Od czego zależy temperatura powietrza na kuli ziemskiej?

Według wszelkiej maści zwolenników, sympatyków i wyznawców swego rodzaju nowej świeckiej religii „klimatyzmu” i związanej z nią szalonej w swych skutkach zabójczej polityki określanej mianem „Zielonego Ładu”, temperatura powietrza panująca obecnie na Ziemi zależy przede wszystkim, a być może nawet wyłącznie, od koncentracji dwutlenku węgla w powietrzu atmosferycznym, a wszelkie pozostałe czynniki mają tutaj wpływ wyraźnie drugorzędny bądź wręcz dosłownie marginalny. Z powyższego faktu pewne osoby wyciągają jedynie słuszny wniosek, że z rozważanym gazem cieplarnianym należy bezwzględnie walczyć dosłownie na śmierć i życie, a że niejako przy okazji zrujnujemy sobie doszczętnie gospodarkę całego naszego kraju, nie ma już dla nich bynajmniej jakiegokolwiek znaczenia.

Wspomniane osoby uważają, że atmosfera ziemska jest swego rodzaju prostym układem regulacyjnym, którego stan zależy wyłącznie od zaledwie jednego parametru, którym jest właśnie koncentracja dwutlenku węgla w powietrzu. Zatem zwiększając zawartość dwutlenku węgla w powietrzu atmosferycznym, niejako automatycznie spowodujemy podniesienie się temperatury na Ziemi, a z kolei obniżenie wspomnianej koncentracji tego gazu cieplarnianego sprawi, że od razu stanie się na niej wyraźnie chłodniej.

- Reklama -

Aktywność i znaczenie Słońca

Jednak tak drastycznie uproszczony obraz zjawisk fizycznych ma bardzo niewiele wspólnego z otaczającą nas rzeczywistością, gdyż w swej istocie temperatura powietrza atmosferycznego na Ziemi zależy od bardzo wielu czynników, a wspomniana koncentracja dwutlenku węgla w powietrzu jest tylko jednym z elementów znacznie większej i o wiele bardziej skomplikowanej układanki, a na dodatek wcale nie jest bynajmniej elementem najważniejszym, ponieważ temperatura panująca na Ziemi zależy w pierwszym rzędzie od ilości energii promieniowania słonecznego docierającego do jednostki powierzchni ustawionej prostopadle do kierunku padania promieni słonecznych w jednostce czasu przy założeniu średniej odległości Ziemi od Słońca, czyli od tzw. stałej słonecznej. Obecnie wartość stałej słonecznej wynosi 1361 W/m2.

Stałą słoneczną można wyznaczyć oczywiście również dla innych planet i przykładowo dla Merkurego wynosi ona aż 9937 W/m2, a dla Neptuna zaledwie 1,5 W/m2. Co istotne, wartość stałej słonecznej na przestrzeni czasu nie jest bynajmniej stała, tylko podlega pewnym wahaniom, ponieważ w rzeczywistości mamy do czynienia ze zmianami zarówno mocy promieniowania naszej najbliższej gwiazdy, czyli Słońca, ale także i średniej odległości, jaka dzieli od niego Ziemię.

W tym miejscu należy jeszcze koniecznie wspomnieć, że atmosfera ziemska jest dla promieniowania słonecznego całkowicie przeźroczysta i bezpośrednio od niego powietrze w ogóle się nie nagrzewa. Natomiast nagrzewa się wyłącznie powierzchnia kuli ziemskiej, od której dopiero później ogrzewa się powietrze, ponieważ ciepła powierzchnia Ziemi emituje promieniowanie termiczne w zakresie podczerwieni, które absorbowane jest przez cząsteczki gazów cieplarnianych, gdzie 95 proc. udziału mają cząsteczki pary wodnej, a niecałe 4 proc. cząsteczki dwutlenku węgla i około 1 proc. cząsteczki pozostałych tego typu gazów szklarniowych (podtlenku azotu, metanu, freonów i innych). Jest to tzw. efekt cieplarniany, którego gdyby na Ziemi w ogóle nie było, to panujące na niej temperatury byłby średnio aż o 33 stopnie Celsjusza niższe, niż ma to miejsce obecnie, czyli żylibyśmy teraz w straszliwej epoce lodowej, gdzie nasza egzystencja byłaby możliwa zapewne jedynie w stosunkowo wąskim obszarze strefy międzyzwrotnikowej.

Moc promieniowania Słońca zmienia się nieustannie w podstawowym cyklu 11-letnim, co związane jest bezpośrednio ze zmianami liczności obserwowanych plam słonecznych, przy czym od zarejestrowanych kolejnych ich maksimów upływa około 11 lat, co można zobaczyć na rys. 1.

Ponieważ wartości maksimów poszczególnych cykli słonecznych (od początku prowadzenia tego rodzaju obserwacji naliczono ich 25) podlegają również zmianom, to można z tego faktu wywnioskować, że mamy tutaj do czynienia z kolejnymi tego rodzaju cyklami, ale o znacznie już dłuższych wartościach okresu, na które nakłada się dopiero podstawowy cykl 11-letni.

Między innymi w monografii autorstwa Bradley W. Carroll i Dale A. Ostlie zatytułowanej „Wstęp do astrofizyki” (PWN, Warszawa 2024) możemy przeczytać (str. 317): „Obserwacje uzyskane z satelity Solar Maximum Mission (SMM) wykazały, że spadek strumienia powierzchniowego wpływa na całkowity wydatek energii Słońca. Przy wielu dużych plamach słonecznych jasność Słońca spada o około 0,1 proc.”.

A także nieco dalej: „Oprócz zmian jasności w skali miesięcy (typowy okres życia pojedynczej plamy słonecznej) jasność Słońca wydaje się podlegać zmienności w znacznie dłuższych okresach, zmienia się także liczba plam słonecznych. Na przykład w latach 1645–1715 zaobserwowano ich bardzo niewiele; ten przedział czasu nazwano minimum Maundera. Co zaskakujące, w tym czasie średnia temperatura w Europie była znacznie niższa, co odpowiada jasności Słońca o kilka dziesiątych procent niżej niż obecnie. John Eddy założył istnienie długofalowej okresowości, na którą nakłada się cykl słoneczny. Ta długookresowa zmienność przechodzi przez wielkie maksima i minima plam słonecznych, które mogą trwać przez wieki”.

Tego rodzaju wieloletnie cykle aktywności słonecznej mogą zostać odtworzone na podstawie zapisu radiowęglowego.

Cykle Milankovicia

Jak już uprzednio wspomniano, okresowym zmianom podlega nie tylko wartość stałej słonecznej, ale także wartość kąta nachylenia osi ziemskiej oraz stopień ekscentryczności eliptycznej orbity ziemskiej, co decyduje bezpośrednio o ilości energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi. Wspomniane zmiany związane są z istnieniem tzw. cykli Milankovicia, które mogą być głównym powodem mających miejsce na Ziemi potężnych zmian klimatycznych, a zwłaszcza kolejnych zlodowaceń. W tym miejscu warto także przypomnieć, że obecnie żyjemy w interglacjale i w związku z tym kolejne zlodowacenie prędzej czy później nieuchronnie nastąpi (całe szczęście, że nie za naszego życia).

Wspomniany tutaj Milutin Milankovic (1879–1958) był serbskim matematykiem, geofizykiem, astrofizykiem, inżynierem budownictwa, a także pisarzem i wielkim popularyzatorem nauki. Jego największym osiągnięciem naukowym było opisanie językiem matematyki tzw. cykli Milankovicia związanych z precesją osi ziemskiej, zmianami jej inklinacji oraz cyklicznymi modyfikacjami ekscentryczności orbity ziemskiej. Milankovic zastosował opracowane przez siebie metody do rekonstrukcji warunków klimatycznych panujących na dawnej Ziemi.

Warto wspomnieć, że za jego życia opracowana przez niego teoria nie została uznana w świecie ówczesnej nauki, jednak obecnie badania osadów na dnie oceanów oraz analiza rdzeni lodowych zdają się potwierdzać postulowaną przez Milankovicia cykliczność zmian klimatycznych w rytmie odpowiednio 23, 41 i 100 tysięcy lat.

Najkrótszy z cykli Milankovica, liczący około 23 tysięcy lat, związany jest ze zjawiskiem precesji osi ziemskiej. Wspomniane tutaj zjawisko znane jest doskonale każdemu, kto w dzieciństwie choć raz bawił się niezwykle dawniej popularną zabawką, zwaną powszechnie „bąkiem”. Zjawisko precesji osi ziemskiej zostało przedstawione na rys. 2.

Ponieważ Ziemia porusza się wokół Słońca po elipsie, to w ciągu roku jej odległość od naszej gwiazdy podlega cyklicznym zmianom i w pewnym momencie znajduje się względem Słońca najbliżej, a punkt ten określamy mianem peryhelium. W zależności od przestrzennej orientacji osi ziemskiej peryhelium może wypadać równie dobrze w lecie bądź w zimie, co podlega właśnie periodycznym zmianom, w rytmie pierwszego cyklu Milankovicia. Gdy peryhelium przypada w lecie, wówczas lata na Ziemi są wyjątkowo gorące, ponieważ do jej powierzchni docierają wówczas względnie większe ilości energii. Z kolei zimy są wtedy relatywnie bardziej mroźne, gdyż Ziemia jest wówczas maksymalnie oddalona od Słońca.

Pierwszy cykl Milankovicia powoduje, że po niecałych 12 tysiącach lat następuje diametralna zmiana, gdyż wtedy peryhelium przypadać będzie w okresie zimowym, w związku z czym zimy będą bardziej łagodne, a również latem panować będą wtedy relatywnie mniejsze upały.

Uważny czytelnik może w tym miejscu zadać pytanie, dlaczego okresowość pierwszego cyklu Milankovicia wynosi jedynie około 23 tysiące lat, podczas gdy precesja osi ziemskiej zachodzi przecież z okresem około 26 tysięcy lat? Otóż wyjaśnienie tej pozornej rozbieżności jest takie, że w tym wypadku mamy dodatkowo do czynienia ze zjawiskiem precesji całej orbity ziemskiej i zgodność kierunku jej ruchu powoduje skrócenie wartości rozpatrywanego okresu, co można zobaczyć na rys. 5.

Dramatyczne zmiany klimatu

Z kolei drugi z cykli opisanych przez Milankovicia związany jest z okresowymi zmianami kąta nachylenia osi ziemskiej do płaszczyzny ekliptyki, który przyjmuje cyklicznie wartości w przedziale od 22,1 do 24,5 stopni kątowych, co ukazano na rys. 3, przy czym obecna jego wartość wynosi 23 stopnie i 26 minut kątowych.

W przypadku drugiego cyklu Milankovicia, o okresie około 41 tysięcy lat, im większe jest nachylenie kąta osi ziemskiej względem płaszczyzny ekliptyki, tym w sposób bardziej wyraźny zaznaczają się pory roku, tzn. zimy są bardziej mroźne, natomiast lata są wówczas bardziej upalne.

Natomiast trzeci cykl Milankovicia o okresie najdłuższym, wynoszącym około 100 tysięcy lat, związany jest z periodycznymi zmianami kształtu eliptycznej orbity ziemskiej, spowodowanymi zmianami wartości jej mimośrodu, w wyniku czego orbita ta cyklicznie podlega naprzemiennemu skurczeniu i rozciągnięciu, w wyniku czego wartość średniej odległości Ziemi od Słońca podlega dość znacznym zmianom, co powoduje, że ilość energii promieniowania Słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi również zmienia się w rozważanym rytmie, co zostało przedstawione na rys. 4.

Ponieważ wszystkie trzy wymienione cykle Milankovicia występują równocześnie i mają ponadto różne wartości okresów, to co pewną liczbę tysięcy lat ich efekty mogą albo wzajemnie się znosić, albo wręcz przeciwnie – mogą ulegać swoistemu skumulowaniu, powodując dramatyczne wręcz zmiany klimatu na kuli ziemskiej, skutkujące przykładowo potężnymi zlodowaceniami. Szacuje się, że tego rodzaju koincydencja efektów wywołanych poszczególnymi cyklami Milankovicia może skutkować zmniejszeniem się docierającej w ciągu roku energii słonecznej do powierzchni Ziemi nawet o ponad 10 proc., gdy minima poszczególnych cykli nałożą się na siebie, co można wydedukować z rys. 5.

Przeceniany dwutlenek węgla

Jak widać, temperatura powietrza atmosferycznego na kuli ziemskiej zależy od bardzo wielu różnorodnych czynników, być może i takich, których obecnie nawet nie znamy, a dwutlenek węgla nie jest wcale dominującym elementem tej niezwykle skomplikowanej układanki. Jednak tym, co jest najważniejsze w kwestii dwutlenku węgla, to fakt, że powodowana przez niego absorpcja promieniowania termicznego zależy jedynie od logarytmu jego stężenia, co pokazano na rys. 6.

Obecnie stężenie CO2 w powietrzu atmosferycznym wynosi około 400 ppm i obserwuje się jego systematyczny wzrost o niecałe 2 ppm rocznie, z czego wynika, że przy obecnym poziomie emisji za około 200 lat ulegnie ono podwojeniu i osiągnie wartość 800 ppm. Nie spowoduje to jednak żadnej katastrofy termicznej na Ziemi, ponieważ w wyniku tego procesu absorpcja promieniowania termicznego przez cząsteczki CO2 wzrośnie zaledwie o 1,2 proc., a kolejny jej przyrost o podaną wartość wymagałby zwiększenia stężenia rozważanego gazu cieplarnianego do wartości aż 1600 ppm, co absolutnie nie jest możliwe, gdyż na całej kuli ziemskiej nie ma dostępnych aż tak wielkich ilości złóż paliw kopalnych, których spalenie pozwoliłoby na tak znaczne podniesienie koncentracji CO2 w powietrzu atmosferycznym.

Zresztą w poprzedniej epoce geologicznej, czyli w trzeciorzędzie, który zakończył się około 1 800 000 lat temu, stężenie CO2 w powietrzu atmosferycznym sięgało nawet 1000 ppm, co biegającym wówczas po powierzchni Ziemi różnego rodzaju małpoludom widocznie specjalnie nie przeszkadzało – w każdym razie jakoś przeżyły, czego sami jesteśmy bezpośrednio żywym dowodem…

Tak było od zawsze!

Odnośnie obserwowanych w przeszłości na Ziemi potężnych zmian klimatycznych, to przecież miały one miejsce zawsze i zachodziły w sposób jak najbardziej całkowicie naturalny. Jako przykład można podać gwałtowne ocieplenie klimatu na początku holocenu (około 12 tysięcy lat temu), które doprowadziło do stopienia pokrywających znaczne połacie Europy lodowców i powstania ostatecznie Morza Bałtyckiego. Innym przykładem jest pustynnienie obszaru Sahary, do czego doszło około 6 tysięcy lat temu.

Między innymi w monografii zatytułowanej „Zmienne losy Afryki – pięć tysięcy lat bogactwa, chciwości i pracy”, której autorem jest Martin Meredith (Państwowy Instytut Wydawniczy, Warszawa 2025) można przeczytać (str. 16): „Kiedyś na Saharze nie brakowało wody. Była to ziemia trawiastych sawann, jezior i rzek oraz obfitych opadów deszczu. Zamieszkiwali ją koczowniczy pasterze bydła i myśliwi. Było to też królestwo dzikiej fauny o ogromnej różnorodności: słoni, żyraf, nosorożców, hipopotamów i wielkich bawołów. Jednak około 7 tys. lat temu pas opadów napędzanych wiatrem znad południowego Atlantyku zaczął stopniowo przesuwać się na południe. Klimat stał się suchy i to zmusiło pasterskie plemiona do migracji. 6 tys. lat temu znaczna część Sahary była już niezdatna do zamieszkania, jej krajobraz zredukował się do nagich skał i ruchomych wydm. Mieszkańcy Dżilf Kabir, podobnie jak inne społeczności wschodniej Sahary, porzucili swoje dotychczasowe siedziby i skierowali się w stronę Nilu. Poza kilkoma oazami na jałowym pustkowiu było to jedyne źródło wody w regionie”.

Należy ponadto oczekiwać, że tego rodzaju potężne zmiany w przyrodzie zachodzić będą w sposób spontaniczny także i w czekającej nas przyszłości. Być może za kilka tysięcy lat również większa część Europy stanie się jedną wielką pustynią, tyle że fakt spalania obecnie przez naszą cywilizację techniczną różnego rodzaju paliw kopalnych nie będzie miał tutaj w zasadzie nic do rzeczy, gdyż zachodzące w sposób naturalny zmiany w przyrodzie napędzane są przez zbyt potężne siły, abyśmy byli w stanie skutecznie je powstrzymać bądź w jakikolwiek sposób przyspieszyć, jesteśmy na to zbyt mali.