Skąd wiemy, jaki był kiedyś klimat? Cykl: “Nauki Rolnicze XXI Wieku”

O zmianach klimatu najczęściej wspominamy w kontekście postępującego globalnego ocieplenia oraz sposobów adaptacji do niego w bliższej lub dalszej przyszłości. Jednak, aby móc prognozować zmiany warunków termicznych i wilgotnościowych w kolejnych latach, musimy wiedzieć, co działo się z pogodą i klimatem w przeszłości.

Pierwsze pomiary meteorologiczne

Początek pomiarów meteorologicznych na obszarze Europy sięga połowy XVII wieku, kiedy w ramach sieci florentyńskiej rozpoczęto obserwacje pogody, również w Warszawie. O wiele wcześniejsze pomiary instrumentalne były niemożliwe, gdyż dopiero w 1602 r. Galileusz stworzył pierwszy termometr (termoskop) do pomiarów temperatury powietrza (Skrzyńska 2020) (Rys.1). Obecnie najdłuższe nieprzerwane serie pomiarowe w Polsce posiadają takie miasta jak: Gdańsk (od 1739 r.), Warszawa (1779 r.), Wrocław (1791 r.) i Kraków (1792 r.).

Skąd zatem wiemy, jakie warunki klimatyczne występowały w średniowieczu a nawet wcześniej, skoro termometry istnieją niecałe 400 lat?

Pogoda od zawsze odgrywała ważną rolę w życiu ludzi, szczególnie w kontekście rolnictwa, więc próbowano ją obserwować i wyciągać wnioski, zapisując notatki w różnego rodzaju dziennikach, kronikach, listach, księgach parafialnych. Na tą chwilę najstarszym znanym dokumentem pisanym zawierającym obserwacje pogody są notatki Klaudiusza Ptolemeusza dotyczące Aleksandrii, pochodzące z roku ok. 120 p.n.e. (Lamb 1977). Do tak zwanych metod pośrednich, oprócz wspomnianych wszelkiego rodzaju źródeł pisanych, zaliczamy również obrazy (np. Zamarznięta laguna wenecka (Rys.2) autorstwa prawdopodobnie Gabriele Bella, przedstawiający silne mrozy w 1709 r.), wiersze, pieśni, ballady. Ze źródeł pośrednich nie odczytamy konkretnych wartości temperatury powietrza lub wielkości opadów, ale stanowią one dobrą podstawę porównawczą, jak również informację o wystąpieniu wyjątkowych (zorza polarna) lub ekstremalnych zjawisk pogodowych (susze, powodzie).

Rys.1. Termoskop Galileusza składał się z zakończonej bańką rurki, umieszczonej w pojemniku z cieczą (Martins i in. 2023)

Rys.2. Zamarznięta laguna wenecka (1709 r.)

Wraz z rozwojem nauki powstała możliwość wykorzystywania również innych pośrednich źródeł informacji, które wymagają szerszego opracowania, takich jak analizy dendrologiczne, analizy osadów rzecznych, rdzeni lodowych, koralowców. Porównanie wymienionych metod z pomiarami instrumentalnymi umożliwia nam ocenę ich dokładności oraz uzyskanie już bardziej dokładnych wartości liczbowych z wcześniejszych okresów. Dzięki nim obecnie wiemy, że klimat w dawnych wiekach ulegał znacznym zmianom.

Badania dendrologiczne

Badając przekroje drzew, jesteśmy w stanie poznać warunki klimatyczne sprzed tysiąca lat. Grubość ułożonych koncentrycznie słoi drzewnych zależy od warunków pogodowych (głównie temperatury powietrza i opadów) w danym sezonie – jeżeli mamy ciepły i wilgotny okres wegetacyjny, to przyrost słoja będzie większy niż w okresie chłodniejszym lub suchym (Rys.3). W przekroju drzewa możemy znaleźć również informacje o wcześniejszym wystąpieniu przymrozków, uszkodzeniach zewnętrznych kory drzewnej lub przebytym pożarze.

Rys.3. Słoje drzewne. (źródło)

Osady rzeczne i jeziorne

Osady na dnie jezior i rzek składają się zarówno ze szczątków roślinnych i zwierzęcych, jak również z minerałów i różnych związków chemicznych. Występują one w formie warstw, ułożonych chronologicznie od najnowszych (u góry) do najstarszych (na samym dole). Podobnie jak w przypadku słoi drzewnych, osady denne narastają w kolorach jasnych i ciemnych w zależności od pory roku.

Występowanie wszystkich organizmów żywych jest uzależnione od odpowiednich dla nich warunków termicznych i wilgotnościowych. Znajdując w warstwie osadów (tzw. laminatów) konkretny gatunek fauny lub flory (np. pyłki roślinne) możemy rozpoznać cechy klimatu, jaki panował w czasie ich obecności w okolicach jeziora. W Polsce na podstawie osadów jeziornych, m.in. z jeziora Gościąż (Ralska-Jasiewiczowa i in. 1998), uzyskujemy informacje o klimacie nawet sprzed kilkunastu tysięcy lat.

Rdzenie lodowe

Na obszarach lodowcowych każdego roku opady śniegu akumulują się w postaci kolejnych zamarzniętych warstw, zawierających liczne informacje o warunkach środowiskowych sprzed nawet kilkuset tysięcy lat. Im grubsza warstwa, tym więcej śniegu spadło w danym roku. Wykonując w lodowcach odwierty (głównie na Antarktydzie i Grenlandii) jesteśmy w stanie uzyskać tzw. rdzenie lodowe, które następnie poddawane są licznym analizom. Badany jest zarówno ich skład chemiczny, świadczący np. o stężeniu gazów cieplarnianych w poprzednich epokach, jak również zawartość pyłków roślinnych. Dodatkowo, rdzenie lodowe zawierają informacje o wybuchach wulkanów – pyły wulkaniczne, które osiadły na pokrywie lodowej, widoczne są w przekrojach w postaci ciemnych warstw (Rys.4).

Rys.4. Rdzeń lodowy uzyskany z odwiertów na Antaktydzie. Ciemnobrązowy pasek oznacza warstwę pyłów wulkanicznych, które osiadły na pokrywie lodowej ok. 21 tysięcy lat temu. (źródło)

Badania koralowców

Każdego roku zbudowane z węglanu wapnia szkielety koralowców przyrastają w formie nowych, dwukolorowych warstw (Rys.5). Podobnie jak w przypadku drzew, wielkość przyrostu zależy od warunków środowiskowych – w tej sytuacji od temperatury i zasolenia wody morskiej lub oceanicznej, jak również stopnia ich zanieczyszczenia (Koralowce są bardzo wrażliwe na zmiany czystości wód). Analizy budowy i składu koralowców umożliwiają nam cofnięcie się do klimatu nawet sprzed 30 tysięcy lat, głównie za pomocą badań izotopowych tlenu oraz radiodatowania węglowego.

Rys.5. Przyrosty kolejnych warstw szkieletu koralowca. Każdy rok reprezentowany jest przez oddzielny ciemno-jasny pasek (źródło).

W obecnych czasach mamy wiele metod odkrywania klimatu z przeszłości – oprócz wymienionych powyżej należy wspomnieć również o odwiertach prowadzonych na dnie mórz i oceanów, analizach nacieków (stalaktytów) w jaskiniach czy też skamieniałości roślinnych (w tym analizy kształtu liści). Każda z tych metod przyczynia się do coraz dokładniejszego określenia temperatury powietrza i wielkości opadów, jakie występowały w dawnych epokach.

dr Ewelina Flis-Olszewska
Zakład Agrometeorologii
Katedra Technologii Produkcji Roślinnej i Towaroznawstwa
Wydział Agrobioinżynierii

Bibliografia:

Lamb H.H., 1977, Climate, present, past and future. Volume 2: Climatic history and the future, Methuen, Londyn.

Martins J., Brites C., Carneiro A., Ferreira R., Carlos L., 2023, An Overview of Luminescent Primary Thermometers.

Ralska-Jasiewiczowa M., Goslar T., Madeyska T., Starkel L. (eds), 1998, Lake Gościąż, central Poland. A Monographic Study Part 1. Szafer Institute of Botany, Polish Academy of Sciences, Kraków.