Czas czytania: 7 minut
Ostatnia aktualizacja:
Zmiany stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze są podstawową przyczyną globalnego ocieplenia, ale ze zmianami temperatury wiążą się różnego rodzaju wtórne efekty, które mogą przyczyniać się do dodatkowego wzrostu albo do spadku temperatury. Niektóre z tych zjawisk są objęte sprzężeniem zwrotnym dodatnim powiększającym zmiany, a inne ujemnym przeciwdziałającym zmianom.
Polega na tym, że w sytuacji zakłócenia jakiegoś parametru w układzie, układ ten dąży do zmiany wartości parametru w kierunku zgodnym (stąd dodatnie) z kierunkiem, w którym nastąpiło odchylenie od wartości referencyjnej. Sprzężenie zwrotne dodatnie powoduje zatem narastanie odchylenia.
Mówiąc obrazowo: wartość parametru sprzężonego dodatnio zachowuje się jak niewielka kulka na szczycie półkulistego wzniesienia. Każde wytrącenie jej z równowagi powoduje coraz szybsze staczanie się jej w kierunku, w którym nastąpiło wytrącenie, aż do wypadnięcia kulki poza układ (o ile nie zadziała odrębny bodziec hamujący). W sprzężeniu zwrotnym dodatnim wartość parametru odchyla się więc od wartości referencyjnej tym szybciej, im dalej już się od niej znajduje.
Zachodzi ono wtedy, gdy jakiekolwiek zaburzenia powodujące odchylenie wartości parametru od wartości referencyjnej, w którąkolwiek stronę, indukują działania prowadzące do zmiany wartości tego parametru w stronę przeciwną (stąd nazwa „ujemne”), a więc do niwelacji (kompensacji) efektu tego odchylenia.
Mówiąc obrazowo: wartość parametru sprzężonego ujemnie zachowuje się jak niewielka kulka na dnie półkulistego zagłębienia; każde wytrącenie jej z równowagi powoduje powtórne staczanie się w kierunku najniższego punktu, pośrodku zagłębienia.
Sprzężenia zwrotne ujemne występują powszechnie w organizmach żywych i urządzeniach technicznych, jako mechanizmy samoregulacji. W szczególności sprzężenie zwrotne jest niezbędnym elementem układu regulacji.
Spis treści
Promieniowanie cieplne
Podstawowym sprzężeniem zwrotnym w systemie klimatycznym jest wzrost promieniowania cieplnego w wyniku wzrostu temperatury, opisane przez prawa Stefana-Boltzmanna a dokładniej przez prawo Plancka, dlatego nazywane jest sprzężeniem planckowskim. Dzięki czemu zaburzony system przez wymuszenie radiacyjne uzyskuje równowagę radiacyjną w innej temperaturze.
Sprzężenie pary wodnej
Wzrost temperatury atmosfery powoduje wzrost zawartości pary wodnej w troposferze. Wzrost koncentracji pary wodnej zmniejsza przejrzystość atmosfery dla promieniowania podczerwonego co wywołuje dodatkowe ocieplenie.
Sprzężenie pionowego gradientu temperatury
W troposferze temperatura zmniejsza się wraz z wysokością, co jest opisywane przez pionowy gradient temperatury. Jeżeli jego wartość przekroczy gradient adiabatyczny, to atmosfera staje się niestabilna i zachodzi konwekcja zwiększająca przenoszenie ciepła w górę atmosfery. Wartość adiabatycznego gradientu temperatury w atmosferze, w której zachodzi skraplanie pary wodnej, zwanego wilgotnoadiabatycznym, jest znacznie mniejsza niż dla powietrza, w którym nie dochodzi do skraplania (suchoadiabatyczny). Dodatkowo niemal wykładnicza zależność ciśnienia pary nasyconej od temperatury sprawia, że wartość wilgotoadiabatycznego gradientu temperatury zmniejsza przy wzroście temperatury.
Modele przewidują, że w ocieplającym się klimacie wzrastająca wilgotność atmosfery w tropikach spowoduje zmniejszenie gradientu temperatury, co wywoła lepsze przenoszenie ciepła do górnych warstw troposfery, a to zwiększy emisję promieniowania cieplnego w kosmos przy relatywnie mniejszym ociepleniu samej powierzchni planety, co osłabia efekt cieplarniany. Pomiary zmian temperatury wraz z wysokością są bardzo wrażliwe na drobne błędy, co utrudnia ustalenie czy modele są zgodne z obserwacjami.
Sprzężenie wilgotności względnej
Ponieważ sprzężenia pary wodnej i pionowego gradientu temperatury są ze sobą ujemnie skorelowane, możliwe jest łączne ich uwzględnienie razem ze sprzężeniem planckowskim, przy założeniu niezmienionej wilgotności względnej. W ujęciu takim zmiana emisji promieniowania powiązana ze zmianą temperatury jest mniejsza niż w przypadku suchej atmosfery, a sprzężenie wilgotności względnej, oraz sprzężenie pionowego gradientu temperatury uwzględniają tylko niewielkie odstępstwa od założenia stałej wilgotności względnej. Oba sposoby dekompozycji sprzężeń zwrotnych prowadzą do takich samych wyników, choć uznanie wilgotności względnej za podstawową zmienną stanu w systemie klimatycznym jest bardziej intuicyjne. Łącznie, obecność pary wodnej w atmosferze powoduje intensyfikację globalnego ocieplenia.
Sprzężenia związane z chmurami
W skali globalnej chmury wpływają na bilans energetyczny Ziemi odbijając promieniowanie słoneczne (schładzając system klimatyczny), oraz pochłaniając promieniowanie podczerwone emitowane przez powierzchnię Ziemi (wzmacniając efekt cieplarniany i ocieplając system klimatyczny). W chmurach różnych typów procesy te przebiegają w różny sposób, a zmiany ich intensywności, związane z wymuszeniami radiacyjnymi, oraz powiązanymi skutkami globalnego ocieplenia, decydują o sprzężeniach zwrotnych związanych z chmurami.
Najważniejszymi z nich są:
- zmiany wysokości kowadła chmurowego tropikalnych cumulonimbusów, oraz ich powierzchni
- zmiany powierzchni morskich stratocumulusów
- zmiany zachmurzenia nad lądami związanych z wysychaniem rejonów subtropikalnych
- przesuwaniem się tras burz i powiązane z nimi zmiany zachmurzenia na średnich szerokościach geograficznych
- zmiany ilości chmur w Arktyce w wyniku topnieniu morskiej pokrywy lodowej
- zmiany jasności chmur nad Oceanem Południowym związane z częstszym powstawaniem chmur wodnych
Uwzględniając wszystkie efekty, suma sprzężeń zwrotnych związanych z chmurami jest dodatnia, choć wartość ta obciążona jest dużymi niepewnościami.
dodatkowe informacje:
Klimatolodzy wysuwają różne hipotezy dotyczące związku chmur ze zjawiskami cieplnymi w atmosferze np. hipoteza tęczówki, hipoteza termostatu.
Sprzężenia związane z albedo
Innym ważnym typem oddziaływań pomiędzy różnymi procesami jest sprzężenie zwrotne związane ze zmianą albedo lodu i śniegu ( ice-albedo feedback). Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta szybkość topnienia lodu w obszarach okołobiegunowych, zmniejsza się także obszar i czas zalegania pokrywy śnieżnej. Proces topnienia powoduje, że silnie odbijający promieniowanie słoneczne lód zastępują ciemniejsze obszary lądu lub wody, absorbujące więcej promieniowania słonecznego.
Jest to mechanizm dodatniego sprzężenia zwrotnego, w którym zmniejszenie pokrywy lodu i śniegu prowadzi do jeszcze szybszego jej zaniku, ze względu na miejsce występowania nazywany też arktycznym wzmocnieniem.
Sprzężenia biogeochemiczne
Sprzężenie zwrotne dodatnie wywołane emisją dwutlenku węgla i metanu z topniejących obszarów wiecznej zmarzliny (np. torfowisk na Syberii) to kolejny mechanizm zdolny przyczynić się do ocieplania. Powstała hipoteza, że wzrost temperatury oceanów może spowodować uwolnienie CH4 ze złóż klatratów metanowych, prowadząc do masowego wymierania organizmów morskich i gwałtownego wzrostu temperatury w atmosferze.
Przypuszczalnie zdolność oceanu do sekwestracji dwutlenku węgla będzie malała wraz ze zwiększającą się temperaturą. Ocieplenie oceanu zredukuje ilość mineralnych składników odżywczych w strefie mezopelagialnej oceanu (czyli w rejonie półmroku pomiędzy 200 do 1000 m), powodując zmniejszenie populacji stosunkowo dużych okrzemków w stosunku do małych cząstek fitoplanktonu. Obszary zdominowane przez komórki fitoplanktonu są mniej efektywne (w stosunku do obszarów z dużą ilością okrzemków) w transporcie węgla z atmosfery do oceanu.
źródło: materiały prasowe
Sprzężenie zwrotne dodatnie, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Sprzężenie zwrotne ujemne, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Globalne ocieplenie, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Zmiany klimatu – dodatkowe informacje:
carbon offset, dekarbonizacja, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), depresja klimatyczna (ekolęk, lęk klimatyczny), fakty i mity klimatyczne, handel emisjami CO2, hipoteza pistoletu metanowego, naturalna zmienność klimatu, neutralność klimatyczna, neutralność węglowa, odnawialne źródła energii, rekompensata węglowa, sekwestracja CO2, ślad ekologiczny, ślad węglowy, ślad wodny, węglowy rezerwuar, zielona transformacja energetyczna, zielony rozwój, zrównoważony rozwój
efekt cieplarniany, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie
dwutlenek węgla, freony (chlorofluorowęglowodory CFC), metan, ozon, podtlenek azotu
międzynarodowe organizacje, petycje, protokoły, umowy:
Europejski System Handlu Emisjami (EU ETS), Europejski Zielony Ład, funduszu Loss and Damage, Green Climate Fund, Konferencje Stron COP (Conferences of the Parties), Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC), Petycja Oregońska, Porozumienie Paryskie, Protokół z Kioto, Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (United Nations Framework Convention on Climate Change – UNFCCC, FCCC)
zagrożenia ekologiczne związane z zmianami klimatu:
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, El Niño, ekstremalne zjawiska, gatunki zagrożone wyginięciem, geoinżynieria klimatu, gwałtowne zmiany pogody, huragany, kwaśny deszcz, La Niña, miejska wyspa ciepła, migracje gatunków, migracja ludności, ocieplenie oceanu, odtlenienie oceanu, osuwiska i tsunami, otwarcie nowych szlaków handlowych, paliwa kopalne, podtopienia, powodzie, punkty krytyczne w ziemskim systemie klimatycznym, pustynnienie, redukcja morskiej pokrywy lodowej (zmniejszenie zasięgu i frekwencji lodu morskiego), sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym, straty ekonomiczne, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, topnienie wiecznej zmarzliny, ubożenie (utrata) różnorodności biologicznej, wydłużony okres wegetacyjny roślin, wylesianie (deforestacja), wymieranie gatunków, wzrost poziomu mórz i oceanów, wzrost śmiertelności, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zmniejszony dopływ słodkiej wody, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie środowiska, zmiana (modyfikacja) cyrkulacji atmosferycznej, zmiana cyrkulacji termohalinowej (zaburzenie cyrkulacji oceanicznej), zwiększenie produkcji rolnej, zwiększenie powierzchni tundry w Arktyce, zwiększony zasięg występowania wektorów przenoszących zakaźne drobnoustroje (rozprzestrzenianie się chorób)
Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne
Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.
Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)
Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.
Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl
Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie
