mijenjanju klimatskih elemenata. Postoje i razlike u vrsti površine (pustinjsko tlo, obradivo tlo, šume) te one na različite načine utječu na promjenu klimatskih elemenata. Biosfera obuhvaća sve žive organizme na kopnu i u oceanima - biljke, životinje i čovjeka.
Sve navedene komponente klimatskog sistema nalaze se u stalnom međudjelovanju, pa se i njihov utjecaj na klimu ne može odvojeno promatrati.

Što sve i kako utječe na klimu?

Stanje u svim dijelovima klimatskog sistema, npr. u atmosferi, opi-suje se pomoću klimatskih elemenata. Te elemente možemo po njihovim svojstvima podijeliti u četiri grupe, a opisujemo ih različitim veličinama. Prva i jako važna veličina jest temperatura; razlikujemo temperaturu zraka i temperaturu mora. Gibanje zračnih masa u atmosferi mjerimo i opisujemo vjetrom, a gibanje vodenih masa u morima i oceanima opisujemo morskim strujama te kretanjem leda. lsto tako, mjerimo sadržaj vlage u zraku, količinu oborina i vlažnost tla. Posljednja grupa važnih elemenata su sastav tla, zraka i oceana. Klima se još mijenja i s nadmorskom visinom. Na većim visinama manje su temperature i veće brzine vjetra. Zanimljiva je pojava temperaturne inverzije, kada je na većim visinama toplije. Medutim, ne možemo gledati zasebno utjecaj nadmorske visine, već i reljefa, jer dvije planine iste visine imaju različitu klimu ako se jed-na nalazi duboko u kopnu, a druga na obali oceana.

Toplina u atmosferi

Toplina koja stiže u atmosferu glavni je izvor pokretanja promjena koje se u njoj mogu desiti. lako je prva pomisao da se atmosfera zagrijava samo od Sunca, to nije istina, jer se atmosfera najvećim dijelom grije od povratnog toplinskog zračenja Zemlje. To povratno zračenje naziva se još i dugovalno, a možete ga vidjeti i na CD-u pod nazivom "Dugi valovi". Sunce je veliki izvor energije, koja potječe od nuklearnih procesa u jezgri Sunca, a do Zemlje dolazi samo vrlo mali dio. To je prvenstveno zato što je udaljenost koju zračenje mora prijeći na putu od Sunca do nas ogromna (150 milijuna km). Jako mali dio odaslanog Sunčeva zračenja dolazi do Zemlje. Još manji dio stigne do njene površine. Naime, u atmosferi se dešava-ju procesi kao što su upijanje ili apsorpcija, raspršenje i odbijanje ili refleksija zračenja. Ulaskom u atmosferu kratkovalni dio zračenja odmah se upija. Kako je to jako štetan dio zračenja, zbog visoke energije koju nosi, njegovo upijanje pogoduje životu na Zemlji. Od tih zraka štiti nas plin ozon (03) iz ozonosfera. Jedan dio zračenja se raspršuje na molekulama zraka i na krupnim česticama prašine, peludi i nečistoća koje zovemo aerosoli. Iznad velikih gradova mnogo je aerosoli, pa je i raspršenje veće, a nebo je mutno i bjelkasto. Treći proces koji slabi Sunčevo zračenje je odbijanje, koje se dešava uglavnom na oblacima.

Ozon

Molekule ozona neprestano nastaju pod utjecajem ultraljubičastih zraka koje ga stvaraju od molekula običnog kisika. Tako kisik i ozon čine svojevrstan štit Zemljinoj površini, ali samo ozon upija zračenje najviših energija koje prijeti biosferi. Zaštitnička uloga ozona iz stratosfere toliko je velika da znanstvenici vjeruju kako bez njega život na Zemlji nikada ne bi ni nastao. Plinovi koji razaraju ozon sporo dolaze do njega (potrebno je čak 13 godina), tako da kada bi sada i stali sa zagađivanjem, poboljšanje ne bismo osjetili odmah. Freon (sadrže ih hladnjaci, stariji klima-uređaji), CFC-spojevi (klor-fluor-karboni) i ugljik-dioksid (tvornice, automobili) najopasniji su za stvaranje ozonskih rupa, a u atmosferi ih je sve više zahvaljujući sve bržem razvoju tehnologije i industrije. Gotovo čitav ozon (90°/0) nalazi se u stratosferi, na visini od 16 do 48 km. Ostalih 10% ozona nalazi se u troposferi i seže do visine od 12 km. S obzirom na to da je on ovdje zagađivač, zajedno s ostalim zagađivačima ponaša se kao jedan od plinova staklenika, tj. povećanje njegove koncentracije doprinosi zagrijavanju Zemlje. Tako ozon iz prizemnih slojeva nosi dvostruko štetan utjecaj.

Globalno zatopljenje — efekt staklenika

Zemljin plinoviti omotač sadrži skup plinova koji zadržavaju Sunčevu toplinu u mjeri upravo pogodnoj za nas. Te plinove zovemo plinovima staklenika, zbog sličnosti sa staklenicima. Kako plinovi u atmosferi zadržavaju toplinu da se ne izrači u Svemir, tako u staklenicima to isto čine stakleni zidovi. Staklo propušta kratkovalno Sunčevo zračenje (to je zračenje ko-je nosi najveću energiju) i tako omogućava biljkama potrebnu koli-činu topline. Zemlja tu energiju upija, dio provodi u dublje slojeve, a dio ponovno zrači prema gore u obliku nevidljivog infracrvenog (dugovalnog) zračenja. Tu sad staklo u stakleniku čini isto ono što i atmosfera oko Zemlje — ne propušta Zemljino dugovalno zrače-nje, već ga upija i vraća u smjeru prema dolje. Ta pojava popularno se naziva efekt staklenika. Plinovi staklenika uglavnom su vodena para (H20), ugljik-dioksid (CO2), metan (CH4) te čestice aerosoli. Zanimljivo je da je najveći apsorber vodena para, iako je ima najmanje (0,03%, a zatim ugljik-dioksid. Kada ne bismo imali te plinove u atmosferi, zračenje koje je danju Zemlja apsorbirala tijekom noći brzo bi se vratilo nazad u svemir i temperatura bi brzo pala daleko ispod nule. Stoga de nakon oblačne noći temperatura biti mnogo viša nego nakon vedrih noći jer su oblaci upili dio topline koja je otjecala u svemir i vratili je nazad. Usprkos atmosferi i plinovima staklenika postoji dio zračenja koji nepovratno prolazi kroz atmosferu i gubi se, a zove se prozor u Zemljinoj atmosferi (iznosi 6% Zemljinog zračenja). 

Kako nam se klima može osvetiti

Poplava je pojava kada se pod vodom nadu površine koje su inače suhe. Poplave nastaju iz različitih atmosferskih situacija, neke imaju dugi razvojni period, a neke se dešavaju gotovo u hipu. Mnoge velike poplave nastaju zbog ogromnih količina kiše koje mogu pasti za zimskih oluja iznad riječnih korita koja su ionako prepuna od prethodnih, oborinama bogatih perioda. Kada se svemu tome pridruži i proljetno topljenje snijega, odvodni sustav rijeka postaje preopterećen. Nagle poplave mogu biti posljedica tropskih oluja i uragana u ljetno doba i ujesen, jer oni donose ogromne količine vlage. Rijetko koja pojava je tako razarajuća za čovječanstvo kao suša. Do suše dolazi kada atmosferska strujanja ne donose vlagu u neko područje. Duže razdoblje pomanjkanja vlage može uzrokovati ozbiljnu hidrološku neravnotežu i dovesti do propadanja usjeva, smanjenja vodenih zaliha i do ekonomskih teškoća. Suhi dani dešavaju se mjestimično u svim dijelovima našeg planeta, ali izraz suša koristi se samo za suhe periode koji su prilično dugi i obuhvaćaju veći dio površine. Da bismo proglasili sušu na nekom području, potreban je period od 21 dana sa samo 30% normalne količine oborina. Treba naglasiti da svako područje na Zemlji ima svoju normalnu količinu oborina, pa će se u skladu s tim suša proglašavati za različite situacije. Za vrijeme suša može doći do nekih vrlo zanimljivih i neobičnih pojava, kao što su pješčane oluje (ali ne kod nas). Snažni vjetrovi usisavaju sitna zrnca pijeska ili komadiće zemlje te ih podižu poput oblaka visoko u zrak. Da bi to postigli, vjetrovi moraju puhati 40 km/h. Pješčana oluja ponekad nastaje naglo i ima oblik pješčanog zida koji može biti jako dugačak, ali i par kilometara visok. Možda najgora promjena kojom bi nam se klima mogla osvetiti jesu posljedice globalnog zagrijavanja - zatopljenje oceana i otapanje ledenjaka koje dovodi do podizanja razine mora. Jedna od nepravilnosti u prirodi nastala zadnjih godina zamijećena je u naglom povedanju populacije meduza u oceanima i morima širom Zemlje; to je znak da je morski ekosistem ozbiljno narušen prekomjernim izlovom ribe, zagađenjem, ali i globalnim zatopljenjem. Nova istraživanja pokazala su da je nenadano podizanje razine mora za nešto više od dvadeset metara koje se odigralo prije 14 200 godina bilo uzrokovano djelomičnim otapanjem Antarktičkog leda za vrijeme perioda povećanja temperature. Znanstvenici koji proučavaju prirodu glečera opažaju i kako se njihov broj smanjuje velikom brzinom. Predviđanja su da će u sljedećih trideset godina ostati samo zanemariv broj glečera. U jednom nacionalnom parku u SAD-u došli su do dokaza o brzini nestajanja tih masivnih blokova pokretnog leda. Iscrpnim fotografiranjem trenutnog stanja parka i usporedbom s fotografijama iz 20. stoljeća znanstvenici su utvrdili da je 1968. godine postojalo 37 glečera, a danas ih ima tek 26. Uglavnom su se složili da je uzrok tome globalno zatopljenje i smanjenje oborina.

El Ninjo — što on jest, i za što ga se optužuje

Naziv El Niho dali su peruanski ribari toploj morskoj struji koja se pojavljuje svake godine oko Božića. Značenje imena na španjolskom je djetešce odnosno mali Isus. Ono što sada nazivamo El Nino jest mnogo više od same tople struje, opisuje cijeli skup nepravilnosti i snažnih događaja što potječu od tople struje. Sir Gilbert Walker je 1923. godine opazio da "kada je visok tlak iznad Tihog oceana, on teži biti nizak iznad Indijskog oceana od Afrike do Australije". To je bila prva spoznaja da promjene u tropskom dijelu Pacifika nisu usamljeni događaji, već su povezane kao dio većeg kretanja. Tek nakon 1960. godine ljudi su počeli uvidati da pojava El Nina nije samo lokalnog karaktera, već je povezana s promjenama koje se dešavaju preko cijelog tropskog dijela Tihog oceana i šire. Efekt El Nina seže mnogo dalje i samo izgleda kao skup nepovezanih neobičnih vremenskih prilika širom planeta. Prvi moderni znanstveni opis mehanike El Nina dao je prof. Jacob Bjerknes 1969. godine - znanstvenici pod pojmom El Ninjo vide toplu fazu oscilacija oceana i atmosfere u predjelu Tihog oceana. Topla faza El Nina traje otprilike osam do deset mjeseci, a cjelokupna toplo-hladna oscilacija traje između tri i sedam godina. Hladna faza, poznata kao El Ninjo (Spanj. djevojčica) može biti jednako snažna i pogubna pojava. Međutim, iako ih nazivamo oscilacijama, ciklus nije potpuno pravilan kao što su npr. promjene godišnjih doba; postoje velike promjene u snazi i vremenu nastanka El Nina kao i La Nine.

Danas još nije u potpunosti razjašnjeno što pokreće promjene i cijeli toplo-hladni ciklus. Da bismo razumjeli pojavu El Nina, moramo razumjeti situaciju koja je "normalna" u tropskom Pacifiku. Kao što nam je poznato, Sunce zagrijava ekvatorijalne predjele jače nego druge, pa se jako zagrijani zrak giba uzlazno u tim prostorima. Zrak koji se diže mora se nadomjestiti drugim, što uzrokuje strujanje sa suptropskog područja prema ekvatorskom. Jeste li ikada probali hodati prema središtu diska koji se okreće? Tada znate da hodajući osjećate kao da vas nešto bočno gura tako da se više ne gibate po pravcu prema središtu, već je vaš put zakrivljena linija. Ono "bočno guranje" nazivamo Coriolisovim efektom, koji jednako djeluje i na disku i na rotirajućoj nam Zemlji. Dolazeći zrak iz suptropa pokušava doći do ekvatora gibajući se pravocrtno, no spomenuta Coriolisova sila ga zakreće. Na sjevernoj polutki taj vjetar zakreće se udesno, a na južnoj ulijevo. To su stalni vjetrovi, poznati kao pasati. Njihov utjecaj na ocean je taj da guraju površinsku vodu prema zapadu, pa je nivo mora u Indoneziji obično oko 50 cm viši od nivoa izmjerenog na Južnoameričkoj obali. Zbog niže razine mora dolazi do nadopunjavanja iz dubljih i hladnijih dijelova oceana (engl. upwelling), što ohladi cjelokupno područje za oko 6 C.

Također, voda koja dolazi, osim što je hladnija, prepuna je hranjivih tvari i zaliha hrane za plankton, što čini osnovu hranidbenog lanca na istočnom Pacifiku. Zbog toga se na tom području nalaze velike količine ribe i drugih morskih životinja, ali i ptica koje se hrane ribama. Za vrijeme El Nina, cijeli taj prirodni ciklus je narušen. Pasati oslabljuju i nema što držati nakupljenu vodu na zapadu koja otječe natrag ka istoku. Samim time nema tolike potrebe za nadomješta-njem tople vode hladnijom iz dubina. Posljedice su velike za bogatstvo morskog biljnog i životinjskog svijeta na površini. Kada površinska temperatura oceana na istoku postane viša od uobičajene, nema velike razlike između temperature zapada i istoka oceana, pa pasati sve više slabe, dovodeći do potpunog kolapsa cijelog ekvatorijalnog Pacifičkog područja. Najdramatičniji efekti El Nina su u području uz ekvator. Uobičajena slika pustinjskog tla u Peruu i na Galapagosu te obilnih oborina nad Indonezijom potpuno se izokreće. Veliki šumski požari haraju Indonezijom i Australijom, dok su ljudi u Peruu suočeni s poplavama velikih razmjera, popraćenih epidemijama poput kolere ili malarije. El Nino dovodi do nekih od najčudnijih slika, kao što je poplavljena pustinja Sechura u Peruu, inače jedno od najsuših područja na Zemlji. Uz narušavanje hranidbenog lanca, dolazi do odumiranja riba, što znači teškoće za preživljavanje ptica, sisavaca i ljudi. Toplija nego inače, voda u blizini središnje Amerike izvorište je jačih i češćih uragana, koji se gibaju vrlo daleko, čak do Havaja. (Na CD-u ovog broja Drva znanja možete vidjeti više kratkih filmova o nas tanku i razvoju uragana, neke od najpoznatijih tijekom proteklih nekoliko godina, razne animacije zatopljenja vode koje donosi El Nino i zahlađenja donesenih La Ninom.)

Koliko još?

Zemljina klima i povoljan sastav atmosfere - našeg "staklenika" - omogućili su razvoj života kakav poznajemo. No svjedoci smo drastičnih promjena u posljednjih sto godina. Je li riječ samo o još jednom povijesnom ciklusu promjene klime za koji znanstvenici tvrde da se mora dogoditi ili smo započeli nepovratan proces u kojem ćemo sami sebe dovesti do izumiranja? Koliko još možemo mijenjati čimbenike koji utječu na našu klimu? Hoće li El Nino iz godine u godinu uzrokovati sve veće štete, suše bivati sve dulje, a tornada i uragani sve jači? Svjedoci smo klimatskih promjena; ostaje nam samo pitanje hoćemo li ih modi zaustaviti i koliko brzo i hoćemo li naučiti kako sačuvati Zemlju, zajedno s njezinom klimom, za buduće generacije.