Rekordowo ciepło, ale nie wszędzie
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Nauki przyrodnicze
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
W środowisku naukowym od dawna trwa debata, czy w czasie okresów największego ochłodzenia Arktyka była cała pokryta lodowcem szelfowym o grubości dochodzącym do 1 kilometra. O istnieniu takiego lodowca ma świadczyć podmorski krajobraz Arktyki i dane geochemiczne. Międzynarodowy zespół naukowy z Norwegii, Niemiec i Wielkiej Brytanii poinformował na łamach Science Advances, że zmiany bioproduktywności wody nie uprawniają do stwierdzenia, by w czasie ostatnich 750 tysięcy lat w Arktyce istniał lodowiec rozciągający się mniej więcej od Svalbardu po Islandię.
Naukowcy zbadali próbki pobrane z dna morskiego na północny zachód od Svalbardu i na północ od Islandii. Analizowali znajdujące się tam chemiczne ślady obecności glonów sprzed tysiącleci. Niektóre z tych glonów żyją w otwartych wodach, inne pod sezonowym lodem, który znika co roku. Badania pokazały, że życie istniało tam nawet w najzimniejszych okresach. To oznacza, że w powierzchni musiało docierać światło, wody były otwarte. Takie ślady by nie istniały, gdyby cała Arktyka była pokryta kilometrową warstwą lodu, mówi główny autor badań, Jochen Knies z Arktycznego Uniwersytetu Norwegii.
Jednym z kluczowych dowodów była obecność molekuły IP25 wytwarzanej przez glony żyjące pod sezonowym lodem. Jej ciągła obecność pokazuje, że lód regularnie pojawiał się i znikał. Naukowcy, chcąc zweryfikować swoje odkrycie, przeprowadzili symulacje komputerowe pokazujące warunki panujące w Arktyce w czasie szczytu ostatniej epoki lodowej przed 21 tysiącami lat oraz podczas jeszcze większego ochłodzenia sprzed 140 tysięcy lat, gdy znaczne części Arktyki pokrywał lodowiec szelfowy. Modele potwierdziły to, co znaleźliśmy w osadach. Nawet w najbardziej chłodnych okresach, ciepłe wody Atlantyku wciąż wpływały do Arktyki. Dzięki temu części oceanu nie zamarzły, dodaje Knies.
Autorzy badań uważają, że przez cały badany przez nich okres jedynym momentem, gdy cały Ocean Arktyczny mógł być pokryty jednym wielkim lodowcem, nastąpił być może około 650 tysięcy lat temu. Zaobserwowali bowiem gwałtowny spadek zapisu aktywności biologicznej w osadach z tego okresu. Jednak nawet jeśli tak było, to zjawisko takie było krótkotrwałe.
Źródło: Seasonal sea ice characterized the glacial Arctic-Atlantic gateway over the past 750,000 years, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu7681
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Lód w przestrzeni kosmicznej jest inny, niż dotychczas sądzono, wynika z badań przeprowadzonych przez uczonych z University College London i University of Cambridge. Ich zdaniem, zawiera on niewielkie kryształki i nie jest całkowicie nieuporządkowanym amorficznym materiałem, jak woda. Przez dekady uważano, że lód poza Ziemią nie posiada struktury, jest amorficzny, gdyż znacznie niższe niż na Ziemi temperatury nie zapewniają wystarczająco dużo energii, by podczas zamarzania uformowały się kryształy.
Autorzy nowych badań przyjrzeli się najpowszechniej występującej formie lodu we wszechświecie, amorficznemu lodowi o niskiej gęstości, który występuje w kometach, na lodowych księżycach czy w chmurach materiału, z których powstają gwiazdy i planety. Przeprowadzone przez nich symulacje komputerowe wykazały, że lód taki najlepiej odpowiada wynikom analiz gdy nie jest w pełni amorficzny, a zawiera niewielkie kryształki o średnicy 3 nanometrów. Naukowcy przeprowadzili też badania, w czasie których krystalizowali (np. poprzez podgrzewanie) uzyskane w różny sposób próbki amorficznego lodu. Zauważyli, że ostateczna struktura krystaliczna lodu zależała od tego, w jaki sposób został oryginalnie utworzony. Stwierdzili też, że gdyby taki lód był w pełni amorficzny, to nie zachowałby żadnych informacji o swojej wcześniejszej strukturze.
Teraz mamy dobre pojęcie, jak na poziomie atomowym wygląda najbardziej rozpowszechniony lód we wszechświecie. To bardzo ważna wiedza, gdyż lód bierze udział w wielu procesach kosmologicznych, na przykład w formowaniu się planet, ewolucji galaktyk czy przemieszczaniu materii we wszechświecie, wyjaśnia główny autor badań doktor Michael B. Davies.
Lód na Ziemi to kosmologiczny ewenement z powodu wysokich temperatur panujących na naszej planecie. Ma dzięki nim uporządkowaną naturę. Uznawaliśmy, że lód w pozostałych częściach wszechświata jest jak unieruchomiona ciekła woda, nieuporządkowana struktura. Nasze badania pokazują, że nie jest to do końca prawda. I każą zadać pytanie o amorficzne struktury w ogóle. Takie materiały są niezwykle ważne dla nowoczesnych technologii. Na przykład światłowody powinny być amorficzne. Jeśli jednak zawierają niewielkie kryształki, a my będziemy potrafili je usunąć, poprawimy ich wydajność, dodaje profesor Christoph Salzmann.
Badania prowadzono zarówno metodą symulacji komputerowych, jak i tworząc amorficzny lód. Metodami obliczeniowymi sprawdzano dwa rodzaje wirtualnego lodu. Jeden powstawał podczas obniżania temperatury wirtualnych molekuł wody do -120 stopni Celsjusza. W zależności od tempa schładzania otrzymany lód składał się ze struktury krystalicznej i amorficznej w różnych proporcjach. Okazało się, że właściwości wirtualnego lodu zawierającego 20% struktury krystalicznej i 80% amorficznej blisko odpowiadają właściwościom prawdziwego lodu amorficznego o niskiej gęstości, który badano metodą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego. Drugi rodzaj lodu składał się z niewielkich ściśniętych razem kryształków pomiędzy którymi symulowano istnienie struktury amorficznej. Taki lód wykazywał największe podobieństwo do prawdziwego kosmicznego lodu gdy zawierał 25% kryształków.
Natomiast podczas badań eksperymentalnych uzyskiwano amorficzny lód o niskiej gęstości albo poprzez osadzanie pary wodnej na bardzo zimnej powierzchni, albo podgrzewając amorficzny lód o dużej gęstości. Następnie tak uzyskany amorficzny lód o niskiej gęstości był delikatnie podgrzewany, by miał wystarczająco dużo energii do utworzenia kryształów. Różnice w uzyskanej w ten sposób strukturze zależały od pierwotnej metody wytworzenia lodu. W ten sposób naukowcy doszli do wniosku, że gdyby lód taki był całkowicie amorficzny, nie zachowałby pamięci o swojej pierwotnej strukturze.
Lód to potencjalnie bardzo przydatny materiał w kosmosie. Mógłby posłużyć do ochrony pojazdu kosmicznego przed promieniowaniem czy do wytworzenia paliwa. Dlatego musimy lepiej rozumieć jego różne rodzaje i właściwości, podsumowuje doktor Davies.
Źródło: Low-density amorphous ice contains crystalline ice grains, https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.112.024203
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
W Arktyce coraz częściej dochodzi do topnienia wieloletniego lodu, przez co zanika lód spiętrzony. To zaś zła wiadomość dla arktycznego życia, od niedźwiedzi polarnych po mikroorganizmy. Naukowcy z Instytutu Badań Polarnych i Morskich im. Alfreda Wegenera przeanalizowali dane z trzech dekad badań lotniczych Arktyki i nie mają dobrych wieści. Zanik wieloletniego lodu to poważny problem.
Gdy pływający lód jest spychany na siebie w wyniku oddziaływania wiatrów i prądów morskich, na styku kry tworzą się spiętrzenia. Są one poważnym problemem dla żeglugi, ale niezwykle ważnym elementem arktycznego ekosystemu. Dane satelitarne z ostatnich dekad pokazują, że w Arktyce zanika lód pływający, a ten, który pozostaje, jest cieńszy i przemieszcza się szybciej. Dotychczas jednak nie było wiadomo, jak wpływa to na formowanie się spiętrzeń. Dopiero od kilku lat spiętrzenia takie możemy bowiem badać za pomocą satelitów.
Spiętrzenia, powstające co jakiś czas na styku połączonych przez wiatr i prądy fragmentów lodu, mogą sięgać 2 metrów wysokości. Bardziej imponujące jest to, co dzieje się pod wodą. Tam mogą tworzyć się zwały lodu sięgające 30 metrów w dół i uniemożliwiające żeglugę. Jednak miejsca styku połaci lodu pływającego wpływają nie tylko na energię i masę samego lodu, ale na znacznie szersze procesy. Gdy w spiętrzony nad powierzchnią wody lód uderza wiatr, kry mogą wędrować po całej Arktyce.
Takie spiętrzenia są wykorzystywane przez niedźwiedzie polarne do ochrony przed mroźnym wiatrem, co jest szczególnie ważne dla samic podczas porodów i dla niedźwiedzich noworodków. Spiętrzony lód jest domem dla różnych mikroorganizmów, a tworzące się pod wodą zwały lodu odgrywają ważną rolę w mieszaniu wody, co zwiększa dostępność składników odżywczych.
Dotychczas nie było wiadomo, jak topnienie arktycznego lodu pływającego wpływa na spiętrzenia. Coraz więcej lodu topi się w Arktyce latem, więc jest coraz mniej lodu starszego niż 1 rok. Taki młody, cienki lód, łatwiej ulega deformacji i szybciej tworzy spiętrzenia. Można by się więc spodziewać, że częstotliwość występowania spiętrzeń będzie rosła, mówi główny autor najnowszych badań, doktor Thomas Krumpen. Tymczasem analiza danych z prowadzonych przez 30 lat zwiadów lotniczych wykazała, że na północ od Grenlandii i w Cieśninie Fram liczba spiętrzeń zmniejsza się w tempie 12,2% na dekadę, a ich wysokość spada w tempie 5% na dekadę. Z kolei na Morzu Lincolna, znanym ze spiętrzania się szczególnie starego lodu, sytuacja jest jeszcze bardziej dramatyczna. Tam częstotliwość spada o 14,9% na dekadę, a wysokość o 10,4%.
Zmniejszenie się częstotliwości spiętrzeń spowodowane jest dramatycznym tempem topnienia starego lodu. Lód, który przetrwał kilkanaście sezonów letnich ma szczególnie duża liczbę spiętrzeń, gdyż był poddawany działaniu wiatru i prądów morskich przez długi czas. Utrata tego starego lodu jest tak wielka, że częstotliwość występowania spiętrzeń zmniejsza się, mimo tego, że cienki lód łatwiej ulega deformacji, wyjaśnia Krumpen.
Do największego zaniku spiętrzeń dochodzi tam, gdzie średni wiek pływającego lodu spada najbardziej. Profesor Christian Haas, specjalizujący się w fizyce lodu, mówi, że olbrzymie zmiany zachodzą na Morzu Beauforta i w Centralnej Arktyce. Obecnie oba regiony są latem całkowicie wolne od lodu pływającego, a jeszcze stosunkowo niedawno dominował tam lód, który miał co najmniej 5 lat.
Obecnie naukowcy nie wiedzą dokładnie, jakie wpływ na regiony polarne będzie miało zanikanie spiętrzeń. Zaobserwowali natomiast, że tempo przemieszczania się lodu pływającego Arktyki rośnie. Zanikanie spiętrzeń powinno zaś powodować, że lód będzie wolniej się przemieszczał, gdyż zmniejsza się powierzchnia stawiająca opór wiatrowi. Skoro zaś tempo przemieszczania się lodu rośnie, to istnieje jakiś mechanizm, który go przyspiesza. Mogą być nim silniejsze prądy oceanicze lub gładsza powierzchnia tej części lodu, która jest zanurzona w wodzie.
Na najbliższe lato uczeni planują ekspedycję na pokładzie statku badawczego Polarstern. Będą chcieli zbadać różnice biologiczne i biogeochemiczne pomiędzy spiętrzeniami o różnym wieku i pochodzeniu. Jednocześnie zintensyfikują zwiady lotnicze, by lepiej poznać interakcje pomiędzy lodem pływającym, ekosystemem i klimatem.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Utrata lodu morskiego w Antarktyce prowadzi do większego wydzielania ciepła z oceanu do atmosfery oraz do zwiększonej liczby burz, donoszą naukowcy z British Antarctic Survey. Autorzy badań, którymi kierowali uczeni z brytyjskiego Narodowego Centrum Oceanografii (NOC), skupili się na zbadaniu skutków rekordowo małego zasięgu lodu pływającego w Antarktyce zimą 2023 roku.
Badania warstwy atmosfery znajdującej się bezpośrednio nad powierzchnią oceanu pokazały, że po utracie lodu ocean oddaje do atmosfery dwukrotnie więcej ciepła niż wcześniej. Ma to znaczenie dla obu stron miejsca styku wód oceanicznych z atmosferą. Z jednej strony w atmosferze, szczególnie na wyższych szerokościach geograficznych Oceanu Południowego, pojawia się więcej burz – w niektórych miejscach jest ich nawet o 7 więcej w miesiącu – z drugiej zaś strony chłodniejsze wody powierzchniowe oceanu stają się gęstsze niż wcześniej. Autorzy badań ostrzegają, że może mieć to nieznane obecnie konsekwencje dla głębokich prądów oceanicznych. Gęste wody z powierzchni mogą się zanurzać i zaburzać te prądy.
Miejsca, w których pojawiają się te nowe gęste wody powierzchniowe znajdują się dość daleko od tych miejsc szelfu w Antarktyce, gdzie tworzą są najgęstsze i najgłębsze prądy oceaniczne. Jednak ochładzanie się i spowodowane tym zanurzanie wód z regionów wcześniej pokrytych przez lód może doprowadzić do wynurzenia się ciepłych wód, które były dotychczas utrzymywane z dala od lodu i spowodować w przyszłości przyspieszone topnienie lodu. Pilnie potrzebujemy nowych analiz tego zjawiska i sprzężenia zwrotnego, by zrozumieć, jak masowa utrata lodu w 2023 roku i w roku bieżącym, wpłyną na cyrkulację wody w Oceanie Południowym. To kluczowe zagadnienie do zrozumienia mechanizmu pochłaniania ciepła i węgla przez ocean oraz roztapiania lodów Antarktyki, mówi współautor badań, doktor Andrew Meijers.
Profesor Simon Josey z NOC dodaje, że jest jeszcze zbyt wcześnie, by przesądzać, czy rok 2023 i jego rekordowo niski poziom lodu morskiego oznacza fundamentalną zmianę w ilości antarktycznego lodu morskiego. Jednak nasze badania pokazują, że jeśli w przyszłości dojdzie do równie silnych zmian, to należy spodziewać się ekstremalnych zjawisk.
Powinniśmy więcej uwagi przywiązywać do badań związku pomiędzy utratą lodu pływającego na Antarktyce, utratą ciepła przez oceany i zmianami pogodowymi. Skutki tych zjawisk mogą być bowiem odczuwane daleko poza Antarktyką.
Autorzy badań obawiają się, że jeśli do tak dużej utraty lodu będzie dochodziło w kolejnych latach, zmiany będą coraz bardziej dramatyczne i może to przyspieszyć utratę lodu w Antarktyce.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Nowa krzywa globalnych temperatur wskazuje, że w fanerozoiku średnie temperatury na Ziemi zmieniały się bardziej niż przypuszczano. Naukowcy z University of Arizona i Smithsonian Institution przeprowadzili badania, w ramach których zrekonstruowali temperatury w ciągu ostatnich 485 milionów lat. To okres, w którym życie na naszej planecie zróżnicowało się, podbiło lądy i przetrwało liczne okresy wymierania.
Fanerozoik rozpoczyna się eksplozją kambryjską sprzed około 540 milionów lat i trwa do dzisiaj. Naukowcy w swoich badaniach ograniczyli się do 485 milionów lat, ze względu na niedostateczną ilość starszych danych geologicznych. Trudno jest znaleźć tak stare skały, w których zachował się zapis o panujących temperaturach. Nie mamy ich zbyt wielu nawet dla 485 milionów lat temu. To ogranicza nasze cofanie się w czasie, mówi profesor Jessica Tierney z Arizony.
Uczeni wykorzystali asymilację danych, w trakcie której połączyli zapis geologiczny z modelami klimatycznymi. Badania pozwoliły im lepiej zrozumieć, czego możemy spodziewać się w przyszłości. Jeśli badasz ostatnich kilka milionów lat, to nie znajdziesz niczego, co może być analogią dla zjawisk, jakich spodziewamy się w roku 2100 czy 2500. Trzeba cofnąć się znacznie dalej, gdy Ziemia była naprawdę gorąca. Tylko tak możemy zrozumieć zmiany, jakie mogą zajść w przyszłości, wyjaśnia Scott Wing, kurator zbiorów paleobotaniki w Smithsonian National Museum of Natural History.
Nowa krzywa temperatury pokazuje, że w tym czasie średnie temperatury na Ziemi zmieniały się w zakresie od 11,1 do 36,1 stopnia Celsjusza, a okresy wzrostu temperatur były najczęściej skorelowane ze zwiększoną emisją dwutlenku węgla do atmosfery. To jasno pokazuje, że dwutlenek węgla jest głównym czynnikiem kontrolującym temperatury na Ziemi. Gdy jest go mało, temperatury są niskie, gdy jest go dużo, na Ziemi jest gorąco, dodaje Tierney.
Badania pokazały też, że obecnie średnia temperatura jest niższa niż średnia dla większości fanerozoiku. Jednocześnie jednak antropogeniczne emisje CO2 powodują znacznie szybszy wzrost temperatury niż w jakimkolwiek momencie z ostatnich 485 milionów lat. To stwarza duże zagrożenie dla wielu gatunków roślin i zwierząt. Niektóre okresy szybkich zmian klimatycznych wiązały się z masowym wymieraniem.
Badacze zauważają, że ocieplenie klimatu może być też niebezpieczne dla ludzi. Nasz gatunek doświadczył w swojej historii zmian średnich temperatur o około 5 stopni Celsjusza. To niewiele, jak na 25-stopniową zmianę w ciągu ostatnich 485 milionów lat. Wyewoluowaliśmy w chłodnym okresie, który nie jest typowy dla większości geologicznej historii. Zmieniamy klimat w sposób, który wykracza poza to, czego doświadczyliśmy. Planeta była i może być cieplejsza, ale ludzie i zwierzęta nie zaadaptują się do tak szybkich zmian, dodaje Tierney.
Projekt zbadania temperatur w fanerozoiku rozpoczął się w 2018 roku, gdy pracownicy Smithsonian National Museum postanowili zaprezentować zwiedzającym krzywą temperatur z całego eonu. Badacze wykorzystali pięć różnych chemicznych wskaźników temperatury zachowanych w skamieniałym materiale organicznym. Na ich podstawie oszacowali temperaturę w 150 000 krótkich okresach czasu. Jednocześnie współpracujący z nimi naukowcy z University of Bristol – na podstawie rozkładu kontynentów i składu atmosfery – stworzyli ponad 850 symulacji temperatur w badanym czasie. Następnie autorzy badań połączyli oba zestawy danych, tworząc najbardziej precyzyjną krzywą temperatur dla ostatnich 485 milionów lat.
Dodatkową korzyścią z badań jest stwierdzenie, że czułość klimatu – czyli przewidywana zmiana średniej temperatury na Ziemi przy dwukrotnej zmianie stężenia CO2 – jest stała. Dwutlenek węgla i temperatury są nie tylko blisko powiązane, ale są powiązane w ten sam sposób przez 485 milionów lat. Nie zauważyliśmy, by czułość klimatu zmieniała się w zależności od tego, czy jest zimno czy gorąco, dodaje Tierney.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.