Fizykochemia oceanu a zmiany klimatu-
-streszczenie wykładu Bogdana Góralskiego na seminarium –cyklu wykładów pt. Prawdy i mity XXI wieku na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, w dniu 19 lutego 2014 o godzinie 15:00.
Jednym z nierozwiązanych problemów nauki jest zjawisko zakwaszania oceanu objawiające się malejącym pH wody morskiej. W dzisiejszym wystąpieniu postaram się wykazać, że jest to cykliczne zjawisko występujące w dziejach oceanu i powiązane ze zmianami ziemskiego klimatu.
Zakwaszanie oceanu polega na rosnącym stężeniu jonów wodoru w wodzie morskiej, tworzących się z dysocjującego kwasu węglowego. Stwierdzono, że malejącemu pH towarzyszy zmniejszenie
produktywności biologicznej mórz i i zwiększenie temperatury oceanu oraz wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze oraz w oceanie. Fakty te posłużyły mi do sformułowania teorii tłumaczącej te zjawiska. Teoria ta oparta jest na stwierdzonych przez naukowców faktach z wielu dyscyplin nauki, dlatego do tej pory nie udało się, specjalizującym się w wąskich dziedzinach nauki badaczom, odkryć tajemnic oceanu wymagających wielostronnego podejścia do globu ziemskiego jako części otaczającego go Kosmosu.
Na wstępie zaprezentuje cykl obiegu węgla w przyrodzie, który objaśnia bardzo istotną w tym względzie rolę oceanu zawierającego 98% ziemskiego dwutlenku węgla. Powierzchniowa warstwa oceanu zawiera więcej węgla w związkach niż zawiera go atmosfera. Kluczowym zbiornikiem związków węgla są głębiny oceanu, i tu należy szukać rozwiązania zagadki zakwaszenia oceanów.
W rozpatrywanych współcześnie modelach wyjaśniających tajemnicę zakwaszenia wody morskiej przyjmuje się, że to ocean absorbuje w głębinach atmosferyczny dwutlenek węgla, który wchodząc w reakcje tworzy kwaśny odczyn oceanu. W moich rozważaniach jest inaczej. To malejąca
produktywność oceanu pozostawia w wodzie morskiej nie związany dwutlenek węgla, którego rozpuszczalność maleje wobec wzrostu temperatury wód oceanicznych (o jeden stopień Celsjusza od 1910 roku). Nadmiar dwutlenku węgla jest emitowany do atmosfery a jego rosnące w wodzie morskiej stężenie skutkuje zakwaszeniem oceanu.
Malejąca produktywność oceanu jest spowodowana jego malejącym użyźnianiem tj. malejącym dostawom z głębin do powierzchniowej warstwy wody morskiej krzemianów, fosforanów,
węglanów, żelaza itp. pierwiastków warunkujących kontynuowanie procesów fotosyntezy, wiążących dwutlenek węgla z wody morskiej. Obniżenie produktywności oceanu jest skutkiem jego słabego użyźnienia. Uboga zawartość życiodajnych pierwiastków w powierzchniowej wodzie morskiej jest z kolei wynikiem procesów kosmicznych, ale o tym mówmy po kolei.
Ocean jest maszyną biologiczną a jej życie zależy od mieszania się wody w jego głębinach. Proces ten jest jak dotąd słabo rozpoznany i obecnie zaznacza się brak wiedzy o procesach wymiany wód oceanicznych. Ponieważ życie w oceanie trwa nieprzerwanie jasne jest, że istnieje krążenie wody w jego objętości. Jest ono powodowane przez nieustanne i zmienne oddziaływanie grawitacyjne Księżyca i Słońca na zróżnicowane gęstością wody oceaniczne. Pływy oceaniczne występują na powierzchni a także w głębinach morskich. Gęste i zimne wody głębinowe, zawierające cząstki dennych osadów ( w tym życiodajne pierwiastki i rozpuszczone minerały), wydostają się na
powierzchnię ochładzając ją i użyźniając, a powierzchniowe i natlenione wody opadają się w głębiny, gdzie podtrzymują tlenem procesy biologiczne. Dodatkowo wypływ wód głębinowych (bogatych w
1
krzemiany, fosforany, węglany) na powierzchnię zmienia jej kwasowość, zobojętniając ją. Wymiana wód, pomiędzy głębinami a powierzchnią, jest spotęgowana przez nieustanne zmiany położenia biegunów-zmiany nachylenia osi ziemskiej. Powoduje to zmiany siły odśrodkowej działającej na bezwładne masy wodne i jej ruchy w pionie i poziomie w oceanach. Zmiany położenia biegunów geograficznych wynikają ze zmian położenia metalicznego jądra ziemskiego odwzorowanych zmianami lokalizacji biegunów magnetycznych. Jądro ziemskie przemieszcza się w płynnym jądrze zewnętrznym pod wpływem zmiennego pola magnetycznego Słońca. Gdy ciężkie, metaliczne jądro ziemskie przemieszcza się wewnątrz płynnego jądra zewnętrznego następuje zmiana położenia środka ciężkości Ziemi i zmiany położenia jej osi obrotu. Skutkuje to zmianami położenia biegunów
geograficznych i w wyniku tego następuje, pod wpływem zmiennej siły odśrodkowej, ruch bezwładnych wód oceanicznych i ich mieszanie się w objętości wszechoceanu.
Prawdopodobnie od siedemnastego wieku zmiany położenia biegunów nie są duże (długość dnia ziemskiego LOD -length of day ustabilizowała się wg. IERS ) i świadczą o tym przemieszczenia
północnego bieguna magnetycznego, zmierzającego w XX wieku (w niewielkiej odległości od niego) w kierunku północnego bieguna geograficznego. Jądro ziemskie zmierzało w XX wieku do położenia równowagi wobec istniejącego obecnie położenia osi obrotu Ziemi.
Wobec tego wpływ położenia biegunów na mieszanie się wody w głębinach oceanicznych zmalał.
Oznaczało to mniejszy upwelling - wypływ zimnych i żyznych wód głębinowych na powierzchnię oceanu, mniejsze użyźnienie powierzchni oceanu, ograniczenie fotosyntezy w oceanach oraz wzrost temperatury wód powierzchniowych, co skutkowało zmniejszeniem produktywności biologicznej oceanu i mniejszym wiązaniem dwutlenku węgla w wodzie morskiej. Jednocześnie następował wzrost zakwaszenia powierzchni oceanu związany ze zmniejszeniem rozpuszczalności dwutlenku węgla w cieplejszych na powierzchni wodach oceanicznych. Następował wzrost zawartości gazowego dwutlenku węgla w wodach morskich, spowodowany rosnącą ich kwasowością, i dyfuzja nadmiaru dwutlenku węgla do atmosfery, w której jego koncentracje sięgały 380 ppmv.
Ocieplenie wód oceanicznych trwające wg. IPCC od 1910 roku powodowało zmiany rozmieszczenie ośrodków wysokiego i niskiego ciśnienia w troposferze, skutkujące zmianami ziemskiego klimatu nazywanymi globalnym ociepleniem.
Identyczny mechanizm wzrostu zawartości dwutlenku węgla do koncentracji ponad 300 ppmv w atmosferze i ocieplenia klimatu Ziemi o 12 stopni Celsjusza wystąpił według IPCC (Raport IPCC z 1990r. ) , pomiędzy około 120-140 tyś. lat temu, co oznacza, że nie mógł go spowodować człowiek i jego cywilizacja. Należy zatem szukać innego wyjaśnienia przyczyn okresowego wzrostu stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, być może takiego jak zaproponowany powyżej i poniżej. Zmiany klimatu, zmiany emisji dwutlenku węgla z oceanu są zatem efektem ubocznym zmian
fizykochemicznych procesów oceanicznych. Są one sterowane procesami kosmicznymi opisanymi już przez wielu badaczy, w tym przez Milutina Milankovićia. Zmiany geometrii ziemskiej orbity, zmiany nachylenia ziemskiej osi obrotu, zmiany położenia ziemskich biegunów są uwarunkowane zmianami rozkładu mas wewnątrz Układu Słonecznego. Wewnętrzny układ mas US jest z kolei zależny od oddziaływań grawitacyjnych Drogi Mlecznej-naszej galaktyki. Kolejne przejścia przez jej wiele ramion wyznacza następujące po sobie epoki górotwórcze i związane z nimi okresy klimatyczne
naprzemiennie zimne lub ciepłe.
Schemat cyklicznych zmian ziemskich procesów klimatycznych:
2
1.Okres szybkich i dużych zmian magnetyzmu Słońca 2.Okres szybkich zmian położenia biegunów ziemskich
3.Rosnący upwelling w oceanach powodujący w nich wzrost fotosyntezy i ochłodzenie wody morskiej 4. Wzrost rozpuszczalności CO2 w wodzie morskiej wynikający z ochłodzenia wody morskiej, wzrost pochłaniania CO2 w procesie fotosyntezy, zmniejszenie zawartości gazowego CO2 w powierzchniowych wodach morskich wskutek zmniejszenia ich kwasowości, wzrost absorbcji CO2 z atmosfery i stopniowe obniżenie stężenia CO2 w atmosferze do poziomu 180 ppmv w ciągu trwającego 100 000 lat
intensywnego ruchu biegunów ziemskich i związanego z tym ochłodzenia wód oceanu o około 12 ° C i ochłodzenia klimatu ziemskiego o 12 ° C.
5. Okres stabilizacji magnetycznej Słońca
6.Okres stabilizacji położenia biegunów ziemskich
7. Malejący upwelling w oceanach powodujący w nich spadek fotosyntezy i ocieplenie wody morskiej 8. Zmniejszenie rozpuszczalności CO2 w wodzie morskiej w wyniku podgrzania powierzchniowych wód oceanicznych, zmniejszenie pochłaniania CO2 w procesie fotosyntezy, zwiększenie zawartości gazowego CO2 w powierzchniowych wodach morskich wskutek zwiększenia ich kwasowości, spadek absorbcji CO2 z atmosfery i stopniowe zwiększanie stężenia CO2 w atmosferze przez dyfuzję nadmiaru CO2 z wody morskiej do atmosfery do poziomu ponad 300 ppmv w ciągu trwającego około 20 000 lat zaniku ruchu biegunów ziemskich i związanego z tym ocieplenia wód oceanu o około 12 °C i
ocieplenia klimatu ziemskiego o 12 ° C.
9. Współczesny wzrost stężenia CO2 w atmosferze do poziomu 380 ppmv wynika zarówno z
naturalnych procesów oceanicznych jak i dodatkowo z nałożenia się antropogenicznych emisji CO2 na emisje naturalne. Do tego dodać należy emisje wulkaniczne dwutlenku węgla i metanu do atmosfery z płaszcza ziemskiego zawierającego około 500 mln Gigaton węgla w różnych związkach.
Emisje antropogeniczne CO2, jeżeli wpływają na ocieplenie klimatu ziemskiego w wyniku efektu cieplarnianego, to tylko w ułamku procenta zmian średniej ziemskiej temperatury powietrza.
Powinniśmy nadal pracować nad pełnym wyjaśnieniem mechanizmu klimatycznego Ziemi a przyczynkiem do tego jest moja książka pt. MECHANIZM KLIMATYCZNY ZIEMI I SPOŁECZNE SKUTKI ZMIAN KLIMATU opublikowana w cyfrowej bibliotece Uniwersytetu Warszawskiego Repozytorium CeON.
Warszawa, dnia 23 luty 2014 Bogdan Góralski
3
