Pogoda - Polityka Niezbędnik Inteligenta

Citation preview

1/2020

Pogoda N A U K A

P O G O D A

JAK SIĘ TWORZY I JAK ZMIENIA. CZY DA SIĘ PRZEWIDZIEĆ JEJ KAPRYSY. JAK CZŁOWIEK JĄ PSUJE I CZYM TO GROZI.

Cirrostratusy, altocumulusy, cumulonimbusy – dlaczego warto chodzić z głową w chmurach.

Cena 19.99 zł (w tym 8% vat) INDEKS 403660

Pogoda dla pogody T

o słowo w języku polskim jest kojarzone pozytywnie. Mówimy o pogodzie ducha, pogodnym obliczu i nastroju. A także usposobieniu, co wskazuje na człowieka zrównoważonego i charakteryzującego się wewnętrznym spokojem. Wypowiadając zdanie: „Jutro będzie pogoda", większość z nas jeszcze ma na myśli słońce i ciepło albo przynajmniej brak opadów. Złą pogodą określaliśmy jeszcze do niedawna przede wszystkim listopadowe chlapy, deszcze w miesiącach wakacyjnych i brak śniegu w Boże Narodzenie. Słowem: nasze stosunki z warunkami atmosferycznymi były zazwyczaj pozbawione większych stresów, bo też to, co może nas spotkać poza domem, było raczej łatwe do przewidzenia. Dziś jest inaczej. Latem bywa tak gorąco, że trudno to znieść osobom zdrowym, a dla tych, którzy mają kłopoty np. z sercem, wysoka temperatura oznacza poważne niebezpieczeństwo. Brak opadów coraz częściej oznacza groźną dla gospodarki i portfeli suszę. Ulewy paraliżują miasta i powodują lokalne powodzie. Wichury niszczą domy i łamią drzewa. Trudno o pogodzie w Polsce powiedzieć, że jest zrównoważona. W tym numerze „Niezbędnika Inteligenta” opowiadamy o tym, co takiego się dzieje na Ziemi, że aura z kapryśnej stała się po prostu groźna. Tłumaczymy, jak się tworzą zjawiska, z którymi mamy do czynienia. Pytamy specjalistów, co pogoda dla nas szykuje w bliższej i dalszej przyszłości. Pokazujemy też jednak piękno, jakie pogoda ze sobą przynosi. Zadziwiające kształty chmur, tajemnicze barwy nieba, miraże i iluzje – wszystko, co daje człowiekowi niezwykłe doświadczenia, pozwala na odnalezienie w sobie radości i spokoju. Nasi przodkowie byli wobec Natury pokorni. My wierzymy w technologię mającą moc nagięcia Natury do naszych oczekiwań. Zapominamy, że za to, co jej robimy, ona odpłaca nam z nawiązką, a jej gniewne możliwości są znacznie większe niż nasze. Zacznijmy (znów) ją traktować z należnym szacunkiem. Wtedy słowo „pogoda” będzie będzie budziła znacznie mniej złych skojarzeń. KATARZYNA CZARNECKA REDAKTOR WYDANIA

3

S P I S

6 8

16

26

T R E Ś C I

To, co nas dotyka

Ziemia: Co nam mówi nasza planeta Świat: Dlaczego pogoda jest coraz bardziej kapryśna Meteorologia: Jak człowiek uczył się przepowiadania pogody i czy mu się to udaje Polska na mapie pogodowej: W jakiej strefie leży nasz kraj

78

86

90

100

To, co ulotne 34

54

62

68

72

Chmury: Wycieczka po piętrach obłoków

Niebo: Ile kolorów można wypatrzyć nad horyzontem Miraże, fatamorgany, iluzje: Kiedy światło płata ludziom figle

103

110

116

Obłoki srebrzyste: Ile tajemnic kryją chmury z wysokości 80 km Mgła, szron, szadź: Jaki jest przepis na znikanie świata

122

142

146

4

Zasiewanie chmur: Czy człowiek może wywołać deszcz Pioruny: Dlaczego powstają i jak się ich ustrzec Oblodzenia samolotów: Kiedy lód zagraża pilotom i ich pasażerom Meteoropatia: Czy rzeczywiście wiele osób reaguje na zmianę pogody Oczy: Jak chronić wzrok przed promieniami słońca Rozmowa o pogodzie: Dlaczego najpopularniejszy small talk zaczął być źródłem stresu

To, co nam grozi

132

Autorem większości artykułów jest Andrzej Hołdys, geograf, dziennikarz, stały współpracownik działu Nauka i cywilizacja tygodnika POLITYKA.

Opady i powodzie: Kiedy deszcz jest mile widzianym, a kiedy niechcianym gościem

Cyklony, tornada, trąby powietrzne: Skąd ich niszczycielska siła Susza: Jak długo Polacy będą się cieszyć wodą w kranach Pożar i chmura burzowa: Co przynosi ich połączenie Wzrost temperatur: Jaka przyszłość czeka Ziemię

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Krzyki globu Ziemia jest jedynym znanym w kosmosie miejscem przyjaznym życiu. Niestety, klimat na niej się rozchwiał, a ona sygnalizuje nam o tym niekorzystnymi, a nawet groźnymi zjawiskami pogodowymi. Jeśli nie zaczniemy środowiska traktować z większą dbałością, będzie tylko gorzej. Na wahania nie ma już czasu. Trzeba wsłuchać się w głos planety i działać na jej rzecz.

6

P O G O D A

Zagrożenia Zagrożenia

(nasilające się w wyniku ocieplenia klimatu) znikanie lodu i wiecznej zmarzliny delty zagrożone podtopieniami cyklony tropikalne

pustynnienie i susza

wyspy zagrożone podtopieniem, niektóre z nich mogą zniknąć

Strefy Strefyklimatyczne klimatyczne

(schemat uproszczony na podstawie klasyfikacji klimatów Köppena)

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

klimaty tropikalne:

lasów deszczowych

monsunowy

klimaty suche:

pustyń

stepów

klimaty umiarkowane:

śródziemnomorski

oceaniczny

oceaniczny subarktyczny

umiarkowany z suchą zimą

klimaty kontynentalne:

z gorącym latem

z ciepłym latem

subarktyczny/borealny

z nadzwyczaj mroźną zimą

klimaty polarne:

tundry

lądolodu

sawann

subtropikalny

ŹRÓDŁO: UPDATED WORLD MAP OF THE KÖPPEN-GEIGER CLIMATE CLASSIFICATION, PEEL, M.C. I IN., HYDROL. EARTH SYST. SCI., 11, 2007; LE MONDE DIPLOMATIQUE

7

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Globalne pomieszanie Słońce, atmosfera, temperatury oceanów, wiatry na lądach – wszystko to wpływa na pogodę na całym naszym globie. Jak działa ziemski system naczyń połączonych?

O

statnia zima była rekordowo ciepła. Średnia temperatura z trzech miesięcy – grudnia 2019 r. oraz stycznia i lutego 2020 r. – wyniosła 3,1 st. C i była w Polsce najwyższa od początku prowadzenia pomiarów meteorologicznych, czyli mniej więcej od połowy XIX w. Główny powód to oczywiście globalne ocieplenie klimatu, które z każdą dekadą coraz energiczniej się rozkręca. Ale wielu badaczy zwraca uwagę na jeszcze jeden czynnik, który pojawił się w odpowiednim miejscu i czasie, by w walce temperatur szalę zwycięstwa przechylić na rzecz ciepła. Czynnik, który namieszał w ziemskiej atmosferze, po czym rozpłynął się w niej bez śladu. Pora go przedstawić: to Dipol Oceanu Indyjskiego.

8

Strefa streamu Co ma do zimy w Polsce Ocean Indyjski? Nie od dziś wiadomo, że na Ziemi działa system naczyń połączonych. Zjawiska zachodzące na równiku mogą spowodować lawinę zmian pogodowych nawet pod biegunem. Pomiędzy wodą a powietrzem trwa przecież ciągła wymiana ciepła i energii. Atmosfera, ze swoimi wiatrami, deszczami, chmurami i dziesiątkami zjawisk meteorologicznych, wpływa na zachowanie oceanów, a te nie pozostają jej dłużne. Przenieśmy się więc na chwilę w tropiki. Zwykle jest tak, że równikowe wody Oceanu Indyjskiego są na wschodzie, czyli w pobliżu Indonezji i Australii, cieplejsze niż na zachodzie.

© REUTERS/AKHTAR SOOMRO/FORUM, MATTHEW ABBOTT/PANOS PICTURES/FORUM, GETTY IMAGES, REUTERS/AKHTAR SOOMRO/FORUM, SVEN TORFINN/PANOS PICTURES/FORUM

P O G O D A

W ubiegłym roku jednak akwen – w czym walny udział miała atmosfera – wykonał fikołka i cieplejsze wody powędrowały ku wschodniej Afryce. Ten fikołek to właśnie Dipol Oceanu Indyjskiego. W Afryce wywołał potężne ulewy, które z kolei przyczyniły się do inwazji szarańczy. Do Australii sprowadził upały i susze, a w konsekwencji „czarne lato”, czyli gigantyczne pożary buszu. Ale Ocean Indyjski nie działa w izolacji. Nadwyżki jego równikowego ciepła trafiały do atmosfery, a ta przekazywała je dalej – w kierunku umiarkowanych szerokości geograficznych półkuli północnej. Część więc trafiła do nas. Ten obraz nie byłby jednak pełny, gdyby zapomnieć odwrócić wzrok od równika w stronę Arktyki. Zimne masy powie-

trza zostały zamknięte na cztery spusty w pobliżu bieguna północnego i zamiast przedostać się na południe, kręciły się w kółko, tworząc tam wielki niż atmosferyczny zwany stratosferycznym wirem polarnym. A ponieważ natura nie znosi próżni, w miejsce arktycznego napłynęło ciepłe powietrze z południa i zachodu. Nie tylko do nas. Cały pas umiarkowanych szerokości geograficznych półkuli północnej przejęły suche i łagodne wyże, ściągające ku Europie powietrze niosące ciepło pochodzące nawet znad Oceanu Indyjskiego. Mroźne i śnieżne niże od reszty świata odciął jet stream – potężny strumień powietrza okrążający Ziemię z zachodu na wschód na wysokości około 10 km.

9

N I E Z B Ę D N I K

Ten zwykle wędruje na wschód mniej więcej wzdłuż granicy USA i Kanady, a następnie ponad północnym Atlantykiem, północną Europą i Syberią. Ale ostatniej zimy uciekł daleko na północ, co zdarza się wtedy, gdy w Arktyce królują wielkie, uparte niże baryczne, z którymi od południa sąsiadują równie silne i nieruchawe wyże. Pomiędzy nimi pogłębia się różnica ciśnień atmosferycznych, a im jest większa – tym jet stream porusza się szybciej i jest mniej pofalowany. Meteorolodzy nazywają takie zjawisko pozytywną Oscylacją Arktyczną. Istnieje też negatywna OA, gdy wszystko jest na odwrót: Arktykę zajmują wyże, a na południe od nich gnieżdżą się niże. Wtedy jet stream też jest „negatywny” – słaby i pełen zakoli, z którymi mroźne arktyczne powietrze łatwo przenika na południe, sprowadzając do nas siarczyste mrozy. Powtórzmy: zjawiska atmosferyczne przypominają domino, w którym upadek jednej kostki powoduje przewrócenie się kolejnych, aż do ostatniej z szeregu. Badacze ziemskiego systemu klimatycznego zidentyfikowali wiele takich szeregów. Zwą je telekoneksjami. Za chwilę do nich wrócimy, ale najpierw cofnijmy się do pierwszej połowy XVIII w.

Passa pasatów Ziemia, jak wiadomo, jest (prawie) okrągła i obiega Słońce. Poza tym wiruje wokół osi nachylonej pod kątem 66°33’ do płaszczyzny orbity okołosłonecznej. Te banalne fakty, z  którymi zaznajamiamy się w czwartej klasie szkoły podstawowej, mają poważne konsekwencje dla ziemskiego klimatu i pogody. Słońce jest dla naszego globu głównym źródłem ciepła, ale energia słoneczna docierająca do Ziemi nie jest rozdzielana sprawiedliwie. Większość otrzymuje strefa tropikalna, znacznie mniej strefa umiarkowanych szerokości geograficznych, a bardzo mało – obszary podbiegunowe. Na szczęście mamy jeszcze atmosferę – otoczkę gazową, za pośrednictwem której pewna część słonecznego ciepła jest transferowana od równika w stronę biegunów. Jako pierwszy dostrzegł to Edmond Halley, sławny angielski astronom, który żył na przełomie XVII i XVIII w. Pamiętamy go głównie z analiz pojawiania się komet w latach 1456–1682, dzięki którym ponowny przelot jednej przewidział z dokładnością co do roku (1758). Choć nie dożył jej powrotu, miał rację – dziś nosi ona jego imię. Ale zaraz po studiach na Oxfordzie uczony popłynął na Wyspę Świętej Heleny na południowym Atlantyku, gdzie zainstalował teleskop do obserwacji gwiazd południowego nieba. Podczas podróży na wyspę zainteresował się bliżej pasatami – wiatrami wiejącymi ze wschodu na zachód w strefie międzyzwrotnikowej. W 1686 r. napisał artykuł naukowy, w którym słusznie dowodził, że pasaty są ubocznym efektem silnego nagrzewania się tropikalnego powietrza. Ono unosi się wysoko, a wtedy w jego miejsce napływa nowe powietrze, właśnie pod postacią pasatów. Halley błędnie jednak tłumaczył, dlaczego pasaty wieją na zachód. Uważał, że po prostu podążają one za zachodzącym słoń-

I N T E L I G E N T A .

cem. Właściwą odpowiedź podał pół wieku później inny Anglik, George Hadley, prawnik z wykształcenia, ale meteorolog z zamiłowania. Pasaty wieją na zachód za sprawą wirowania Ziemi – oznajmił w 1736 r. Obrót planety sprawia, że każde ciało, które porusza się po jej powierzchni w stronę równika, odchyla się w kierunku zachodnim – tłumaczył. Widział to tak: ogrzane na równiku powietrze unosi się na wysokość wielu kilometrów, a następnie rozchodzi w stronę zwrotników, zmuszane do tego przez kolejne fale powietrza napływającego z dołu. Ponieważ na górze jest zimno, po dotarciu w okolice zwrotników powietrze staje się chłodne i ciężkie. Dlatego opada, a następnie jego część zawraca ku równikowi jako pasaty. Reszta szuka zaś szczęścia na zewnątrz strefy tropikalnej. Dwa wieki później ten atmosferyczny taśmociąg do transportu ciepła słonecznego z okolic równika do stref podzwrotnikowych nazwano komórką Hadleya, uznając ją za koło zamachowe globalnej cyrkulacji atmosfery. W połowie XIX w. William Ferrel dołożył drugie, przedstawiając model wędrówki mas powietrza od zwrotników w kierunku obu kół podbiegunowych. W komórce Ferrela, odwrotnie niż w tej Hadleyowskiej, przeważają wiatry zachodnie. To także jest efekt wirowania Ziemi, tzw. efekt Coriolisa: wiatr wiejący od niższych ku wyższym szerokościom geograficznym odchyla się w prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej. W obu przypadkach skutek jest ten sam: skręt na wschód. Co się dzieje dalej z  tymi zachodnimi masami powietrza przenoszącymi podzwrotnikowe ciepło daleko na północ? Stopniowo się unoszą, aż w końcu po dotarciu w  okolice kół podbiegunowych zderzają się ze ścianą, czyli zimnym powietrzem polarnym. Wtedy przechodzą metamorfozę i zmieniają się we wspomniane już jet streamy – północny pędzi wokół Arktyki, południowy obiega Antarktydę. Tu kończy się komórka Farrela, a zaczyna ostatni element globalnej cyrkulacji powietrza – komórka polarna, gdzie w teorii ponownie dominują wiatry wschodnie układające się w gigantyczny wir polarny ponad biegunami. Jak każdy model i ten istnieje w stanie idealnym tylko na papierze. Rzeczywistość jest o  wiele bardziej skomplikowana. I dlatego tak trudna do prognozowania. Wystarczy powiedzieć, że powierzchnia Ziemi składa się z lądów i oceanów. Te pierwsze nie są gładkie jak kula bilardowa – mają urozmaiconą rzeźbę terenu. Te drugie też nie są oazą spokoju. Przykładem potężny Prąd Zatokowy, który rządzi północną częścią Oceanu Atlantyckiego. On także niesie duże ilości ciepła podzwrotnikowego na północ. Z jednej strony nie byłoby go dzięki globalnej cyrkulacji atmosferycznej, z drugiej on sam wpływa silnie na pogodę choćby w Europie, którą ogrzewa od tysięcy lat, zapewniając jej wyjątkowo łagodny klimat. Relacje pomiędzy dwoma wielkimi żywiołami – atmosferą i oceanami – są bardzo ścisłe i tak pogmatwane, że z ich rozwikłaniem nie dają sobie rady największe komputery, karmione każdego dnia milionami nowych danych. Wystarczy jakieś

Atmosfera, ze swoimi wiatrami, deszczami, chmurami i dziesiątkami zjawisk meteorologicznych, wpływa na zachowanie oceanów, a te nie pozostają jej dłużne.

10

N A U K A

P O G O D A

Warstwy atmosfery 190 000

niespodziewane wahnięcie ciśnienia lub ledwie zauważalna zmiana temperatury na powierzchni na przykład tropikalnego Pacyfiku, aby wszystkie obliczenia wzięły w łeb. Zarazem taki prosty model ma swoją zaletę. Jeśli przyjrzeć się Ziemi z pewnego dystansu, widać jak na dłoni, skąd biorą się te wszystkie olbrzymie zjawiska atmosferyczne i oceaniczne, a  od których zależy pogoda w  różnych zakątkach globu. Można śledzić, jak wzajemnie przekazują sobie energię, wibracje i rytmy. I to właśnie od ich zgrania lub dysonansu zależy pogoda w różnych zakątkach globu. Jest takich zjawisk sporo. Poza Oscylacją Arktyczną, Prądem Zatokowym, jet streamem i Dipolem Oceanu Indyjskiego warto przedstawić jeszcze dwa, których wpływ na Ziemię i jej mieszkańców jest szczególnie duży.

egzosfera

36 000

satelita telekomunikacyjny 600 Międzynarodowa Stacja Kosmiczna 400 termosfera

umowna granica kosmosu

100

zorza polarna 80 meteoryty mezosfera

50

wysokość w km

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

stratosfera

12

balon meteorologiczny samolot

troposfera

0 Ziemia

Mount Everest

Żar chłopca i chłód dziewczynki W normalnej sytuacji wiejące ponad Oceanem Spokojnym pasaty pchają rozgrzaną słońcem wodę w stronę Azji Południowo-Wschodniej. W efekcie temperatura wody we wschodniej i środkowej części oceanu jest wyraźnie niższa niż w zachodniej. W pobliżu Indonezji, gdzie gorąca woda paruje bardzo intensywnie, rozwijają się chmury burzowe, z których regularnie leje. Tymczasem u wybrzeży Ameryki Południowej jest bezchmurnie i wyżowo. Od czasu do czasu jednak, z bliżej nieznanych powodów, pasaty słabną, a wtedy sytuacja się odwraca. Rozgrzane tropikalne wody wracają na wschód, a wtedy w pobliżu Ameryki Południowej gromadzą się gigantyczne ilości ciepła. To właśnie jest pierwszy nasz bohater: El Niño – wielka wanna gorącej wody tworząca się po wschodniej stronie tropikalnego Pacyfiku, która odradza się średnio co 3–7 lat. Ogrzewa ona powietrze nad sobą, stając się silnikiem, który wprawia w ruch cały system układów barycznych i prądów atmosferycznych rozchodzących się po całym globie. Na początek zabiera ulewy Azji Południowo-Wschodniej, przenosząc je do Peru i Ekwadoru, co wiele razy kończyło się tam powodzią. A jeśli pacyficzna wanna jest dostatecznie rozgrzana i utrzymuje się przez wiele miesięcy, może wpłynąć na pogodę na niemal całym globie. El Niño trwa zwykle około roku: startuje wiosną, dojrzewa jesienią, maksimum osiąga pod koniec grudnia, a później przez kilka miesięcy gaśnie. Ostatni raz swoją moc pokazało w latach 2015–16. Bardzo liczyli na nie mieszkańcy Kalifornii. Mieli nadzieję, że przyniesie obfite opady deszczu, które złagodzą skutki pięcioletniej suszy. W  przeszłości tak się zdarzało: niże wyłaniające się z rozgrzanego Pacyfiku ruszały w asyście deszczowych frontów nie tylko na Peru i Ekwador, ale także na Meksyk i Kalifornię właśnie. W tym samym czasie Australię, Azję Południowo-Wschodnią, a nawet Indie ogarniały głębokie susze. Tak było podczas słynnych ekscesów El Niño w latach 1982–3 i 1997–8, kiedy to ulewy i susze doprowadziły do wielkich strat w całym pasie podzwrotnikowym – od Afryki przez Azję po Amerykę Środkową i Południową. Kalifornijczycy cztery lata temu nie doczekali się jednak intensywnych deszczy. Zamiast do nich powędrowały one do stanów nad Zatoką Meksykańską. Natomiast samo zjawisko rozgrzało niemal cały świat, przy czym Australijczycy, Filipińczycy oraz mieszkańcy wielu wysp zachodniej Oceanii zma-

11

N I E Z B Ę D N I K

gali się z silną suszą, podczas gdy Afrykę Wschodnią – jak zwykle podczas silnego El Niño – zalały nadzwyczaj intensywne deszcze. Nawet meteorolodzy brytyjscy uznali, że nadzwyczaj ciepła i deszczowa ówczesna zima w Wielkiej Brytanii była pośrednią konsekwencją zdarzeń rozgrywających się gdzieś daleko na tropikalnym Pacyfiku. Z takimi konkluzjami lepiej jednak uważać. Europa znajduje się dość daleko od centrum potencjalnych szaleństw pogodowych wywoływanych przez El Niño i choć naukowcy doszukują się rozmaitych zależności, znalezione przez nich korelacje są statystycznie słabe. Gorące El Niño, co znaczy po hiszpańsku chłopiec, ma swoją odpowiedniczkę, która nazywa się La Niña, czyli dziewczynka. Ostatnio melduje się ona rzadziej i jest dość delikatna, jednak i jej zdarzało się nieźle nabroić. Gdy przychodzi La Niña, wszystko jest na odwrót niż podczas El Niño: na pacyficznych wybrzeżach Ameryki Południowej jest jeszcze bardziej sucho niż zwykle, za to Azję Południowo-Wschodnią i Australię nawiedzają silniejsze niż zwykle nawałnice. Tę oceaniczno-atmosferyczną huśtawkę na Pacyfiku określa się El Niño/Oscylacja Południowa, w skrócie ENSO (od ang. El Niño/Southern Oscillation). Do niedawna zajmowano się głównie El Niño. Jego siostrzyczką zaczęto się interesować dopiero, kiedy pojawiła się kilkukrotnie, osiągając maksimum w sezonie 2010–11. Wtedy lista przypisywanych jej występków była długa: gigantyczne powodzie w Pakistanie i  wschodnich Chinach, susze w  Chile, Argentynie i Urugwaju, ulewne deszcze w południowej Afryce, brak deszczu w  Kenii, Somalii i Tanzanii, cyklony i ulewy w  Australii, Melanezji, Indonezji i Malezji. Jaką przyszłość zgotują ludziom ENSO? Czy rosnące na globie temperatury zwiększą intensywność El Niño, czy też mocy nabierze raczej La Niña? A może stanie się jedno i drugie? Nietrudno sobie wyobrazić rozchwiany system miotający się od jednej skrajnej pozycji do drugiej. Tymczasem od tego, w  którą stronę podąży tropikalna cyrkulacja, zależy los przynajmniej 3 mld mieszkańców Azji Południowej i  Wschodniej, którym rytm życia wyznacza letni monsun – sezonowy wiatr przynoszący życiodajne deszcze. Na tę wodę czekają ludzie, rośliny i zwierzęta.

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Zabijają ludzi. Lecz od cyklonów gorsza jest susza. Absencja monsunu wiele razy była przyczyną straszliwych klęsk głodu, podczas których umierały miliony ludzi. Indie doświadczyły ich wiele, tak samo Chiny. Zdesperowani ludzie wzniecali rewolty i powstania, w wyniku których rozpadały się państwa, a królowie tracili władzę, a zazwyczaj również życie. Tymczasem przyszłość letniego monsunu w  Azji nie jest pewna. Zależy ona między innymi od Pacyfiku. Silne El Niño zwykle porywało deszczowe niże z Azji do Ameryki Południowej, a wtedy monsun słabł. Z kolei intensywna La Niña potrafiła nadmiernie wzmocnić monsun, który zjawiał się z armiami cyklonów i nawałnic. Jedno i drugie może sprawić kłopoty, ale z dwojga złego gorsze jest to pierwsze, bo oznacza suszę. Problem w tym, że naukowcy nie wiedzą, co się zdarzy w najbliższych dekadach. Letni monsun azjatycki powstaje, ponieważ wiosną powietrze nad lądem szybko się ogrzewa i wędruje w górę. Wtedy w jego miejsce zaczyna napływać chłodniejsze powietrze znad oceanu. Na łasce tej olbrzymiej morskiej bryzy znajdują się Chiny, Indie, Pakistan, Bangladesz, Półwysep Indochiński i część Archipelagu Malajskiego. Niepokojące jest to, że od paru dekad ona słabnie, choć w odległych czasach było zazwyczaj tak, że wzrost temperatury oceanu ją wzmacniał. Tymczasem teraz monsun wyraźnie traci na sile, mimo że w ciągu ostatniego półwiecza tropikalne wody zachodniego Pacyfiku i wschodniej części Oceanu Indyjskiego ogrzały się o ponad 0,5 st. C. Kumulująca się tam energia powinna nakarmić wielkie niże, a te niczym gigantyczne odkurzacze powinny zassać wilgotne oceaniczne powietrze, a  następnie przenieść je w  kierunku najbliższych lądów. Pojawił się jednak nowy czynnik, który zaburzył cyrkulację tropikalną. To człowiek, a dokładniej – aerozole siarkowe emitowane przez azjatyckie elektrownie węglowe. Tak wynika z wielu badań z ostatnich lat. Te obserwacje pokazują też, że letni monsun w Azji unosi część zanieczyszczeń, a one potem otaczają planetę. Tuman gazów i drobnych cząstek wędruje ponad Himalajami i Wyżyną Irańską, aż w końcu zostaje porwany do stratosfery i tam, na wysokości 15–18 km, prądy powietrzne roznoszą te brudy wokół całego globu. Tak to właśnie działa.

Coraz silniej rozgrzana Arktyka i stopniowo rozszerzająca się ku biegunom strefa tropikalna niosą do Polski gorący i suchy klimat oraz huragany. Pętla klimatyczna powoli się zaciska.

Niepewność monsunu Kaprysy pogody nie są obce i Europejczykom. Przyzwyczajeni jesteśmy do wahań temperatury, nagłych fal chłodu, wiosennych przymrozków i jesiennych wichur. Pogoda potrafi nas nieprzyjemnie zaskoczyć, ale wciąż jeszcze traktujemy jej złośliwostki pobłażliwie (to się może zmienić, gdy w cieplejszym klimacie nasilą się ekstrema). Tymczasem w tropikach pogoda decyduje o życiu i śmierci. Letnie monsuny bywają kapryśne, mogą w parę dni zatopić wielkie miasto lub sprowadzić tropikalne cyklony. A one są bezlitosne. Zdmuchują z powierzchni ziemi wszystko, co spotkają na swojej drodze.

12

(Nie)wiadoma po polsku Niestety, można się spodziewać, że wpływ ludzi na pogodę globalną będzie rósł w najbliższych dekadach. Widać to nie tylko w krajach monsunowych, lecz także znacznie bliżej Polski. Znów będzie o jet streamie. Jak pamiętamy, karmi się on różnicą temperatur pomiędzy cieplejszą strefą umiarkowaną a chłodniejszą Arktyką. Rzecz w tym, że ta druga nagrzewa się szybciej niż pierwsza, a różnica temperatur pomiędzy nimi się kurczy, co z kolei sprawia, że jet stream traci impet. Zamiast gnać wprost na wschód, coraz częściej zwalnia i wędruje potężnymi zakolami. W efekcie cała cyrkulacja w umiarko-

P O G O D A

Na czym polega El Niño? Australia

Ameryka Płd.

zimne powietrze chmury ciepłe powietrze (pasaty) intensywne opady deszczu woda ciepła Pacyfik

woda zimna

NORMA Wiejące od wschodu pasaty przemieszczają ciepłe wody powierzchniowe na zachód. Zasobne w składniki odżywcze, chłodne wody głębinowe wynoszone są na powierzchnię. Na zachodzie, gdzie parowanie jest wyższe, pada deszcz, na wschodzie panuje klimat suchy.

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

woda ciepła

woda zimna

EL NIÑO Gdy pasaty na wschodzie słabną, zimna woda z głębin nie wznosi się. Powierzchnia wody u wybrzeży Ameryki Płd. staje się coraz bardziej nagrzana. Zwiększa się więc parowanie, co powoduje katastrofalne deszcze. Natomiast brak parowania na zachodzie oznacza suszę. wanych szerokościach geograficznych dostaje zadyszki. Fale upałów, susz, mrozów, śnieżyc czy też ulew zaklinowują się i mogą tygodniami tkwić nad jakimś rejonem. Typową cechą tego zjawiska są wyraźnie zarysowane granice obszarów objętych taką blokadą. Podczas gdy jeden rejon doświadcza na przykład długotrwałej suszy, w sąsiednim, oddalonym o naj-

wyżej kilkaset kilometrów, nie ma nawet śladu ekstremalnej pogody. Takie blokady zdarzają się zwykle latem i jesienią, kiedy granica pomiędzy komórką Farrela i komórką polarną najbardziej się rozmywa, ale mogą się pojawić i w innych porach roku. Może to być fala późnojesiennego ciepła czy też wiosennej suszy. Gdy już przychodzi, wydaje się nie mieć końca.

13

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

Prądy morskie

S iw o

Ku

i jsk

b am oz

ic

Pe

Dryf Wiatrów Zachodnich

Zmiana klimatu oznacza też zmiany w pogodzie. Modyfikować ją będą coraz cieplejsze oceany oraz coraz cieplejsza i bardziej wilgotna atmosfera. Nam z jednej strony zaczyna mieszać coraz silniej rozgrzana Arktyka, z drugiej – rozszerzająca się ku biegunom strefa tropikalna. Konsekwencją będzie zmiana klimatu na bardziej gorący i  suchy w  cieplejszych regionach strefy umiarkowanej oraz przesunięcie na północ tras wędrówek huraganów. Pętla klimatyczna powoli się zaciska. Niewiadomą pozostaje przyszłe zachowanie Prądu Zatokowego. Wydaje się, że ten wielki prąd morski, który od tysięcy lat stabilizuje klimat Europy, zaczyna słabnąć, co może się przełożyć na zawirowania pogodowe po obu stronach północnego Atlantyku. Niektóre efekty uboczne naszych działań są trudne do uchwycenia, ale wśród naukowców panuje raczej zgoda, że to sprowokowana przez nas zmiana kli-

matu będzie nakręcała ekstrema pogodowe i wzmacniała ich konsekwencje. Meteorolodzy nigdy nie mieli łatwego życia. Mimo wszystko nie złożyli broni. Od ponad stu lat uparcie próbują poznać tajemne formuły rządzące naturą, zrozumieć mechanizmy, od których zależy to, dokąd podąży pogoda w  kilku następnych dniach, tygodniach, a nawet miesiącach. Problem w tym, że tych mechanizmów jest sporo i  wszystkie one wchodzą ze sobą w liczne interakcje. Teraz jednak synoptykom będzie jeszcze trudniej, bo na to wszystko nakłada się globalna zmiana klimatu – joker mogący zmienić przebieg zjawisk pogodowych w sposób trudny do przewidzenia. Na szczęście ludzkość dysponuje komputerami, bazami danych, modelami, radarami, satelitami oraz gęstniejącą z roku na rok siecią stacji meteorologicznych obsługiwanych przez zaawansowane systemy telekomunikacyjne. u

Niestety, można się spodziewać, że wpływ ludzi na pogodę globalną będzie rósł w najbliższych dekadach. Widać to nie tylko w krajach monsunowych, lecz także znacznie bliżej Polski.

14

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

ki

M

Braz yli jsk i

uelski eng

r uwiań ski

B

tra li

Południoworównikowy

ro

Wscho dnio au s

Gujańsk i

Ag ul ha s

ki

Z

y kow ato

sk i

Oja

Si

wo

Kanary j

js

r Północnorównikowy

zimne

No rw es ki

ciepłe

i brado r s k La

Ka l i f o

ni

N A U K A

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Pogoda na jutro Naukowa definicja aury jest prosta: to stan atmosfery na konkretnym obszarze w danym momencie. Pada, więc jest deszczowa, słupek rtęci się wznosi lub opada, więc mamy upał lub mróz. Ale jeśli chce się poznać jej plany, sprawy zaczynają się komplikować.

16

Barometry rtęciowe. Po lewej: używany przez Accademia del Cimento, towarzystwo naukowe założone w 1657 r. we Florencji przez uczniów Galileusza, Giovanniego Alfonso Borelliego i Vincenzo Vivianiego. Po prawej: stworzony przez admirała Roberta Fitzroya (1805–65).

© GETTY IMAGES (5)

T

o najwierniejsza towarzyszka ludzi. Bywa przyjazna albo naburmuszona, więc rządzi naszymi nastrojami i planami. Jednym podaruje wspaniały weekend, innym zamieni wakacyjny wyjazd w błotnisty koszmar. Potrafi nas zachwycić wspaniałymi zjawiskami optycznymi: tęczami, mirażami, gloriami, aureolami i mnóstwem innych efektów powstających w wyniku odbicia, załamania czy ugięcia światła słonecznego. Znamy też jej tragiczne w skutkach kaprysy: szkwały i nawałnice, trąby powietrzne, niemiłosierne upały, złośliwe gołoledzie i szadzie, podstępne poranne mgły… Nic dziwnego więc, że chcemy z wyprzedzeniem wiedzieć, co nam szykuje w najbliższych dniach, a najlepiej w całym sezonie. Urodzony w 1881 r. Lewis Fry Richardson był meteorologiemwizjonerem, ale także matematykiem. Jak wszyscy zajmujący się jego dziedziną, marzył o wynalezieniu idealnej metody przewidywania pogody. Metody, dodajmy, naukowej. Należy – twierdził – wskazać wszystkie czynniki rządzące pogodą i ustalić relacje pomiędzy nimi, a wtedy poznamy przyszłość, na przykład, czy jutro będzie padał deszcz, czy też zaświeci słońce ­a lbo z której strony powieje wiatr i jak będzie czynny. Deterministyczne przekonania Richardsona zakładające, że prawa natury są uniwersalne, a każdy skutek ma swoją przyczynę, którą wystarczy poznać, aby wykraść przyrodzie jej tajniki, doprowadziły go do śmiałej koncepcji „fabryki prognoz pogody”. Na początku lat dwudziestych XX w. napisał książkę, w której zaproponował pokrycie globu siatką 2000 obserwatoriów meteo­rologicznych. Dane z nich trafiałyby błyskawicznie do jednej lub kilku wielkich hal, w których pracowałyby tysiące ludzi wykonujących obliczenia potrzebne do przygotowania prognozy, a raczej tysięcy prognoz, które byłyby wyświetlane na mapie świata zajmującej jedną ze ścian. Z kolei na środku hali wznosiłaby się wieża, w której siedziałby główny rachmistrz koordynujący pracę swoich podwładnych rozwiązujących skomplikowane równania opisujące stan atmosfery. Owych rachmistrzów określał zresztą „komputerami”. Richardson nigdy nie zrealizował swojego marzenia o „numerycznej prognozie pogody”, za to został autorem tego używanego do dziś określenia. A jego fantazja doczekała się jednak realizacji, kiedy w 1946 r. na University of Pennsylvania zaczął pracować słynny ENIAC – pierwszy elektroniczny komputer cyfrowy.

P O G O D A

U góry: niemiecka mapa wiatrów na Oceanie Spokojnym z 1896 r. Po lewej: XIX-wieczne porównanie trzech skal temperatury – Celsjusza, Fahrenheita i Réaumura. Po prawej: hydrometr, barometr i termometr z końca XIX w.

17

N I E Z B Ę D N I K

Olbrzym ważył 30 ton i mieścił się w 42 szafach zajmujących powierzchnię 140 m kw. Był maszyną pracującą głównie na potrzeby wojska, ale wkrótce po jego zbudowaniu zaczęto szukać cywili, którzy przy jego pomocy zaczęliby modelować zjawiska zachodzące w atmosferze. Zadania podjął się sławny matematyk John von Neumann, który z zespołem przygotował w 1950 r. program, spisany na dwóch kartkach papieru. ENIAC męczył się dobę, zanim pokazał prognozę na kolejny dzień. Trafił nie idealnie. Ale rozpoczął erę cyfrowych symulacji zachowania atmosfery w kolejnych godzinach, dniach, tygodniach, a nawet – jeżeli synoptyk ma twardą skórę i nie boi się porażki – miesiącach.

Z rtęci Rozgryźć pogodę ludzie próbowali oczywiście znacznie wcześniej. Anaksagoras – grecki filozof z V w. p.n.e. – próbował wyjaśnić, jak powstają burza i tęcza. Żyjący nieco później Demokryt prowadził obserwacje chmur, a Arystoteles (384–322 p.n.e.) napisał składające się z czterech ksiąg dzieło „Meteorologika”, które przez dwa tysiące lat było fundamentem pogodowej wiedzy Europejczyków. W czasach nowożytnych znalazł wielu naśladowców. Byli to zwykle działający w pojedynkę amatorzy, którzy ograniczali się do obserwacji pogody oraz prowadzenia jej kronik. Niczego nie mierzyli, bo początkowo nie było jeszcze żadnych instrumentów pomiarowych i systemów miar. Te zaczęły się pojawiać dopiero przed około czterema wiekami. W nauce nowe instrumenty są równie ważne jak nowe teorie. Nie byłoby współczesnej astronomii bez teleskopu, biologii bez mikroskopu, a fizyki jądrowej bez akceleratorów cząstek. Podobnie jest z meteorologią. Barometr skonstruowano we Włoszech w połowie XVII w. – za jego twórcę uważany jest matematyk i fizyk Evangelista Torricelli, uczeń Galileusza. Termometr wymyślono jeszcze później, zaledwie trzysta lat temu. Dokładnie rzecz biorąc, uczynił to gdańszczanin Daniel Gabriel Fahrenheit. Nie, żeby inni nie próbowali rejestrować zmian temperatury. Na przykład Galileusz miał w swojej pracowni termoskop – szklane naczynie, w którego górnej, rozszerzonej części zamknięte było powietrze, natomiast dolna część w kształcie cienkiej rurki była zanurzona w pojemniku z wodą. Gdy temperatura rosła, powietrze się rozprężało, powodując obniżenie się poziomu wody w rurce. Jednak dopiero w 1724 r. Fahrenheit, który po wielu podróżach w końcu osiadł w Hadze, pokazał pierwszy wyskalowany termometr wypełniony rtęcią. Od razu został członkiem londyńskiego Royal Society. Niecałe dwie dekady później Anders Celsius przedstawił własną propozycję skali, która ostatecznie wygrała w Europie. Jeszcze później, bo pod koniec XVIII w., pojawił się higrometr włosowy do mierzenia wilgotności powietrza. Zbudował go Horace-Bénédict de Saussure, profesor Uniwersytetu Genewskiego, który miał obsesję na punkcie mierzenia rozmaitych wskaźników pogody. Wymyślał więc lub usprawniał wciąż nowe instrumenty, z którymi wdrapywał się na alpejskie szczyty. Dziś uważany jest za jednego z ojców współczesnej meteorologii (a także alpinizmu, za co postawiono mu pomnik w Chamonix). Pierwsza międzynarodowa sieć stacji meteorologicznych, w których prowadzono obserwacje temperatury, ciśnienia, zachmurzenia i wiatru, powstała w 1654 r. z inicjatywy Ferdynanda II Medyceusza, księcia Toskanii, który w Palazzo Pitti, swojej rezydencji na południowym brzegu Arno we Florencji, bu-

18

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

dował własne barometry i termometry. Przedsięwzięcie o nazwie Rete Medicea (czyli Sieć Medyceuszy) objęło siedem miast w północnych Włoszech, a także Paryż, Innsbruck, Osnabrück oraz Warszawę. Pomiary prowadzono tu do 1667 r., niestety nie wiadomo, gdzie dokładnie (być może na Zamku Ujazdowskim, prywatnej rezydencji Wazów). Ale wiadomo – bo takie było założenie twórców sieci – że używano identycznych, jak gdzie indziej, instrumentów przywożonych z Florencji. Jednak prawdziwy przełom w meteorologii przyniósł dopiero XIX w. W 1803 r. londyńczyk Luke Howard w dziele „On the Modification of Clouds” przedstawił stosowaną do dziś klasyfikację chmur – podzielił je na trzy główne rodzaje (cumulus, stratus, cirrus) oraz wiele pośrednich gatunków. W połowie stulecia meteorolodzy mieli już do dyspozycji termometr, barometr, higrometr, a także wiatromierz, deszczomierz czy też cyjanometr, czyli przyrząd do określania intensywności barwy nieba. Zbierali naprawdę olbrzymią, jak na owe czasy, ilość danych. Wciąż jednak była to meteorologia ułomna. Specjaliści z tej dziedziny zajmowali się jedynie obserwacjami zjawisk pogodowych, ale jak ognia unikali prognozowania ich przebiegu. Nie znaczy to, że nie było śmiałków, którzy nie próbowali tego robić.

Z morza Od czasów średniowiecznych panowało powszechne przekonanie, że za zmienność wiatru, deszczu czy zachmurzenia odpowiadają ciała niebieskie. Związek między konfiguracjami planet i gwiazd a niektórymi zjawiskami pogodowymi na Ziemi dostrzegł np. wielki astronom Johannes Kepler (1571–1630). Był autorem praw opisujących ruch planet wokół Słońca i, jak twierdził, dzięki temu przewidział srogą zimę w Austrii w 1593 r. Jeszcze długo później pogodę przepowiadali astrolodzy. Szanowani przedstawiciele nowej nauki, czyli meteorologii, określali takie praktyki jako „szkodliwe proroctwa”. Ale ponieważ życie nie znosi próżni, zamiast nich karierę robił np. Richard James Morrison, znany jako astrolog Zadkiel, który mówił, że zajmuje się „astrometeorologią”. Sporą popularnością cieszyła się też idea lunarystyczna zakładająca poważny wpływ Księżyca na pogodę na Ziemi. Na jej temat spekulował francuski przyrodnik Jean-Baptiste Lamarck, zajmował się nią wielki matematyk Pierre Laplace, rozważał ją (co nie znaczy, że akceptował) astronom William Herschel, odkrywca Urana. Wszyscy oni żyli na przełomie XVIII i XIX w., gdy nadal dość powszechnie uważano, że pogodą rządzi kosmos. Meteorologów do jej przewidywania zachęcił pewien wynalazek z lat 30. XIX w. I nie był to instrument meteorologiczny, a telegraf. Dzięki niemu zaczęto przesyłać informacje o pogodzie zbierane równocześnie na dużym obszarze. Powstawały pierwsze duże sieci obejmujące setki, a potem tysiące stacji meteorologicznych. Początkowo dane pomiarowe jedynie zbierano, a po ich analizie wyrysowywano pierwsze szczegółowe mapy pogody z danego dnia. Podczas Wielkiej Wystawy zorganizowanej w Londynie w 1851 r. te dla Wysp Brytyjskich mogła kupić codziennie po południu publiczność odwiedzająca olbrzymi Pałac Kryształowy. W końcu i wśród meteorologów znaleźli się pierwsi odważni synoptycy, czyli ci, którzy na podstawie pomiarów i obserwacji zaczęli przygotowywać nie tylko mapy, ale i prognozy. Meteorologia synoptyczna rodziła się jednak w bólach, a los pionierów był nie do pozazdroszczenia.

© GETTY IMAGES

P O G O D A

ENIAC, pierwszy elektroniczny komputer cyfrowy. Maszyna ważyła 30 ton i mieściła się w 42 szafach zajmujących powierzchnię 140 m kw. Zaczęła pracować w 1946 r. na University of Pennsylvania, wykorzystywano ją m.in. do modelowania zjawisk zachodzących w atmosferze. Trzy lata po Wielkiej Wystawie brytyjski rząd stworzył Depar­ tament Meteorologiczny, na którego czele stanął admirał Robert FitzRoy, który ćwierć wieku wcześniej był kapitanem „HMS Be­ agle” podczas słynnej podróży Charlesa Darwina. Tym razem je­ go zadanie polegało na opracowywaniu map pogody. Lecz gdy zimą w 1859 r. seria gigantycznych sztormów zatopiła na brytyj­ skich wodach ponad trzysta okrętów, FitzRoy postanowił, że bę­ dzie również przygotowywał ostrzeżenia pogodowe dla statków. 1 sierpnia 1861 r. londyński „The Times” opublikował pierwszą w historii prognozę pogody dla ogółu. Jej autorem był oczywiście FitzRoy, który tym samym wpłynął nierozważnie na bardzo zdra­ dliwe wody. Jego prognozy były nieustannie krytykowane – przez naukowców, „astrometeorologów” oraz prasę. W jednym z listów do redakcji pisał z wyraźną irytacją, znaną doskonale dzisiejszym synoptykom: „Muszę jeszcze raz przypomnieć, że »prognozy« po­ wstają na podstawie oceny prawdopodobieństw i nie są dogma­ tycznymi wyroczniami”. Niewiele to jednak pomagało, a sprawy zmierzały do finału, który okazał się dramatyczny. FitzRoy po­ padł w depresję, a w 1865 r. odebrał sobie życie. Po jego śmierci zaprzestano publikowania w prasie prognoz pogody. Powróco­ no do nich w 1879 r. z inicjatywy Royal Society. Na marginesie: historycy nauki, którzy ostatnio zagłębili się w lekturze prognoz FitzRoya, obliczyli, że 76 proc. jego przewidywań było całkowicie lub też w dużym stopniu trafnych. Im więcej pomiarów i obserwacji było wykonywanych, im gęstsza i szybsza była sieć telegraficzna, tym lepsze mapy synoptyczne powstawały. Pod koniec XIX w. „The Times” każ­ dego dnia zamieszczał mapkę pogody z poprzedniego dnia

z godziny 8 rano. Obejmowała całą Wielką Brytanię i kawałek zachodniej Europy. Pokazywano na niej temperaturę, prędkość wiatru oraz ciśnienie atmosferyczne. Niedługo później takie mapy opracowywane przez synoptyków opłacanych z budżetu państwa powstawały codziennie w 18 krajach świata, głównie w Europie. 1 stycznia 1914 r. amerykańskie US Weather B ­ ureau opublikowało pierwszą mapę pogody dla całej półkuli północ­ nej. Teraz synoptykom pozostał do zrobienia jeden, najważ­ niejszy krok – zaproponowanie naukowych, opartych na pra­ wach fizyki, metod przewidywania przyszłości.

Z równań Pionierem okazał się norweski uczony Vilhelm Bjerknes. To on już w 1904 r. doszedł do wniosku, że pogodę można opisy­ wać przy pomocy tzw. równań pierwotnych przedstawiających hydrodynamiczne przepływy powietrza. Są one do dziś wyko­ rzystywane w modelach klimatycznych. Po I wojnie światowej Bjerknes osiadł w Bergen, gdzie stworzył słynną szkołę meteo­ rologiczną, do której należało kilkunastu badaczy rozwijających matematyczne metody opisywania i prognozowania zjawisk po­ godowych. Tam narodziła się nowoczesna meteorologia synop­ tyczna. To tamtejsi badacze jako pierwsi zaczęli nanosić na ma­ py pogody niże atmosferyczne z frontami zimnymi i ciepłymi. (Koncepcja takiego frontu jako ostrej granicy oddzielającej dwie masy powietrza o różnej temperaturze i wilgotności skojarzyła się meteorologom z operacjami wojskowymi podczas I wojny świa­ towej). Z tego środowiska wywodził się szwedzki uczony Carl-Gu­ staf Rossby, któremu zawdzięczamy odkrycie i opis polarnego jet

19

N I E Z B Ę D N I K

streamu – wielkiego strumienia powietrza poruszającego się na wysokości 10–15 km z zachodu na wschód wokół wirującej planety i mającego znaczny wpływ na pogodę w naszych szerokościach geograficznych. Współczesny meteorolog, przygotowując prognozę pogody na przykład dla Europy na północ od Alp, zawsze bierze pod uwagę położenie i siłę jet streamu, bo to jego meandry (zwane falami Rossby’ego) rządzą wyżami i niżami barycznymi, a także trasami frontów atmosferycznych. Bjerknes i jego uczniowie mieli silne przekonanie, że fizyka i matematyka okażą się czymś w rodzaju czarodziejskich różdżek, za pomocą których można będzie poznać tajniki pogody i – co najważniejsze – przewidzieć jej zamiary. Skoro pogoda to stan atmosfery (dokładniej: troposfery sięgającej do wysokości 10–15 km), uzależniony od wahań temperatury, ciśnienia i wilgotności, wystarczy skrupulatnie monitorować zmiany tych trzech podstawowych parametrów, zastosować odpowiednie równania, a ich rozwiązanie odsłoni przed nami przyszłość. Dopiero taka meteorologia może być nauką z prawdziwego zdarzenia – dowodzili. Jedyne, czego jej potrzeba, to właściwych równań i jak największej ilości danych pomiarowych. Identycznie myślał Richardson, przedstawiając swoją koncepcję „fabryki prognoz”, w której pogoda miała być rozszyfrowywana przy pomocy równań różniczkowych. Chcąc dowieść, że znalazł właściwy klucz, wykonał obliczenia dla pewnego majowego dnia 1910 r. Miał przedstawić prognozę zmiany ciśnienia atmosferycznego na następne sześć godzin. Pomylił się fatalnie: zapowiedział znaczny wzrost ciśnienia, podczas gdy w rzeczywistości ono prawie nie drgnęło. Późniejsze analizy wykazały, że gdyby odpowiednio wygładził liczby, błąd byłby znacznie mniejszy.

20

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

P O G O D A

Gdy po II wojnie światowej zespół von Neumanna przygotowywał zadanie dla ENIACA, niepowodzenie Richardsona było skrupulatnie analizowane. Obawiano się powtórzenia jego błędu. W końcu tak dobrano równania, aby z jednej strony nie przeciążyć pierwszego w historii „elektronowego mózgu”, a z drugiej – sprawić, aby wykonane przez niego symulacje dynamiki atmosfery okazały się bliskie rzeczywistości. Problem został rozwiązany. Tak zaczęła się era numerycznych prognoz pogody. Jako pierwsi zaczęli z nich regularnie korzystać Szwedzi w połowie lat 50. XX w.

Z kosmosu

© GETTY IMAGES (3)

U góry: stacja meteorologiczna w górach Ceahlău w Rumunii. Po lewej: urządzenia do pomiaru prędkości wiatru. Na dole: heliograf Campbella-Stokesa, czyli rejestrator czasu nasłonecznienia.

Szybko jednak okazało się, że atmosfera nie jest jednak aż tak przewidywalna, jak to się marzyło meteorologom. Ich naukowe przekonanie, że postawienie bezbłędnej prognozy jest możliwe, ponieważ całym światem bez wyjątku rządzą uniwersalne prawa przyrody, a każde zdarzenie ma swoją przyczynę w jakimś wcześniejszym – został poddany ciężkiej próbie. Jednym ze współpracowników von Neumanna był Jule Cherney, pozostający pod wpływem skandynawskich meteorologów. Miał on kolegę, matematyka z MIT, który także fascynował się numerycznymi prognozami pogody, lecz najbardziej zajmowała go kwestia ograniczeń w przewidywaniu przyszłego stanu atmosfery. Nazywał się Edward Lorenz i wkrótce ściągnął Cherneya na swoją uczelnię, a parę lat później wykazał, że pogodę da się w miarę dokładnie przewidzieć najwyżej na kilka dni, a to dlatego, że jest ona czuła na warunki początkowe. Dowolnie małe zaburzenie na wstępie może mieć na końcu ogromne i – co najważniejsze – nieprzewidywalne konsekwencje – dowodził Lorenz, kładąc podwaliny pod teorię chaosu. Podczas jednego ze swoich wykładów pytał prowokacyjnie: „Czy motyl machający skrzydłami w Brazylii może uruchomić lawinę zjawisk, które doprowadzą do tornada w Teksasie?”. W ten sposób nie tylko opisał coś, co zaczęto nazywać „efektem motyla”, lecz także zaliczył pogodę do nowej klasy zjawisk chaotycznych i na dodatek bardzo złożonych (czyli nieprawdopodobnie skomplikowanych). Na szczęście nie wszyscy podzielali pesymizm Lorenza. Jego przyjaciel Cherney, który mówił o sobie, że jest urodzonym optymistą, niestrudzenie szukał tajemnej formuły. Analizował przepływy mas powietrza w atmosferze ziemskiej, odnajdywał zależności pomiędzy nią a oceanami, zajmował się falami atmosferycznymi, próbował opisać dynamikę rozmaitych gwałtownych zjawisk pogodowych, takich jak szybko rozwijające się niże baryczne zwane bombami cyklonowymi. Tworzył w ten sposób fundamenty dla nowoczesnej meteorologii dynamicznej, która – jak wierzył – rozłoży na czynniki pierwsze skomplikowany mechanizm zwany pogodą, posłuży meteorologom za nić Ariadny w atmosferycznym labiryncie. Cherney miał nowych sprzymierzeńców. W kwietniu 1960 r., wraz z posłaniem na orbitę sondy Tiros-1, rozpoczęła się era satelitarnych obserwacji pogody. Tiros-1 działał tylko przez 78 dni, ale utorował drogę urządzeniom serii Nimbus, które potrafiły dokonywać rzeczy niezwykłych. Z wysokości około tysiąca kilometrów podawały dane na temat temperatury powietrza, ciśnienia atmosferycznego i zachmurzenia na różnych poziomach, wiedziały, jak odróżnić parę wodną od kropelek wody tworzących chmury, oraz dokonały pierwszych bezpośrednich pomiarów bilansu energetycznego Ziemi, czyli natężenia pro-

21

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

© SPL/EAST NEWS

Główny satelita obserwacyjny GPM (Global Precipitation Measurement) – rozpoczętej w 2014 r. wspólnej misji amerykańskiej agencji NASA i japońskiej JAXA służącej pomiarom opadów na Ziemi.

mieniowania słonecznego docierającego do atmosfery i opuszczającego ją. Dzięki Nimbusom meteorolodzy pierwszy raz odważyli się na przygotowanie prognoz trzy-, a potem nawet pięciodniowych. Później przyszła pora na coraz bardziej zaawansowane generacje satelitów pogodowych. Od połowy lat 70. XX w. obserwują one Ziemię także z orbity geostacjonarnej odległej o blisko 36 tys. km. Dziś trudno sobie wyobrazić bez nich przygotowanie najzwyklejszej prognozy krótkoterminowej. Precyzja takich przewidywań rośnie z każdą dekadą – także dzięki komputerom, radarom oraz gęstniejącej sieci stacji pomiarowych umieszczanych na lądach, morzach i lodzie. To jest już kilkadziesiąt tysięcy punktów na całym globie. Dzięki temu wszystkiemu pięciodniowe prognozy mają dziś taką wiarygodność, jaką trzy dekady temu miały prognozy dwudniowe. W 1972 r. w prognozowaniu temperatury na trzy dni do przodu mylono się średnio o 3–4 st. C. Dziś zakres tego błędu jest dwukrotnie mniejszy. Widać też postęp w prognozowaniu zjawisk ekstremalnych. Gdy w 2012 r. w Amerykę Północną uderzył potężny huragan Sandy, jego prawdopodobną trasę zdołano podać trzy dni wcześniej z dokładnością do 200–300 km. W latach 80. XX w. meteorolodzy w takim przypadku stawiali w stan alarmu całe wybrzeże na długości tysiąca kilometrów. Podczas gdy klimatolodzy zajmują się bardziej odległymi w czasie wersjami przyszłości, meteorolodzy nie zapuszczają się aż tak daleko. Ich cele są bardziej konkretne. Chcieliby ograniczyć zakres błędu w prognozowaniu temperatur na kilka dni do przodu albo zlokalizować tornado lub trąbę powietrzną z dokładnością do kilometra i ostrzec przed takim zjawiskiem z wyprze-

22

dzeniem 2–3 kwadransów. Dlatego ślą w kosmos nowej generacji satelity pogodowe, takie jak sondy GOES-R warte łącznie około 10 mld dol. Dwie z nich są już na orbicie geostacjonarnej, śledzą na bieżąco burze, nawałnice i śnieżyce, a w razie potrzeby przekazują na Ziemię co 30 sekund zdjęcia rejonów, które wyglądają szczególnie niepokojąco. Pozostałe dwie sondy polecą w 2021 i 2024 r. Największym wyzwaniem pozostają prognozy długoterminowe, takie na parę miesięcy. Meteorolodzy nieraz się na nich sparzyli, choć akurat nie w ubiegłym roku, kiedy to najlepsze modele synoptyczne zgodnie i niemal idealnie przewidziały ciepłą zimę 2019/20 w umiarkowanych szerokościach geograficznych półkuli północnej. Zobaczymy, jak im się powiedzie z kolejną. Od czasów Lorenza wiadomo, że takie prognozy to jednak wróżenie z fusów, choć przecież powstają na podstawie wszelkich dostępnych danych: wyników pomiarów z kilkudziesięciu tysięcy punktów, obserwacji satelitarnych z kilku tuzinów sond okrążających Ziemię, informacji o stanie oceanów i wyższych warstw atmosfery oraz symulacji wykonanych przez coraz szybsze komputery. Paradoks polega na tym, że zapotrzebowanie na takie prognozy stale rośnie. Zgłaszają go rozmaite sektory gospodarki – od rolników przez branżę turystyczną po transportowców. Chcąc nie chcąc, meteorolodzy podejmują więc różne próby, z pełną świadomością, że stąpają po cienkim lodzie. Choćby, jak półtora wieku temu admirał ­FitzRoy, sto razy powtarzali, że takie przewidywania nie są żadną wyrocznią, a jedynie ostrożną oceną szans sprawdzenia się różnych scenariuszy, i tak publiczność odczyta je po swojemu. u

P O G O D A

23

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Julian Fałat, „Śnieg” (krajobraz zimowy ze strumieniem), 1907 r.

Dr hab. Adam Izdebski i dr Piotr Guzowski o tym, że nie było małej epoki lodowcowej ani karczm na środku Bałtyku oraz że nawet najlepszy klimat nie uratowałby I Rzeczpospolitej.

Rozmówcy są historykami środowiskowymi. Dr hab. Adam Izdebski (po lewej) z Instytutu Historii Uniwersytetu Jagiellońskiego i Max Planck ­Institute for the Science of Human History w Jenie interesuje się dziejami świata śródziemnomorskiego i Europy Środkowej. Dr Piotr Guzowski (po prawej), związany z Instytutem Historii i Nauk Politycznych Uniwersytetu w Białymstoku, zajmuje się m.in. historią gospodarczą i demografią historyczną.

26

P O G O D A

© ANNA IZDEBSKA, LESZEK ZYCH, EAST NEWS/LASKI DIFFUSION

My, ze strefy przejściowej JĘDRZEJ WINIECKI: – Mieliśmy w tym roku wyjątkowo zimny maj. Czy bywały takie w przeszłości? ADAM IZDEBSKI: – Owszem, bywały. W XIV w. były sporo chłodniejsze, o  dwa–trzy stopnie od wieloletniej przeciętnej. A  także w XIX w., zwłaszcza na początku stulecia, za czasów Napoleona, kiedy w ogóle było chłodniej. Zresztą właśnie w tamtym okresie w Krakowie pierwszy raz pojawił się smog. Drewno zrobiło się drogie, więc mieszkańcy zaczęli częściej palić węglem kamiennym, mniej przyjemnym, za to łatwo dostępnym w okolicy miasta. Skąd wiadomo, że akurat wtedy było zimniej? AI: O ile klimat z przeszłości znamy wycinkowo, a historii klimatu Polski niestety nie znamy tak dobrze jak innych części Europy, o tyle tu możemy być zaskakująco precyzyjni za sprawą bardzo dobrej rekonstrukcji dendroklimatycznej wykonanej przez międzynarodowy zespół, głównie szwajcarsko-słowacki. Naukowcy przyjrzeli się przyrostom słojów tatrzańskich modrzewi z  prawie całego ostatniego tysiąca lat, gdzieś od pierwszej połowy XI w. Przyrosty w dużym stopniu były deter-

minowane temperaturami utrzymującymi się w Tatrach w maju i czerwcu, czyli na początku okresu wegetacyjnego modrzewi. Co prawda chodzi o drzewa rosnące po słowackiej stronie, ale rekonstrukcja ta sporo mówi też o warunkach panujących w Polsce, szczególnie południowo-wschodniej. Jakim Polska jest zatem krajem? Postrzega się ją raczej jako chłodną, ale może dlatego, że kiedyś sięgała dalej w głąb Eurazji i miała borealne fragmenty? PIOTR GUZOWSKI: – Tak, dawna Rzeczpospolita, mająca powierzchnię prawie 1 mln km, była układem znacznie bardziej skomplikowanym niż dzisiejsza Polska. Poszczególne części bardzo się od siebie różniły, jak sięgająca Łotwy północ Wielkiego Księstwa Litewskiego od województwa kijowskiego na południowym wschodzie. Klimat generalnie bywał surowy. Warunki i poziom rozwoju technicznego sprawiły, że np. lepsze zboża, jak pszenica czy jęczmień, potrzebne choćby do produkcji piwa, wymagające lepszych warunków klimatycznych i mniejszych ekstremów, były uprawiane na dużą skalę tylko

27

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

© BE&W, AKG-IMAGES/EAST NEWS

Jazda na łyżwach po zamarzniętym brzegu Bałtyku, 1910 r.

w niektórych regionach, w Prusach Królewskich i na południu kraju. Generalnie przez większość średniowiecza i czasów no‑ wożytnych w Rzeczpospolitej uprawiało się dwa najbardziej odporne zboża – żyto i owies – udające się w dość prymitywnym modelu rolnictwa, za to zapewniające przetrwanie, wyżywie‑ nie ludności i zwierząt oraz dające nadwyżki na eksport. Zwy‑ kle stanowiły one ponad 80 proc. zbiorów zbóż. Żyto żytem i chłody chłodami, ale panowie twierdzą w swoich pracach, że nie było czegoś takiego jak mała epoka lodowcowa, mająca być przecież jednym ze źródeł nieszczęść I Rzeczpospolitej. AI: W tej sprawie odbyła się dyskusja na zeszłorocznym euro‑ pejskim kongresie historii środowiskowej w Tallinnie. Po naci‑ skach naszych i jeszcze kilku krytycznie nastawionych badaczy stwierdzono zgodnie, że posługiwanie się tym pojęciem nie ma sensu. Rzecz pokazuje fundamentalny problem naszej dzie‑ dziny: jej pionierzy stworzyli kilka określeń, bardzo prostych, nośnych i idealnie dopasowanych do periodyzacji historycz‑ nej, często zachodnio‑ i europocentrycznych – rzymskie opti‑ mum klimatyczne, średniowieczny okres ciepły, średniowiecz‑ ne optimum klimatyczne czy właśnie mała epoka lodowcowa. Zbudowali je na podstawie bardzo ograniczonych danych, jaki‑ mi dysponowali w latach 60. i 70. Jest ciepło, więc Rzym wygry‑ wa, a w średniowieczu są budowane katedry. Jest zimno, więc wszystko się zawala i toczone są wojny. Chwyciło fantastycz‑ nie, zgrało się z wyobraźnią zbiorową historyków i szerokiej publiczności. Hasła te ugruntowały się nawet wśród history‑ ków klimatu i historyków środowiskowych. Do tego stopnia, że wciąż musimy ich używać, by wzbudzać zaciekawienie, wciąż się z tym zmagamy.

28

PG: Mała epoka lodowcowa jest najlepszym przykładem ewolu‑ cji podejścia dokonującej się w wyniku zmian metodologicznych i połączenia sił przez przedstawicieli różnych nauk. Coś, co po‑ czątkowo było postrzegane jako zjawisko ściśle związane z oziębie‑ niem klimatu, dopasowane gdzieś mniej więcej do okresu od 1550 do 1800 r., teraz postrzegane jest inaczej. Nie tyle mówi się o gene‑ ralnym spadku temperatur, ile o występowaniu ekstremów pogo‑ dowych, jak wyjątkowo mroźne zimy czy wiosny czy gorące i suche lata, i chronologicznie jest rozciągane od połowy XIII w. do począt‑ ków XIX w. Wcale nie jest jednak oczywiste, że mamy do czynie‑ nia z jakąś cezurą, po której przez kilkaset lat klimat stał się gorszy. AI: Tak, chodzi o to, że nie doszło wtedy do jednej globalnej zmiany klimatu. Z badań wiemy, że przed rozpoczęciem obec‑ nej ery destabilizacji klimatu nie było żadnych poważnych wa‑ hań warunków klimatycznych w ciągu ostatnich 2–3 tys. lat. Jak to nie było? A karczmy na Bałtyku w okresie oziębienia? AI: Karczmy oczywiście były, zaznaczono je m.in. na Carta Mari‑ na, pierwszej mapie Bałtyku, wykonanej w Uppsali w drugiej poło‑ wie XVI w. Przy czym nie ma danych źródłowych o szlaku austerii z Gdańska do Szwecji. Nawet logistycznie byłoby absurdalne rozcią‑ ganie ich łańcucha na setki kilometrów. Jak miano by przy ówcze‑ snej technologii i prędkości przemieszczania się dowozić produkty spożywcze na środek morza do jakiegoś odpowiednika dzisiejsze‑ go McDonalda, żeby wszyscy mogli tam sobie jeździć i zajadać? Po‑ stępowano tak, jak do dziś robi się na Syberii czy w Skandynawii, gdzie zimą wyznacza się dodatkowe drogi np. na zamarzniętych je‑ ziorach. Teraz to głównie skrócenie dystansu, wtedy chodziło o al‑ ternatywę dla wyboistej drogi. Znacznie wygodniej było podró‑ żować po równym lodzie, stąd szlaki komunikacyjne wytyczano  np. kilkaset metrów od wybrzeża. I to tam stały bałtyckie karczmy.

P O G O D A

Kąpiel w Bałtyku, 1920 r.

PG: Z końca XVIII w. mamy mapy Karola de Perthéesa, kartografa Stanisława Augusta, po którym zostały również ankiety wysyłane do proboszczów z pytaniem, ile czasu zajmuje dojechanie z różnych punktów parafii do kościoła. Na podstawie odesłanych odpowiedzi autor szkicował plany parafii, a później tworzył mapy ziem i województw. Z ankiet podlaskich, gdzie drogi były bardzo słabe, ładnie wychodzi, że czasy podróży zimą były nawet o połowę krótsze niż latem. A winnice w ciepłym średniowieczu? PG: Winorośl uprawiano nie tylko w późnym średniowieczu, jakieś próby podejmowano choćby w XVI w. Jej uprawę objaśnia się przede wszystkim wprowadzeniem chrześcijaństwa i potrzebami liturgii. Natomiast w XVI w., wraz z rozwojem handlu międzynarodowego i mocnego wejścia Polski do systemu światowego, uprawianie winorośli, zwłaszcza na północy kraju, przestało być w zderzeniu z rynkiem opłacalne. Ci, których było stać na wino, woleli słodkie reńskie albo węgrzyna niż kwaśne polskie. Chętniej od nich pito też piwo albo tańszy miód. AI: Dokładnie to samo pokazano dla Anglii w kontekście średniowiecznych anomalii klimatycznych, czy też tego, co na początku badań historii klimatu nazwano średniowiecznym okresem ciepłym. Jednym z  przemawiających za nim argumentów była angielska uprawa winorośli. Ale w miarę rozwoju szlaków handlowych potrzeba liturgiczna zaczęła być zaspokajana importem, nie było więc korelacji z temperaturą. No dobrze, ale przecież bywały w Polsce okresy chłodniejsze. AI: Oczywiście, ostatnie 200 lat zwłaszcza w Europie Środkowej upływało pod znakiem przejścia od bardzo zimnych temperatur początku XIX w. do coraz cieplejszych. Ale co do zasady późny holocen, czyli ostatnie 3 tys. lat, a więc okres, na któ-

ry przypadł rozwój złożonych społeczeństw, był klimatycznie bardzo stabilny. Ludzie dawniej zamieszkujący nasze tereny nie doświadczyli niczego takiego, przed czym my stoimy obecnie: globalnej synchroniczności zmian. Choć są regiony świata – i może Polska w obecnych granicach do nich należy – leżące w miejscu klimatycznie przejściowym. W paleoklimatologii czy historii klimatu ten sposób patrzenia, dostrzeganie lokalności klimatu, dopiero się zaczyna. Dekadę temu mówilibyśmy np. o Śródziemnomorzu jako o całości, teraz o co najmniej pięciu różnych regionach, w których różne mechanizmy atmosferyczne powodowały choćby zmiany w jesienno-zimowych opadach. Możemy więc podejrzeć, jak dawne społeczeństwa w mniejszej skali radziły sobie ze zjawiskami, z którymi my się dziś mierzymy w skali globu. Inna generalna zmiana w podejściu do badania klimatu polega na tym, że o ile wcześniej społeczeństwa postrzegano jako raczej bezradne w stosunku do ekstremów pogodowych, to obecnie bardziej przygląda się temu, na ile były odporne na anomalie klimatyczne czy pogodowe. Czy mieszkańcy dawnej Polski mierzyli się z podobnie często występującymi ekstremalnymi zjawiskami? PG: Odpowiedź nie jest prosta. Sęk w tym, że z czasem, gdzieś od drugiej połowy XVII i XVIII w., rośnie liczba dostępnych źródeł, a wraz z nimi rejestrowana w nich liczba ekstremów pogodowych, zwłaszcza susz. Ich częstsze odnotowanie może wynikać z realnie zwiększonej liczby występowania ekstremalnych zjawisk, ale i z tego, że po prostu liczba zachowanych źródeł jest większa niż dla wcześniejszych okresów. Nie jest jednak tak, że ludzie byli wobec nich zupełnie bezbronni. Na przykład z podlaskich lustracji dóbr królewskich wynika, że w roku 1576 lub nieco wcześniej doszło do poważnego gra-

29

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

dobicia. W lustracji zapisano, że w kilku wsiach zostały zniszczone plony, co musiało wiązać się z dramatem ich mieszkańców, ale władze starostwa bielskiego, by ulżyć ich doli, zwolniły mieszkańców z czynszów. To samo zjawisko wykazano dla Wielkopolski w 1565 r., gdzie po gradobiciu poborcy podatkowi stosowali zwolnienia z podatku, bo i w tym przypadku byłby kłopot z płaceniem, zwolnienie przyznawano na rok czy trzy lata. A w kolejnych rejestrach nie odnotowano już zmniejszonych płatności. Przy ówczesnym poziomie rozwoju technicznego, rynku i transportu gradobicie było znacznie bardziej dotkliwe niż dziś, a potrafiono poradzić sobie z jego skutkami. Dane o przeszłości polskiego klimatu są szczupłe. Czy da się ustalić więcej, czy gdzieś drzemią rezerwy? Nie mamy przecież choćby tylu źródeł świeckich z dawnych czasów co Europa Zachodnia, odpowiedników zimowych pejzaży Pietera Bruegla. AI: Bruegel nie jest dowodem, że klimat był taki czy inny, to zaledwie dobra ilustracja, nie traktujmy jej jako źródła rozstrzygającego, że było wtedy zimno. PG: Ale jest ilustracją, która świetnie wpisuje się w postrzeganie małej epoki lodowcowej. W Polsce mamy wciąż wiele nie-

N A U K A

przeanalizowanych pod kątem klimatycznym masowych źródeł gospodarczych i prawnych, to tysiące stron ksiąg sądowych, rachunków, inwentarzy dóbr. Wymagają jednak równoległych badań w archiwum natury, porównań z danymi dostarczanymi przez przyrodników. AI: Pomiarów temperatury incydentalnie dokonywano w Polsce jeszcze w XVII w., robiła je osobiście królowa Maria Gonzaga albo ludzie z jej otoczenia. Regularne zaczęły się pod koniec oświecenia, to głównie Jan Śniadecki w Krakowie. Czasy wcześniejsze rekonstruujemy właśnie na podstawie badań przyrodniczych. Umieszczone w nich dane są jednak zawsze wycinkowe, mają różną dokładność, dotyczą określonej pory roku oraz określnego parametru pogody, np. temperatury wiosennej czy opadów jesienno-zimowych, znacznie rzadziej ciśnienia atmosferycznego. W celu ich rekonstrukcji pobierane są próbki drzew, żywych i martwych, osadów – głównie błoto w różnej postaci i gęstości, ale też np. stalagmitów czy innych rodzajów nacieków skalnych. Osady mogą pochodzić z torfowisk, jezior, lagun, dna mórz, starorzeczy, ewentualnie także stawów, studni i cystern, choć te ostatnie są regularnie czyszczone. Przy każdej rekonstrukcji z zebranego materiału

Zagrożenie występowaniem niepożądanych zjawisk NASILAJĄCE SIĘ SKUTKI ZMIAN KLIMATU susza

powodzie

niekorzystne zmiany warunków hydrologicznych

przeżyźnienie wód śródlądowych

ryzyko wystąpienia wg marszałków poszczególnych województw nie występuje niskie umiarkowane wysokie bardzo wysokie

okresowe problemy z zaopatrzeniem w wodę

wyspy ciepła

30

nawalne deszcze

porywiste wiatry

fale mrozów

fale upałów

osuwiska

pożary lasów

osłabienie kondycji drzewostanów

zanik różnorodności biologicznej

P O G O D A

Jak takie gwałtowne zmiany wpływały na społeczeństwo? AI: Dla Europy Środkowej ustalono korelację palenia czarownic i występowania ekstremów pogodowych. Autor tego spostrzeżenia, szwajcarski historyk Christian Pfister, trochę się go wstydzi, bo myślał, że to efekt zależności gospodarki i demografii, a decydujące wydają się mechanizmy kulturowe. Właśnie składamy do druku artykuł, który będzie fajerwerkiem z punktu widzenia historii klimatu. Okazuje się, że w VI w. naszej ery w Toskanii doszło do ekstremalnych opadów jesiennych. Nie miało to większego wpływu na życie gospodarcze, ale znalazło odbicie w kulturze – popularny stał się wtedy nowy typ cudów, cuda „wodne”, nowość w skali całej chrześcijańskiej literatury hagiograficznej tamtej epoki. Święci zawracali patykiem wylewające rzeki, a św. Scholastyka przywoływała gwałtowną ulewę, żeby zatrzymać u siebie św. Benedykta, ­ojca łacińskiego monastycyzmu, na nocne rozmowy duchowe. Ekstrema nie miewały wpływu na politykę? AI: W Anglii powstał doktorat o tym, że unia ze Szkocją została zawiązana w okresie częstszych burz na morzach. Pogoda przeniknęła do debat politycznych, uświadomiła elitom obu stron ich słabość i pchnęła w głębsze związki w celu zbudowania silniejszego organizmu handlowo-politycznego. A Polacy radzili sobie lepiej w cieple czy zimnie? Zarówno tzw. złoty wiek, jak i kryzysy XVII w. przypadły na czasy ­chłodniejsze. PG: Po unii lubelskiej województwa ukraińskie zostały włączone do Korony i  objęte ochroną wojskową, co pozwoliło zabezpieczyć je przed najazdami tatarskimi przez prawie 100 lat, do powstania Chmielnickiego. Nie było w tym okresie drugiego regionu w Europie, który tak znakomicie rozwijałby się gospodarczo, rolniczo i osadniczo. Doszło do totalnej eksplozji aktywności gospodarczej. Mogła mieć wiele przyczyn, pewnie klimatycznych też, ale osadnictwo mogło się rozwi-

ROSNĄCA PRESJA NA EKOSYSTEMY ZE STRONY: przemysłu rolnictwa

urbanizacji

infrastruktury

ZWIĘKSZAJĄCA SIĘ KONKURENCJA O ZASOBY deficyt surowców deficyt wody

długotrwałen przerwy w dostawie energii

bariery dla rozwoju ekoinnowacji

składowania odpadów

degradacja cennych zasobów przyrodniczych © INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

pobiera się próbki, poddaje takiej obróbce, najczęściej chemicznej, by oznaczyć ich skład izotopowy albo zmierzyć szerokość słojów (rocznych przyrostów drewna). Kluczowe znaczenie ma przy tym badanie ostatnich kilku dekad czy stuleci – dla których wyniki badań przyrodniczych można zestawić z autentycznymi pomiarami warunków pogodowych i określić zależność badanej zmiennej od klimatu. Równolegle bada się źródła pisane, ale bywa z nimi różnie. Można przypuszczać, że niektóre są bardziej wiarygodne – np. po co zafałszowywać daty początku winobrania. I okazuje się, że notatki bywały niedokładne, np. podczas wojen. Nie mówiąc już o tym, że przyspieszenie czy opóźnienie zbioru wpływa na smak wina i termin początku winobrania zależy od tego, w jaki smak się celuje. Kolejny problem pojawia się w przypadku źródeł literackich. W epoce nowożytnej jest ich mnóstwo, choć mówienie na ich podstawie, jaki kiedyś był klimat, jest wysoce ryzykowne. Co pokazują próby rekonstrukcji klimatu starożytności albo średniowiecza, dokonywane przede wszystkim na dokumentach literackich, prowadzące do dziwnych wyników. Czy za życia jednej osoby dochodziło w przeszłości do dużych wahań? Czy pamiętano z własnego doświadczenia, że kiedyś zimy były cieplejsze albo że więcej padało? AI: Najstarsi górale żyjący za Napoleona mogli pamiętać, że w czasach ich młodości maje i czerwce były cieplejsze. Mamy też dobry przykład ze Śródziemnomorza. Pod koniec V w. w Lewancie doszło do skoku opadów o 30–40 proc. z dekady na dekadę, za co odpowiadały prawdopodobnie opady ekstremalne, których rozmiary znamy z badań osadów jeziornych w Turcji. Otóż w dwóch wsiach w Libanie, rozkopanych przez polskich archeologów, nagle rozbudowano infrastrukturę do pozbywania się wody deszczowej, m.in. pogłębiono rynsztoki przy głównej ulicy. Nie wiemy, dlaczego podjęto decyzję o ich budowie, ale wiemy, co się działo w tym miejscu z klimatem.

ŹRÓDŁO: MINISTERSTWO ŚRODOWISKA, 2018 r.

31

© ANDRZEJ SIDOR/FORUM

N I E Z B Ę D N I K

N A U K A

Młode kobiety na wakacjach, lata 30.

jać, bo miało na Ukrainie zapewnione stosunkowo dobre gleby i dużo terenów jeszcze niezamieszkanych, a po 1569 r. już bezpiecznych. Wiemy też, że XVI w. nie był klimatycznie jednostajny. Ale nie było tak, że spowodowane pogodą np. załamanie plonów i brak żywności pchnęło Szwedów do grabienia Rzeczpospolitej i północnych Niemiec. Budowa tzw. fiscal-military state [państwa organizującego duże siły zbrojne w drodze zbierania wysokich podatków – przyp. red.] zaczęła się sporo wcześniej, podobnie kariera w armii była atrakcyjną strategią życiową jeszcze zanim Szwecja dołączyła do wojny trzydziestoletniej. Ekspansja toczyła się z powodów politycznych i gospodarczych. Nie chodziło o lepszy klimat? AI: Nie idźmy torem myślenia urlopowiczów z północnej Europy, którzy jeżdżą na południe: klimat jest tam po prostu inny, wiąże się z innymi wyzwaniami. Każdy – poza miejscami tak ekstremalnymi jak Sahara albo Arktyka – ma swój potencjał i ludzie umieją się do niego dostosować, na tym polega wyjątkowość człowieka jako gatunku. Wracając do Szwedów: ekspansja jakiegoś bytu politycznego rzadko następowała dlatego, że zły klimat wypycha, a lepszy przyciąga. Idea push-pull factors, jak to się mówi fachowo, jest bardzo zwodnicza. Świetny przykład: Mongołowie. Utarło się, że rozpoczęli swoją ekspansję, gdy było sucho. Tymczasem z badań paleoklimatycznych wynika, że ruszyli w okresie, gdy rok po roku mocno padało, a step zarastał bujną trawą. Można było wyżywić i wyekwipować armię, były zasoby na organizację podboju. Społeczeństwo dotknięte głębokim kryzysem przyrodniczym nie ma z reguły potencjału do ataku na społeczeństwa, które pozostają rzekomo w lepszej sytuacji. PG: Wczesne badania nad przeszłością klimatu były bardzo deterministyczne, wiele zjawisk społecznych czy politycznych tłumaczono w  prosty sposób kwestiami klimatycznymi, od czego się odchodzi. Czynników wpływających na suk-

32

I N T E L I G E N T A .

ces przetrwania społeczeństw jest bardzo dużo, klimat jest jednym z nich, czasami ważnym, ale dopóki nie dochodzi do zbiegu kryzysów ekonomicznych, wojen i zwykle powodowanych przez nie epidemii, to społeczeństwo sobie radzi. Stąd wiek XVI czy początek XVII możemy uznawać za złoty wiek bez względu na sytuację klimatyczną. Kontekst braku wojen, rozwoju gospodarczego i  integracji rynku w  Europie sprawił, że nawet jeśli zdarzały się pewne negatywne zjawiska pogodowe czy klimatyczne, to społeczeństwo potrafiło je neutralizować. Dopiero kiedy dołączyły wojny połowy XVII w. czy trochę wcześniej epidemie, to powstał poważny kłopot. Najlepszy klimat by nas wtedy nie uratował, co 20–30 lat podejmowano ciągłą próbę odbudowania potencjału społeczeństwa, ale regularnie przychodził kolejny kataklizm, który sprowadzał je do parteru. Jaka przyszłość czeka więc Polskę w epoce r­ ozchwianego klimatu? AI: Zmiany klimatu są szybkie, pewnie już w perspektywie dekady, czyli raptem dwóch cykli wyborczych, dowiemy się wielu nowych rzeczy o naszym systemie społeczno-ekologicznym. I tu jako historycy niesiemy przesłanie nadziei, pokazujemy, że sam klimat, nie mówiąc o pojedynczym zjawisku przyrodniczym, nie jest dźwignią, której przestawienie zdeterminuje przyszłość całych społeczeństw. PG: Prognozy przyszłości brzmią atrakcyjnie i łatwo się sprzedają, ale szybko ulegają weryfikacji. Przewidywania wynikające z badań klimatu – podobnie jest w demografii – z reguły już po kilku latach nie dają się obronić. Badanie historii klimatu dlatego pozwala optymistycznie patrzeć w przyszłość, że nawet jeśli mamy do czynienia z ekstremami pogodowymi, to wiemy, że wcześniej sobie z nimi radzono. Stoimy co prawda w obliczu zmian klimatu, ale dysponujemy znacznie większymi możliwościami niż społeczeństwa przedindustrialne. ROZMAWIAŁ JĘDRZEJ WINIECKI

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

Z głową w chmurach Jak wyglądają chmury? Wie to każdy. Ale nad tym, że potrafią one przybierać niecodzienne kształty i barwy, mało kto się zastanawia. I niewielu potrafi je rozróżniać. Proponujemy krótki przewodnik po tych zjawiskach, które – kiedy patrzy się z Kosmosu – zakrywają średnio 70 proc. powierzchni Ziemi.

34

N A U K A

T O ,

C O

U L O T N E polarne chmury stratosferyczne Można je zobaczyć jedynie w wysokich szerokościach ­geograficznych. Często opalizują i przyjmują kształt soczewek – wtedy zwane są obłokami perłowymi. Są najpiękniejsze, gdy Słońce znajduje się kilka stopni poniżej linii horyzontu i oświetla je od dołu. Powstają na wysokości 15–25 km, czyli w stratosferze – drugiej po troposferze, licząc od powierzchni Ziemi, warstwie atmosfery – zwykle dopiero wtedy, gdy temperatura na tej wysokości spada poniżej -85 st. C. Składają się z ­kryształków lodu o średnicy ok. 10 mikrometrów. Miejscem, gdzie można je najczęściej oglądać, jest Antarktyda, ale poza tym widywano je w różnych rejonach Arktyki, a nawet w Szkocji i południowej S­ kandynawii.

© GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO

P O G O D A :

35

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

CHMURY WYSOKIE

Klasyfikacja chmur Mało kto wie, że najpopularniejsza klasyfikacja – na chmury pierzaste (cirrus), kłębiaste (cumulus) i warstwowe (stratus) oraz ich kombinacje – liczy sobie już ponad 200 lat. Zaproponował ją w 1803 r. angielski aptekarz Luke Howard. W następnych dekadach kilka razy ją modyfikowano, aż w końcu w latach 80. XIX w. powstał system obowiązujący do dziś. Chmury podzielono na 10 podstawowych rodzajów zaliczanych do czterech różnych pięter, w zależności od wysokości nad Ziemią. Dodatkowo każdy rodzaj może występować w wielu gatunkach, a z kolei gatunek – w wielu odmianach. Tych ostatnich jest łącznie już ponad sto, a ich opisy znajdziemy w uaktualnianym od czasu do czasu Międzynarodowym Atlasie Chmur prowadzonym przez Międzynarodową Organizację Meteorologiczną.

12 kilometrów

Cirrus

chmury wysokie

11

10

9

8

Cirrocumulus

Cirrostratus

7 Cumulonimbus

6 Altostratus

4

chmury średnie

5 Altocumulus

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

36

Nimbostratus 1 Stratus 0

Stratocumulus

chmury niskie

Cumulus

2

© WENDY RAUW PHOTOGRAPHY/GETTY IMAGES

3

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

cirrus To jedna z pierwszych chmur, która otrzymała swoją łacińską nazwę. Cirrus oznacza loczki włosów. To właśnie dostrzegł w niej Luke Howard. Polska nazwa – chmura pierzasta – nie do końca odpowiada ­łacińskiej, ale też nawiązuje do charakterystycznego wyglądu takich obłoków często przypominających delikatne piórka. Cirrusy to chmury piętra wysokiego, co oznacza, że powstają na wysokości ­ponad 5 km (rekordzistki ­formowały się na poziomie 12–14 km) i zbudowane są w całości z kryształków lodu. Pojawienie się cirrusów na niebie może zapowiadać nadejście frontu atmosferycznego.

37

N I E Z B Ę D N I K

cirrocumulus Chmura kłębiasto-pierzasta to krewniaczka klasycznego cirrusa. Także powstaje na dużej wysokości, składa się z kryształków lodu i może zajmować całe niebo lub sporą jego część. I także jest bardzo cienka i delikatna. Ma jednak inny wygląd. Składa się z małych elementów przypominających kłębki, ziarenka lub zmarszczki na wodzie. Są one białe, ułożone regularnie i zwykle nie widać na nich cienia od strony odsłonecznej. ­Rozmiar kątowy tych segmentów nigdy nie przekracza jednego stopnia kątowego. Cirro­cumulusy są na tyle delikatne, że nigdy nie zasłaniają słońca lub księżyca.

38

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

cirrostratus

© GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO (2)

Ostatnia przedstawicielka lodowych chmur piętra wysokiego – chmura warstwowo-pierzasta. Formuje się na wysokości 6–12 km, składa z lodu i w przeciwieństwie do dwóch poprzednich zwykle nie ma żadnej wewnętrznej struktury. Jest przezroczystą, cienką, białawą zasłoną przykrywającą całe niebo lub jego większość. Czasami trudno ją dostrzec na niebie, jeśli jest delikatna. Zdarza się, że jedynym dowodem na jej obecność jest halo – pierścień wokół słońca lub księżyca p ­ owstający w wyniku załamania promieni słonecznych na kryształkach lodu. Gęstniejące cirrostratusy pojawiające się po cirrusach często zapowiadają pogorszenie pogody.

39

N I E Z B Ę D N I K

CHMURA O ROZBUDOWIE PIONOWEJ

40

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

T O ,

C O

U L O T N E

cumulonimbus Chmura kłębiasta deszczowa – ciężka i gęsta od wody – przekracza granice poszczególnych pięter. Jej podstawa znajduje się w piętrze niskim, na wysokości 1–2 km, a wierzchołek podobny do kalafiora lub kowadła może sięgać granic tropopauzy, a nawet przebijać się do stratosfery. Na dole cumulonimbusy składają się z kropli wody, na górze – z lodu. Towarzyszą im burze, ulewy, porywy wiatru, czasami grad, trąby powietrzne i tornada. Największe tego typu chmury mogą mieć średnicę ponad 20 km. Takie olbrzymy mogą wyrastać latem, kiedy dochodzi do zderzenia dwóch mas powietrza znacznie różniących się temperaturą i wilgotnością.

© SPL/EAST NEWS

P O G O D A :

41

N I E Z B Ę D N I K

CHMURY ŚREDNIE

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

altostratus

© 123RF, SPL/EAST NEWS

Chmura warstwowa. Kiedy zasnuje niebo, przypomina matowe szkło, przez które widać rozmyte słońce lub księżyc. Przypomina powstającego wyżej cirrostratusa, ale jest od niego ciemniejsza. Powstaje zazwyczaj na wysokości od 2 do 5 km, gdy spokojna masa powietrza zostaje zmuszona do wędrówki w górę – wówczas znajdująca się w nim para wodna ulega skropleniu. Deszcz rzadko pada z altostratusów, za to często można u ich podstawy obserwować zjawisko virga, czyli opadu atmosferycznego, który nie dociera do powierzchni Ziemi. Gęstniejący i obniżający się altostratus może się zmienić w nimbostratusa – deszczową chmurę warstwową.

42

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

altocumulus Chmura kłębiasta powstaje na wyso­ kości od 2 do 5 km i składa się z wy­ raźnych, dużych elementów, które zazwyczaj mają kształt zbliżony do okrągłego. Zajmuje wtedy sporą część nieba i może występować rów­ nocześnie na kilku poziomach. Roz­ miary poszczególnych elementów są znacznie większe niż w przypadku wysokiego cirrocumulusa, ale nie tak duże jak u niskiego stratocumulusa. Czasami altocumulus pojawia się w formie grupy soczewek. Wtedy stanowi forpocztę frontu chłodnego, a w górach towarzyszy halnemu. Obecność soczewkowatych alto­ cumulusów wskazuje na silne zafalo­ wania powietrza. Przelatujące ponad takimi strefami zafalowań samoloty często wpadają w turbulencje. Choć altocumulus składa się w ca­ łości z kropel wody, deszcz nigdy z niego nie pada.

43

N I E Z B Ę D N I K

CHMURY NISKIE

44

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

T O ,

C O

U L O T N E

cumulus Chmura kłębiasta o charakterystycznym wyglądzie – płaskiej podstawie i puszystych wybrzuszeniach powyżej. Podstawa formuje się zazwyczaj w odległości pół do kilometra od Ziemi, choć niektóre cumulusy mogą powstawać nawet na wysokości 2 km. Występują pojedynczo lub grupami (nawet wtedy jednak nie łączą się ze sobą). Cechą charakterystyczną tej chmury jest duża zmienność, szczególnie gdy powietrze jest niestabilne. Wtedy z niewielkiej chmury kłębiastej może w ciągu godziny wyrosnąć wieża wznosząca się na wysokości 5 km, a zatem sięgająca granicy piętra wysokiego. W wyniku dalszego pionowego rozwoju cumulusa może dojść do jego metamorfozy i przeobrażenia się w chmurę kłębiastą deszczową. Kiedy jednak pogoda jest stabilna i wyżowa, cumulusy pozostają nieduże, zapowiadając dobrą pogodę.

© SPL/EAST NEWS

P O G O D A :

45

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

nimbostratus

© BE&W, SPL/EAST NEWS

Chmura warstwowa deszczowa. Może mieć rozmiary setek kilometrów i grubość ponad 5 km. Jest amorficzna, ciemna od kropelek wody, którymi chętnie dzieli się z gruntem. Tylko z niej deszcz (lub śnieg) może padać nawet przez kilka dni i to od razu na znacznym obszarze. Olbrzymie rozmiary nimbostratusów wynikają stąd, że powstają one w wyniku połączenia się wielu warstw chmur warstwowych średniego i niskiego piętra. Jest tak gruba i gęsta, że całkowicie zasłania słońce i księżyc. Przychodzi wraz z powoli wędrującym frontem ciepłym powstającym wtedy, gdy ciepłe powietrze wypiera chłodne. Zapowiedzią takiego frontu są cirrostratusy przechodzące w altostratusy. Nimbostratus sam w sobie nie przynosi burz, ale czasami w jego wnętrzu ukrywa się chmura burzowa, która może zagrzmieć.

46

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

stratus Chmura warstwowa. Zwykle tworzy jednolitą warstwę o grubości kilkuset metrów. Słońca ani księżyca zwykle przez nią nie zobaczymy (wyjątkiem jest półprzezroczysta odmiana translucidus). Od mgły stratus różni się właściwie tylko tym, że nie dotyka gruntu. Czasami powstaje poprzez uniesienie się mgły. ­Wtedy wisi tak nisko, że giną w nim wyższe piętra wieżowców. Deszcz, jeśli pada z takiego stratusa, jest przeważnie mało intensywny. Ma postać mżawki lub jednostajnego kapuśniaczka. Czasami stratus zjawia się jednak nie w formie „wiszącej mgły”, ale pędzących z wiatrem strzępków, które zwieszają się w dół. W takiej formie towarzyszą one chmurom deszczowym i burzowym.

47

N I E Z B Ę D N I K

stratocumulus Chmura kłębiasto-warstwowa to najpowszechniejszy typ chmury na Ziemi. Szacuje się, że pokryta nimi jest 1/4 nieba nad oceanami i 1/8 nad lądami. Warstwy stratocumulusów pojawiają się, gdy wędrujące powoli do góry powietrze styka się na niskiej wysokości (poniżej 2 km) z powietrzem osiadającym. W strefie granicznej następuje kondensacja pary wodnej i pojawiają się chmury tworzące warstwę składającą się z wyraźnych płatów. Strato­ cumulusa łatwo pomylić z wyżej powstającym altocumulusem. Prosty test na ich odróżnienie polega na wyciągnięciu ręki w stronę chmury – jeśli rozmiary pojedynczego elementu są rozmiarów kciuka, nad nami wisi altocumulus, jeśli są rozmiarów pięści – jest to stratocumulus. Chmura ta występuje jednak w wielu odmianach.

48

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

T O ,

C O

U L O T N E

© GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO

P O G O D A :

49

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

INNE ZJAWISKA

© GETTY IMAGES

arcus roll cloud Taka chmura podobna do długiego walca pojawia się albo na przodzie chmury burzowej – wtedy przejściu arcusa towarzyszy porywisty podmuch, czyli szkwał, a zaraz po nim ulewa. Stąd inna nazwa takiej formacji – wał szkwałowy. Ale taka rolka chmur może też powstać zupełnie niezależnie od innych chmur. Jest to zjawisko rzadkie i dość niezwykłe. Obserwujący ma wrażenie, że nisko nad jego głową przetacza się dość powoli olbrzymi walec. Są miejsca na Ziemi, gdzie coś takiego pojawia się regularnie. Najsłynniejszym przykładem jest słynna Morning Glory Cloud pojawiająca się w październiku w australijskim stanie Queens­land. Kto chce zapolować na takiego arcusa w innym miejscu, powinien czatować na niego na granicy lądu i morza.

© SPL/EAST NEWS

fallstreak hole

50

Okrągła lub eliptyczna dziura w chmurze kłębiastej wysokiej (cirrocumulus) lub średniej (­ altocumulus). Takie prześwity – zwane popularnie dziurkaczami – powstają wtedy, gdy kropelki wody w chmurze są silnie przechłodzone, ale nie zamarzły jeszcze z powodu braku w powietrzu jąder kondensacji, na których mogłyby osiąść i zmienić się w lód. Przelot samolotu może jednak sprawić, że takie jądra kondensacji się pojawią, a wtedy dochodzi do gwałtownej przemiany przechłodzonej wody w lód, który przyciąga kolejne krople wody, a potem zaczyna opadać. Do ziemi jednak nie dociera, ponieważ po drodze wyparo­wuje. W chmurze pozostaje za to dziura.

C O

U L O T N E

smugi kondensacyjne

© SPL/EAST NEWS

T O ,

Choć nie są one naturalnymi chmurami, zostały uwzględnione w Międzynarodowym Atlasie Chmur jako chmury pierzaste antropogeniczne (Cirrus homogenitus). Za ich powstanie odpowiadają samoloty, które na dużych wysokościach wyrzucają z silników ciepłe powietrze oraz mnóstwo jąder kondensacji. Jeśli akurat pokonują warstwę powietrza zawierającego spore ilości pary wodnej, ta zostaje zmieniona w kryształki lodu. Im bardziej wilgotne jest powietrze, tym taka smuga kondensacyjna utrzymuje się dłużej, przechodząc ewolucję od chmury pierzastej do pierzasto-kłębiastej (Cirro­ cumulus homogenitus). Jeśli ruch lotniczy jest duży, sztuczne chmury mogą hamować rozwój naturalnych obłoków na dużych wysokościach.

wiry von Kármána

© NASA

P O G O D A :

Takie cudo natury można oglądać tylko z dużej wysokości. Pierwsze zdjęcia wirów powstających od zawietrznej strony oceanicznych wysepek wykonały satelity pogodowe wysłane na orbitę okołoziemską ponad pół wieku temu. Sam proces powstawania takich wirów, nie tylko w powietrzu atmosferycznym, ale ogólnie w płynach omijających kanciaste przeszkody, opisał znacznie wcześniej fizyk i matematyk Theodore von Kármán. Stąd ich nazwa. W atmosferze takie spirale, w których uwięzione zostają chmury, mogą się ciągnąć na długości kilkuset kilometrów i mieć średnicę 20–40 km. Z czasem zauważono, że podobne ścieżki naprzemiennych (raz wirujących w lewo, raz w prawo) „karuzel” Kármána mogą się tworzyć również wtedy, gdy przepływ powietrza zostaje zaburzony przez wysoką, s­ amotną górę.

51

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

chmura pożarowa Duży pożar roślinności naturalnej może doprowadzić do powstania najpierw mniejszej chmury kłębiastej rodzaju ­cumulus, która następnie – jeśli energia pożaru jest dostatecznie duża – może się powiększyć i zmienić w chmurę kłębiastą deszczową rodzaju cumulo­nimbus. Intensywnie palący się las czy busz dostarczają zarówno mnóstwa ciepła, jak i wody obecnej w spalanych fragmentach roślin. Uwolniona z nich para wodna ochładza się i skrapla w miarę wędrówki w górę. Czasem taka chmura osiąga wysokość kilkunastu kilometrów. Na dole jest czarna od sadzy i popiołów. W takiej chmurze mogą powstawać wyładowania atmosferyczne, a jeśli jest dostatecznie duża – ogniowe tornada. Oficjalna nazwa pożarowej chmury to Cumulonimbus flammagenitus, popularna – pyro­cumulonimbus.

© GETTY IMAGES (4)

ship track

52

Białe serpentyny niskich obłoków wijących się ponad morzami i oceanami dowodzą, że nie tylko samoloty, ale także statki mogą być źródłem chmur. Niektóre często uczęszczane akweny, na przykład północny Atlantyk, są czasami pokryte setkami takich chmurowych ścieżek. Są one cienkie i delikatne, ale w sprzyjających warunkach mogą mieć długość setek kilometrów. Powstają dzięki kominom statków emitujących zanieczyszczenia powstające podczas spalania paliwa okrętowego. Te drobiny stają się jądrami kondensacji dla pary wodnej. Ścieżki statków powstają zwykle wśród naturalnie powstałych chmur warstwowych rodzaju stratus, ale są od nich bielsze, ponieważ składają się z mniejszych kropelek wody.

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

super komórka burzowa Chmura kłębiasta burzowa (cumulonimbus) osiągająca rozmiary tak duże, że w jej wnętrzu dochodzi do powstania potężnego wiru zwanego mezocyklonem. Obecność ­mezocyklonu znacznie ­w ydłuża żywotność chmury – dzięki niemu może ona istnieć przez wiele godzin, powiększać się w tym czasie i pokonać setki kilometrów. Superkomórkom nierzadko towarzyszą ­nawałnice i szkwały, a mogą też ­pojawiać się trąby powietrzne i ­tornada – energetyczne wiry, które wysuwają się z podstawy chmury i dolnym końcem dotykają gruntu, siejąc zniszczenie. Dopóki taki lejek wisi w powietrzu, nazywany jest tubą. Takie tuby mogą występować także pod zwykłymi chmurami burzowymi, a czasami ­obserwuje się je nawet pod rozrośniętymi cumulusami.

obłoki z kominów Najnowsza wersja Międzynarodowego Atlasu Chmur zawiera liczne przykłady formacji, które swoje istnienie zawdzięczają człowiekowi. Wszystkie one określane są łacińskim terminem homogenitus. Są wśród nich także podobne do cumulusów obłoki generowane przez kominy i chłodnie kominowe zakładów przemysłowych, na przykład elektrowni konwencjonalnych. Powstają one zwykle przy bezwietrznej pogodzie, gdy ciepłe, wilgotne powietrze może spokojnie wędrować do góry. Pojawienie się silniejszego wiatru uniemożliwia uformowanie się klasycznej chmury kłębiastej; zamiast niej mamy po prostu dym z komina.

53

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Oprócz błękitnego nieba

54

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

K

ażdego dnia słońce wstaje na wschodzie i zachodzi na zachodzie. Wiemy oczywiście, że jego wędrówka po sferze niebieskiej jest pozorna. To nie ono krąży wokół Ziemi, ale nasza planeta je obiega. Iluzji jest tu więcej. Bytem abstrakcyjnym jest sama sfera niebieska, czyli coś na kształt kuli, w której środku tkwimy, oglądając – niczym widzowie w sferycznym teatrze – wędrówkę planet, księżyców oraz gwiazd pogrupowanych w  gwiazdozbiory (które, nawiasem mówiąc, są także grą pozorów). W ciągu dnia jednak gwiazd nie widać. Z wyjątkiem jednej: Słońca. To ono jest źródłem światła widzialnego, które zostaje poddane „torturom” w ziemskiej atmosferze. Bez niej nasza sfera niebieska miałaby barwę kosmosu – czarną jak na Księżycu czy Merkurym. Ta gazowa otoczka naszej planety odpowiada za wielobarwne widowiska optyczne, które odbywają się nad naszymi głowami. A  atmosfera, jak wiadomo, jest domeną meteorologów (i geofizyków).

Światło słoneczne nie ma łatwego życia w atmosferze. Zanim dotrze do ziemskiego obserwatora, może zostać pochłonięte, odbite, ugięte, załamane i rozszczepione, a także rozproszone. Dla niego to tortury, dla nas przyjemność w kolorze.

© GETTY IMAGES

Lazury i pomarańcze Zacznijmy od tego, dlaczego czyste, bezchmurne niebo jest błękitne. Odpowiadają za to rozmaite cząstki materii, których w  ziemskim powietrzu znajdziemy bez liku: molekuły gazów, drobiny kurzu, sadzy, pyłów, cząsteczki wody. Wszystkie one pod wpływem dawki światła słonecznego zaczynają drgać i w efekcie emitują wtórne promieniowanie zwane rozproszonym. Każda z barw składających się na białe światło słoneczne – czerwień, zieleń i niebieski oraz kolory pośrednie – ma inną długość fali, co z kolei przekłada się na różną intensywność ich rozpraszania przez cząsteczki gazów atmosferycznych: azotu i tlenu. Niebieski, któremu odpowiada najkrótsza fala, jest przez nie rozpraszany znacznie intensywniej niż czerwony. Dlatego właśnie w ciągu dnia światło słoneczne dociera do naszych oczu ze wszystkich stron nieba pod postacią rozproszonych promieni niebieskich. Odkrył to pod koniec XIX w. brytyjski fizyk John William Strutt, lepiej znany jako lord Rayleigh, który to tytuł odziedziczył po swoim ojcu. Jednak rozpraszanie Rayleigha, jak nazwano to zjawisko, ma swój limit. Działa jedynie wtedy, gdy długość fali światła jest większa od cząsteczki, na którą pada. Molekuły gazów mieszczą się w tej kategorii, ale już na przykład kropelki wody czy też kryształki lodu są zbyt duże. One również rozpraszają pro-

55

mieniowanie widzialne, ale hurtem, bez rozdzielania go na poszczególne barwy. Dlatego chmury, które są – jak już wiemy – zbudowane z wody i lodu, mają kolor biały. Szczególnie te mniejsze, bo olbrzymy emanują od spodu różnymi odcieniami szarości, co bierze się stąd, że dolne fragmenty takiej grubej na wiele kilometrów chmury są słabo oświetlone. O wiele bardziej kolorowo niż w ciągu dnia jest na niebie rano i wieczorem, kiedy tarcza słoneczna wisi nisko nad horyzontem albo skrywa się tuż pod nim. Wtedy bowiem droga promieni słonecznych przez atmosferę jest znacznie dłuższa, a światło niebieskie zostaje jako pierwsze wielokrotnie rozproszone przez cząsteczki gazów (powróciliśmy do rozpraszania Rayleigha), co pozwala przebić się do naszych oczu innym barwom o dłuższej fali: żółcieniom, pomarańczom i czerwieniom. Zobaczymy je, jeśli skierujemy wzrok w stronę wschodzącego lub zachodzącego słońca. W pierwszym przypadku będzie to zorza poranna, w drugim – wieczorna. Początek i koniec dnia to zresztą pory występowania wielu interesujących zjawisk optycznych. Jeśli dopisze nam szczęście, możemy np. zobaczyć cień Ziemi – szaroniebieski pas, który zawisa tuż nad horyzontem, ukazując krzywiznę globu. Powyżej niego czasem widoczna jest zaś smuga różowoczerwonego nieba określana pasem Wenus. Nazwa zjawiska nie ma nic wspólnego z drugą planetą Układu Słonecznego, ale pochodzi z wiktoriańskiej Anglii, gdzie obserwatorom nieba skojarzyła się z miłosną przepaską rzymskiej bogini. Istnieje bardzo widowiskowa, górska odmiana pasa Wenus zwana alpenglow,­

56

I N T E L I G E N T A .

U góry: księżyc w pełni o zniekształconym przez załamanie światła na horyzoncie ksztacie i kolorze. Po prawej: smuga różowoczerwonego nieba nazywana pasem Wenus.

© SPL/EAST NEWS (2), BE&W, GETTY IMAGES

N I E Z B Ę D N I K

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

kiedy to strome szczyty i granie zostają skąpane w takim odbitym od atmosfery świetle Słońca, które niedawno zaszło lub też za moment wzejdzie. Oba te zjawiska są widoczne po przeciwnej stronie nieba niż Słońce. O świcie szukajmy ich więc na zachodnim niebie, o zmierzchu – na wschodnim. Im atmosfera jest czystsza, tym piękniej wygląda taka poranna lub wieczorna gra światła i ciepłych barw. Pyły i inny drobiazg unoszący się blisko Ziemi zazwyczaj tłumią kolory, pozbawiając zachody i wschody Słońca uroku. Dlatego na wsi, nad morzem czy na pustyni mają żywsze barwy niż w miastach, w których powietrze jest znacznie bardziej zanieczyszczone. Jest jednak pewien wyjątek od tej reguły. To drobniutkie pyły wulkaniczne. Wędrują one na wysokości kilkunastu kilometrów, a jeśli erupcja wulkanu była wielka, zostają rozniesione wokół całego globu. Za ich sprawą wieczorne i poranne niebo staje się bardziej czerwone niż zazwyczaj.

U L O T N E

Po prawej: Chrystus siedzący na tęczy na obrazie „Ostatni wyrok” – części poliptyku ołtarzowego Rogiera van der Weydena (1399–1468).

Czerwienie i fiolety Najbardziej nieprawdopodobne rzeczy dzieją się ze światłem, gdy na jego drodze pojawiają się rozmaite przeszkody przygotowane przez atmosferę. Weźmy choćby tęczę. To najpopularniejsze zjawisko optyczne. Ma bogatą symbolikę, odnajdziemy ją w wielu wierzeniach, dziełach poetyckich i obrazach. Na wspaniałym poliptyku „Sąd Ostateczny”, namalowanym w połowie XV w. przez niderlandzkiego mistrza Rogiera van der Weydena, ubrany w czerwone szaty Chrystus siedzi na łuku tęczy, opierając stopy o złoty glob. Jego uczeń Hans Memling kilkanaście lat później stworzył tryptyk pod tym samym tytułem, który dziś znajduje się w Muzeum Narodowym w Gdańsku. Także on posadził Chrystusa odzianego w szkarłaty na kolorowej tęczy (na obrazie widać jeszcze jedno zjawisko optyczne, o czym później). Do powstania tęczy – wie o tym każdy – niezbędny jest deszcz. Światło słoneczne wnika do wnętrza jego kropel, załamując się po drodze. Następnie część tego światła ulega odbiciu od tylnej ściany kropli, po czym opuszcza ją, ponownie ulegając załamaniu podczas wyjścia. Dopiero po pokonaniu tego toru przeszkód dociera do oczu obserwatora. Tego mechanizmu domyślał się już Arystoteles w swojej „Meteorologice”. Jednak pierwszy dokładny opis powstania tęczy odnajdziemy w opublikowanym w 1310 r. dziele „De iride” („O tęczy”) Teodoryka z Freibergu w Saksonii. Ten zafascynowany optyką dominikanin doszedł do wniosku,

że do powstania niezwykłego zjawiska nie wystarczy odbicie światła, ale też jego złamanie (refrakcji) na powierzchni kropli. Trzy wieki później Kartezjusz obliczył, że kąt pomiędzy promieniami wpadającymi do kropli a tymi, które z niej wychodzą w kierunku obserwatora, wynosi około 42°, przy czym – i to w przypadku tęczy jest najważniejsze – każda z barw składających się na białe światło słoneczne załamuje się pod nieco innym kątem, w przypadku czerwieni jest to 42,3°, a fioletu – 40,5°. I właśnie dzięki temu, że krople deszczu zmieniają się w maleńkie pryzmaty, w powietrzu zostaje rozpięty wspaniały wielobarwny łuk, w którym kolory przechodzą stopniowo jeden w drugi – od czerwonego i pomarańczowego na górze po fioletowy na dole. Nierzadko powyżej tęczy głównej – mniej więcej dziesięć stopni kątowych ponad nią – pojawia się też tęcza wtórna, w której barwy są bledsze i ułożone odwrotnie, niczym w lustrze. Tworzą ją te promienie, które we wnętrzu kropli odbiły się aż dwa razy i opuściły ją pod innym kątem. Najładniejsze tęcze powstają wtedy, gdy krople deszczu są duże, co oznacza, że mają średnicę powyżej 1 mm, tarcza słoneczna znajduje się umiarkowanie wysoko, a tło dla widowiska tworzą ciemne chmury deszczowe (reszta nieba powinna być bezchmurna). Tęczy zrodzonej w mżawce składającej się z kropel o średnicy poniżej pół milimetra brakuje czerwieni, a pozostałe barwy są blade. W mglistym oparze może wręcz stać się biała.

57

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Biele i żółcienie Nowy rozdział zjawisk optycznych otwierają chmury. Pozostajemy w krainie kropelek wody, jednak ponad stukrotnie mniejszych od kropel deszczu. Światło słoneczne padające na takie chmurowe drobiny, których przeciętny rozmiar wynosi około jednej setnej milimetra, może wykreować efekt zwany glorią lub aureolą. To jeden lub kilka barwnych pierścieni, które otaczają cień obserwatora padający na chmurę lub mgłę. Z oczywistych przyczyn taka okazja może nam się przytrafić, gdy znajdujemy się wysoko w górach, powyżej chmur. Odmianą glorii jest słynne widmo Brockenu, czyli gigantyczny cień obserwatora pojawiający się na chmurze, która znajduje się blisko niego, pełniąc funkcję ekranu powiększającego. Głowę takiej postaci otaczają często barwne pierścienie wyczarowane przez chmurowe kropelki. Nazwa zjawiska wzięła się od szczytu Brocken w niemieckich górach Harz, gdzie opisano je pierwszy raz pod koniec XVIII w. O aureoli wiadomo na razie niewiele. Ustalono, że światło nie tylko odbija się od kropelek wody, ale również zostaje ugięte podczas przeciskania się pomiędzy nimi. Jednak w jaki dokładnie sposób to następuje, pozostaje zagadką. Wiadomo natomiast, że ilość i rozmiary pierścieni zależą od wielkości kropelek chmurowych. Zawsze też w środku pojawia się pierścień niebieski, a na zewnątrz – czerwony. Jest jeszcze jedno zjawisko podobne do aureoli. I łatwiejsze do obserwacji, bo niewymagające górskich wycieczek. Warunkiem koniecznym są średnie lub niskie chmury warstwowe (altostratus lub stratus) delikatnie przesłaniające tarczę słoneczną. Przechodzące pomiędzy kropelkami chmurowymi światło zostaje ugięte, a efektem tego ugięcia jest powstanie wieńca – świetlistej obwódki wokół Słońca. Składa się ona zwykle z dwóch lub trzech pierścieni, czasami białych, a czasami barwnych. Na tle takiego właśnie wieńca umieścił Memling postać Chrystusa w swoim „Sądzie Ostatecznym”. Dodajmy, że podczas pełni wieniec może się też pojawić wokół Księżyca. W Polsce istnieje na ten efekt inna nazwa: lisia czapa.

58

Poza chmurami nasączonymi wodą są też takie, które składają się głównie lub wyłącznie z  kryształków lodu. Należą do nich wysokie chmury pierzaste (cirrus) i warstwowo-pierzaste (cirrostratus) formujące się na wysokości 5–10 km. Istnieje cała rodzina wspaniałych zjawisk atmosferycznych, które powstają wtedy, gdy światło słoneczne pada na takie kryształki. Określa się je wspólnym terminem halo. Nazwa pochodzi od greckiego halos oznaczającego okrągłą tarczę, a także tarczę Słońca lub Księżyca. Promienie słoneczne, które przenikają przez kryształki lodu w chmurach, załamują się, tworząc na niebie rozmaite kręgi, łuki, pierścienie i plamy. Ich wygląd zależy od szczegółowej struktury chmur. Ponieważ nie są jednorodne, mogą dać początek różnym odmianom halo w zależności od rozmiarów, kształtu i ułożenia lodowych drobin. Znaczenie ma też wysokość słońca na niebie.

T O ,

C O

U L O T N E

© GETTY IMAGES

P O G O D A :

Skąd się bierze widmo Brockenu? Słońce

pro Słońmienie ca

turysta szczyty gór wystające ponad chmury

chmury

tzw. gloria, czyli widmo światła białego, które powstaje po dodatkowym załamaniu się promieni słonecznych na kroplach wody, z których składają się chmury

cień turysty padający na ekran z chmur

59

© GETTY IMAGES (3)

N I E Z B Ę D N I K

60

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

P O G O D A :

Na górze: trzy słońca, z których dwa to złudzenia optyczne – przysłońca, zwane także „psami słonecznymi”. Po lewej: pierścienie otaczające Słońce i Księżyc, czyli halo.

T O ,

C O

U L O T N E

Najpowszechniejsze jest halo zwykłe. Każdy ma szansę je zobaczyć i to wiele razy w roku. To pierścień o rozmiarze kątowym 22° otaczający Słońce lub Księżyc. Przeważnie można je obserwować na krótko przed nadejściem frontu deszczowego, a zatem zjawisko to, choć efektowne, zwykle nie wróży dobrej pogody. Znacznie rzadsze jest duże halo tworzące na niebie krąg świetlny o rozmiarze kątowym 46°. Prawdziwym rarytasem jest równoczesne wystąpienie na niebie kilku przedstawicieli tej rodziny. Do takich wyjątkowych zjawisk należą przysłońca, czyli plamy światła ulokowane na prawo i lewo od tarczy słonecznej. Gdy w kwietniu 1551 r. wojska Karola V Habsburga, króla hiszpańskiego i cesarza niemieckiego, podeszły pod Magdeburg, jeden z głównych ośrodków protestantyzmu, i rozpoczęły oblężenie, na niebie – jak relacjonowali kronikarze – pojawiły się trzy słońca połączone świetlistymi łukami. Mieszkańcy miasta uznali dziwne znaki na niebie za złą wróżbę, ale jeszcze większa trwoga wkradła się w szeregi wroga. Ku zaskoczeniu i radości magdeburczyków wojska cesarskie niespodziewanie wycofały się spod murów miasta, a ich dowódca, elektor saski Maurycy, stwierdził: „Nie można oblegać miasta, nad którym ukazały się trzy słońca”. Czy tak było, czy nie – nie wiemy, ale anegdota przetrwała. Co do jednego nie ma wątpliwości: „trzy słońca” można rzeczywiście zobaczyć na niebie. Rzecz jasna tylko jedno jest prawdziwe, a dwa pozostałe to złudzenia optyczne, czyli słońca pozorne, zwane właśnie przysłońcami, „psami słonecznymi”, a bardziej uczenie – parheliami (od greckich słów parà – obok, i hēlios – słońce). Jednak ponad cztery wieki temu o przysłońcach nic nie widziano, a gdy czegoś nie rozumiesz, często wyobrażasz sobie wszystko, co najgorsze. Niektóre inne efekty składające się na spektakl zwany halo, lecz pojawiające się jeszcze rzadziej, to: kręgi biegnące na stałej wysokości nad horyzontem i przecinające Słońce i przysłońca, łuki styczne do małego i dużego halo, a także przepiękne, wielobarwne kręgi okołozenitalne pojawiające się bardzo wysoko na niebie. Część badaczy do rodziny halo zalicza też słupy i  krzyże świetlne. W ich powstaniu także bowiem uczestniczą kryształki lodowe, które zostają oświetlone od dołu przez słońce znajdujące się poniżej horyzontu. Taka świetlna kolumna jest zwykle biała lub zabarwiona na czerwono. Czasem zostaje przecięta horyzontalnie przez łuk parheliczny, a wtedy na niebie pojawia się krzyż słoneczny. Opis takiego znajdziemy na początku „Ogniem i mieczem”: „Latem zdarzyło się wielkie zaćmienie Słońca, a wkrótce potem kometa pojawiła się na niebie. W Warszawie widywano też nad miastem mogiłę i krzyż ognisty w obłokach; odprawiano więc posty, gdyż niektórzy twierdzili, że zaraza spadnie na kraj i wygubi rodzaj ludzki”. Trzeba trafu, żeby ujrzeć takie dziwo. Za chwilę jednak, w kolejnym artykule, wkroczymy do królestwa jeszcze bardziej zdumiewających wybryków natury. Przekonamy się, że atmosfera potrafi wprowadzać w błąd, wyczarowywać obiekty do złudzenia przypominające prawdziwe, ale w rzeczywistości nieistniejące – przynajmniej tam, gdzie się objawiają. Jeden przykład takiego zjawiska już poznaliśmy – słońca pozorne. Świat pozorów, atmosferycznych iluzji jest jednak o wiele bogatszy. Czasami bywa groźny, innym razem – przyjazny, ale zawsze dostarcza niecodziennych wrażeń. u

61

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

Obrazy, których nie ma

W

  1906  r. sławny amerykański polarnik Robert ­Peary, późniejszy zdobywca bieguna północnego, dotarł do północnego skraju kanadyjskiej Arktyki. Składa się ona z tysięcy wielkich i małych wysp. Najbardziej wysunięte ku biegunowi są dwie: olbrzymia Ellesmere’a  i  leżąca na zachód od niej, mniejsza  – Axela Heiberga. Podróżnik stał na tej drugiej, odkrytej parę lat wcześniej przez Norwegów, i patrzył w kierunku pierwszej. Powietrze było krystalicznie czyste, a widoczność – wspaniała. Na tyle, że można było podziwiać odległe szczyty górskie pokryte błyszczącymi w słońcu lodowcami. Nagle ku własnemu zdumieniu Peary dostrzegł na horyzoncie jeszcze jedną wyspę. Miała znaczne rozmiary i mimo dużej odległości wyraźnie widać było jej skalne doliny oraz szczyty z białymi czapami lodowców. Czyżby kanadyjska Arktyka kryła jeszcze jakieś niespodzianki – zastanawiał się polarnik?  Po paru minutach wyspa rozpłynęła się w delikatnej mgiełce. Peary nazwał ją Ziemią Crockera od nazwiska sponsora jego wypraw, bankiera George’a. Wiosną 1913 r. na poszukiwanie nowego lądu wyruszył inny łowca przygód z USA – Donald MacMillan. Wysłało go National Geographic Society. I jemu, kiedy stanął tam, gdzie wcześniej Peary, pokazała się na horyzoncie Ziemia Crockera. Opowiadał później, że on i jego towarzysze widzieli wyraźnie wzgórza, doliny i pokryte śniegiem szczyty. Pomagający wyprawie Inuici mówili wprawdzie, że jest to jedynie iluzja, ale grupa MacMillana wyruszyła w drogę. Wędrowali pięć dni po lodzie, który pod wpływem wiosennego ciepła stawał się coraz bardziej niestabilny. Pokonali 200 km, zanim dali za wygraną. Zrozumieli, że atmosfera bawi się z nimi w chowanego.

62

© BE&W, DE AGOSTINI/GETTY IMAGES, SPL/BE&W

Ci, którzy je widzieli, twierdzą, że wrażenie jest niezwykłe, a oszustwo natury –  zdumiewająco przekonujące. Oto miraże.

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

Na górze: fatamorgana na Dalton Highway na Alasce. Po lewej: wyprawa Williama Barentsa (1550–97) zatrzymana przez lód u wybrzeży Nowej Ziemi. Tu marynarze widzieli pozorną tarczę Słońca.

Góry bez gór Na początku XX w. wiedziano już, że w regionach polarnych natura lubi robić żeglarzom i wędrowcom takie figle. W latach 1914–16 uczestnicy wyprawy antarktycznej, którą kierował inny sławny odkrywca Ernest Shackleton, przez prawie rok dryfowali na statku „Aurora”. Zachowały się ich relacje opisujące górzysty ląd, który to pojawiał się, to znikał. Nie dali się jednak zwieść. Z map, wówczas dość już dokładnych, wynikało, że znajdują się około 300 km od najbliższych brzegów Antarktydy. Doszli do wniosku, że to właśnie je oglądają za sprawą zdumiewających załamań i odbić światła słonecznego. Podobną przy-

63

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

godę mieli w 1902 r. uczestnicy rosyjskiej wyprawy naukowej na Daleki Wschód. W pobliżu granicy z Koreą ujrzeli górzystą wyspę, która wyrosła z Morza Japońskiego, a następnie zanurzyła się w nim o zachodzie słońca. Zdumieni badacze zaczęli analizować mapy i doszli do wniosku, że zobaczyli japońską wyspę Honsiu odległą o ponad 700 km. Zatem i oni nie dali się nabrać naturze. Ale jeszcze sto lat wcześniej miraże potrafiły narobić niezłego zamieszania. W marcu 1823 r. amerykański kapitan Benjamin Morrell, płynąc po antarktycznym Morzu Weddella, odkrył wielki ląd, który nazwał Nową Południową Grenlandią. Płynął ok. 500 km, skrupulatnie nanosząc na mapy położenie linii brzegowej. Dopiero po wielu dekadach okazało się, że owego lądu nie ma, a Morrell uległ sugestywnemu mirażowi. Podobnie oszukany przez naturę został John Ross, brytyjski admirał szukający w 1818 r. Przejścia Północno-Zachodniego, czyli drogi do Azji przez kanadyjską Arktykę. Zawrócił w momencie, kiedy stwierdził, że drogę zagradzają mu potężne góry. Rok później tym samym szlakiem popłynął inny odkrywca – William Parry. Żadnych gór nie zobaczył, choć popłynął po-

64

© GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO, PEKKA PARVIAINEN/SCIENCE PHOTO LIBRARY/EAST NEWS

Na górze: miraż przypominający latający spodek nad terenem Parku Narodowego Etosha w Namibii. Po prawej: tworzenie się fatamorgany na morzu.

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

nad tysiąc kilometrów dalej. Wychodzi na to, że Ross zobaczył albo jakieś bardzo odległe pasmo górskie, albo taflę lodu. Jeszcze wcześniej, pod koniec XVI w., angielski żeglarz John Davis, jeden z pierwszych nowożytnych odkrywców Arktyki, popłynął na północ wzdłuż zachodniego brzegu Grenlandii. W pewnym momencie ujrzał ląd zarówno po prawej, jak i lewej burcie swojego okrętu. Od tego czasu kartografowie przez kolejne dwa wieki rysowali tu wąską cieśninę, którą nazwano jego imieniem. Dopiero w XIX w. odkryto, że ów wąski kanał ma w rzeczywistości ponad 300 km. Po jednej jego stronie znajduje się Grenlandia, a po drugiej kanadyjska wyspa Ziemia Baffina. Jest rzeczą niemożliwą ze względu na krzywiznę Ziemi, aby Davis mógł widzieć równocześnie oba lądy. Albo inaczej: zobaczył je, ale za sprawą mirażu.

Słońce bez słońca Pora wyjaśnić, skąd się biorą takie osobliwości. W tym celu trzeba się cofnąć o ponad cztery wieki i odwiedzić Johannesa Keplera w jego mieszkaniu w Pradze. W swoim opublikowanym w 1604 r. dziele, zwanym popularnie „Optyką”, sławny astronom jako pierwszy przedstawił wyjaśnienie fenomenu mirażu, któremu dekadę wcześniej ulegli uczestnicy holenderskiej wyprawy arktycznej dowodzonej przez Williama Barentsa. Mieli oni za zadanie odnalezienie Przejścia Północno-Wschodniego, czyli drogi morskiej z Europy do Chin na północ od Syberii. Kupcy z Niderlandów bardzo liczyli na sukces eskapady, jednak się rozczarowali. Żeglarze utknęli na północnym krańcu Nowej Ziemi – nie przepuścił ich lód morski. Musieli porzucić statek

C O

U L O T N E

i przezimować na lądzie. 24 stycznia 1597 r., po ponad dwóch miesiącach tkwienia w zimnie i mroku, nagle kilku z nich ujrzało wyłaniającą się znad horyzontu tarczę słoneczną. Ta jednak po paru sekundach zniknęła, więc Barents uznał, że jego towarzyszom coś się przywidziało. Jednak trzy dni później słońce znów się pojawiło, choć teoretycznie nie powinno. Obliczenia jasno bowiem pokazywały, że na tej szerokości geograficznej, gdzie znajdują się holenderscy rozbitkowie, noc polarna kończy się dopiero za około dwa tygodnie. Przeżyło tylko dwunastu uczestników tej dramatycznej wyprawy. Był wśród nich Gerrit de Veer. W 1598 r. opublikował swój dziennik, w którym opisał niezwykłe zjawisko. Jego relacja spotkała się z dużym odzewem, jednak większość czytelników zwyczajnie nie uwierzyła Holendrom. Sugerowano, że pomyliła im się rachuba dni albo że doznali halucynacji. Wszak tabele astronomiczne wyraźnie mówiły, że w dniu obserwacji tarcza słoneczna powinna się znajdować około 5 stopni poniżej horyzontu. Niestety, de Veer nie mógł liczyć na wsparcie Barentsa, który zmarł z wycieńczenia pod koniec wyprawy. Polarnikom wiarę dał Kepler. Jego zdaniem byli oni świadkami mirażu, który powstał w wyniku wielokrotnego załamywania się i odbijania promieni słonecznych. Dowodził, że światło z nisko położonego Słońca po dotarciu do górnej granicy atmosfery odbijało się od niej i docierało pod dużym kątem do pokrytej śniegiem i lodem powierzchni Ziemi, od której znów ulegało odbiciu. Ten ping-pong trwał przez pewien czas, dzięki czemu uczestnicy wyprawy Barentsa mogli zobaczyć słońce znajdujące się poniżej horyzontu.

65

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Miraż na glinianej patelni Deadvlei w parku Namib-Naukluf w Namibii.

W  czasach Keplera nie znano budowy ziemskiej atmosfery. Astronom uważał na przykład, że ma ona grubość najwyżej około 4 km, a powyżej niej znajduje się tajemniczy „eter” wypełniający cały kosmos. W tamtych czasach był to dość powszechny pogląd, który Kepler generalnie podzielał. Dziś wiadomo, że wielki uczony mylił się co do grubości i budowy atmosfery, a sam eter także wkrótce „wyparował” po wynalezieniu termometru i barometru. Lecz zaproponowane przez Keplera wytłumaczenie niecodziennego zjawiska optycznego – nazwano je „efektem Nowej Ziemi” – było zadziwiająco bliskie prawdy. Pod koniec XX w. naukowcy doszli do wniosku, że światło słoneczne w pobliżu Nowej Ziemi zostało pochwycone przez inwersję temperatury. Tak określa się sytuację, w której cieplejsza masa powietrza przemieszcza się powyżej powietrza chłodniejszego. To pierwsze jest rzadsze niż to drugie, co oznacza, że podczas inwersji gęstość powietrza spada szczególnie szybko wraz z wysokością, a na granicy obu mas mogą powstawać zjawiska, których mechanizm z dużą intuicją opisał Kepler. Jak często takie cuda zdarzają się w Arktyce? Niewielkie zakrzywienia promieni słonecznych w atmosferze są tam powszechne, ale tak silne, jak to, które opisał de Veer, należą do rzadkości. Z wyliczeń wynika, że pod koniec stycznia 1597 r. warstwa inwersji musiała mieć długość nawet 400 km. Wisiała niczym wielka soczewka załamująca światło nad Oceanem Arktycznym – od północnych krańców Nowej Ziemi po brzegi Syberii. Podobna historia przydarzyła się 

66

1 lipca 1951 r. uczestnikom wyprawy na Antarktydzie, zimującym w okolicy zwanej Ziemią Królowej Maud. Na krótko zaświeciło im słońce położone 4 stopnie poniżej horyzontu.

Bliskie dalekie lądy Taki miraż, który potrafi unieść nie tylko tarczę słoneczną, ale także odległy ląd, naukowcy nazywają górnym. Zjawisko powstaje w wyniku załamania światła przechodzącego przez atmosferę składającą się z warstw powietrza o różnej gęstości i wtedy, gdy nad zimne morze napływa ciepłe powietrze – znacznie rzadsze niż wychłodzone na dole. Duża różnica gęstości sprawia, że światło silnie odchyla się w kierunku Ziemi. Obserwator może wtedy zobaczyć odległe o setki kilometrów pasma górskie lub strome klify, a w przypadku miraży o mniejszym zasięgu – dojrzeć ze statku płaską plażę odległą o 20 km. Przy normalnej pogodzie jest to niemożliwe z powodu krzywizny planety. Pierwszą obserwację mirażu zawdzięczamy Arystotelesowi, który w dziele „Meteorologika” pisał: „Kiedy wieje południowo-wschodni wiatr, przylądki wydają się uniesione i wszystko jest jakby większe”. Opis powstał prawdopodobnie w momencie, gdy wiejący znad Sahary wiatr niósł rozgrzane powietrze ponad chłodniejszym Morzem Śródziemnym. Za sprawą podobnego mirażu mieszkańcy Lazurowego Wybrzeża mogą czasami obserwować odległą o 200 km Korsykę. Szczególna forma śródziemnomorskiego mirażu, zwana fatamorganą, pierwszy raz została opisana w Cieśninie Mesyńskiej oddzielającej Sycy-

© 123RF, PEKKA PARVIAINEN/SCIENCE PHOTO LIBRARY/EAST NEWS

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

lię od Półwyspu Apenińskiego. Fatamorgana składa się z wielu zaburzonych i pionowo rozciągniętych obrazów przeciwległego brzegu. Im dalej na północ, tym takie odległe miraże powstają częściej. Z  Anglii często zdarza się zobaczyć wysokie klify Normandii po drugiej stronie zimnego kanału La Manche. A z naszego brzegu Morza Bałtyckiego można dostrzec odległe o 200 km wybrzeże Szwecji. Trzeba tylko poczekać, aż nad jego zimne wody napłynie ciepłe powietrze z południa Europy, i wypatrywać okazji. Należy jednak zachować czujność. Wszak wiemy już, że miraże nie raz wprowadzały w błąd marynarzy. Na dawnych mapach północnego Atlantyku wiele jest nieistniejących wysp i wąskich cieśnin. Zostały naniesione nie dlatego, że kartografów poniosła wyobraźnia. Obserwacje były prawdziwe, tylko że oglądane lądy znajdowały się setki kilometrów dalej. Spore doświadczenie z pozornymi obrazami mieli Skandynawowie. W norweskich legendach powraca motyw zaczaro-

Tworzenie się fatamorgany na lądzie.

Zieleń na pożegnanie Nie trzeba jechać w dalekie kraje – południowe czy północne, aby dać się uwieść mirażowi. Wystarczy płaska linia horyzontu i dotykające jej słońce. Jego światło wędruje wtedy długo przez ziemską atmosferę, a po drodze ulega nie tylko rozproszeniu, ale też załamaniu (refrakcji). Rozpraszanie powoduje zmianę barwy nieba wokół tarczy słonecznej na pomarańczową i czerwoną. A konsekwencją załamania światła jest miraż. Światło załamuje się, gdy przechodzi od wyższych warstw atmosfery o mniejszej gęstości do przyziemnych warstw o większej gęstości. Efekt jest tym silniejszy, im dłuższą drogę musi pokonać. W środku dnia, gdy słońce znajduje się w swoim najwyższym położeniu, refrakcji nie ma. Rośnie ona natomiast wraz ze zbliżaniem się tarczy słonecznej do horyzontu. Dzięki mirażowi przez krótki moment oglądamy słońce, które już zaszło lub dopiero wzejdzie. Jest też nieco spłaszczone, co wynika z tego, że jego dolna krawędź załamuje się silniej niż górna. No i od czasu do czasu rzuca trwający zwykle nie dłużej niż trzy sekundy zielony błysk, co z kolei jest związane z tym, że każda z jego barw załamuje się inaczej; w rezultacie czerwień zachodzącego słońca pojawia się nieco niżej niż zieleń. Ten kolor to efekt swego rodzaju selekcji negatywnej, czyli rozproszenia światła niebieskiego i fioletowego przez cząsteczki atmosferycznego tlenu i azotu oraz pochłonięcia barw czerwonej i żółtej przez parę wodną. Ale taka sytuacja do częstych nie należy, choć uczestnicy ekspedycji antarktycznej Richarda Byrda twierdzili, że 16 października 1929 r. obserwowali przez ponad pół godziny jaskrawozielone błyski na górze tarczy słonecznej chowającej się za horyzontem. Pierwsze spisane relacje na temat tego zjawiska pochodzą z drugiej połowy XIX w., ale popularnym uczynił je Jules Verne swoją powieścią „Zielony promień” z 1882 r. (pierwsze polskie tłumaczenie ukazało się w 1887 r.). W latach 80. XX w. francuski reżyser Eric Rohmer nakręcił film inspirowany książką Verne’a, a ostatnio zielony błysk pojawił się w trzeciej części „Piratów z Karaibów”.

wanych wysp, które wyrastają z morza o świcie, po czym rozpływają się w ciągu dnia. Ci, którzy dokładnie analizowali te opowieści, zwrócili uwagę, że takie właśnie miraże nieodległego lądu często powstają u wybrzeży Norwegii, kiedy rankiem słońce zaczyna ogrzewać powietrze wiszące ponad zimnym morzem. Niektórzy badacze uważają nawet, że to dzięki mirażom normańscy żeglarze odkryli Islandię. Wcześniej obserwowali ją z Wysp Owczych odległych o prawie 400 km. W podobny sposób mogło dojść do odkrycia przez nich Grenlandii oddalonej z kolei od Islandii o 300 km. Norwegowie i Duńczycy, którzy od dawna wyprawiali się na polarne wody Oceanu Atlantyckiego, wiedzieli, że przy określonym typie pogody można wcześniej zobaczyć ląd, do którego zdążali. Zjawisko nazywali hillingar. Pojawiało się, gdy z południa zaczynał wiać ciepły wiatr. O tym, że takie cuda się zdarzają, świadczy zdarzenie z lata 1939 r. Z okrętu płynącego po północnym Atlantyku w odległości 500 km od wybrzeży Islandii dostrzeżono wznoszący się na tej wyspie wulkan Snæfellsjökull (1446 m n.p.m.). Dwa wieki wcześniej uznano by go za nową wyspę i naniesiono na mapę. Na koniec dodajmy, że poza mirażami górnymi bywają też dolne, kiedy powietrze przy ziemi silnie się nagrzewa, a światło zakrzywia się ku górze w tak dziwny sposób, że możemy na przykład zobaczyć lustrzane odbicie Słońca poniżej jego obrazu rzeczywistego, albo dwie częściowo nakładające się na siebie tarcze słoneczne ustawione jedna pod drugą. Na pustyni dzięki takiemu mirażowi dolnemu można zobaczyć lustrzane odbicie kawałka nieba i wziąć je za jezioro. Niejeden spragniony wody wędrowiec stracił życie, zwiedziony takim pozornym obrazem. u

67

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Światło z chmur

68

T O ,

C O

U L O T N E

Obłoki srebrzyste powstają 80 km nad Ziemią. Skąd się biorą? Naukowcy zadają sobie to pytanie od końca XIX w. A od niedawna głowią się, dlaczego ich przybywa.

W

 sierpniu 1883 r. nastąpiła potężna, jedna z naj-

© GETTY IMAGES

P O G O D A :

większych w historii, erupcja wulkanu Krakatau w Indonezji. W wyniku eksplozji olbrzymie ilości lekkiego pyłu wulkanicznego powędrowały na wysokość kilkudziesięciu kilometrów. Popiół rozpełzł się szybko wokół globu, powodując na znacznych obszarach kuli ziemskiej, m.in. w Europie, spektakularne, czerwonawe zachody słońca. Według jednej z hipotez inspirowany tym kataklizmem był obraz Edvarda Muncha „Krzyk”. Rok po erupcji Krakatau pojawiły się pierwsze opisy tajemniczych świetlistych obłoków. Za ich odkrywcę uważany jest Robert Leslie, który opisał je w 1884 r. w czasopiśmie naukowym „Nature”. Kilka lat później niemiecki astronom Otto Jesse z obserwatorium w Berlinie wykonał pierwsze fotografie zjawiska i nadał mu znaną do dziś nazwę. Pomiary wykazały, że występuje ono na wysokości około 80 km. Wówczas obłoki wiązano powszechnie z erupcją wulkanu, choć nie umiano dokładnie wyjaśnić, w jaki sposób jedno z drugim się łączy. Mijały jednak dekady, a zagadkowe efekty świetlne nadal pojawiały się ponad głowami zdumionych nimi ludzi. Wtedy zaczęto szukać innego wyjaśnienia zagadki, jednak badania posuwały się powoli. Tempa nabrały dopiero w kilku ostatnich dekadach, kiedy na orbity posłano pierwsze satelity z prawdziwego zdarzenia obserwujące ziemską atmosferę. Składa się ona z wielu warstw, których właściwości wciąż poznajemy. Chmury powstają niemal wyłącznie w najniższej – troposferze sięgającej do 10–12 km. Wyżej pary wodnej jest tak niewiele, że szanse na powstanie chmury, czyli skupiska kropelek wody lub też drobin lodu, są bardzo małe. Na wysokości 80 km, czyli na górnej granicy mezosfery, cząsteczek pary wodnej jest więc już jak na lekarstwo. Równocześnie jednak temperatury są tam wyjątkowo niskie, najniższe w całej atmosferze, zwykle nie przekraczają -100°C. Teoretyczne obliczenia wskazywały, że w takiej atmosferycznej zamrażarce para wodna mogłaby przechodzić w stan stały, zmieniając się w kryształki lodu. Nim udało się to potwierdzić, upłynęło mnóstwo czasu. Rozmaite satelity obserwowały wprawdzie powstawanie i wędrówki obłoków srebrzystych, ale dopiero w 2001 r. sonda UARS (od ang. Upper Atmosphere Research Satellite) znalazła dowody na to, że składają się one – tak jak to przewidywali teoretycy – z naj-

69

zwyklejszego lodu. Kolejne satelity, takie jak AIM (od ang. Aeronomy of Ice in the Mesosphere), zmierzyły, że lodowe kryształki widoczne z powierzchni Ziemi w postaci srebrzystych obłoków mają rozmiary 50–100 nanometrów (1 to jedna milionowa część milimetra), są zatem wielkości wirusów. Ale odkryto też, że mezosferyczne chmury składają się z jeszcze mniejszych drobin – o średnicy poniżej 30 nanometrów. Tych ziemski obserwator nie zobaczy.

Nieuchwytne drobiny... Zagadek było więcej. Zastawiano się choćby, dlaczego obłoki srebrzyste powstają tylko latem. Okazało się, że właśnie wtedy górna część mezosfery jest najchłodniejsza. Dlaczego? Decyduje o tym sposób krążenia powietrza, a raczej jego resztek, w mezosferze. W miesiącach letnich unoszą się one ponad biegunem i podczas pionowej wędrówki tracą ciepło. Temperatura na wysokości 80 km spada poniżej -130°C, co wystarcza do zmrożenia pary wodnej. Najniższe temperatury zmierzone w mezosferze (a zatem i w całej ziemskiej atmosferze) wynosiły mniej niż –50°. Obserwowano je zwykle kilka kilometrów powyżej warstwy obłoków srebrzystych. Wciąż też nie jest jasne, skąd w ogóle bierze się para wodna na tych wysokościach. Zdaniem jednych naukowców dociera tu z najniżej położonej troposfery unoszona przez fale grawitacyjne. Według innych źródłem pary wodnej są reakcje chemiczne zachodzące w stratosferze – drugiej z kolei warstwie atmosfery sąsiadującej od spodu z mezosferą. Dodajmy, że ostatnio dostawcami pary wodnej są też rakiety balistyczne, a nawet Międzynarodowa Stacja Kosmiczna. Para wodna i  niska temperatura nie wystarczą jednak do powstawania obłoków. Aby lodowe nanoziarenka mogły się narodzić, potrzebne są jądra kondensacji, czyli drobiny stałej materii. Wokół nich cząsteczki pary wodnej gromadzą się i przekształcają w lód, który z kolei przyciąga kolejne cząsteczki pary. W podobny sposób – również w temperaturze poniżej zera, choć nie aż tak skrajnej – powstają w górnej troposferze doskonale nam znane chmury pierzaste. Czasami potrafią one zasnuć sporą część nieba ażurową woalką. Czy podobna mgiełka, choć znacznie delikatniejsza, może zasnuwać latem również mezosferyczne niebo? Sugerują to obserwacje satelitarne prowadzone w ostatniej dekadzie. Jednak do powstania takiej mgiełki potrzebne są olbrzymie ilości jąder kondensacji. Skąd mogłyby one pochodzić? Raczej nie z powierzchni Ziemi – nie byłyby w stanie dotrzeć w większych ilościach na taką wysokość. Dlatego część naukowców jest zdania, że do powstania obłoków srebrzystych przyczyniają się drobiny materii pochodzenia pozaziemskiego. Szacuje się, że co roku do mezosfery może docierać nawet tysiąc ton kosmicznego drobiazgu. Najpierw wyparowuje on w wyniku zderzeń z cząstkami atmosfery, po czym ponownie kondensuje w formie metalicznych nanodrobin, które układają się w kilka poziomów na wysokości 90–110 km. Później zaś ulegają rozproszeniu w mezosferze, stając się zalążkami kryształków lodowych tworzących chmury. Hipoteza brzmi zgrabnie, jednak przez długi czas nie udawało się namierzyć owych kosmicznych drobin zwanych pyłem meteoroidalnym. Do tego potrzebne są bowiem bezpośrednie obserwacje, których przeprowadzenie nie było łatwe. Mezosfera zaczyna się

70

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

na wysokości około 50 km, a  kończy nieco powyżej 80 km, zatem znajduje się poza zasięgiem balonów meteorologicznych, które dolatują do poziomu 40 km, i równocześnie jest niedostępna dla satelitów, których orbity znajdują się powyżej 120 km.

... i rakietowi szperacze Pomogły dopiero rakiety badawcze. Są to pociski podobne do balistycznych, tyle że na czubku umieszcza się aparaturę pomiarową. Podczas krótkiego, trwającego zwykle od 5 do 30 minut, lotu potrafią zebrać mnóstwo danych na temat górnych warstw atmosfery. W 2005 r. grupa naukowców wysłała taką rakietę w  ramach eksperymentu nazwanego MAGIC. Pocisk pobrał próbki materii meteoroidalnej z wysokości 70–97 km. W laboratorium zbadano je przy pomocy transmisyjnego elektroskopu skaningowego. Większość drobin miała średnicę od 1 do 3 nanometrów, były więc niezwykle małe. I zarazem bardzo liczne. Zaczęto się zastanawiać, czy ta ilość wystarczyłaby do utworzenia mezosferycznej mgiełki. Aby na to odpowiedzieć, trzeba najpierw ustalić, jak właściwie zachowuje się taki drobiazg w kontakcie z parą wodną. Zagadka wciąż nie została rozwiązana.

Lód z ciepła Tymczasem obłoki srebrzyste stały się ostatnio poważnym argumentem w dyskusji na temat zmian klimatycznych. Wielu badaczy uważa, że wzrost temperatur przy powierzchni globu doprowadził do wychłodzenia mezosfery i w efekcie zwiększenia tam ilości kryształków lodowych. Ekspansja chmur mezosferycznych jest zatem konsekwencją globalnego ocieplenia. Znacznie więcej niż zwykle obłoków srebrzystych pojawiło się nad Europą zeszłego lata. W czerwcu 2019 r. widziano je w Rzymie leżącym na równoleżniku 42°, a w USA – nawet nad Los Angeles (równoleżnik 34°). Nikt z badaczy nie pamięta, aby wcześniej zjawisko to obserwowano tak powszechnie w średnich szerokościach geograficznych (patrz ramka obok). Naukowcy komentujący tę sytuację zwracali uwagę, że mezosfera nie tylko się ochładza, ale też ostatnio pojawiło się w niej więcej pary wodnej. I nie do końca wiadomo dlaczego. Jeden z czynników, który bierze się pod uwagę, to aktywność Słońca wahająca się w rytmie 11-letnim. Tak się składa, że w ubiegłym roku znajdowaliśmy się w minimum tego rytmu, co m.in. oznacza, że w pobliże Ziemi docierało nieco mniej promieniowania nadfioletowego rozbijającego cząsteczki wody szybujące na dużej wysokości. Jednak wzrost wilgotności mezosfery może być trwałą tendencją, za którą stoi aktywność człowieka. Cieplejszy klimat przyczynia się do zwiększenia ilości pary wodnej w powietrzu. Ponieważ tego lata aktywność Słońca wciąż będzie niewielka, a rola dwóch pozostałych czynników – temperatury i wilgotności – raczej wzrośnie jeszcze bardziej, niż się zmniejszy, obłoki srebrzyste powinny powrócić. Wypatrujmy ich w pierwszej godzinie po zachodzie Słońca, oczywiście po zachodniej stronie nieba. Przyda się jednak cierpliwość – te najrzadsze z wszystkich chmur nie powstają co wieczór i nie sposób przewidzieć, kiedy się zjawią. Ten, kto na wieczornym niebie zobaczy przepiękną iluminację z biało-niebieskich włókienek, będzie miał sporo szczęścia. u

© ARTUR BOCIARSKI/123RF

N I E Z B Ę D N I K

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

Kiedy niebo się srebrzy Perłowe lub niebieskawe włókienka powstają w cieplejszej połowie roku w wyższych szerokościach geograficznych. Dostrzec je można tylko po zachodzie i przed wschodem Słońca. Najniższe warstwy atmosfery skryte są wtedy w cieniu, ale na górze nadal (lub już) jest jasno. Tylko w takich porach dnia kryształki lodu dryfujące na olbrzymich wysokościach są podświetlane od spodu przez Słońce, które samo ukryte jest za horyzontem. Efekt znika wraz z nadejściem całkowitego zmroku oraz po wzejściu gwiazdy, której potężne światło przyćmiewa wszystko. Sto lat temu obłoki srebrzyste obserwowano głównie pomiędzy 55 a 65 stopniem szerokości geograficznej północnej (obserwacji z drugiej półkuli jeszcze wówczas nie było). Od kilkunastu lat to się jednak zmienia. Najwyższe ziemskie chmury rozszerzają swój zasięg, przemieszczając się ku południowi. Ostatnio obserwowano je nawet na 45. równoleżniku, czyli o blisko tysiąc kilometrów bliżej równika, aniżeli kilka dekad temu. Coraz częściej można je dostrzec także nad Polską, ale wyłącznie od maja do sierpnia.

Obłoki srebrzyste nad Szczecinem.

71

N I E Z B Ę D N I K

72

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

Znikanie świata Wilgotne powietrze i spadek temperatury wymuszający kondensację pary wodnej – oto prosty przepis na pojawienie się mniej lub bardziej gęstej zawiesiny składającej się z kropelek wody. Podstępnej i niebezpiecznej.

L

i sta morskich, lotniczych i lądowych wypadków, za które odpowiada mgła, jest długa. W Polsce za najbardziej tragiczne zdarzenie w naszej najnowszej historii uważa się katastrofę prezydenckiego samolotu 10 kwietnia 2010 r. w Smoleńsku.

Nad lądem

© REUTERS/MAT OLSZOWY/FORUM, 123RF

Mgła pojawiła się tuż po wschodzie słońca, zgęstniała błyskawicznie, po czym rozpłynęła się bez śladu po kilku godzinach. Tego rodzaju mgły zwane radiacyjnymi są doskonale znane meteorologom. Mechanizm ich powstawania został wielokrotnie opisany. Paradoksalnie pojawiają się zwykle podczas wyżowej pogody, czyli wtedy, gdy niebo przez większość doby jest bezchmurne. Klin wyżowy nad Smoleńskiem rozsiadł się dzień wcześniej – było pogodnie, choć zarazem osiadające nad gruntem powietrze zawierało dużo pary wodnej. Podczas bezchmurnej nocy, która nastała po słonecznym dniu, temperatura powietrza szybko spadła. Była to konsekwencja wychłodzenia się gruntu w wyniku

utraty dużych ilości ciepła w formie promieniowania podczerwonego. Nawet nieduże zachmurzenie znacznie ograniczyłoby ten proces, ponieważ chmury zatrzymałyby ucieczkę ciepła i znaczną jego część oddały ponownie Ziemi. Tym razem jednak tak się nie stało. Feralnego ranka temperatura spadła do zaledwie 1 st. C i zmusiła powietrze do oddania nadwyżek wilgoci. A tej, niestety, było bardzo dużo, bo na północ od Smoleńska, tam gdzie znajduje się lotnisko wojskowe Siewiernyj, na którym miał wylądować prezydencki Tu-154, sporo jest bagien i torfowisk. Obecność takich podmokłości zwiększa wilgotność powietrza, a zatem także – gęstość mgły. Tam gdzie teren jest suchy, może ona być znacznie słabsza, mimo identycznych warunków meteorologicznych. Z tego m.in. powodu tak trudno jest dokładnie prognozować, gdzie i kiedy pojawi się mgła oraz jak będzie gęsta. W jednym miejscu widoczność może spaść poniżej stu metrów, a w innym przekraczać kilometr. Mgła radiacyjna znika szybko, gdy promienie słoneczne rozgrzeją i wysuszą powietrze. Tak stało się również w Smoleńsku. Dwie godziny po katastrofie nie było po niej śladu.

Po lewej: wieżowce w Warszawie. Po prawej: Golden Gate Bridge w San Francisco.

73

N I E Z B Ę D N I K

Wśród innych katastrof lotniczych spowodowanych mgłą jest ta z grudnia 1983 r. – na lotnisku w Madrycie zderzyły się ze sobą dwa kołujące do startu samoloty, zginęły 93 osoby. I ta z lutego 1998 r. – w Tajpej podczas lądowania we mgle i deszczu rozbił się tajwański Airbus A300, śmierć poniosło 225 osób. Rok później w podobnie tragiczny sposób zakończyło się lądowanie południowokoreańskiego DC-10 w Trypolisie w Libii. I tak dalej.

Nad wodą Mgły prześladowały też marynarzy. W lipcu 1956 r. na północnym Atlantyku w pobliżu północno-wschodnich wybrzeży USA doszło do kolizji dwóch liniowców pasażerskich – szwedzkiego „Stockholmu” i włoskiego „Andrea Dorii”. Pierwszy płynął z Nowego Jorku do Europy, drugi – w przeciwną stronę. Nocą, podczas gęstej mgły „Stockholm” wbił się dziobem we włoski statek, który kilka godzin później zatonął. Zginęło 51 osób

74

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

(półtora tysiąca uratowały inne jednostki). W kwietniu 1991 r. późnym wieczorem podczas gęstej mgły wychodzący z włoskiego portu Livorno prom „Moby Prince” uderzył dziobem w stojący na redzie tankowiec „Abruzzo”. Prom natychmiast stanął w ogniu, w którym zginęło 140 ze 141 znajdujących się na nim osób (ofiar byłoby znacznie mniej, gdyby nie chaotycznie przeprowadzona operacja ratunkowa). W przypadku tych dwóch z wielu katastrof morskich przyczyna mgły była inna niż w Smoleńsku: mieszanie się mas powietrza o  różnej temperaturze. Zwykle odbywa się to w  ten sposób, że nad zimną powierzchnię gruntu lub morza napływa powietrze ciepłe i wilgotne, które natychmiast zaczyna się wychładzać. I znów spadek temperatury powoduje kondensację pary wodnej. W powietrzu pojawiają się maleńkie kropelki. Ta mgła nosi nazwę adwekcyjnej (napływowej). Na lądzie takie mgły towarzyszą często przejściu ciepłego frontu atmosferycznego jesienią i zimą. Na morzu są niezwykle powszechne,

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

szczególnie tam, gdzie spotykają się ze sobą ciepły i zimny prąd morski albo gdy zimny prąd morski przepływa blisko wygrzanego lądu. Typowym przykładem są letnie mgły towarzyszące pacyficznemu wybrzeżu Kalifornii. Słynie z nich San Francisco. Inne mgliste miejsca na globie to między innymi atlantyckie wybrzeża Nowej Anglii w USA oraz Nowej Szkocji i Nowej Fundlandii w Kanadzie. W amerykańskim stanie Maine są miejsca, gdzie mgła występuje przez ponad 1500 godzin w roku. Na pustyni Namib, ciągnącej się ok. 2 tys. km wzdłuż atlantyckiego wybrzeża południowej Afryki, gorący ląd sąsiaduje z zimnymi wodami Prądu Benguelskiego i  mgły występują w  niektórych miejscach nawet przez pół roku. Nawiasem mówiąc, są one często jedynym źródłem życiodajnej wody dla organizmów zamieszkujących ten skrajnie suchy region. Inna tego typu pustynia to słynna Atacama w Chile sąsiadująca z Pacyfikiem wychłodzonym za sprawą zimnego Prądu Peruwiańskiego. Nadmorska mgła jest też głównym źródłem wody dla roślinności porastającej południowy skraj Półwyspu Arabskiego. Jak widać, mgła nie zawsze musi oznaczać kłopoty. Niestety, w naszych szerokościach geograficznych zwykle jednak z nimi się wiąże.

Niby z nieba

© REUTERS/NAVESH CHITRAKAR/FORUM, SPL/EAST NEWS

Szczyt Jebel Shams w górach Al Hajar w Omanie. Na dole: rzeka Rapti w Nepalu.

Czym właściwie jest mgła? W gruncie rzeczy chmurą, ale taką, która ma kontakt z podłożem (ziemią lub wodą) i powstaje lokalnie – nie przynosi jej wiatr przybywający z odległych krain. Kropelki wody są w niej niewielkie – ich średnica to zwykle 10–20 mikrometrów (0,01–0,02 mm), powstają wokół jeszcze mniejszych drobin stałej materii zwanych jądrami kondensacji. W przyziemnej warstwie powietrza zwykle jest ich pod dostatkiem. W wyniku wychładzania się wilgotnego powietrza jego temperatura osiąga tzw. punkt rosy, co oznacza, że dalszy jej spadek prowadzi do wytrącania się kropelek wody wokół jąder kondensacji. Im wytrąci się ich więcej, tym gęstsza będzie mgła. Taki drobiazg jest leciutki i igra sobie z siłą ciążenia, wiatr go łatwo unosi, a silniejszy – rozwiewa. Dlatego mgła lubi bezwietrzną pogodę. Jej krople mogą się jednak ze sobą zlewać – proces ten naukowcy nazywają koalescencją. To właśnie on zmienia chmurę w opad atmosferyczny. Ten najmniejszy, zwany mżawką, pojawia się mniej więcej wtedy, gdy średnica kropel przekracza 100 mikrometrów. Oczywiście w przyrodzie granice nigdy nie są ostre – delikatna mżawka łatwo przechodzi w mgłę i na odwrót. Z kolei po drugiej stronie skali jest mżawka składająca się z dużych kropel o średnicy pół milimetra (500 mikrometrów), którą niewiele dzieli od drobnego deszczyku nazywanego popularnie kapuśniaczkiem.

W mrozie Mgła do spółki z mżawką stają się prawdziwym utrapieniem w chłodnej połowie roku, gdy temperatury spadają poniżej zera. Gdy przechłodzone, czyli mające ujemną temperaturę, kropelki mgły zetkną się z przemarzniętym podłożem, zmieniają się w kryształki lodu. Tak powstaje szadź. Na zdjęciach może ona wyglądać przepięknie. Kruche, cienkie

75

igiełki lodu wyrastające na gałęziach, trawach i krzewach potrafią zmienić park lub zadrzewioną aleję w bajkową krainę. Taką delikatną szadź meteorolodzy nazywają miękką, ale jest też druga, twarda. Zamiast cienkich igiełek mamy wielkie ilości lodu osiadające na przykład na drutach elektrycznych. Taki „szadziowy kataklizm” długo pamiętać będą mieszkańcy Jury Krakowsko-Częstochowskiej. Chaos na kolei, pozbawione prądu miejscowości, nieczynne szkoły, milczące telefony stacjonarne – tak wyglądały miasta i wsie północnej części województw śląskiego i małopolskiego w styczniu 2010 r. Skute lodem drzewa nie wytrzymywały obciążenia – pochylały się i łamały jak zapałki. Ich ciężkie, oblodzone korony spadały na linie energetyczne. Od szadzi niedaleko do innych, nieprzyjemnych zjawisk kojarzonych z ujemnymi temperaturami. Granice pomiędzy nimi są dość płynne. Kiedy przechłodzona mgła przechodzi w przechłodzoną mżawkę, która spada na gładką i równą powierzchnię o temperaturze poniżej 0 st. C, na przykład na drogę, wówczas powstaje gołoledź – przezroczysta warstewka lodu, jakże niebezpieczna dla kierowców. Zwykle dzieje się tak zimą przy mgle adwekcyjnej, gdy nad przemrożony grunt dociera bardzo wilgotne powietrze. Oblodzenie zasadniczo tym różni się od gołoledzi, że tworzy się nie przy powierzchni ziemi, ale na przedmiotach: wieżach, pomnikach, latarniach morskich, mostach, szybach wiertniczych, turbinach wiatrowych (a także samolotach, o czym na s. 100). W obu przypadkach potrzebne są ujemne temperatury oraz bardzo duża wilgotność względna powietrza. Jednym z bardziej spektakularnych efektów takiej zamiany wychłodzonej mżawki w lód są wielkie sople zwisające z gałęzi, znaków drogowych, kabli telefonicznych czy linii energetycznych.

76

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Na górze: szadź, czyli lodowe igiełki pokrywające drzewa oraz słupy i przewody elektryczne. Na dole: gołoledź. Na stronie obok: szron.

© BE&W (2), SPL/EAST NEWS, MARIANA BAZO/REUTERS/FORUM,

N I E Z B Ę D N I K

P O G O D A :

T O ,

C O

U L O T N E

Prawdziwym ekstremum jest mgła lodowa, która składa się nie z kropelek wody, ale maleńkich kryształków lodu (co upodabnia ją do cirrusów, wysokich chmur pierzastych powstających na wysokości ponad 5 km i  w  temperaturach rzędu -30 st. C). I ona tworzy się wyłącznie przy tak silnych mrozach, więc kto chce się z  nią zetknąć, powinien pojechać daleko za koło polarne, na przykład na Alaskę, gdzie pierwsi osadnicy nazywali ją „białą śmiercią”, myśląc, że kryształki lodu utkną im w płucach i uniemożliwią oddychanie.

W głowie

Oddaj wodę, mgło Pustynia Atacama w północnym Chile to jedno z najbardziej suchych miejsc na globie. Ale w powietrzu unoszącym się nad tą pustynią wody jest mnóstwo. Przynoszą ją mgły docierające znad niedalekiego Pacyfiku. Naukowcy wpadli na pomysł, jak dobrać się do tego wodnego skarbca. Zaprojektowali siatki z bardzo gęstymi oczkami, które rozwieszają pionowo na wysokości kilku metrów nad gruntem. Kropelki mgły osiadają na niej, a następnie skapują do rowków, którymi spływają do zbiorników. W ten sposób można zebrać wiele tysięcy litrów wody dziennie. Kanadyjscy badacze Sherry Bennett i Robert Schemenauer – autorzy tego prostego, lecz genialnego pomysłu – założyli organizację o nazwie FogQuest, która pułapki na mgłę zakłada w rozmaitych miejscach na globie, gdzie wody jest jak na lekarstwo. Charakterystyczne siateczki z polipropylenu lub polietylenu stoją m.in. w Peru, Ekwadorze, Jemenie, Omanie, Nepalu i Gwatemali. W 1 m sześc. mgły znajduje się najwyżej kilka gramów wody, a przeważnie znacznie mniej. Ale siatka o powierzchni 40 m kw. dostarcza jej dziennie średnio 200 litrów. Metoda jest zatem całkiem wydajna. Woda spełnia standardy WHO, można ją pić lub też podlewać nią rośliny. Nie każde miejsce nadaje się do łapania wody z mgły. Poza nią samą potrzebny jest też łagodny wiatr, który sprawia, że maleńkie kropelki wody łatwiej wpadają w sieć (zbyt silne wiatry zmniejszają wydajność metody, podobnie jak ich brak). Rozmiary instalacji rosną. Ostatnio Kanadyjczycy zaprojektowali siatki wyłapujące z mgły aż 750 litrów wody dziennie. Chcą je zastosować w dużych projektach, których celem jest zalesianie Sahelu i innych półpustynnych regionów świata. Od kilku lat z wody pozyskiwanej z mgły korzystają mieszkańcy kilkunastu berberyjskich osad w południowo-zachodnim Maroku. Piętnaście siatek w ciągu doby chwyta około 25 tys. litrów wody. Prostokątne siatki wykonane z czarnego tworzywa sztucznego rozpięto na szczycie góry, która średnio co drugi dzień otoczona jest mgłą. Ta pojawia się za sprawą odległego o kilkanaście kilometrów Oceanu Atlantyckiego. Patent nazywa się CloudFisher, a pomysłodawcami są eksperci z niemieckiej pozarządowej organizacji WaterFoundation.

Mgłę znają doskonale – i szczerze nie znoszą – amatorzy górskich wycieczek. Łatwo w niej bowiem zabłądzić. Nie tylko dlatego, że ogranicza widzialność, jest wilgotna, przenikliwie zimna i źle wpływa na psychikę piechura. Wprowadza też w błąd słuch człowieka. Wytłumia dźwięki, szczególnie te o wyższej częstotliwości, które są silniej rozpraszane i odbijane przez kropelki wody. Z tego również powodu trudniej jest precyzyjnie zlokalizować źródło tych dźwięków, które przedrą się do uszu.

Efekt mgły jest najsłabszy w przypadku niskich częstotliwości. Dlatego syreny okrętowe i inne nadajniki sygnałów mgłowych emitują takie właśnie niskie dźwięki. Rybacy bałtyccy (i nie tylko) przez setki lat używali do tego celu rogów. Na koniec jeszcze o dobrych stronach mgły: zainspirowała ona wielu pisarzy. Znajdziemy ją u Karola Dickensa, Oscara Wilde’a, Roberta Louisa Stevensona, Arthura Conan Doyle’a czy Josepha Conrada. W „Opowieści wigilijnej” główny bohater Ebenezer Scrooge przemierza ulice Londynu tak zamglone, że nie widać drugiej ich strony. W bestselerze Stevensona sympatyczny doktor Jekyll pod osłoną ciemności i mgły przechodzi transformację, zmieniając się w przerażającego pana Hyde’a. W „Psie Baskerville’ów” Sherlock Holmes i jego przyjaciel dr John Watson zabijają straszną bestię, która nocą wyłania się z mgły i rzuca na nich. W „Jądrze ciemności” mgła gęstnieje w miarę jak statek, na którym jest Charles Marlow, płynie w górę rzeki Kongo, zbliżając się do kryjówki Kurtza. I jeśli chodzi o zalety, to by było tyle. u

77

N I E Z B Ę D N I K

78

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

Dr Witold Lenart o tym, co się dzieje nad głowami ludzi przed deszczem, czym jest śnieg i czy ocieplenie klimatu ma wpływ na opady.

Chmury w kałużach PRZEMEK BERG: – ­ Dlaczego nasze głowy od czasu do czasu

coś moczy?

© LESZEK ZYCH, MAREK KWITKOWSKI

P O G O D A :

WITOLD LENART: – ­ Ponieważ w chmurach dochodzi do kilku bardzo skomplikowanych fizycznie zjawisk i procesów. I chociaż nie poznaliśmy jeszcze wszystkich ich tajników, mamy pewną w miarę ugruntowaną wiedzę na temat genezy opadów atmosferycznych. Nie ze wszystkich chmur pada. Z czego to wynika? Chmura może składać się tylko z wody, której kropelki są początkowo o dwa rzędy wielkości mniejsze niż te widoczne w formie deszczu. Wtedy nie pozwalają im spaść obecne w chmurach bardzo silne prądy wstępujące. Poza tym chmury żyją bardzo Rozmówca jest klimakrótko – większość z nich tak króttologiem z Uniwerko, że złożone procesy umożliwiające opad nie zdążą zajść. Wreszsyteckiego Centrum cie bardzo wiele chmur znajduje Badań nad Środowisię zbyt wysoko nad Ziemią. To, po skiem Przyrodniczym i Zrównoważonym pierwsze, powoduje, że jest w nich Rozwojem Uniwersyza mała zawartość wody we wszystkich stanach skupienia, a poza tym tetu Warszawskiego. duża odległość od Ziemi powoduCzłonek Państwowej je, że opadające krople i śnieżynki Rady Ochrony w ­ yparowują. Środowiska.

79

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

© 123 RF (3)

N I E Z B Ę D N I K

Na szczęście w niektórych chmurach deszcz się tworzy. W jaki sposób? W atmosferze istnieją tzw. jądra kondensacji, a więc drobi­ ny różnego pochodzenia i rozmiarów, przeciętnie o wielko­ ści rzędu mikrometra. Są zwykle higroskopijne, więc wokół nich tworzą się krople różnej wielkości. Pojawia się w chmurze widmo kropel, co jest istotnym warunkiem powstania opadu w wyniku koalescencji, czyli łączenia się kropel podczas gra­ witacyjnego opadania, a także podczas innych ruchów pio­ nowych. Wyraźnie większe krople powstałe np. na tzw. gigan­ tycznych jądrach kondensacji stają się kroplami macierzysty­ mi i rosną szybko, chwytając mniejsze. Takich połączeń musi być bardzo dużo, a sam proces nie jest geometrycznym na­ kładaniem się średnic kropel. W każdym razie krople rosną, osiągając rozmiary deszczu, czyli rzędu milimetra. Poniżej

80

podstawy chmury muszą jeszcze sprostać ubytkowi wody wy­ wołanego parowaniem i docierają jako deszcz na Ziemię. Tyle że ten dość prosty model jest rzadkością i np. u nas praktycz­ nie nie występuje. Czy to oznacza, że w Polsce mamy inne deszcze niż na przykład w Ekwadorze lub w Kenii? Inne. To, o czym powiedziałem wyżej, wyjaśnia mniej więcej sposób powstawania opadów z tzw. chmury ciepłej. One two­ rzą się na niższych szerokościach geograficznych, bliżej rów­ nika, gdzie w niższej i średniej (do np. 5 km wysokości) tropo­ sferze wciąż jest w chmurach woda. Jeśli nawet krople deszczu są przechłodzone, to może tam powstać deszcz dzięki zjawi­ sku koalescencji. Nas interesuje sytuacja, gdy chmura jest chłodna i ma kro­ ple przechłodzone, niekiedy nawet o temperaturze ok. -40 st. C

P O G O D A :

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

Gwiazdki z nieba Płatki śniegu są piękne i tajemnicze. Geometrycznie to sześciokąty. Zwykle mają strukturę fraktalną, są samopodobne – rosnąc, w kolejnych elementach powielają kształt całości. Żeby powstały, muszą skupić się (kondensować) na jakiejś drobinie, np. kurzu. Ich kształty zależą od wilgotności i temperatury. Mogą być sześcioramiennymi gwiazdkami o prostej lub bardzo rozbudowanej strukturze albo kolumienkami czy płytkami – to zależy od tego, jak zmienia się temperatura podczas ich drogi z chmury ku Ziemi. Płatkami śniegu interesowali się np. Kartezjusz, a także Kepler. Tajemnicą pozostaje, co kieruje molekułami wody, które dołączają do kryształu lodowego, nie zaburzając jego sześciokątnej symetrii. Wiadomo na pewno, że nie ma dwóch identycznych płatków śniegu. Każdy jest inny.

i pojawia się faza zamarzania. Przy tej temperaturze następuje samoistna krystalizacja. Ten proces jest dalece bardziej złożony, wymaga czasu w warunkach szybkich zmian, jakie zachodzą w chmurach chłodnych, gdzie woda jest we wszystkich stanach skupienia. Jednak tak właśnie tworzą się opady w chmurach naszej szerokości geograficznej. I zresztą w większości obszarów na Ziemi. Mówi pan: samoistna krystalizacja. Ale jak do niej dochodzi? Odpowiada za nią tak zwany proces ­Bergerona-Findeisena. No, niestety, muszę użyć tej nazwy, ponieważ to właśnie to zjawisko rozpoznane zaledwie kilkadziesiąt lat temu ma fundamentalne znaczenie w tworzeniu się deszczy w chmurach chłodnych, czyli w naszych szerokościach, ale generalnie na całej Ziemi. Proces polega na tym, że przechłodzona woda jest źródłem materii dla kryształków lodu. Okazuje się, że ciśnie-

nie nasycające pary wodnej nad kryształkami lodu jest rosnąco wyraźnie mniejsze niż nad kroplami przechłodzonej wody. Różnica jest znaczna, więc woda paruje, a następnie resublimuje na kryształach. Też zamienia się w lód. Właśnie w ten sposób kryształki lodu powiększają się szybko. Odpowiednio duże już mogą grawitacyjnie opaść. I to jest główna przyczyna opadów na Ziemi. Ale czy my mamy tu wciąż do czynienia z opadem deszczu czy już śniegu? Deszczu. Kryształki lodu wzrastają bardzo szybko i  opadając, ocieplają się, topnieją i w rezultacie na Ziemię spada deszcz. A płatki śniegu czy śnieżynki spadają w wyniku dokładnie tego samego procesu, jednak wtedy, gdy mają niską temperaturę po drodze – kryształki te nie roztapiają się i nie sublimują. Istnieją jeszcze inne opady stałe, w  przeciwień-

81

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Pewnego niedzielnego poranka w styczniu 2018 r. w okolicach miasta Aïn Séfra w północno-zachodniej części Algierii spadł śnieg, ok. 40 cm. Biały puch pokrywał pomarańczowe wydmy pustyni aż do godzin popołudniowych. Ludzie, którzy mogli oglądać ten niecodzienny widok, twierdzili, że okolica wyglądała jak z filmu science fiction – krajobraz przypominał raczej ten marsjański niż ziemski. Miasto Aïn Séfra leży nieco ponad 1000 m nad poziomem morza, więc jest w nim istotnie chłodniej niż na obszarach pustyni położonych niżej, ale i tak jest to zjawisko wyjątkowe. Chociaż z drugiej strony nie aż tak, jak by się wydawało. Śnieg spadł na kawałek Sahary w 2016 r., a także w styczniu 2017 r. (wtedy było go nawet więcej: ponad pół metra). Śnieg pada na rozmaite obszary Sahary dość często, tyle że nikt o tym nie wie. Pustynia jest więk-

82

sza niż Stany Zjednoczone, a punktów monitorujących pogodę pustyni zaledwie kilka. Są więc niezbadane obszary, na których nie tylko nie ma monitoringu, lecz także przez lata nie zapuścił się tam żaden człowiek. Skąd śnieg w Aïn Séfra? Znawcy klimatu Sahary twierdzą, że możliwe są dwa scenariusze. Pierwszy: przy odpowiedniej wilgotności i cyrkulacji zimnych mas powietrza znad Atlantyku śnieg może o tej porze roku dosięgnąć Sahary bez większego problemu. Zwykle masy powietrza, które mogą śnieżyć, przedostają się znad tego oceanu nad północne tereny Europy, zwłaszcza do Skandynawii. Zdarza się jednak, że układy wysokiego ciśnienia przenoszą je ekstremalnie daleko na południe. Drugie wytłumaczenie jest takie, że ocieplenie klimatu i zanieczyszczenie

atmosfery ziemskiej wywołują ekstremalne zjawiska pogodowe na całej planecie, o czym możemy się wszyscy przekonać zwłaszcza latem. Energii w atmosferze jest nadmiar i musi się ona gdzieś jakoś zneutralizować – stąd gigantyczne ulewy, upały, wichury, burze itd. Takie niespodziewane, wyjątkowe dla danej strefy klimatycznej zjawiska pogodowe, jak śnieg nad Saharą czy upał na Grenlandii, w zasadzie nie powinny już dziwić. Poza tym średnia styczniowa temperatura tego obszaru Algierii, na który spadł śnieg, to 6–10 st. C. Może się jednak zawsze zdarzyć dzień, który od tej średniej istotnie odbiega. Do tego odpowiednia cyrkulacja wiatrów i śnieg może spaść. I jeszcze jedno: nocą temperatura pustyń – dotyczy to nie tylko Sahary – zwykle bardzo mocno spada i nocne przymrozki pustynne nie są niczym dziwnym.

© PHOTOGRAPHY/REX/SHUTTERSTOCK/EAST NEWS, BE&W

Śnieg na Saharze

P O G O D A :

T O ,

stwie do ciekłych, czyli deszczu i mżawki, na przykład ziarna lodowe, pył diamentowy, krupa czy grad. Reasumując: deszcz może powstać w wyniku koalescencji, czyli łączenia się kropel wody w chmurze ciepłej, w której mamy tylko wodę, może jednak powstać też w procesie BergeronaFindeisena, czyli agregacji – gdy rosną kryształki lodu i lepią się w większe porcje. Wtedy powstanie albo deszcz, albo śnieg. Ale jest jeszcze trzeci proces zwany akrecją. Otóż jest to sytuacja, w której w chmurze odbywa się swoiste łączenie przechłodzonej wody z kryształkami lodu. Jednak nie w procesie sublimacji, czyli parowania wody i wzrostu kryształków, lecz w wyniku fizycznego łączenia się kropel wody z kryształkami lodu. I tak np. tworzy się grad. Generalnie, żeby powstał opad, któryś z tych procesów musi się zdarzyć, a najlepiej – wszystkie naraz. A żeby jeszcze był obfity, muszą one zachodzić bardzo szybko, ponieważ czasu jest niewiele. Chmura żyje krótko i nieustannie się przemieszcza, w  związku z  tym warunki fizyczne w  niej panujące szybko się zmieniają – wiemy, że w wielu przypadkach nawet sprzyjają opadogenezie, ale trwają zbyt krótko i opadu nie ma. Dobrym przykładem jest tu zjawisko virga. Z chmury zaledwie wynurza się u  podstawy smuga deszczu lub śniegu, ale do Ziemi nic nie dociera. Dla powstania opadów ważne są różnego rodzaju jądra kondensacji i krystalizacji. Czym one są i skąd się biorą? Czy to drobiny kurzu? Duże jądra kondensacji pochodzą z  mórz. Są to po prostu drobiny soli morskiej unoszone konwekcją, dużo jest też aerozoli powstałych w  wyniku procesów chemicznych w atmosferze obejmujących związki gazowe, np. tlenki siarki czy tlenki azotu. Jądrami kondensacji są także pyły wulkaniczne i cząsteczki pochodzące z pożarów lasów. Dużo powstaje ich również w naturalnym procesie rozpadu substancji glebowych. Istnieją też jądra nienaturalne, przemysłowe, miejskie. Tych też jest dużo, a nawet bardzo dużo, zwłaszcza nad wielkimi aglomeracjami czy ośrodkami przemysłowymi. Nie wszystkie jądra kondensacji są jednocześnie jądrami krystalizacji. Tu jednak znów wkraczamy w głębiny nie do końca rozpoznanej mikrofizyki chmur.

C O

N A S

D O T Y K A

Czy ocieplenie klimatu będzie sprzyjać opadom, czy wręcz przeciwnie? Zmiany bilansu cieplnego Ziemi z pewnością wpływają na intensywność procesów powstawania opadów. Ale podstawową kwestią jest cyrkulacja atmosferyczna i dostawa wilgoci niezbędna dla chmurogenezy i opadogenezy. Tu w następstwie zmian klimatu spodziewamy się poważnych zmian rozkładu przestrzenno-czasowego opadów. W najbardziej sprzyjających warunkach na Ziemi może wystąpić nawet 100 mm opadu na godzinę; to bardzo dużo. Taki opad musi oczywiście pochodzić z dużego i mocno rozbudowanego cumulonimbusa, czyli potężnej komórki burzowej. Wtedy możemy z pewnością stwierdzić, że w jej wnętrzu zaszły procesy, o których wcześniej była mowa: i koalescencja, i agregacja, i akrecja, cały proces Bergerona-Findeisena. W Polsce w związku z globalnym ociepleniem mamy do czynienia z opadami bardziej obfitymi niż niegdyś. To wynika z tego, że chmury stają się bardziej rozwinięte, większe, bo wyższe. A  stają się takie, ponieważ w atmosferze jest coraz więcej energii. Nie do końca wiemy, na co tę dodatkową energię przeznaczy tajemna przyroda chmur. Czyli można powiedzieć, że opady wciąż stanowią dla nas dużą tajemnicę? Powiedziałbym, że zawsze będą zjawiskiem niezwykle skomplikowanym. Problemem jest to, jak obserwować misterne procesy ich powstawania. Trzeba by przecież jakoś być w chmurze i w żaden sposób nie zakłócając jej swoją obecnością, obserwować złożoną wymianę mas i energii oraz trójwymiarową plątaninę ruchów. Tego się oczywiście nie da zrobić, bardzo trudno także symulować proces w  laboratorium. W większości podręczników światowych dotyczących klimatologii i fizyki atmosfery o genezie opadów nie mówi się wiele. Zajmujący się opadem słusznie koncentrują się na tym, co się dzieje z wodą docierającą do Ziemi, gdzie rozpoczyna ona istotną dla człowieka i życia równie skomplikowaną wędrówkę, a o tym, co tam się w górze dzieje i jak chmury i opad się kształtują, wciąż wiemy niewystarczająco wiele.

W chmurze kropla musi urosnąć do rozmiaru rzędu milimetra. Później ma za zadanie sprostać ubytkowi wody wywołanemu parowaniem. Dopiero kiedy jej się to uda, dociera na Ziemię jako deszcz.

ROZMAWIAŁ PRZEMEK BERG

83

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

Woda na ulicach,

czyli czym się różnią jedne powodzie od drugich i dlaczego niektóre będą się zdarzać coraz częściej? Opadowa i roztopowa Te typy powodzi występują w Polsce najczęściej. Pierwszy zwykle tam, gdzie są wysokie sumy opadów, a tym charakteryzują się góry. –­ Rzeki górskie płyną przez tereny, na których efekt orograficzny zwiększa wydajność opadów, zlewnie są nieduże, przez co skraca się czas dopływu wody ze stoków do koryta, do tego występuje duże nachylenie terenu i brak grubych warstw gleby, które mogą wodę pochłaniać – wyjaśnia prof. Artur Magnuszewski, hydrolog z Wydziału Geografii i Studiów Regionalnych Uniwersytetu Warszawskiego. – Po intensywnym opadzie następuje szybka koncentracja wody w rzece. Jeśli jej odpływ jest bardzo zwiększony, rzeka wylewa. Drugi rodzaj powodzi dotyczy rzek nizinnych i jest efektem topnienia pokrywy śnieżnej. – A w tzw. rzekach tranzytowych – u nas to Wisła, Odra czy Bug – często występują oba typy powodzi – kontynuuje prof. Magnuszewski. –­Wiosenne roztopy z dopływów nizinnych wywołują zwiększony przepływ

84

wody, ale też istnieje możliwość powstania powodzi opadowych ze wzmożonych opadów w górnej części dorzecza (powódź z 2010 r.). Rzeka tranzytowa musi zwiększony przepływ (falę powodziową) przeprowadzić przez cały swój bieg i w miejscach, gdzie zawiodą budowle ochronne, może na niej wystąpić powódź.

N A U K A

Zatorowa i sztormowa Pierwsza bierze się z ograniczenia przepustowości koryta rzeki. Dobrym przykładem była katastrofalna powódź z 1981 r. koło Płocka na Jeziorze Włocławskim. – Przepływy wcale nie były wówczas ekstremalnie wysokie – mówi prof. Magnuszewski. – Ale nagromadzenie lodu i śryżu, który się zatrzymał na wejściu do zbiornika, ­doprowadziło do spiętrzeń wody. Niemal cały lewobrzeżny Płock poszedł pod wodę. O ile powódź opadowa może objąć ogrom-

ne tereny, o tyle powodzie zatorowe mają raczej zakres lokalny. Powodzie sztormowe występują w ujściach rzek do morza. – Jeżeli jest duży sztorm na Bałtyku, na Zatoce Gdańskiej lub Zatoce Pomorskiej, to poziom morza wzrasta i woda z niego jest „wpychana” w ujście rzeki. Często następuje to w warunkach przechodzenia układów niżowych dających dodatkowo intensywne opady na lądzie. Z jednej strony mamy więc zwiększony odpływ rzeką, a z drugiej zablokowanie jej ujścia spiętrzeniem sztormowym. By tego uniknąć, Holendrzy zbudowali rozległy system tam przeciwsztormowych Delta Project. Podobny system w ujściu Newy, która nie raz zalewała Petersburg, mają od kilku lat Rosjanie. Powódź miejska To nowa kategoria powodzi. Powoduje podtopienia, często znaczne i bardzo uciążliwe. Powstają po ulewach, kiedy sieci kanalizacji burzowej nie są w stanie poradzić sobie z przyjęciem ogromnych ilości wody. Powodzie miejskie są coraz częstsze, ponieważ miasta się rozrastają i są coraz bardziej szczelnie zabudowywane. – Zaczyna tu też działać efekt tzw. wyspy ciepła – wyjaśnia prof. Magnuszewski. – Opady nawalne pochodzą z chmur konwekcyjnych. A miasta dają dodatkową ilość energii, która trafia w chmury przez prądy konwekcyjne. Duża aglomeracja wręcz sprzyja rozbudowie komórek burzowych, sama nasila dynamikę atmosfery, niejako wysyła burzy zaproszenie do siebie.

T O ,

C O

N A S

W dużych miejscowościach częstotliwość powstawania potężnych komórek burzowych rośnie. Dlatego z powodziami miejskimi będziemy mieli do czynienia coraz częściej. Tsunami Przypuszcza się, że w przeszłości fale tsunami doprowadzały do zagłady całych cywilizacji. Na przykład wspaniałej starożytnej społeczności Minojczyków, która upadła po wybuchu wulkanu na wyspie Thera i powstałym w jego wyniku tsunami. W 1755 r. tsunami niemal doszczętnie zniszczyło Lizbonę i wiele portowych miast Portugalii. Największe tsunami uderzyło w 1958 r. w Lituya Bay na Alasce. Ukształtowanie wybrzeża w tym miejscu spowodowało, że fala osiągnęła wysokość ponad  500 m.  W 1964 r. 52-metrowe tsunami pojawiło się w Shoup Bay. To, które

D O T Y K A

uderzyło w Japonię w 2011 r. i spowodowało awarię elektrowni atomowej w Fukuszimie, pochłonęło kilkadziesiąt tysięcy ofiar. Fale tsunami powstają w wyniku podwodnych trzęsień ziemi lub wybuchów wulkanów. Gdy do trzęsienia dochodzi na dnie morskim, ogromne obszary tego dna mogą zachować się dwojako. Jeśli ulegają wypiętrzeniu, przenoszą  powstałą w ten sposób energię na powierzchnię wody. Jeśli zaś się zapadają, woda z ogromnego obszaru oceanu gwałtownie wpływa w zapadlinę i to wywołuje chwilowe obniżenie poziomu morza w tym miejscu i także tworzy się fala. Na pełnym morzu tsunami to po prostu fale rozciągnięte na kilkadziesiąt lub nawet kilkaset kilometrów i z małą stromizną. Wtedy jest jeszcze niegroźne, a nawet ledwo zauważalne. Ale fala tsunami rozchodzi się po powierzchni wody po okręgu z prędkością do 800–900 km na godz.  Dalej wszystko więc zależy od tego, jak ukształtowany jest szelf morski, czyli przybrzeże, i jak wygląda linia brzegowa. Jeśli szelf jest szeroki i łagodny, fala tsunami nie spiętrza się ekstremalnie i chociaż wpływa na ląd jako potężny przybój, spowodowane nią zniszczenia z reguły nie są duże. Jeśli jednak szelf jest stromy, a linia brzegowa urozmaicona, z wieloma zatokami, fala, uderzając w płytkie wody przybrzeża, nagle się wypiętrza – może osiągnąć kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt metrów wysokości. Jej uderzenie jest wówczas zawsze katastrofą. Niestety, nie można jej w żaden sposób zapobiec. PB © KACPER KOWALSKI/FORUM, PAP/MIROSŁAW TREMBECKI, ANDRZEJ IWANCZUK/REPORTER, KYODO NEWS STILLS/GETTY IMAGES

P O G O D A :

85

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Sprawcy deszczu Jest kontrowersyjne, kosztowne i niepewne, ale wypróbowywane w kilkudziesięciu krajach świata. I co ciekawe, wygląda na to, że choć nie zawsze i nie idealnie, zasiewanie chmur jednak się udaje.

Zasiewanie chmur deszczowych 86

para wodna w chmurach

wprowadzenie substancji chemicznej

P O G O D A :

T O ,

C O

Z

imą 2018  r. meteorolodzy zaczaili się w  Górach Skalistych na chmury. Cierpliwie czekali, aż w pobliżu miejsca, gdzie zaplanowano eksperyment, pojawi się odpowiednia grupa obłoków. Nie każdy bowiem nadawał się do takiego testu. Musiał się składać z wystarczająco dużej ilości przechłodzonych kropelek wody, czyli pozostających w stanie ciekłym mimo ujemnych temperatur powietrza. Gdy w końcu takie chmury się pojawiły, naukowcy przystąpili do akcji, posyłając ku nim dwa samoloty. Pierwszy zabierał ze sobą kanistry z jodkiem srebra, które opróżniał w chmurach. Na pokładzie drugiego zainstalowali się sami badacze z  instrumentami do prowadzenia obserwacji. Zbierane przez sześć godzin dane wraz z  informacjami z pomiarów naziemnych trafiły

N A S

D O T Y K A

do komputera z modelem symulującym naturalne i „wspomagane” opady atmosferyczne. Eksperyment przeprowadzono w środku zimy, ponieważ tym razem chodziło o śnieg. Trzy ostatnie z  27 zaplanowanych lotów z  jodkiem srebra trzeba było odwołać, ponieważ z nieba sypnęło śniegiem tak intensywnie, że oba samoloty musiały zostać uziemione. – Na radarach doskonale widzieliśmy, co się dzieje. Tam, gdzie przeleciał samolot z jodkiem, w chmurze pojawiały się coraz większe krople wody, które następnie zamarzały. Po kilku godzinach płatki śniegu były na tyle duże, że zaczynały opadać na ziemię. Nigdy wcześniej nie widziałem czegoś takiego – opowiada Jeff French, meteorolog z University of Wyoming. To on współliderował projektowi o nazwie SNOWIE, którego rezultaty zostały w detalach opisane w artykule opublikowanym przez prestiżowe czasopismo naukowe „Proceedings of the National Academy of Sciences”. Wyniki testu uszczęśliwiły licznych zwolenników zasiewania chmur w celu zmuszenia ich do oddania wody w formie deszczu lub śniegu. W zachodniej części USA ten drugi opad ma olbrzymie znaczenie, ponieważ to od niego zależy ilość wody niesionej przez główne rzeki tego regionu, w tym słynną Kolorado. Świat zna ją przede wszystkim ze wspaniałego kanionu, ale dla około 30 mln mieszkańców amerykańskich stanów Utah, Arizona, Nevada i Kalifornia jest ona głównym źródłem wody. Pobiera się ją z gigantycznych zbiorników retencyjnych oraz tłoczy do wodociągów (jeden z nich, słynny Colorado River Aqueduct o długości prawie 400 km, dostarcza wodę do Los Angeles) i kanałów nawadniających o łącznej długości prawie 5 tys. km. Im mniej śniegu spadnie zimą w Górach Skalistych, gdzie Kolorado ma swoje źródła, tym mniej wody będzie w niej w kolejnych miesiącach. Tak samo jest w przypadku wielu innych rzek na zachodzie USA. Dlatego od wielu dekad w Górach Skalistych zasiewa się chmury, aby sprowadzić deszcz (latem) lub śnieg (zimą). Jednak co do skuteczności tej metody istnieje wiele wątpliwości.

kondensacja

wytworzenie kropel wody (deszcz)

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK, SPL/EAST NEWS

Posłuszny deszcz... Do niedawna wśród badaczy dominował radykalny sceptycyzm. O chmurach więcej nie wiadomo niż wiadomo. Niełatwo więc przewidzieć, co zrobią za godzinę lub dwie. „Naukowcy nie są w stanie potwierdzić, czy zmiany w intensywności opadów deszczu, gradu i śniegu mające być efektem takich zasiewań chmur są weryfikowalne i powtarzalne” – można było przeczytać w raporcie ekspertów przygotowanym w 2003 r. dla amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki. Jednak dekadę później ta sama instytucja postanowiła sfinansować nowe badania nad wywoływaniem opadów atmosferycznych. Dzięki nowocześniejszym satelitom pogodowym, zaawansowanym radarom, szybszym komputerom oraz dokładniejszym modelom badacze atmosfery pierwszy raz od dawna doszli do wniosku, że owszem, w pewnych warunkach i  z  pewnymi ograniczeniami, ale zasiewanie chmur jednak działa. Przełomowe znaczenie miał eksperyment prowadzony w ciągu sześciu kolejnych zim na dwóch masywach górskich w stanie Wyoming. Autorami byli naukowcy z National Center for Atmospheric Research (NCAR), cieszącego się olbrzymim prestiżem ośrodka naukowego, mekki amerykańskich, i nie tylko, badaczy atmosfery. W 2014 r. ogłosili, że zasiewanie

87

zwiększyło opady śniegu średnio o 10–15 proc. „Niby niewiele, ale tam, gdzie chronicznie brakuje wody, to ma już znaczenie” – podkreślał współautor badania Roy Rasmussen. Do oceny skuteczności zasiewania wykorzystano takie nowinki jak radar podwójnie spolaryzowany, który potrafi przeniknąć chmurę i dokonać pomiaru wielkości i kształtu kropel deszczowych, oraz uruchomiony w 2012 r. superkomputer Yellowstone o mocy 1,5 bld operacji na sekundę. Dzięki tej maszynie – 180 razy szybszej od swojego poprzednika – można było wreszcie symulować zachowania chmur sztucznie zachęcanych do przynajmniej częściowego przeobrażenia się w opad. (Yellowstone pracował zaledwie pięć lat, w 2017 r. zastąpiono go maszyną Chayenne liczącą ponad trzy razy szybciej). W ten sposób najnowocześniejsza technika została wykorzystana do zweryfikowania wartości metody, której reputacja nie była przez dekady przesadnie dobra. Także dlatego, że w historii nie brakowało naciągaczy twierdzących, że na życzenie (i za słoną opłatą) potrafią wywołać deszcz. W XIX w. strzelano do chmur z armat, podpalano lasy, wysadzano beczki z prochem – wszystko z desperacji spowodowanej suszą. A w latach 20. i 30. XX w. spragnione deszczu amerykańskie miasta i miasteczka objeżdżał niejaki George Ambrosius Sykes, wożąc ze sobą urządzenie do modyfikowania pogody. Skonstruował je ze zwojów drutu, odbiornika radiowego, paru anten, odgromników oraz kilku butelek z kolorowymi cieczami, które nazywał „przyciągaczami chmur i integratorami deszczu”.

...niepokorny wiatr Sykes był oczywiście szarlatanem, ale jego przekonanie, że człowiek, jeśli tylko mocno się postara, może okiełznać naturę, wkrótce zaczęli podzielać także naukowcy. Kiedy tuż po II wojnie światowej w  laboratorium firmy General Electric w miasteczku Schenectady w stanie Nowy Jork rozpoczynano eksperymenty z jodkiem srebra, wielu miało nadzieję, że będzie to cudowna broń przeciwko huraganom atlantyckim nawiedzającym południowo-wschodnie stany USA. W Schenectady pracował Irving Langmuir, laureat Nagrody Nobla w 1932 r. Jego współpracownikami byli Vincent Schaefer i Bernard Vonnegut. To oni odkryli, że jeśli do chmury składającej się z przechłodzonych kropel wody dodać drobiny jodku srebra, to kropelki zmienią się w lód. Co więcej, małe początkowo kryształki lodu będą się szybko powiększały, przyłączając kolejne krople wody. W końcu staną się tak duże, że opadną na ziemię, po drodze zmieniając się w deszcz. Pierwszy eksperyment z wywoływaniem deszczu przeprowadzono w listopadzie 1946 r. Był udany – naukowcy spowodowali gwałtowny opad śniegu nad stanem Massachusetts. Wkrótce ruszył projekt Cirrus, do którego przystąpiło wojsko. Listę celów szybko rozszerzono o badania nad łagodzeniem siły huraganów. Zakładano, że iniekcja jodku srebra zaburzy strukturę chmur wokół cyklonu, co osłabi jego impet. Rok później na pokład bombowca załadowano kilkadziesiąt kilogramów jodku srebra i wysłano w kierunku huraganu. Znajdujący się w drugim samolocie badacze prowadzili obserwacje. Ku ich rozczarowaniu huragan wydawał się dość obojętny na nieśmiałe próby ludzkiej ingerencji. Co prawda część chmur zniknęła, ale czy był to efekt interwencji człowieka? Nie wiadomo. Mało tego: z prognoz wynikało, że potężny wir rozpłynie się ponad

88

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

© XINHUA/EYEVINE/EAST NEWS, GETTY IMAGES

N I E Z B Ę D N I K

Atlantykiem i nie powinien zagrozić ludziom. Jednak w pewnym momencie nagle zawrócił i pognał w stronę lądu, gdzie zniszczył wiele domów. Wściekli mieszkańcy zażądali od państwa rekompensaty. Naukowcom zaś się upiekło, bo dowiedli, że ich wpływ na pogodę nie jest jednak tak duży, jak myśleli. I tu akurat się nie mylili. Założenia tamtego eksperymentu wydają się dziś naiwne. Cyklony tropikalne to energetyczne monstra. Pomysł, że można je zatrzymać kilkudziesięcioma kilogramami proszku, wywołuje u współczesnych badaczy uśmiech politowania. Projekt Cirrus został utajniony i odłożony na półkę. Jednak inne testy były kontynuowane. W pierwszej połowie lat 50. próby modyfikowania pogody objęły jedną dziesiątą terytorium USA. Od 1952 r. Biały Dom zatrudniał na etacie eksperta w tej dziedzinie, powstał także specjalny komitet doradczy. Pod koniec lat 50. opublikował on raport, w którym ostrzegał, że zasiewanie chmur może stać się w przyszłości bronią potężniejszą od bomby atomowej. Nie była to zupełna nowość: Amerykanie w latach 1967–72 próbowali modyfikować pogodę w północnym Wietnamie w ramach tajnej operacji Popeye. Wojskowe samoloty rozrzucały jodek srebra w chmurach monsunowych, aby sprowokować ulewne deszcze i katastrofalne powodzie. Te i podobne przedsięwzięcia skończyły się po podpisaniu w 1977 r. w Genewie konwencji o zakazie militarnego używania technik modyfikacji środowiska naturalnego. Kolejną, ostatnią zresztą, próbę osłabienia atlantyckich huraganów podjęto w latach 60. XX w., uruchamiając projekt Stormfury. I on okazał się pechowy, w dodatku politycznie ryzykowny. Kiedy w 1963 r. huragan Flora zabił kilka tysięcy mieszkańców Kuby, jej przywódca Fidel Castro oskarżył USA o manipulowanie pogodą. Niesłusznie, bo amerykańskim naukowcom z prób ujarzmiania wielkich wirów nic nie wychodziło. Po latach nieudanych eksperymentów projekt Stormfury w 1983 r. zamknięto.

Sól i inne ingrediencje W tym momencie trzeba było ograniczyć cele do tych mniej ambitnych, czyli wywoływania deszczu lub też odwrotnie – rozpraszania deszczowych chmur. Dziś robi się tak w ponad

P O G O D A :

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

Samolot zasiewający chmury nad prowincją Nakhonsawan w Tajlandii. Po lewej: rakiety wystrzeliwujące w chmury chemikalia, prowincja Shanxi w północnych Chinach.

Pierwszy eksperyment z wywoływaniem deszczu przeprowadzono w listopadzie 1946 r. – naukowcy spowodowali gwałtowny opad śniegu nad stanem Massachusetts.

50 krajach. Chińska armia ma specjalne pododdziały strzelające z dział przeciwlotniczych do chmur. Od czasu do czasu pogodę modyfikują Rosjanie. Z wywoływaniem deszczu eksperymentuje wiele krajów tropikalnych, aby zwiększyć opady deszczu podczas pory suchej. W dolnych częściach chmur, gdzie jest ciepło, rozpylana jest wtedy sól kuchenna, której dodanie ma zwiększać rozmiary kropel i zachęcać je do przekształcenia się w deszcz, w górnych – tradycyjnie jodek srebra. Tak postępują m.in. Indie, Indonezja, Australia, Tajlandia i Zjednoczone Emiraty Arabskie. Ten ostatni kraj zasiewa chmury na potęgę od ponad trzech dekad, na przykład w 2019 r. wykonano tam 247 lotów ku wyglądającym obiecująco chmurom. Jednak dopiero w ubiegłym roku uruchomiono tam pierwszy projekt naukowy z prawdziwego zdarzenia, podobny do amerykańskiego SNOWIE. Do oceny skuteczności takich operacji zostaną wykorzystane satelity, nowoczesne radary, bardzo szybkie komputery i najlepsze modele matematyczne. Zajmą się tym zresztą ci sami ludzie z NCAR, którzy współtworzyli zespół wywołujący śnieg w Górach Skalistych. Co ciekawe, w tych samych Zjednoczonych Emiratach Arabskich testuje się też rozmaite niekonwencjonalne metody inicjowania deszczu. Przez kilka lat sprawdzano, czy da się go uzyskać ze sztucznych chmur wytwarzanych poprzez jonizowanie powietrza. Teoria mówi, że ujemnie naładowane cząstki gazów mają skłonność do przyczepiania się do innych cząsteczek, powiększając ich rozmiary. Dzięki temu w powietrzu pojawia się więcej jąder kondensacji, wokół których może się zbierać woda, krystalizując często w  formie drobinek lodu. Jeśli takich gru-

dek uzbiera się odpowiednio dużo, powstaje z  nich chmura, a jeśli osiągną one duże rozmiary – wtedy spada deszcz, a nawet grad. Gorzej z  praktyką. W  emiracie Abu Zabi ustawiono stalowe słupy jonizacyjne o  wysokości 10 m z  instalacjami z  przewodów elektrycznych. Z  daleka wyglądały jak palmy. Instalacje podłączano do prądu, mając nadzieję, że ujrzą chmury, a potem deszcz. Ten rzeczywiście czasem spadał, ale czy za sprawą jonizatorów, nie wiadomo. Eksperci mówią, że to niemożliwe, chyba żeby tysiąckrotnie zwiększyć moc ­jonizatorów. Kolejny pomysł na sztuczne chmury pojawił się w styczniu 2020 r. podczas wielkiej konferencji naukowej poświęconej wywoływaniu deszczu zorganizowanej w Abu Zabi. Tym razem chmury mają powstawać w wyniku podgrzewania powietrza – do tego ma posłużyć specjalny aerozol pochłaniający promieniowanie słoneczne – i wymuszania w ten sposób konwekcji w atmosferze. Konwekcja odpowiada za powstawanie chmur kłębiastych, w tym burzowych cumulonimbusów. Autorzy pomysłu dostali od emira Abu Zabi na początek 5 mln dol.; mają trzy lata na przedstawienie wyników. Większość ekspertów uważa, że nic z tego nie wyjdzie. Niektórzy z nich wręcz podejrzewają, że ktoś chce tu kogoś nabrać. Inni są ostrożniejsi w ocenach. Zwracają uwagę, że nauka musi zapuszczać się na tereny nieznane, bo tylko tak można przesunąć granice wiedzy. Od czasów George’a Ambrosiusa Sykesa wiadomo jednak, że przynajmniej jeśli chodzi o w ywoływanie deszczu, czasami trudno jest odróżnić odważnego, lecz rzetelnego odkrywcę od zwykłego naciągacza, który potrafi nie tyle wycisnąć deszcz z chmur, ile pieniądze od bogatych, lecz zdesperowanych naiwniaków. u

89

N I E Z B Ę D N I K

90

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

Niejasna jasność Piorun pojawia się nagle, znika błyskawicznie i nie pozwala się łatwo zbadać. Skąd to budzące zachwyt i grozę zjawisko bierze energię oraz jak ją uwalnia? Odpowiedź może zaskoczyć.

O

d czasów Benjamina Franklina, który w  połowie XVIII w. zbudował pierwszy piorunochron, wiadomo, że eksperymentowanie z  wyładowaniami atmosferycznymi bywa ryzykowne. Jemu akurat udało się nie stracić życia, ale wielu innych zapłaciło za ciekawość najwyższą cenę. Wśród pechowców był niemiecki badacz Georg Wilhelm Richmann, jeden z pionierów badań nad elektrycznością. Prowadził je w St. Petersburgu, gdzie przyjaźnił się ze swoim słynnym rówieśnikiem Michaiłem Łomonosowem. Wspólnie zbudowali urządzenie, które miało dokonywać pomiarów ładunku elektrycznego w piorunie. Niestety, w 1753 r. podczas przygotowywania jednego z eksperymentów Richmann został śmiertelnie porażony przez piorun kulisty.

© GETTY IMAGES

Ryzyko Współczesnym kontynuatorem tradycji igrania z piorunami jest amerykański fizyk atmosfery Joseph Dwyer. To jeden z tych niefrasobliwych badaczy, którzy gotowi są na niejeden ryzykowny krok, aby tylko wydrzeć naturze jej sekrety. Wiele razy wsiadał do samolotu i w towarzystwie pilota, takiego samego szaleńca jak on, leciał na spotkanie z burzą. Twierdzi, że podczas takich eskapad przynajmniej dwa razy cudem uniknął śmierci. Jeden z takich lotów, ważnych ze względu na dokonane wówczas obserwacje, odbył się w październiku 2015 r. Dwyer i inny fizyk ryzykant David Smith polecieli na spotkanie z huraganem Patricia, który zmierzał ku Meksykowi. Był to jeden z najpotężniejszych cyklonów tropikalnych w historii, wiał z rekordową prędkością 345 km na godzinę. Mimo to naukowcy wlecieli do oka tego olbrzymiego wiru, czyli do spokojnej strefy w jego środku. Następnie zbliżyli się od środka do wału chmur otaczających wir, aby podejrzeć jedną z intensyw-

91

N I E Z B Ę D N I K

92

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

Jak powstaje piorun? Piorun uderzający w kopułę Bazyliki św. Piotra 11 lutego 2013 r. – w dniu, w którym papież Benedykt XVI ogłosił swoją rezygnację.

zstępujący prąd zimny

ładunki dodatnie

podczas tworzenia chmury burzowej krople wody i kryształki lodu uderzają o siebie, w ten sposób elektryzują się

zstępujący prąd schłodzonego powietrza

ponieważ grunt jest naładowany dodatnio, a spód chmury ujemnie – dochodzi do wyładowania elektrycznego między nimi

wstępujący prąd ciepły ładunki ujemne

ładunki dodatnie

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

prowadzi to do powstania różnicy potencjałów elektrycznych wewnątrz chmury

nych burz towarzyszących huraganowi. Nagle ich aparatura pokazała rzecz zdumiewającą: w chmurze pojawił się potężny strumień antymaterii, czyli cząstek podobnych do „zwykłych”, ale o przeciwnym znaku. W tym przypadku były to antyelektrony zwane też pozytonami. Zmierzały ku Ziemi, podczas gdy ich „normalne” odpowiedniki, czyli elektrony, pędziły z prędkością bliską prędkości światła w przeciwną stronę, ku wyższym warstwom atmosfery. Na tym się nie skończyło. Fajerwerk naładowanych cząstek, kiedy znalazł się tuż nad wierzchołkami wielkiej chmury burzowej, na wysokości 15–20 km, zainicjował emisję promieniowania gamma. Choć ten błysk trwał ułamki sekund, doszło do uwolnienia się wielkich ilości energii (mało brakowało, a fizycy zostaliby napromieniowani). – Lepiej trzymać się z daleka od takich miejsc – ostrzegł Dwyer zaraz po wylądowaniu na lotnisku na Florydzie. Przyznał jednak, że on sam nie zamierza się stosować do własnych przestróg, ponieważ – jak tłumaczył – „wciąż to i owo zostało nam do ustalenia”.

© PAP/EPA

Ocieranie Jeśli na razie pominąć brakujące „to i owo” Dwyera, generalnie nieźle już wiadomo, czym jest burza i jak rodzą się pioruny. Jest tylko jeden rodzaj chmur, w których mogą one powstawać. To olbrzymie cumulonimbusy, czyli chmury kłębiaste burzowe. Ich wysokość może przekraczać kilkanaście kilometrów, szczególnie w strefie tropikalnej, gdzie troposfera, czyli najniż-

93

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Jak się tworzy chmura burzowa?

nadwierzchołek

stratosfera tropopauza

cumulonimbus

troposfera zimne powietrze

prąd zstępujący

prądy wstępujące

słaby opad błyskawica

1

Wzdłuż chłodnego frontu atmosferycznego dochodzi do kolizji nacierającego powietrza chłodnego z powietrzem ciepłym i wilgotnym.

sza warstwa atmosfery, sięga najwyżej. Cumulonimbusy można sobie wyobrazić jako wielkie, gnane wiatrem elektrownie zbudowane z cząsteczek wody i drobinek lodu. Piorun powstaje w wyniku silnego naelektryzowania takiej chmury. Tworzące ją kropelki przechłodzonej wody oraz kryształki lodu ocierają się o siebie, przekazując sobie ładunki elektryczne. W efekcie na dole chmury i wszędzie tam, gdzie dominują krople wody, gromadzą się ładunki ujemne (z nadwyżką elektronów), natomiast na kryształkach lodu tworzących wyższe piętra chmury gromadzą się ładunki dodatnie (z niedoborem elektronów). Dokładny rozkład ładunków zależy jednak od konkretnej chmury, co z kolei oznacza, że trudno jest przewidzieć, gdzie i kiedy uderzy piorun. Nie ma przecież dwóch takich samych chmur. Dopóki różnica potencjału pomiędzy ładunkami jest niewielka, do wyładowania atmosferycznego nie dochodzi. Po-

94

2

opad

Ciepłe powietrze jest wypychane do góry, ochładza się i zmienia w strefę frontowych cumulonimbusów. Wówczas mogą pojawić się wyładowania atmosferyczne.

wietrze w chmurze działa bowiem jak izolator. W końcu jednak izolacja przestaje działać i wtedy pojawia się piorun. Jego uderzenie trwa niezwykle krótko – przeważnie są to ułamki sekund. Najpierw pojawia się krótkie wyładowanie pilotujące, które często rozdziela się na kilka odnóg, dopiero po nim – główne, czyli potężna lawina ładunków ujemnych. W przeciwną stronę przemieszcza się wyładowanie powrotne złożone z ładunków dodatnich. Towarzyszy mu błyskawica, czyli świecący gaz mający temperaturę nawet 30 tys. st. C. Gwałtowne rozprężenie się powietrza rozgrzanego przez piorun generuje falę dźwiękową, czyli grzmot. Ten względnie prosty schemat wyładowania atmosferycznego komplikują jednak obserwacje z ostatnich dekad. Okazuje się, że pioruny mogą przeskakiwać nie tylko w kierunku Ziemi, ale też pomiędzy sąsiadującymi chmurami burzowy-

P O G O D A :

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

kierunek ruchu burzy kowadło

czoło burzy

szkwał

3

Po pewnym czasie tworzy się tzw. kowadło. Świadczy ono o tym, że chmura burzowa dotarła do tropopauzy, która powstrzymuje jej wzrost i zmusza do ekspansji poziomej.

mi, a nawet wewnątrz jednej, jeśli jest ona odpowiednio duża. Wiadomo też, że choć przeciętny piorun składa się z najwyżej kilku wyładowań powrotnych, czasami może być ich kilkadziesiąt. Wtedy wyładowanie trwa nawet 2–3 sekundy. Poza tym – wbrew popularnemu powiedzeniu, że „pioruny nigdy nie uderzają dwa razy w to samo miejsce” – czasami lubią się one powtarzać. Mechanizm powstawania takich podwójnych wyładowań opisali w ubiegłym roku na łamach prestiżowego czasopisma „Nature” naukowcy z Holandii i Niemiec. Podglądali oni burze, korzystając z radioteleskopu LOFAR – sieci współdziałających ze sobą anten naziemnych ustawionych w kilku krajach europejskich. Odkryli, że kiedy już wyładowanie pilotujące, nazywane też liderem, wskaże najkrótszą drogę dla pioruna głównego, ten nie zawsze pozbywa się od razu całej energii. Jej część zostaje na moment zmagazynowana wzdłuż szlaku wy-

4

Gdy energia chmury jest wyjątkowo duża, może ona przebić tropopauzę. Powstaje wówczas „nadwierzchołek”. Takiej chmurze mogą towarzyszyć tornada i trąby powietrzne.

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

ciepłe, wilgotne powietrze

tyczonego przez lidera, a kolejny spływ elektronów następuje po krótkiej przerwie. To takie uderzenie na raty. Zdarzają się rzeczy jeszcze bardziej zdumiewające. Na przykład strumień naładowanych cząstek wyprodukowanych przez chmurę burzową zmierza nie w dół czy w bok, ku sąsiedniej chmurze, ale pędzi najkrótszą drogą do góry – ku najwyższym warstwom atmosfery. Ponieważ wszystko trwa najwyżej sekundę, trzeba mieć nie lada szczęście, by to zobaczyć, nie mówiąc o zarejestrowaniu. Sztuka taka udała się Stevenowi Cummerowi z Duke University od lat polującemu na rozmaite świetlne efekty, jakie może wygenerować chmura burzowa. Geofizyk wykonał pomiary gigantycznego błysku, który wzniósł się na wysokość 75 km, co oznacza, że sięgnął jonosfery. Wielkość ładunku była jak w typowym wyładowaniu atmosferycznym. Jednak cząstki mknęły znacznie szybciej, ponieważ napoty-

95

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Czerwone duszki: wyładowania atmosferyczne, które – jak sądzili kiedyś naukowcy – towarzyszą emisji promieniowania gamma.

kały mniejszy opór powietrza i dlatego dotarły tak wysoko. Na końcu strumień rozgałęził się i wyglądał jak pęczek natki pietruszki albo korona wyniosłego drzewa. Tego rodzaju zjawisko nazywane jest po angielsku „gigantic jet”. Jednak najciekawsze okazały się rozbłyski gamma.

Pioruny mogą przeskakiwać nie tylko w kierunku Ziemi, ale też pomiędzy sąsiadującymi chmurami burzowymi, a nawet wewnątrz jednej.

Emitowanie Te zjawiska jako pierwsze zauważyło Kosmiczne Obserwatorium Comptona umieszczone na satelicie okołoziemskiej w 1991 r. Wysłano je, aby rejestrowało odległe źródła promieniowania gamma, tymczasem – ku całkowitemu zaskoczeniu badaczy – urządzenie odnotowało również jasne, trwające milisekundy błyski pochodzące z Ziemi. Co jest ich źródłem? – głowili się badacze. Wiadomo, że rozmaite obiekty i zjawiska kosmiczne potrafią dostarczyć elektronom i innym cząstkom olbrzymich dawek energii, a potem te naładowane cząstki, zderzając się z jądrami atomów, stają się źródłem promieniowania gamma – najbardziej energetycznych fotonów w naturze. Ale skąd się one wzięły w atmosferze? W końcu Ziemia to nie pulsar czy kwazar. Szybko ustalono, że mają związek z burzami, ale pierwsza hipoteza zakładała, że

96

ich emisja następuje na wysokości 70–80 km wraz z pojawieniem się krótkiego, jasnego snopu czerwonego światła, które nazwano „sprite”, czyli duszek. Spekulowano, że po uderzeniu jakiegoś potężnego pioruna wysoko ponad chmurą burzową powstaje wtórne pole elektryczne przyspieszające elektrony do olbrzymich prędkości. Sądzono, że zderzają się one z atomami powietrza, generując poza czerwonymi duszkami także promieniowanie gamma docierające do Comptona znajdującego się 300 km wyżej. Rzeczywistość okazała się jeszcze bardziej zdumiewająca. Dziś wiemy, że to nie żadne duszki w jonosferze, ale same chmury burzowe potrafią wyemitować promieniowanie gamma. Odkrył to oczywiście Dwyer, który dwie dekady temu stworzył na Florydzie – najbardziej burzowym stanie USA – ośrodek o długiej i poważnej nazwie International Center for Lightning Research and Testing. W praktyce był to poligon, na którym Dwyer z kolegami strzelali do chmur burzowych z małych rakiet ciągnących metalowy przewód. W ten sposób inicjowali pioruny uderzające w wieżę, z której odpalane były pociski. Przy pomocy specjalnej kamery (wielkości sporej lodówki i wykonującej ok. 10 mln kadrów na sekundę) naukowcy wykonali pierwsze zdjęcia promie-

P O G O D A :

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

© MARKO KOROSEC/SOLENT NEWS/EAST NEWS, GETTY IMAGES

Okrągła zagadka Pioruny kuliste to świecące, a czasami też syczące obiekty o średnicy od kilku centymetrów do nawet kilku metrów. Pojawiają się po uderzeniu w ziemię zwykłego pioruna, przemieszczając się niezbyt pośpiesznie ponad gruntem. Znikają po kilku, kilkunastu sekundach, czasami kończąc żywot niewielką eksplozją. Opisy tego zjawiska są znane od dawna, ale naukowcy długo odnosili się do takich relacji sceptycznie. ­Josef Peer i Alexander Kendl, fizycy z University of Innsbruck, twierdzili nawet stanowczo, że takie pioruny nie istnieją. Ich teza była następująca: podczas wyładowania atmosferycznego powstaje silne i zmienne pole elektromagnetyczne. Pod jego wpływem w mózgu obserwatora zostaje wykreowany obraz ruchomej, świetlnej kuli. Iluzja pojawia się tylko w pewnych warunkach, przede wszystkim samo wyładowanie musi być odpowiednio długie. Natura serwuje wówczas obserwatorowi przezczaszkową stymulację magnetyczną, w skrócie TMS (od ang. Transcranial Magnetic Stimulation). To nazwa metody obserwacji zachowania neuronów opracowanej w latach 80. XX w. Istota jej działania polega na indukowaniu przepływu prądu w komórkach nerwowych poprzez poddanie ich działaniu zmiennego pola magnetycznego o dużej mocy. Do podobnego wniosku doszli szwedzcy neurofizjolodzy Gerald i Vernon Cooray. „Czy pioruny kuliste mogą być halucynacjami towarzyszącymi padaczkom?” – pytali w 2008 r. w tytule artykułu naukowego. Taka propozycja wyjaśnienia zagadki brzmi intrygująco, jednak ma pewną słabość: coś, co nie istnieje, nie może wywołać rzeczywistych szkód. A pioruny kuliste na sumieniu mają wiele. Sposobu rozumowania Kendla i Peera z pewnością nie podzieliłby Georg Richmann, którego taki właśnie piorun zabił. Również współcześni fizycy John Abrahamson i James Dinniss nie przychyliliby się do poglądów swoich kolegów z Innsbrucka. Według nich zjawisko powstaje wtedy, gdy w wyniku uderzenia w ziemię zwykłego pioruna w powietrze unosi się mgiełka rozgrzanego krzemu. To najpowszechniejszy pierwiastek w wierzchnich warstwach gleby. Jego opary powstają w wyniku przetopienia przez piorun materii glebowej pod wpływem bardzo wysokiej temperatury. Wypełzają ze szczelin i wędrują ku górze, przyjmując najpierw kształt pierścienia, a następnie – kuli. W powietrzu ochładzają się i zamieniają w nanocząstki, które natychmiast zaczynają się zlepiać w długie agregaty tworzące strukturę wewnętrzną kuli. Wchodzą one w reakcję z tlenem atmosferycznym – ich spalaniu towarzyszy wydzielanie

dużych ilości ciepła i światła. Kula zaczyna się jarzyć, a ponieważ składa się z leciutkich drobin, dryfuje swobodnie w powietrzu – tłumaczyli fizycy. Ich zdaniem reakcja spalania przebiega aż do wyczerpania się chemicznego paliwa. Koniec może być wybuchowy albo też spokojny – kula znika niczym bańka mydlana. Wszystko to wygląda dość niewinnie, jednak taki piorun z nanocząstek ma wystarczająco dużo energii, aby ranić człowieka, a nawet go zabić. Spośród ponad 20 hipotez na temat piorunów kulistych teoria Abrahamsona i Dinnissa zyskała największą popularność. Nie rozwiewała jednak wszystkich wątpliwości, na przykład genezy piorunów kulistych obserwowanych na pokładzie samolotu. Kolejne eksperymenty wykazały jednak, że do zaistnienia zjawiska nie jest konieczne uderzenie pioruna w ziemię. Wystarczy, jeśli uderzy on w dowolny obiekt zawierający jakieś metale lub tlenki metali. W samolocie piorun kulisty może się zatem wyłonić z oparów stali lub aluminium. W 2014 r. chińscy naukowcy poinformowali, że nagrali kulę światła o średnicy 5 m, która uniosła się z ziemi tuż po uderzeniu zwykłego pioruna, przebyła 15 m i znikła po

około półtorej sekundy. Analiza jej widma wykazała zawartość krzemu, wapnia, żelaza i tlenu, co pośrednio potwierdzało hipotezę Abrahamsona i Dinnissa. Wyglądało na to, że kula faktycznie powstała z przetopienia pierwiastków obecnych w glebie. Niektórzy ryzykanci próbują stworzyć pioruny kuliste w kuchenkach mikrofalowych. Szlak przetarli Eli Jerby i Vladimir Dikhtyar, fizycy z uniwersytetu w Tel Awiwie, którzy prowadzili badania nad wiertłem mikrofalowym. Pewnego dnia eksperyment poszedł nie tak i z kawałka szkła, które chcieli nawiercić wiązką mikrofal, uniosła się kula ognia, niszcząc aparaturę. Wiele kolejnych lat Jerby i Dikhtyar spędzili na analizowaniu warunków sprzyjających powstawaniu świetlistych kul. Stali się mistrzami w ich wytwarzaniu. Jednak stworzenie takiego cuda to jedno, a zrozumienie, z czego się ono składa i dlaczego w ogóle świeci, to zupełnie coś innego. Na YouTube można zobaczyć wiele filmików, na których zawodowi i domorośli fizycy próbują w domowych kuchniach wyprodukować kule ognia z rozmaitych materiałów – od pomarańczy po butelkę po piwie. Nie polecamy takiej zabawy.

97

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

© REUTERS/CARLOS GUTIERREZ/FORUM

N I E Z B Ę D N I K

Chmurom burzowym, szczególnie tym największym, mogą towarzyszyć tornada, trąby powietrzne, szkwały, grad i nawałnice.

ni rentgenowskich i fotonów gamma wygenerowanych podczas wyładowania atmosferycznego przemieszczającego się ku wieży na poligonie. „Chmury burzowe okazały się niewyobrażalnie energetycznymi obiektami” – mówił ­Dwyer, pokazując nagranie, na którym błysk gamma towarzyszący piorunowi trwa zaledwie 0,3 milisekundy. Jego obserwacje potwierdził wysłany przez NASA w 2002 r. satelita RHESSI. Dane z  niego jednoznacznie pokazywały, że fotony gamma pojawiają się tylko kilkanaście kilometrów nad ziemią, czyli tam, gdzie sięgają wierzchołki największych chmur burzowych. Co ciekawe, mniej więcej na tej wysokości astronauci już w latach 80. XX w. dostrzegli inne zjawisko świetlne towarzyszące burzom. Ze względu na niebieską barwę nazwali je „blue jet”. Dodajmy, że później zauważono też „elfy” – wielkie kręgi pojawiające się czasami ponad gigantycznymi burzami na wysokości 100 km. Dzięki obserwacjom ­R HESSI okazało się też, że ziemskie rozbłyski gamma nie są wcale takie rzadkie. Satelita rejestrował je średnio co kilka dni, a naukowcy na tej podstawie oszacowali, że na całym globie w ciągu doby takich błysków może być nawet 50 do 100. To oczywiście niewiele w porównaniu z łączną ilością piorunów – codziennie notuje się ich kilka milionów, zdecydowaną

98

większość w  strefie tropikalnej. Wynika to z tego, że tylko nieliczne, najpotężniejsze wyładowania mają moc wystarczającą do uruchomienia lawiny rozpędzonych elektronów, emisji promieni X i gamma oraz wygenerowania antymaterii, a  na dodatek okraszenia całości duszkami, elfami i niebieskimi smugami. Taka naładowana energią chmura burzowa może oczywiście stanowić śmiertelne zagrożenie dla ludzi. Pilot czy też pasażer samolotu, który znajdzie się blisko takiego strumienia naładowanych cząstek, zostanie silnie napromieniowany. Na szczęście prawdopodobieństwo znalezienia się w takiej sytuacji jest znikome: emisja promieniowania trwa ułamki sekundy, zasięg niebezpiecznej strefy wynosi najwyżej 200 m, a piloci chmury burzowe omijają z daleka. Wiedzą, że są to bardzo niebezpieczne obiekty, niezależnie od tego, czy akurat emitują promieniowanie gamma, czy też nie. Dlatego m.in. marzeniem takich naukowców jak Dwyer jest prognozowanie zachowania konkretnych chmur burzowych, szczególnie tych największych, którym poza wszystkimi wymienionymi wyżej efektami mogą też towarzyszyć tornada, trąby powietrzne, szkwały, grad i nawałnice. Choć od eksperymentów Franklina minęło dwa i pół wieku, badacze burz nadal nie potrafią przewidzieć, gdzie uderzy następny piorun. u

P O G O D A :

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

Spotkania z błyskawicami Na dziesięć osób trafionych piorunem umiera jedna. Tak twierdzi dr Mary Ann Cooper, specjalistka medycyny ratunkowej i emerytowana lekarka z Chicago, badaczka wpływu burz na ludzi. Już ponad 40 lat temu dr Cooper opublikowała jedno z pierwszych na świecie opracowań poświęconych obrażeniom wywołanym piorunami, w którym opisała 66 przypadków porażonych osób. Z jej statystyki wynika, że wbrew pozorom szanse na przeżycie takiego wypadku są całkiem spore (choć konsekwencje mogą w organizmie pozostawić trwałe ślady). Ale czy przy braku rzetelnych danych na temat liczby ofiar w różnych częściach świata wnioski ekspertki z USA nie są zbyt fragmentaryczne? Na przykład w wielu regionach Afryki, często nękanych przez burze, nie prowadzi się żadnych badań dotyczących ich rozpowszechnienia ani nie zlicza przypadków śmiertelnych. Może więc prawdziwsza jest podawana w mediach informacja, że ryzyko zgonu w wyniku rażenia piorunem wynosi nie 10, lecz aż 50 proc.? A może prawda leży pośrodku i najbliższy jej był dr inż. Marek Łoboda z Politechniki Warszawskiej, który w artykule opublikowanym w 2009 r. na specjalistycznym portalu elektro.info.pl wyliczył odsetek śmiertelnych uderzeń piorunów w Polsce na 30 proc. (na podstawie danych z GUS oraz materiałów prasowych za lata 2002–06). Warto jednak dodać, że w latach późniejszych w statystyce GUS odnotowano tylko pojedyncze zgony z tego powodu: w 2013 r. – 4, w 2014 r. – 7, w 2015 r. – 5, w 2016 r. – 2, a w latach 2017–18, z których pochodzą ostatnie dane, nie zaraportowano w Polsce oficjalnie żadnej śmierci z powodu porażenia piorunem. Większość tych, którzy przeżyli, będzie jednak doświadczać najróżniejszych komplikacji zdrowotnych. Co nie jest dziwne, bo kilkaset milionów woltów musi pozostawić ślady – nie tylko na skórze (w postaci powierzchownych oparzeń), ale też w narządach wewnętrznych, a nawet w psychice. Przejściowy paraliż kończyn, zwłaszcza dolnych, przez które przepłynął prąd, spotyka się u ok. 1/3 porażonych. Towarzyszy mu często wiotkość mięśni i zanik czucia. Objawy te przemijają najwcześniej po kilku godzinach, ale nie u wszystkich i nie wiadomo, od czego ta zmienność zależy. Nierozwiązanych kwestii jest więcej: dlaczego u niektórych ofiar występują drgawki, a inni po takim wypadku żyją z zanikami pamięci i objawami stresu pourazowego, z którego już nigdy nie będą potrafili się wyzwolić? Rażenie piorunem prowadzi najczęściej do obrażeń układu nerwowego – począwszy od mózgu, a skończywszy na nerwach

obwodowych. W jednej chwili dochodzi do zaburzenia świadomości, przejściowej utraty widzenia i słuchu (nie tylko na skutek porażenia nerwu, ale też rozerwania błony bębenkowej). Najlepiej poznano wpływ wyładowań elektrycznych na serce. Ma ono własne zasilanie elektryczne (dzięki któremu w dzień i w nocy miarowo się kurczy, pompując krew do naczyń krwionośnych), więc poddane przez bardzo krótki czas działaniu dodatkowego prądu o ogromnym napięciu ulega natychmiastowemu rozregulowaniu, czego następstwem jest migotanie komór. Gdy trwa to kilka sekund i ugodzony piorunem człowiek oddycha, mięsień sercowy może sam umiarowić swoją pracę. Ale gdy obrażeń doznaje również mózg, a zwłaszcza zlokalizowany w nim ośrodek oddechowy, poszkodowanemu zaczyna brakować tlenu i podczas wydłużającego się bezdechu traci przytomność. W takim wypadku potrzebna jest jak najszybsza reanimacja, a więc świadkowie zdarzenia powinni wezwać fachową pomoc i nie czekając na nią, sami rozpocząć masaż serca – to znaczy rytmicznie uciskać klatkę piersiową na wysokości mostka (najlepiej 30 uciśnięć na przemian z 2 wdechami). Inna pomoc poszkodowanym podczas burzy sprowadza się do oceny sytuacji – ofiary uderzeń pioruna doznają często urazów i złamań na skutek gwałtownego skurczu mięśni i odrzucenia na odległość kilku metrów. Wtedy należy opatrzyć widoczne krwawienia i unieruchomić kończyny. Nie trzeba bać się dotykać osoby rażonej piorunem, ale przed przystąpieniem do akcji ratunkowej koniecznie musisz zapewnić bezpieczeństwo najpierw sobie. Kontakt z poszkodowanym może być w pierwszej chwili utrudniony, ponieważ nawet jeśli nie doszło do poważniejszych obrażeń, to gorzej słyszy, jest otumaniony i zdezorientowany. Trzeba go wspierać psychicznie i nie opuszczać do momentu przybycia zespołu ratowników. Jeśli rannych jest więcej, to pomoc będzie w pierwszej kolejności potrzebna tym, u których występują zaburzenia świadomości i bezdech. Błyskawice trafiają najczęściej w drzewa, wzgórza, skały i wysokie budynki (dlatego przed uderzeniem pioruna stosuje się piorunochrony lub odgromniki). Podczas burzy należy więc unikać nie tylko samotnie rosnących drzew, ale również: szczytów górskich, grani, zbiorników wodnych, wejść do jaskiń, okolic linii wysokiego napięcia. Na poważne niebez-

pieczeństwo narażone są również osoby, których burza zastanie w pracy pod gołym niebem lub grających np. w golfa. Metalowy kij golfowy, podobnie jak widły, grabie czy metalowa wędka zwiększają prawdopodobieństwo trafienia przez błyskawicę. Bezpieczniejszymi miejscami są kotliny i doliny, choć najlepiej przestrzegać zasady: „Kiedy słyszysz grzmot – szukaj schronienia w budynkach”. Istnieje też inna, warta zapamiętania reguła, zwana „30–30”. Mówi ona, że jeżeli grzmot słychać po błyskawicy w odstępie krótszym niż 30 sekund, to trzeba czym prędzej się chronić, bo burza jest już w pobliżu (pioruny mogą ją wyprzedzać nawet o kilkanaście kilometrów i uderzyć, kiedy jeszcze nie pada deszcz – stąd przysłowiowy grom z jasnego nieba). Druga liczba 30 oznacza, że nie wolno opuszczać bezpiecznego schronienia wcześniej niż pół godziny po ostatnim słyszanym grzmocie (to właśnie pośpiech i przedwczesne opuszczenie kryjówki są częstymi powodami porażeń).

 

Jak się chronić przed porażeniem pioruna na otwartej przestrzeni? Nie używaj telefonu komórkowego. Choć ostatnie badania wskazują na to, że nie przyciąga on piorunów, to jednak lepiej nie robić im zdjęć smartfonem ani nie relacjonować na gorąco przebiegu burzy, bo może to odwrócić uwagę od pojawiającego się zagrożenia. Poszukaj zagłębienia lub rozpadliny w ziemi, a najlepiej schroń się w samochodzie. Metalowe części działają ochronnie i nawet kiedy piorun uderzy w auto, to ładunek spłynie po karoserii, nie robiąc pasażerom żadnej krzywdy. Jeśli jesteś w grupie, to bezpieczniej przeczekać burzę w rozproszeniu. Między poszczególnymi osobami powinno być mniej więcej ok. 5–6 m odległości. Nie kładź się na ziemi. Przykucnij albo usiądź ze złączonymi stopami i podkulonymi nogami na plecaku lub odpowiednio dużym kamieniu (nie opieraj się o skałę, bezpieczna odległość od niej to 1,5 m). Nie trzymaj w ręku niczego metalowego (jeśli nie chcesz zmoknąć, załóż kaptur). Samotna osoba maszerująca podczas burzy na otwartej przestrzeni z parasolem lub laską w ręku albo z wystającymi z plecaka kijami trekkingowymi lub do nordic walking jest bardziej narażona na porażenie piorunem. Zdejmij z ciała metalowe ozdoby: zegarek, łańcuszki, wisiorki. Najdotkliwsze poparzenia pojawiają się w miejscach, w których skóra styka się z nimi i mogą pozostać blizny. Nie przenoś podczas burzy łatwopalnych materiałów w otwartych pojemnikach.

1

2 3

4 5

6 7

PAWEŁ WALEWSKI

99

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Krytyczne kryształki

Oblodzenia samolotów to nie lada problem. Szczególnie że zdarzają się także na dużych wysokościach, które do niedawna uważano za bezpieczne.

100

T O ,

C O

N A S

D O T Y K A

K

iedy temperatura spada, cząsteczki wody tracą energię. Najpierw zwalniają bieg, a w końcu zatrzymują się, wiążąc się w ciało stałe. Ów przełomowy moment następuje, gdy słupek rtęci spada do 0 st. C. Kryształy tworzą sieć sześciokątnych graniastosłupów, inaczej mówiąc, mają budowę heksagonalną. Prawie każdy doskonale zna ten lód, który czasami potrafi dać się mocno we znaki. Weźmy choćby coś tak niesympatycznego jak marznący deszcz. Pojawia się on w chłodnej połowie roku, zwykle wtedy, gdy dochodzi do „wojny na górze”, czyli kolizji pomiędzy zimnym powietrzem arktycznym a ciepłym powietrzem morskim. Ze zderzenia mas powietrza, które dzieli różnica kilkunastu stopni, nic dobrego wyniknąć nie może. Olbrzymie ilości pary wodnej niesionej znad morza skraplają się. Efekt? Gigantyczne opady śniegu albo właśnie marznącego deszczu, który pokrywa lodem wszystko, czego się dotknie. Bo myli się ten, kto sądzi, że jest to po prostu deszcz ze śniegiem – to znacznie bardziej finezyjny trick pogodowy. Zaczyna się od spadających z chmur płatków śniegu, które jednak po drodze w dół przeobrażają się – wraz ze wzrostem temperatury – w krople wody. Gdy już się wydaje, że do ziemi dotrą jako deszcz, niespodziewanie blisko gruntu natrafiają na poduszkę mroźnego powietrza. Wtedy ich temperatura znów spada poniżej zera i stają się przechłodzoną wodą, która po zetknięciu się z wychłodzonymi obiektami i przedmiotami zmienia się w lód. Takim obiektem może być samolot. Maszyny z oblodzonymi skrzydłami zostają uziemione. Żeby wzbiły się w powietrze, trzeba je odladzać, czyli spryskiwać podgrzanym płynem na bazie glikolu. Jeśli takich samolotów są dziesiątki, lotnisko jest sparaliżowane, a biednym pasażerom pozostaje tylko zgrzytanie zębami z bezsilności. Gdy jednak lód pojawi się na samolocie przed startem – pół biedy. Gorzej, gdy dojdzie do tego, kiedy maszyna jest już w powietrzu.

Rzecz w kilometrach

© GETTY IMAGES

P O G O D A :

W 1994 r. marznący deszcz osadził kryształki lodu na górnej powierzchni skrzydeł turbośmigłowego samolotu ATR-72, który krążył w chmurach, czekając w kolejce na lądowanie na lotnisku O’Hare w Chicago. W rezultacie pilot stracił kontrolę nad maszyną – zginęli wszyscy pasażerowie i cała załoga. Piloci oczywiście wiedzą doskonale, jak groźne może być oblodzenie. Znają tego wroga nie od dziś. Na szczęście współczesne samoloty są do walki z nim przygotowane całkiem nieźle. Kluczowe ich części są ogrzewane elektrycznie lub ciepłym powietrzem z silników, czasami krawędzie skrzydeł pokrywa się gumą. Kiedy jednak pojawi się fala marznącego deszczu, czasami jedynym wyjściem pozostaje niezwłoczny powrót na lotnisko, szczególnie gdy skrzydła zaczynają się pokrywać lodem szklistym powstającym w wyniku osiadania dużych kropel przechłodzonej wody. Taka ciężka i twarda powłoka może nadmiernie obciążyć skrzydła, wygiąć je i w konsekwencji spowodować upadek maszyny.

101

Rzecz w chmurach Jeszcze dwie dekady temu uważano, że gdy samolot wzbije się na wysokość ponad 6 km, oblodzenie już mu nie grozi. Przeloty pasażerskich odrzutowców odbywają się na poziomie 9–10 km, gdzie temperatura wynosi poniżej -40 st. C. W takich warunkach przechłodzone krople już nie występują. Zamiast nich można się natknąć na maleńkie kryształki lodu, ale długo uważano, że one już żadnej szkody samolotowi nie zrobią. Jakże się mylono. Po katastrofie samolotu ATR72 pod Chicago amerykańskie władze lotnictwa cywilnego zamówiły specjalny raport. Opisano około dwa tuziny dziwnych zachowań samolotów lecących na dużej wysokości. Ich silniki gasły nagle, a przyrządy podawały błędne dane. Piloci zwykle wychodzili cało z tych opresji, ale zdarzało się też, że samolot spadał na ziemię z nieznanych powodów. Co dziwne, do takich zdarzeń dochodziło podczas spokojnej pogody. W nocy z 31 maja na 1 czerwca 2009 r. doszło do katastrofy należącego do Air France airbusa, który zmierzał z Rio de Janeiro do Paryża. Maszyna z 228 osobami na pokładzie spadła do Oceanu Atlantyckiego, a jej szczątki – w tym czarne skrzynki – odnaleziono dopiero po dwóch latach. Śledztwo wykazało, że kryształki lodu zablokowały pracę przyrządów pomiarowych zwanych rurkami Pitota mierzących prędkość przepływu powietrza. Fałszywie informowały one, że samolot zmniejsza prędkość, a ponieważ takie zachowanie maszyny groziłoby utratą siły nośnej, piloci zwiększyli kont natarcia skrzydeł, czyli inaczej mówiąc, coraz bardziej zadzierali dziób maszyny. W końcu zadarli tak bardzo, że przekroczony został punkt krytyczny, a siła nośna gwałtownie spadła. W terminologii lotniczej nazywa się to przeciągnięciem. Samolot zaczął się szybko zniżać i stracił sterowność. Nic już nie można było zrobić. Z kolei w lipcu 2014 r. – to ostatni z wielu, jak do tej pory, przykład takiego wypadku – około pół godziny po starcie z lotniska w Wagadugu, stolicy Burkiny Faso, rozbił się samolot linii Air Algérie zmierzający do Algieru. Na jego pokładzie znajdowało się 110 pasażerów i 6 członków załogi. Dochodzenie wykazało, że kilka minut po osiągnięciu wysokości przelotowej 10 km samolot zaczął się nagle zniżać, aż w końcu wpadł w korkociąg i uderzył w ziemię. Winowajcami były maleńkie kryształki lodu, które doprowadziły do awarii czujników ciśnienia w silnikach, pośrednio mierzących siłę ich ciągu. Samolot zaczął zwalniać, a ponieważ groziło to jego utratą siły nośnej, pilot zaczął

I N T E L I G E N T A .

Zamierająca chmura burzowa może wtłoczyć na znaczną wysokość duże ilości pary wodnej, która zamienia się w drobinki lodu.

102

N A U K A

zwiększać kąt natarcia. Znów, jak w przypadku francuskiego airbusa, doszło do przeciągnięcia i runięcia samolotu. Trzeba było dwóch dekad badań, aby wspólnymi siłami wielu ekspertów zidentyfikować zagrożenie. Ma ono swoją angielską nazwę „ice crystal icing” (w skrócie ICI), czyli po prostu „oblodzenie kryształkami lodu”. Kiedy w laboratoriach zaczęto bombardować elementy samolotów lodowymi drobinami o średnicy około 0,05 mm, zobaczono, jak lądują one na rozgrzanych częściach samolotu, częściowo topnieją, po chwili jednak znów zamarzają, a rozmiary kryształków błyskawicznie rosną. Taki lód może się podstępnie gromadzić we wrażliwych częściach silnika oraz na czujnikach pomiarowych kluczowych dla bezpieczeństwa lotu, takich jak rurka Pitota, i tkwić tam dopóty, dopóki samolot nie zniży się poniżej 3 km. To jeszcze jeden kłopot z ICI: winowajca znika w cieplejszym powietrzu, jakby go nigdy nie było – stwierdzili eksperci po zakończeniu serii eksperymentów laboratoryjnych. Jednak testy w laboratorium nie mogły odpowiedzieć na zasadnicze pytanie: gdzie jest największe ryzyko spotkania z ICI? Do tego niezbędne były bezpośrednie badania samej atmosfery. Nie było rady, naukowcy do spółki z pilotami wsiedli do samolotów i polecieli na poszukiwanie podstępnych drobin lodu. Znaleźli je szybciej, niż myśleli: w wielkich chmurach burzowych, ale nie wtedy, gdy były one najpotężniejsze, lecz kiedy powoli zamierały. Natura przygotowała zasadzkę. Dużą chmurę burzową doskonale widać na radarach, więc piloci mogą ją ominąć z daleka. Natomiast ta zamierająca wydaje się niegroźna. Rzecz w tym, że to właśnie ona może wtłoczyć na znaczną wysokość duże ilości pary wodnej, która następnie zamienia się w niewidzialne drobinki lodu. W amerykańskim ośrodku National Center for Atmospheric Research trwają teraz prace nad specjalnym programem komputerowym, który na podstawie obrazów satelitarnych i radarowych, pomiarów meteorologicznych oraz modeli pogodowych będzie prognozował, gdzie samolot może się najszybciej zetknąć z ICI. Testowane są też detektory mierzące koncentrację lodowych kryształków w powietrzu oraz czujniki informujące pilota o pojawieniu się lodu wewnątrz silnika. Na razie pilotom zaleca się, aby unikali nawet tych zamierających chmur burzowych oraz wykorzystywali radar pokładowy do sprawdzenia, czy za chwilę nie znajdą się ponad strefą silnego deszczu. Może to bowiem oznaczać, że lecą wprost na podstępne lodowe drobiny. A tego żaden z nich nie chce. u © GETTY IMAGES

N I E Z B Ę D N I K

P O G O D A :

T O ,

C O

C Z U J E

C I A Ł O

Rozpogodzeni Prof. Krzysztof Błażejczyk o tym, z czego się bierze i czym się objawia wrażliwość na pogodę oraz czy ludzie kiedyś się jej pozbędą. PAWEŁ WALEWSKI: – Boi się pan tegorocznego lata? PROF. KRZYSZTOF BŁAŻEJCZYK: – Trochę tak. W tym roku kończę

W ciele Dlaczego? Po pierwsze, podczas takiej pogody jest wyraźnie mniej tlenu w powietrzu. Osobom z problemami kardiologicznymi i oddechowymi o wiele trudniej się więc oddycha. Po drugie, zawsze pod wpływem wysokiej temperatury woda odparowuje z  poRozmówca jest klimatolowierzchni skóry i  unosi wytwagiem, pracuje w Instyturzany przez organizm nadmiar cie Geografii i Przestrzenciepła w powietrze – ale gdy jest ono przesycone wilgocią, czyli nego Zagospodarowania parą wodną, to przestaje tę wodę Polskiej Akademii Nauk. odbierać. Autor licznych opracowań naukowych z zakresu bioW jakim celu człowiek klimatologii i metodologii wytwarza ciepło? badań klimatologicznych. Żeby przetrwać? Poniekąd tak, ale z termodynaCzłonek m.in. Międzynamicznego punktu widzenia to po rodowego Towarzystwa prostu konsekwencja przemiany Biometeorologii (Internamaterii. W jej trakcie wytwarzana tional Society of Biometejest energia, którą częściowo spoorology), redaktor Interżytkowują mięśnie do swojej pranational Journal of Biocy, ale reszta jest ciepłem. Ustrój meteorology.

© LESZEK ZYCH

70 lat, a ludzie w moim wieku już źle znoszą upały. A będzie jeszcze cieplej niż rok temu? Nie można z góry zakładać, że choć klimat się ociepla, to każde kolejne lato będzie cieplejsze od poprzedniego. Ale kiedy spojrzeć na zmiany temperatury w perspektywie długookresowej, to krzywa idzie wyraźnie w górę. Przez 200 ostatnich lat średnia roczna temperatura odczuwalna w Polsce południowej wzrosła o 2 st. C, jednak biorąc pod uwagę okres od 1920 do 2020 r., to jest aż o 11 st. wyższa. Przy czym letnie upały, choć na nich większość skupia uwagę, nie zwiększyły się aż tak drastycznie – gorące okresy mieliśmy w Polsce w latach 30., 50. i 70. Ten 11-stopniowy przyrost średniej rocznej odczuwalnej temperatury jest konsekwencją tego, że zimą fale mrozów są teraz krótkie i dużo słabsze niż dawniej. Powinno nas to chyba cieszyć, bo przyjemniej wygrzewać się na słońcu, niż szczękać zębami z zimna. Mróz jest bardziej zabójczy niż skwar, świadczy o tym choćby liczba zgonów na skutek znacznego wychłodzenia organizmu

[rocznie w Polsce umiera z tego powodu średnio ok. 130 osób – przypis PW]. Ale to parny, wilgotny upał zdecydowanie czyni Ziemię nieprzyjazną dla życia.

103

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

Dużo wody dla ochłody, czyli jak walczyć z upałem

ludzki jest jak silnik, który zaczyna działać po dostarczeniu paliwa. Różnica polega na tym, że nie jest nim benzyna, lecz pokarm (który komórki spalają do prostych związków) oraz to, że organizmu nie można na jakiś czas wyłączyć – nawet gdy śpi, pracuje i gromadzone podczas tej pracy ciepło musi być oddane do otoczenia. Odbywa się to przez płuca, wydalanie moczu i kału, ale w największym stopniu przez skórę, która się poci. Czyli podstawowym warunkiem pozbycia się nadmiaru ciepła jest przetransportowanie go z wnętrza ciała na powierzchnię? Tak. I jest to możliwe dzięki naczyniom krwionośnym tkanek podskórnych i skóry, przez które przepływa aż jedna piąta całej krwi, niosąc ze sobą ciepło, które ogrzewa naszą zewnętrzną powłokę. Organizm bez problemu pozbywa się go, gdy otoczenie jest chłodniejsze od nas samych. W upale ratuje nas pot i jego parowanie, które obniża temperaturę ciała. Ale gdy powietrze staje się zbyt wilgotne i przekracza optymalną wartość 40–75 proc., proces ten zaczyna zawodzić. Upał męczy głównie dlatego, że człowiek jest stałocieplny i musi utrzymywać temperaturę ciała na poziomie ok. 37 st. C? Tak, a kiedy pojawia się nadwyżka ciepła, organizm musi się jej pozbyć. Im mniejsza różnica między naszymi optymalnymi 37 st. a temperaturą otoczenia – tym trudniej to mu zrobić. Ustrój sam to reguluje: narasta pocenie, spłyca się oddech, przyspiesza praca serca. Dlatego nie są to komfortowe warunki dla osób z problemami kardiologicznymi, astmatyków, a także ludzi otyłych, których tkanka tłuszczowa doskonale izoluje od środowiska zewnętrznego. Jakie inne parametry pogody, poza temperaturą i wilgotnością powietrza, wpływają na nasz komfort? Przede wszystkim promieniowanie słoneczne i  wiatr, ale wskaźników biometeorologicznych można wymienić grubo ponad sto. Od ponad wieku trwają poszukiwania wskaźnika, który łączyłby wiele parametrów pogody w jedną wartość. Już

104

© BARTOSZ KRUPA/EAST NEWS

Ludzki organizm najlepiej czuje się i najwydajniej pracuje w temperaturze 18–23 st. C. W wyższych temperaturach uruchamiają się procesy termoregulacyjne chroniące przed przegrzaniem, czyli się poci. Silne pocenie może mieć jednak wysoką cenę: organizm szybciej się odwadnia, co zmniejsza ilość elektrolitów, a w rezultacie szybko słabnie. Nie tylko spada wydolność i narasta zmęczenie, ale mogą pojawić się: bolesne kurcze nóg, bóle brzucha, nawet udar cieplny. Przed upałami najlepiej więc chronić się, przebywając w cieniu i nawadniając organizm. Wysokie temperatury nie służą szczególnie seniorom, małym dzieciom oraz osobom z chorobami przewlekłymi: serca, nerek, nadciśnieniem i problemami oddechowymi. A także tym z cukrzycą – upał sprzyja bowiem wzrostowi poziomu cukru, co wymaga nieraz zwiększonych dawek insuliny, by uniknąć groźnych omdleń. Z kolei zmiany w dawkowaniu leków odwadniających powinni mieć na uwadze pacjenci z nadciśnieniem, ale dostosowanie ich do temperatury otoczenia powinno się odbywać po konsultacji z lekarzem. Starsze osoby mają zaburzony ośrodek pragnienia i go nie odczuwają, powinny więc pić wodę w niewielkich porcjach, ale często i zanim poczują na to ochotę.

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

C Z U J E

C I A Ł O

105

N I E Z B Ę D N I K

w latach 20. ubiegłego wieku podjęto próby połączenia temperatury z wiatrem, a później z wilgotnością. W latach 60. powstały pierwsze modele bilansu cieplnego, w których uwzględniano również promieniowanie słoneczne. Bo trzeba pamiętać o tym, że to nie pojedynczy element pogody czy środowiska oddziałuje na organizm, ale zestaw tych zmiennych, ich kombinacja. Temperatura powietrza może być komfortowa, lecz jeśli jest zbyt silne promieniowanie słoneczne, to efekt cieplny się nasila. Przed 10 laty międzynarodowy zespół ekspertów opracował kompleksowy wskaźnik biometeorologiczny UTCI (czyli uniwersalny wskaźnik obciążeń cieplnych), który jest coraz częściej stosowany w badaniach wpływu środowiska atmosferycznego na organizm człowieka, w tym na umieralność i zachorowalność na różne tzw. choroby klimatozależne. Nie wymienił pan ciśnienia atmosferycznego, które wydaje się w dużym stopniu kształtować reakcję człowieka na pogodę. Bo nie należy ono do prostych wskaźników biometeorologicznych, choć oczywiście jest ważne dla oceny właściwości powietrza. Zwłaszcza w warunkach ekstremalnych, gdzie znacznie odbiega ono od wartości przeciętnych, czyli np. w górach. Blisko poziomu morza przeciętne ciśnienie atmosferyczne wynosi 1000–1005 hPa, ale wraz ze wzrostem wysokości terenu spada, co pociąga za sobą zmniejszenie w powietrzu zawartości tlenu. A im mniej tlenu, tym większe ryzyko wychłodzenia organizmu, bo on wspomaga krążenie. Wspinacze  na dużych wysokościach ratują się tlenem z butli, po pierwsze, żeby móc oddychać, a po drugie, żeby w niskiej temperaturze zmniejszyć ryzyko odmrożeń. Dla przeciętnych ludzi, którzy nie uprawiają sportów wystawiających organizm na gwałtowne zmiany ciśnienia atmosferycznego, nie ma ono aż tak wielkiego znaczenia. Ale prawdą jest, że uwzględniamy ten parametr przy badaniach meteoropatii, bo respondenci zawsze relacjonują, że wysokie lub niskie ciśnienie atmosferyczne wpływa na ich samopoczucie. Od razu jednak pana rozczaruję: brak jednoznacznych dowodów, jakie ciśnienie powietrza bardziej ludziom służy – podwyższone czy niskie. Rozrzut odpowiedzi jest skrajny, a więc wszystko zależy od indywidualnych predyspozycji. Moim zdaniem istotniejsza niż sama wartość jest po prostu zmiana ciśnienia.

W pracy Powiedział pan o badaniach meteoropatii, a niektórzy nazywają się meteopatami. To niewłaściwe określenie? Termin „meteoropatia” pochodzi od greckiego słowa meteora, które oznacza zjawisko. W tym wypadku chodzi o zjawisko pogodowe, bo dotyczy wrażliwości organizmu na zmiany pogody. Zajmuje się tym bioklimatologia czy klimatofizjologia? Te pojęcia nie są równoznaczne. Bioklimatologia jest dziedziną naukową zajmującą się oddziaływaniem szeroko rozumianego środowiska atmosferycznego – a więc nie tylko warunków meteorologicznych, ale także hałasu, zanieczyszczeń powietrza i pól elektromagnetycznych. I to nie tylko w odniesieniu do jednostki, lecz także konkretnej grupy osób (np. sportowców, starszych, dzieci) i całej populacji. Klimatofizjologia posługuje się natomiast warsztatem badań służących głównie podniesieniu efektywności w środowisku

106

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Ciepło–zimno,

czyli co nam mówi organizm

W upale: * Udar cieplny Powstaje w wyniku przegrzania organizmu na skutek długiego przebywania na słońcu. Prowadzi to do niekontrolowanego wzrostu temperatury, nawet powyżej 42 st. C. Objawia się silnymi bólami głowy, zaburzeniami świadomości ze śpiączką włącznie, znacznym osłabieniem, mdłościami i wymiotami, a także skurczami mięśni, drgawkami i konwulsjami. Skóra staje się sucha, rozpalona i zaczerwieniona. Udarowi sprzyjają: słabe nawodnienie organizmu oraz upojenie alkoholem. Osobę podejrzaną o udar cieplny należy jak najszybciej starać się schłodzić. Jeśli jest przytomna, należy jej podać chłodne napoje. * Hiperhydroza To łacińska nazwa nadmiernego pocenia – przypadłości, na którą cierpi ok. 3 proc. populacji. Przeciętnie człowiek wydziela w ciągu dnia do czterech szklanek potu (na jednym centymetrze kwadratowym dłoni jest aż 200 gruczołów potowych, na całym ciele – 2–3 mln), ale u osób dotkniętych hiperhydrozą może go być nawet 10 litrów, a w upalne dni jeszcze więcej. Przy temperaturze przekraczającej 31 st. C z podwzgórza zlokalizowanego głęboko w mózgu wędruje do gruczołów potowych rozkaz: zwiększyć wydzielanie potu. Nie do końca wiadomo, dlaczego natura wyposażyła nas w dwa rodzaje tych gruczołów: ekrynowe rozsiane są na całej skórze (najwięcej na dłoniach i podeszwach) i regulują temperaturę ciała, ale apokrynowe – obecne tylko pod pachami, w pachwinach, okolicy brodawek sutkowych i pępka – nie biorą udziału w termoregulacji, natomiast ich aktywność nasilają bodźce emocjonalne i hormonalne. One właśnie są źródłem przykrego zapachu, co dla osób z hiperhydrozą jest największym problemem.

Na mrozie: * Drżenie ciała i dzwonienie zębami Organizm, który broni się przed wychłodzeniem, napina oraz rozluźnia małe mięśnie. Człowiek nie ma nad tym pełnej kontroli. Rzecz w tym, że najlepszym sposobem na rozgrzanie jest aktywność fizyczna, czyli praca ­mięśni. Jeśli jednak czujemy się skostniali z mrozu i nie jesteśmy w stanie się ruszyć, organizm ratuje się, jak może, i sam wymusza pracę mięśni, wywołując drgawki, które powodują wzrost temperatury ciała. * Gęsia skórka Ma postać uwypuklenia skóry w okolicy torebek ­włosowych, przez co przypomina oskubaną gęś. Najczęściej drobne wybrzuszenia pojawiają się na przedramionach i udach, ale mogą występować na całym ciele. Mechanizm jej powstawania (tzw. reakcja pilomotoryczna) jest spadkiem po naszych przodkach sprzed milionów lat. Pod wpływem mrozu dochodzi do skurczu mięśni przywłosowych u podstawy mieszków, co kiedyś stawiało włosy na baczność i ogrzane między nimi powietrze tworzyło izolator termiczny chroniący przed zimnem. U zwierząt pokrytych gęstą sierścią ten mechanizm nadal doskonale się sprawdza.

P O G O D A :

T O ,

pracy lub sprawności bojowej żołnierzy na polu walki. Chodzi więc o określenie bezpieczeństwa zdrowotnego w związku z warunkami meteorologicznymi w otoczeniu ludzi. W Holandii, Wlk. Brytanii, Kanadzie i Skandynawii są specjalne instytuty zajmujące się badaniami oddziaływania środowiska atmosferycznego na organizm, jego wydolność, pracę układu krążenia i inne parametry fizjologiczne, które wpływają na efektywność pracy lub sprawność żołnierzy. A w Polsce? Otrzymuję czasem z naszej armii i Ministerstwa Obrony Narodowej pytania lub prośby o ocenę np. umundurowania żołnierzy przed wysłaniem ich kontyngentu na zagraniczne misje do Afryki lub na Bliski Wschód. Mieści się w tym analiza warunków klimatycznych, z jakimi mogą się tam zetknąć. Ale oczekiwania co do stopnia szczegółowości tych analiz są dużo mniejsze niż te, do których miałem wgląd w Holandii lub Szwecji. Nasza odzież wojskowa nie ma np. certyfikatów termicznych, jakie mają tamte armie. Próbowaliśmy wprowadzić tu jakieś normy izolacji termicznej, by żołnierze nie doznawali udarów cieplnych, w oparciu o znane mi z literatury wartości publikowane przez Holendrów, którzy ich nie utajniają. Lecz zainteresowanie naszych decydentów nie było takie, jakiego naukowiec by sobie życzył. W Holandii i Szwecji przed każdym wprowadzeniem nowego umundurowania ­– nowej tkaniny czy nawet kroju odzieży – przeprowadzane są testy w komorach klimatycznych nie tylko pod kątem odporności na czynniki chemiczne, ale też na ile spełnia ono wymogi ochrony przed zimnem i upałem. Wiele jest zawodów, w których można by to sprawdzać: od listonoszy, poprzez motorniczych i konduktorów, aż po policję i straż miejską. Nie wyjeżdżają wprawdzie na misje w tropiki, ale skoro nasze lata coraz bardziej je przypominają, to czemu nie zadbać o zdrowie? Zwłaszcza że badania przeprowadzone w Instytucie Medycyny Pracy w Łodzi wśród tamtejszych kierowców autobusów potwierdziły, że ich sprawność psychofizyczna i  koncentracja radykalnie spadały w warunkach silnego nasłonecznienia i podwyższonej temperatury w kabinie. Próbowałem zainteresować policję, ale bezskutecznie. A sportowcy? W Akademiach Wychowania Fizycznego w Krakowie i Wrocławiu przeprowadzano kiedyś eksperymenty wydolności w różnych warunkach pogodowych – ale tym również bardziej interesują się naukowcy niż trenerzy. Tymczasem najbliższe mistrzostwa świata w piłce nożnej w 2022 r. będą rozgrywane w Katarze, gdzie panuje ekstremalnie wysoka temperatura. I chociaż budowane są klimatyzowane stadiony, warunki biometeorologiczne na pewno będą miały wpływ na kondycję zawodników. Z tego, co wiem, Bundesliga prowadzi stały monitoring klimatofizjologiczny z  pożytkiem dla swoich piłkarzy, ale Polski Związek Piłki Nożnej nie jest tym na razie zainteresowany. Tymczasem ostatni mundial w Rosji w 2018 r. pokazał, jak olbrzymi może mieć na nich wpływ duża różnica warunków termicznych, bo turniejowy kalendarz był tak zaplanowany, że niektóre drużyny miały zgrupowania w ciepłych miastach, a rozgrywały mecze w zimnych. Wyszła przy okazji ciekawa rzecz: przeniesienie się z miejsc o niskiej temperaturze do miejsc upalnych było znacznie gorsze niż na odwrót.

C O

C Z U J E

C I A Ł O

Jaki wpływ ma na to dłuższa adaptacja? Olbrzymi! Na identyczne wartości temperatury inaczej zareagują mieszkańcy Afryki, Europy i  koła podbiegunowego, bo za sprawą wielopokoleniowej adaptacji ich organizmy są przyzwyczajone do innego odbioru bodźców o identycznej sile. My przy 32 st. C będziemy się gorzej czuli niż Włosi, a Skandynawowie jeszcze gorzej: „+32 st. to ukrop” – powie Fin, a Włoch: „Wcale mi nie jest gorąco”. Z kolei w temperaturze -15 st. Finom nie będzie zbyt zimno, a Włosi solidnie zmarzną.

W górze Czy to prawda, że większe znaczenie ma odczuwalna temperatura niż jej wartość? Kiedy termometr wskazuje -5 st. C przy silnym wietrze i zachmurzeniu, to nasze receptory będą odczuwać większe zimno. Jeśli z kolei na plusie mamy 25 st., ale natężenie promieniowania słonecznego jest wyjątkowo duże, wtedy temperatura odczuwalna może sięgać nawet 40 st. Podawanie tych różnic w codziennych komunikatach pogodowych jest jednak nieprecyzyjne i umowne; nie rozumiem, na jakiej podstawie są te wartości mierzone. Dobrze jednak, że zwraca się na to uwagę, bo ludzie powinni wiedzieć, że ich komfort cieplny nie zależy tylko od samej temperatury powietrza. Moim zdaniem w bioklimatologii mnóstwo jest nieścisłości i uogólnień, ponieważ – jak już pan powiedział – każdy inaczej reaguje na warunki atmosferyczne i wspólnego mianownika nie ma. Dlatego jest nam tak trudno badać zjawisko meteoropatii. Były dwie placówki medyczne, które się tym zajmowały – w Monachium i Wiedniu. Próbowano w nich uchwycić jakieś reakcje w organizmie, które odpowiadają za to, że pojawia się na przykład ból głowy, gdy spada ciśnienie albo rośnie stężenie hormonów podczas wichur. Jak na razie nic konkretnego nie znaleziono. W związku z tym nasza wiedza o meteoropatach opiera się przeważnie na ankietach dotyczących ich samopoczucia w różnych warunkach pogodowych, w których zadaje się pytania typu: co pan/pani czuje, jakie elementy pogody mają wpływ na nastrój, sen, dolegliwości bólowe? A że ludzie chętniej podają te negatywne – głowa mnie boli, jak spada ciśnienie, gorzej się czuję, jak pada deszcz – to uważa się, że złych oddziaływań na nasze zdrowie jest więcej niż pozytywnych. Jeśli natomiast świeci słońce i poprawia się nastrój – uważamy to za rzecz normalną. Tylko że jak jest za dużo słońca i upału, to Polacy marzą o deszczu! No właśnie. Tak źle i tak niedobrze. Częściej na pogodę narzekają ludzie starsi, bo z jednej strony mają już mniej sprawne mechanizmy adaptacyjne, a z drugiej niektórym wygodniej zwalić na pogodę naturalne ograniczenia związane z wiekiem, a czasem po prostu gorszy nastrój. Niestety większość badań meteoropatii przeprowadza się w miastach, a więc ankiety wypełniają wydelikacone mieszczuchy, a nie ludzie wychowujący się i pracujący na otwartych terenach: leśnicy, rolnicy, sadownicy. A oni są zahartowani: w polu trzeba pracować bez względu na słońce czy pochmurny dzień. Niemcy pokazali na przykładzie regionu Bawarii, że w populacjach wiejskich właściwie nie ma meteoropatów. Bawaria to takie nasze Podhale? Trochę tak, z uwagi na ukształtowanie terenu i otaczające od południa wysokie góry. Tam też wieje suchy, ciepły i porywisty

107

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

wiatr fen, taki nasz halny. Proszę sobie wyobrazić, że w Bawarii jeszcze 30–40 lat temu sądy brały go pod uwagę jako czynnik łagodzący surowość wymierzanych kar za bójki i kolizje drogowe. Dlaczego? Bo udowodniono ponad wszelką wątpliwość, że ten wiatr powoduje pulsowanie ciśnienia i odgrywa istotną rolę w funkcjonowaniu układu nerwowego: stymuluje rozdrażnienie, wzbudza agresję, jest też przyczyną słabszego refleksu i kłopotów z koncentracją. Na Podhalu, gdy w górach wieje halny, również przybywa policyjnych i medycznych interwencji, bo rośnie liczba bijatyk i stłuczek. Śmierci samobójczych też jest wtedy więcej, co niektórzy wiążą z pogorszeniem samopoczucia nie tylko na skutek obniżenia ciśnienia, ale też zwiększenia w czasie tej wietrznej pogody stężenia dodatnich jonów w powietrzu. To tłumaczy, dlaczego ludzie nie lubią szczególnie czterech rodzajów pogody: nie tylko parnej i deszczowej, lecz także wietrznej i przejściowej z wyżu do niżu. To sprawka frontów atmosferycznych? Wietrzność pogody nie wynika z samych frontów, czyli granicy między ciepłą i zimną masą powietrza. To jest czasem po prostu wynik przechodzenia układu niskiego ciśnienia nad jakimś obszarem. A to prawda, że za najmniej dotkliwą uważamy pogodę wyżową, umiarkowanie pochmurną lub słoneczną? Tak mówią, ale w  moim przypadku to się nie potwierdza. Znacznie lepiej czuję się przy niskim ciśnieniu. Żona cierpi na odwrót. Widzi pan, jakie to osobnicze? Żyjemy od kilkudziesięciu lat pod jednym dachem, a zupełnie inaczej reagujemy na bodźce pogodowe i warunki bioklimatyczne. Mnie żyć wygodniej zimą, a żona dużo gorzej znosi mrozy. Czyli jesteście państwo meteoropatami? Nasza wrażliwość wraz z wiekiem staje się coraz większa, ale to nie jest powód do dumy, bo zdrowy organizm powinien być odporny na wszystkie warunki. Mam zresztą wątpliwości do przytaczanej w badaniach liczby meteoropatów, czyli 60 proc. populacji. Moim zdaniem to mniej więcej 1/3.

W głowie Rzeczywiście w 1962 r. do meteoropatów należał co trzeci Europejczyk. Ale w 1976 r. – co drugi, zaś w sondażu z 1995 r. prawie 70 proc. ankietowanych odpowiedziało twierdząco na pytanie, czy są wrażliwi na pogodę. Cywilizacja ­ ydelikaca? nas w Moim zdaniem tak. W domu i biurach coraz częściej sztucznie schładzamy temperaturę latem i dogrzewamy się podczas zimy, drogę do pracy i z powrotem pokonujemy również w klimatyzowanych samochodach. W takich warunkach, względnie stałych, organizm łatwo się odzwyczaja od bodźców środowiskowych, które przecież ulegają sporym wahaniom. Dbamy o swój doraźny komfort cieplny, zapominając, że na dłuższą metę stajemy się niezahartowani. Można się jakoś przed tym bronić? Staramy się z żoną łagodzić wejście w wiek podeszły regularną adaptacją do każdych warunków pogodowych. Po prostu codziennie spacerujemy, wychodzimy z domu choćby do ogródka. Aktywność na świeżym powietrzu uodparnia organizm na bodźce termiczne, a do tego poprawia ustawienie pleców, wentylację płuc, sprawność mięśni – to wszystko ma znaczenie.

108

Czyli przymusowa w tym roku kwarantanna spowodowana epidemią koronawirusa nie była pod tym względem korzystna? Zdecydowanie nie. Spędzając czas non stop w czterech ścianach, nie musieliśmy reagować na bodźce zewnętrzne. To nasze receptory i układ nerwowy z pewnością rozleniwiło. A czy dzięki coraz szybszemu rozwojowi cywilizacji człowiek nie nabrał przekonania, że będzie potrafił wyzwolić się spod dominującego wpływu przyrody? Nigdy się spod niego nie wyzwoli! Przy wydelikaceniu na inne bodźce – temperaturę, promienie słoneczne, wiatr – gwałtowne wahania ciśnienia będą powodować jeszcze silniejsze reakcje. Przez wiele lat nas, Polaków, cieszyło życie w szerokości geograficznej, w której normą były nieustabilizowane wa-

P O G O D A :

T O ,

C O

C Z U J E

C I A Ł O

© JAN KUCHARZYK/EAST NEWS

Ludzie pracujący w polu, sadzie czy lesie, są zahartowani i odporni na różne kaprysy pogody. Warunki meteorologiczne wpływają na samopoczucie mieszczuchów, przyzwyczajonych do przebywania w pomieszczeniach, często klimatyzowanych.

runki pogodowe – niże i fronty atmosferyczne kształtowały łagodnie zmienny charakter pogody, co z punktu widzenia treningu adaptacyjnego i wzmacniania odporności było zaletą. Teraz różnice między porami roku zacierają się, obserwujemy spłaszczenie rocznego cyklu warunków biometeorologicznych. Większość lekarzy ma sceptyczne podejście do meteoropatii. Co pan na to? Ja się temu nawet nie dziwię. Mówiłem już o trudnościach badania tego zjawiska. Mam nadzieję, że rozwój technik pomiarowych i obserwacyjnych w odniesieniu do parametrów fizjologicznych, na które mogą mieć wpływ układy pogodowe, pozwoli dokonać jakiegoś zasadniczego przełomu i  dowiemy się czegoś więcej. Na razie inwazyjność metod pomiarowych nie pozwala na ich

masowe zastosowanie, a badania bioklimatologiczne wymagają długiego czasu i dużej liczby uczestników, aby uznać je za obiektywne. I to pewnie najbardziej do nich zniechęca. Medycy przecież nie mają na co dzień nadmiaru czasu dla swoich pacjentów, więc trudno wymagać, aby mogli poświęcać go na pomiary i analizy tak subtelnych korelacji parametrów, jakie mogą występować w różnych warunkach pogodowych. Zresztą uważają pewnie, że przez setki lat człowiek stale był narażony na różne zjawiska atmosferyczne, ale zawsze lepiej lub gorzej dawał sobie z tym radę. A na tabletkę antypogodową przecież nie ma co liczyć. ROZMAWIAŁ PAWEŁ WALEWSKI

109

N I E Z B Ę D N I K

Patrz, kiedy cień Prof. Jacek Szaflik o tym, jakie okulary kupić i jak się zachowywać, żeby nie ślepnąć od słońca. 110

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Rozmówca jest kierownikiem Katedry i Kliniki Okulistyki Wydziału Lekarskiego Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego oraz prezesem P ­ olskiego Towarzystwa ­Okulistycznego.

© ARCHIWUM ROZMÓWCY, GETTY IMAGES (3)

P O G O D A :

T O ,

PAWEŁ WALEWSKI: – Czy oczy reagują na zmiany temperatury otoczenia tak jak skóra? PROF. JACEK SZAFLIK: – W mniejszym stopniu. Na szczęście, bo narząd wzroku jest delikatniejszy od skóry i odczuwalibyśmy duży dyskomfort, gdyby marzły lub przegrzewały się na słońcu. Oczywiście powieki i spojówki są bezpośrednio narażone na wpływ temperatury, wiatr czy wilgotność powietrza. Ale tkanki z  wnętrza gałki ocznej są dość dobrze ochraniane przez mechanizmy utrzymujące stałą temperaturę ciała. A co jest bardziej niebezpieczne dla oka: silny mróz czy upał? Przy wysokich temperaturach mogą pojawiać się obrzęki powiek i spojówek, ale głównym problemem jest zwiększone nasłonecznienie. Z kolei podczas zimowego spaceru zdarzają się podrażnienia oczu spowodowane zimnym wiatrem. I też mają one cięższy przebieg, gdy towarzyszy temu – zwłaszcza w górach, na ośnieżonych stokach – ostre słońce. U  osób wrażliwych pojawia się wtedy przekrwienie, pieczenie i silne łzawienie.

C O

C Z U J E

C I A Ł O

To prawda, że oko jest drugim po skórze narządem najbardziej narażonym na uszkodzenia promieniami słonecznymi? Już wiele lat temu, kiedy szkodliwość promieniowania ultrafioletowego nie była tak mocno jak teraz zauważana przez dermatologów, ostrzegali przed nimi okuliści. Historia tej dziedziny sięga starożytnego Egiptu, gdzie przy użyciu prymitywnych narzędzi wykonywano operacje zaćmy, a to jest jedna z chorób, które mogą się rozwinąć pod wpływem słońca. Uczeni antyczni przestrzegali, aby na przykład nie obserwować zaćmień bez żadnej ochrony oczu, bo można być za to ukaranym ślepotą. Oczywiście nie potrafili tego nazwać, tak jak my, fotochemicznym uszkodzeniem plamki żółtej, ale zdawali sobie sprawę, że może być to nieodwracalne i trwałe zniszczenie najważniejszego dla widzenia centralnego obszaru siatkówki. Czy nie chroni przed tym leżąca tuż za rogówką źrenica, która zwęża się przy bardzo silnym oświetleniu? Na przykład u kotów przebywających na słońcu źrenice są wąskie jak kreski, a w ciemności stają się okrągłe. Ta cecha charakteryzuje wszystkie ssaki, więc również człowieka. Tyle że te różnice nie są tak duże, by zabezpieczało to gałkę oczną przed wpadaniem szkodliwych promieni. My nie polujemy nocą, więc za sprawą ewolucji nie jesteśmy przystosowani tak jak niektóre zwierzęta do nocnego trybu życia i aktywności przy minimalnej ilości światła. Ile złego robi więc oczom promieniowanie słoneczne? Przede wszystkim, tak jak na skórze, może stymulować różnego rodzaju zmiany nowotworowe. Lokalizują się one na powiekach – raki płaskokomórkowe, kolczystokomórkowe i złośliwe czerniaki, których, na szczęście, jest najmniej. Promienie ultrafioletowe mogą też wywoływać zmiany degeneracyjne w obrębie spojówek. Jedną z nich jest choroba zwana skrzydlikiem, która w strefie równikowej obejmuje 5–15 proc. populacji, a w Polsce dotyka mniej więcej 2 proc. To rodzaj narośli na oku w kształcie skrzydła owada, która polega na wrastaniu tkanki włóknisto-naczyniowej w rogówkę. W szparze powiekowej, zwykle od strony nosa, widać trójkątne zgrubienie spojówki. Pacjenci skarżą się na światłowstręt, uczucie ciała obcego pod powiekami, łzawienie. W  zaawansowanym stadium, gdy tkanka wrasta coraz bardziej w rogówkę, dochodzi do pogorszenia ostrości wzroku. Wtedy zmiana wymaga usunięcia chirurgicznego, ale na wstępnym etapie wystarczy leczenie kroplami i maściami z kortykosteroidami. Inne choroby oczu związane z  ekspozycją na promieniowanie słoneczne to wspomniana zaćma i zwyrodnienie plamki żółtej, znane w  skrócie jako AMD (z  ang. Age-related Macular Degeneration). Jak wynika z nazwy, jest to choroba ujawniająca się zwłaszcza u osób starszych, zmętnienie soczewki

111

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Siła promieni

Promieniowanie UVC (długość fali 200–280 nm) – niszczyłoby żywe komórki, ale na szczęście, zanim dotrze do Ziemi, zostaje pochłonięte przez górne warstwy atmosfery. Promieniowanie UVB (długość fali 280–320 nm) – przenika do naskórka, powodując nadmierne rogowacenie oraz stany zapalne (w tym oparzenia słoneczne), sprzyja powstawaniu zmarszczek i stanów przednowotwo-

rowych. Stanowi 95 proc. promieniowania ultrafioletowego, które dociera do powierzchni Ziemi. Przenika przez chmury i szkło. Promieniowanie UVA (długość fali 320–400 nm) – przenika głębiej do skóry właściwej, jest główną przyczyną reakcji fototoksycznych i fotoalergicznych, potęguje nowotworowe skutki promieni UVB, uszkadza włókna kolagenowe i ściany naczyń krwionośnych. Stanowi 5 proc. promieniowania ultrafioletowego, które dociera do powierzchni Ziemi. Zatrzymują je chmury oraz szkło.

również postępuje z wiekiem. Czy w takim razie oba schorzenia mogą przydarzyć się osobom młodym, które nie chronią oczu przed słońcem? Na zaćmę cierpi ponad połowa osób powyżej 65 lat, ale zdarza się ona wcześniej przy skłonnościach dziedzicznych, po urazach oka oraz właśnie na skutek szkodliwego działania promieniowania UV. Trudno zaliczyć słońce do głównych przyczyn zmętnienia soczewki, ale może ono przyspieszyć tę chorobę nawet o 20 lat. Podobnie jest z AMD, gdzie czynników odpowiedzialnych za zwyrodnienie plamki jest wiele (począwszy od wieku, dziedziczenia, a skończywszy na braku mikroelementów i witamin w diecie), jednak ekspozycja na promienie ultrafioletowe przyspiesza rozwój tej choroby. Co szkodzi bardziej: promienie UVA czy UVB? Różnią się one długością fali, ale jeśli chodzi o poziom szkodliwości dla tkanek oka, to nie ma między nimi istotnej różnicy. W promieniowaniu słonecznym zawarte jest również światło niebieskie, o długości fali 400–500 nm – to najwyższa część energii widma widzialnego, które wpada do gałki ocznej. Co prawda reguluje ono nasz zegar biologiczny i związany z tym rytm snu i  czuwania, ale jest szczególnie niebezpieczne dla siatkówki, ponieważ jako najsilniejsze dociera do niej w największej ilości. I ze względu na wysoką energię przyspiesza reakcje fotochemiczne oraz wytwarza rodniki, które uszkadzają komórki: fotoreceptory i nabłonek barwnikowy siatkówki. Wracając do promieniowania ultrafioletowego: większość jest naturalnie filtrowana przez tkanki przedniej części oka, czyli rogówkę i soczewkę. Taka tarcza ochronna może jednak nie wystarczyć w przypadku ostrego, intensywnego i przewlekłego nasłonecznienia. Zresztą nie posiadają jej dzieci, których

112

soczewka jest dużo mniej gęsta i przez to bardziej przezierna. U pięciolatka aż 85 proc. promieni UVA dotrze do siatkówki, u piętnastolatka – już tylko połowa. Czyli zwłaszcza dzieci powinny nosić okulary przeciwsłoneczne? Nie powiedziałbym, że zwłaszcza, ale też. To oczywiście niełatwe namówić kilkuletniego malca do noszenia ochrony przed słońcem, poza tym jeśli biega i okulary spadają mu z nosa, to może sobie w nich zrobić krzywdę. Na pewno wygodniej założyć mu na głowę czapkę z daszkiem, tylko trzeba pamiętać, że chociaż dzięki nakryciu głowy słońce nie będzie go oślepiać, nie zatrzyma to promieniowania wpadającego do oczu. Warto więc kierować się zdrowym rozsądkiem i umiejętnie dawkować dzieciom przebywanie na otwartym słońcu, zwłaszcza na plaży, gdzie promienie dodatkowo odbijają się od wody i piasku. Podobną ostrożność należy zachować również zimą. Choć w górach na śniegu, gdy świeci słońce, nawet maluchy w szkółkach narciarskich mają na oczach założone gogle. Oby z odpowiednimi filtrami. Właśnie: czym trzeba się kierować przy wyborze okularów przeciwsłonecznych? Przede wszystkim ma to być ochrona, a  później ozdoba, choć szczęśliwie można już połączyć jedno z drugim. Mamy na rynku sporo renomowanych producentów, którzy zdając sobie sprawę z oczekiwań klientów co do kształtu i funkcjonalności oprawek, nie zaniedbują jakości szkieł. Stanowczo odradzam zakupy na bazarach i w supermarketach, gdzie nie można zweryfikować ich rzeczywistej wartości. Ponieważ koniecznym warunkiem przydatności okularów przeciwsłonecznych jest zastosowanie w nich szkieł z odpowiednim filtrem, które skutecznie zablokują pro-

© GETTY IMAGES (5)

Słońce wysyła promienie ultrafioletowe, które ze względu na biofizyczne i zdrowotne właściwości dzielą się na:

P O G O D A :

T O ,

mieniowanie, muszą mieć znak CE, potwierdzający tzw. zgodność z wymaganiami. Ale sam symbol CE nie jest świadectwem jakości ani certyfikatem bezpieczeństwa. To prawda. Dlatego na okularach przeciwsłonecznych powinny znajdować się również oznaczenia kategorii ochrony przed promieniami słonecznymi. Są to cyfry od 0 do 4, oznaczające kategorię zastosowanego filtra – im wyższy, tym większa ochrona i najczęściej również stopień przyciemnienia. Na przykład okulary z cyfrą 4 nie są przeznaczone dla kierowców ani osób, które chciałyby w nich coś czytać – lepiej je założyć na czas wędrówki w wysokich górach, po pustyni lub śniegu oraz wycieczki statkiem po otwartym morzu. Okulary słoneczne mają dziś różne barwy szkieł: są czarne, brązowe, żółte, pomarańczowe, oliwkowe, lustrzane. Czy to ma znaczenie? Przyciemnienie szkieł wiąże się ze skutecznością filtrów, choć kolorystyka może czasami poprawiać kontrastowość widzenia. Wbrew pozorom okulary mniej przyciemnione mogą mieć lepsze filtry, które efektywniej ochronią przed promieniami. A te najciemniejsze, kupione na straganie, spowodują gorsze skutki niż ich niestosowanie, bo za takimi czarnymi szkłami źrenice będą bardziej rozszerzone, bez odruchu mrużenia, wobec czego do wnętrza gałki ocznej wpadnie więcej szkodliwych promieni UV, niezatrzymanych przez żaden filtr. Producenci okularów chcą się wyróżniać również rozmaitymi uszlachetnieniami: reklamują nowatorskie materiały, powłoki, soczewki. To są chwyty marketingowe, czy rzeczywiście powinniśmy mieć w domu kilka par okularów przeciwsłonecznych: do czytania, kierowania samochodem, na piesze wycieczki po plaży lub jazdę rowerem? Dobrej jakości okulary przeciwsłoneczne powinny sprawdzać się we wszystkich sytuacjach. Oczywiście są subtelne różnice, jak poprawa kontrastu widzenia, który można osiągnąć, dobierając np. bardziej pomarańczową barwę szkła, ale to wszystko są kwestie indywidualne. Proszę pamiętać, że inne zapotrzebowanie będą miały osoby nienoszące okularów na co dzień, a inna jest sytuacja ludzi z wadami wzroku, którzy muszą mieć szkła korekcyjne. Na ogół przy doborze okularów słonecznych kierujemy się względami estetycznymi. Przy niewielkiej wadzie można je nosić bez żadnej korekty. Przy większej warto korzystać z soczewek kontaktowych i wtedy można zakładać tradycyjne okulary słoneczne. Z kolei seniorzy, którzy soczewek nie noszą, na tradycyjne okulary korekcyjne stosują nakładki przeciwsłoneczne. Osobom szukającym uniwersalnych rozwiązań proponuje się przyciemniane soczewki korekcyjne lub fotochromowe. One w zależności od warunków naświetlenia i nasłonecznienia automatycznie zmieniają swoje zabarwienie. Mają różne stopnie przyciemnienia – w pomieszczeniach nienasłonecznionych działają jak normalne przezroczyste so-

C O

C Z U J E

C I A Ł O

Żar bez leków Wiele leków w połączeniu z promieniami słońca może działać uczulająco na skórę. Są to np.: l niesterydowe leki przeciwzapalne (kwas acetylo­ salicylowy, środki przeciwreumatyczne); l leki antyarytmiczne (stosowane w chorobach serca); l leki moczopędne; l chemioterapeutyki stosowane w zakażeniach układu moczowego (tzw. chinolony); l trójcykliczne antydepresanty; l pochodne sulfonylomocznika wykorzystywane w leczeniu cukrzycy; l mieszanki ziołowe z dziurawcem lub melisą. Osoby je przyjmujące powinny unikać opalania. Tego, czy lek ma takie właściwości, można się dowiedzieć z ulotki informacyjnej, ale nie zawsze: wiele nie zawiera ostrzeżeń przed słońcem. Dlatego przed wyjazdem na urlop warto skonsultować się ze swoim lekarzem.

czewki, a po wyjściu na słońce w krótkim czasie dają ochronę przed oślepieniem i blokują promieniowanie. Powiedział pan, że wiele osób nosi okulary słoneczne, a muszą też mieć założone soczewki kontaktowe. Sprawiają nieraz problem w suchych klimatyzowanych pomieszczeniach, czy więc w upalną pogodę albo przy dużym mrozie mogą być niewygodne? Bez wątpienia skrajne temperatury i  wilgotność powietrza mają wpływ na komfort noszenia soczewek kontaktowych. Przy dużym upale może dochodzić do obrzęku spojówek, ale to nie zdarza się często i większość użytkowników świetnie wie, w  jakich warunkach czują się w nich gorzej i po prostu ich wtedy nie zakładają. Ważne, aby w wypadku pojawienia się szczypania lub pieczenia nie czekać, tylko natychmiast usunąć soczewkę i zastosować alternatywną metodę korekcji wzroku. Paradoksalnie mniej podatne na wysuszanie są soczewki o niższym stopniu uwodnienia, czyli z generacji materiałów silikonowo-hydrożelowych. Na rynku jest ich coraz więcej i one lepiej się sprawdzają w suchym powietrzu. Oczywiście soczewki kontaktowe również powinny być zaopatrzone w filtry UV. Czy pacjenci z jaskrą lub chorobami siatkówki, na przykład retinopatią cukrzycową, powinni unikać słońca, by nie pogarszać przebiegu swoich przewlekłych schorzeń? Nie ma takiej konieczności. Chorzy na jaskrę powinni stosować się do indywidualnych zaleceń, regularnie przyjmować krople, ale nie ma powodu, aby wystrzegali się pobytu na plaży lub wycieczek w góry czy nawet za koło podbiegunowe. Zmiany ciśnienia atmosferycznego też nie będą wpływały na poziom ciśnienia cieczy wodnistej w gałce ocznej, ponieważ ma ono niewielki związek nawet

113

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Ruletka z faktorem Słońce odciska trwały ślad na skórze, przyczyniając się do jej fotostarzenia. Staje się ona wysuszona, szorstka, pojawiają się przebarwienia i zmarszczki. Owszem, dzięki promieniom słonecznym dochodzi w organizmie do wytwarzania potrzebnej witaminy D, ale zdaniem ekspertów latem – gdy słońce w naszej szerokości geograficznej świeci najsilniej – wystarczy kilkanaście minut dziennie takiej ekspozycji, aby nie martwić się o jej deficyt. Dużo poważniejsze są skutki przesadnego opalania, które przyczynia się do rozwoju zmian przedrakowych i nowotworów skóry (zwłaszcza złośliwego czerniaka). Aby temu zapobiec – należy stosować kremy z filtrami. Trzeba jednak umieć je wybrać.

Co to jest filtr słoneczny? To substancja chemiczna, która absorbuje promieniowanie ultrafioletowe lub substancja mineralna odbijająca szkodliwe promienie jak mikrolusterko. Do pierwszej grupy należą m.in. oxybenzone, butyl methoxy dibenzoylmethane, octocrylene, octyl methoxycinnamate, octyl salicylate, 4-methylbenzylidene camphor, trisoloxan drometrizolu, tinosorb B. Do drugiej – dwutlenek cynku oraz tlenek i dwutlenek tytanu.

Jakich oznaczeń szukać na opakowaniu? Współczynnik SPF (Sun Protective Factor, nazywany popularnie faktorem), symbol francuski – IP (Indice de Protection), niemiecki – LSF (Licht Schutz Factor). Jest to wskaźnik ochrony przed promieniowaniem UVB. Teoretycznie oznacza, że jeżeli na skórze bez zastosowania kremu rumień pojawia się po 20 minutach, to po zastosowaniu np. faktora 15 czas ten wydłuży się 15x20, czyli do 300 min. Należy jednak pamiętać, że określając współczynnik ochrony kremu, producent przeprowadza

testy według standardowej procedury, w której na 1 cm kw. powierzchni skóry zaaplikowano 2 mg kremu. Plażowicze smarują się zazwyczaj warstwą o połowę cieńszą, co zmniejsza ochronę. Współczynnik IPD (Immediate Pigmentation Darkening) lub PPD (Persistant Pigmentation Darkening). Jest to wskaźnik ochrony przed promieniowaniem UVA. Oznacza stosunek ilości promieni UVA potrzebnej do wywołania widocznej reakcji na słońcu. Badany jest po minucie lub po godzinie, ale nie istnieje jednolita metodologia tych badań, każda firma ma własną skalę oceny. Wodoodporność (Water Resistant, ­Wasserbeständig, Rẻsiste a l’eau) – ochrona powinna utrzymywać się na skórze przez co najmniej 40 min kąpieli. Na głębokość 1 m wody dociera ok. 50 proc. promieni UVB i 80 proc. UVA.

Jak czytać przeciwsłoneczny kod? Oceniając przydatność kremu do opalania (chodzi właściwie tylko o filtry UVB, bo w przypadku UVA, kiedy każdy producent posługuje się własną skalą, weryfikacja ich danych nie jest możliwa), trzeba wykonać proste działanie matematyczne. Jeśli chcesz sprawdzić, ile procent promieniowania UVB przepuści do skóry twój krem – podziel 100 (całkowita ilość promieniowania) przez współczynnik ochrony (czyli tzw. faktor, oznaczony na opakowaniu skrótem SPF lub IP). W przypadku faktora 30 otrzymamy wynik 3,33 proc. i będzie to ilość szkodliwego promieniowania UVB, która dotrze do powierzchni skóry (resztę, czyli 96,7 proc., zatrzyma preparat). Czy faktor o wartości 60 dwukrotnie zwiększy ochronę? Nic podobnego! 100 podzielone przez 60 daje wynik 1,66 proc., więc różnica w porównaniu z trzydziestką wynosi niecałe 1,7 proc. na korzyść sześćdziesiątki.

z ciśnieniem tętniczym krwi. Oczywiście przy gwałtownych spadkach ciśnienia tętniczego pogarsza się ukrwienie nerwu wzrokowego, co bardzo szkodzi jaskrze, ale wpływ pogody ma tu minimalne znaczenie. Warto jednak pamiętać, że jeśli ktoś przewlekle musi stosować maści lub krople i ma z tego powodu przejściowe podrażnienie spojówek, to lepiej, aby unikał w tym czasie intensywnego słońca, bo dolegliwości – takie jak pieczenie, swędzenie, łzawienie – mogą się wtedy nasilać. Podsumowując: jak dbać o oczy w trakcie upałów? Chronić je przed promieniowaniem UV. I pamiętać o tym, że we wszystkim potrzebny jest zdrowy rozsądek. Ostre słońce i mała wilgotność powietrza będą najgorzej wpływały na spo-

114

Zwiększanie współczynnika ochrony przeciwsłonecznej powyżej 15–20 SPF powoduje minimalny przyrost ochrony rzeczywistej: l Faktor 3 – przepuszcza 33 proc. ­promieniowania UVB (100:3 = 33 proc.) l Faktor 7 – przepuszcza 14 proc. p ­ romieniowania UVB l Faktor 15 – przepuszcza 7 proc. promieniowania UVB (od tej wartości zaczyna się ochrona przyspieszonego starzenia skóry!) l Faktor 20 – przepuszcza 5 proc. p ­ romieniowania UVB l Faktor 30 – przepuszcza 3 proc. p ­ romieniowania UVB l Faktor 60 – przepuszcza 1,6 proc. p ­ romieniowania UVB l Faktor 80 – przepuszcza 1,25 proc. p ­ romieniowania UVB Uwaga: Eksperci zalecają używanie kremów z SPF w przedziale 15–30, choć kremy z bardzo wysokimi filtrami powyżej 50 mogą być zalecane u małych dzieci i osób z wyjątkowo wrażliwą skórą.

Zapamiętaj: 1. Stosuj kremy z filtrami zarówno przeciwko UVB, jak i UVA. 2. Nie wierz w reklamy kremów sugerujące pełną ochronę przed słońcem. Nie istnieje, eksponowane na niektórych opakowaniach, pojęcie „total block” – najlepsze preparaty mogą zatrzymać 97 proc. promieniowania UVB, ale tylko 50–60 proc. UVA. 3. Wysokość wskaźnika SPF (czyli numer faktora) nie jest wprost proporcjonalna do stopnia rzeczywistej ochrony. Wysokie indeksy powyżej 40 i 60 nie dają podwójnej ochrony w stosunku do tańszych filtrów 20 lub 30. 4. Preparaty z filtrami należy aplikować na skórę około 30 minut przed planowanym wyjściem na słońce. A potem co dwie godziny i po każdej kąpieli wodnej (mimo ich wodoodporności). 5. U dzieci zaleca się stosowanie kremów z filtrem już od 6 miesiąca życia.

jówki, bo jest to błona śluzowa, która często bywa podatna na wysychanie. Wtedy oczy szczypią. Można je nawilżać kroplami z solą fizjologiczną, ale lepiej po prostu ukryć się w cieniu. Latem niekorzystne będzie czytanie na plaży, zwłaszcza blisko wody, od której odbijają się promienie słoneczne. Ale znów bardziej niezdrowe będzie to wtedy, kiedy nie oderwiemy oczu od książki przez pięć godzin, a w mniejszym stopniu, jeśli spędzimy na lekturze pół godziny. Pod warunkiem że w dobrze dobranych, nie za ciemnych okularach przeciwsłonecznych i z książką lub gazetą w cieniu. ROZMAWIAŁ PAWEŁ WALEWSKI

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Nasz przyjaciel strach

116

C O

C Z U J E

C I A Ł O

Rozmówczyni jest psycholożką społecz­ ną z Uniwersytetu SWPS. Prowadzi m.in. badania dotyczące percepcji i społecznych skutków zmiany klimatu.

© KRZYSZTOF ZUCZKOWSKI/FORUM

T O ,

Dr Marzena Cypryańska-Nezlek o tym, dlaczego pogawędka o pogodzie straciła miłą neutralność i zaczęła wywoływać napięcie.

© MIROSŁAW GRYŃ

P O G O D A :

KATARZYNA KAZIMIEROWSKA: – Niedobrze, że koszą, idą upały i susza, trawa tego nie wytrzyma – powiedziałam ostatnio do pana kioskarza. – Co pani mówi? Niech koszą. Korzenie trawy się wzmocnią. Zresztą co to za moda z tymi łąkami w mieście – usłyszałam. Obraził się na mnie. MARZENA CYPRYAŃSKA-NEZLEK: – Tak, dziś nawet trawniki mogą być drażliwym tematem. A jak pani to widzi? Że co człowiek, to inna reakcja: jeden boi się suszy i rosnących cen żywności, drugiemu podoba się, że mamy lato bez deszczu. I zależnie od pory roku albo przejmuje się zmianami klimatu, albo nie – badania różnych ośrodków raz donoszą, że 70 proc. Polaków jest zaniepokojonych, a za chwilę, że tylko 30 proc. bierze zmianę klimatu na poważnie. Zawsze zwracam uwagę na to, jak brzmiały konkretne pytania, i na to, czy w porównywanych badaniach rzeczywiście pytano o to samo. Czasami pozornie podobne pytania prowa-

117

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

… jednak jakieś jest? Tak, i  ono jest problemem. W przybliżeniu połowa wątpi w to, że podstawową przyczyną gwałtownej zmiany klimatu jest działalność człowieka. Przejawem denializmu jest też niedostrzeganie tego, że obecna zmiana klimatu jest gwałtowna i postępuje w zastraszającym tempie. Jest nim także zaprzeczanie faktom naukowym dotyczącym obecnych i przyszłych jej skutków. A mnie interesuje nie tylko to, w co ludzie wierzą lub nie wierzą, lecz także to, dlaczego tak się dzieje. I do jakich dochodzi pani wniosków? Zmiana klimatu to nie kwestia wierzeń czy upodobań, tylko fakty potwierdzone naukowo przez wszystkie liczące się instytucje naukowe zajmujące się tym zjawiskiem. I albo te fakty znasz, albo nie. Albo wierzysz danym naukowym, albo błąkasz się w mętnych przestworzach klimatycznych negacjonistów. Dlatego czasem ten denializm klimatyczny wynika z braku wiedzy albo zainteresowania otaczającym światem w ogóle, a czasami jest to wyraz aktywnego poszukiwania informacji, które są spójne z tym, w co dana osoba chce wierzyć. I tutaj wyniki badań naukowych wskazują, że to, w co wierzą ludzie w kwestii zmiany klimatu, zależy m.in. od poglądów politycznych,

dzą do bardzo odmiennych odpowiedzi. Ważny jest też ich kontekst, np. jaki był dominujący przekaz w mediach w czasie, kiedy prowadzono badania. Odpowiedzi respondentów mogą być też inne w zależności od tego, jak wyraziste są bezpośrednie przejawy zmiany klimatu, np. brak śniegu lub brak opadów przez dłuższy czas i wysychające rzeki. Takie wyraziste zdarzenia obniżają tzw. negacjonizm klimatyczny, określany też jako denializm klimatyczny.

Wiedza kontra pieniądze W Polsce chyba denializm ma się dobrze. Jeśli rozumiemy go jako zaprzeczanie zmianom klimatu, to już nie tak bardzo. Ale jeśli szerzej, jako różne bezzasadne poglądy i przekonania, które negują fakty naukowe dotyczące zmian klimatu, jego przyczyn i konsekwencji – to tak, niestety nadal jest zbyt powszechny, aby skutecznie przeciwdziałać postępującej zmianie klimatu. Na przykład w badaniach, które realizowałam w Polsce na początku marca na próbie ogólnopolskiej, ok. 5 proc. respondentów twierdziło, że nie ma zmian klimatu, kolejne 5 proc. osób uznało, że nie wiadomo. Zdecydowana większość jednak, bo prawie 90 proc., przyznała, że zmiana klimatu postępuje, ale…

© MIROSŁAW GRYŃ (2)

Dramatyczne konsekwencje zmiany klimatu nie są natychmiastowe, łatwo więc unikać problemu.

118

światopoglądu, poziomu wykształcenia. Oraz od tego, co jest prezentowane w mediach, zwłaszcza w tzw. głównym nurcie. A co jest? Zbyt dużo dezinformacji. Nie ma jasnego i jednoznacznego przekazu, że zmiana klimatu postępuje, że przyczyną jest działalność człowieka, że jeśli nie będziemy działać natychmiast i zdecydowanie, to nieuchronnie nastąpi katastrofa klimatyczna. Oraz, co ważne, że konieczna jest zdecydowana transformacja energetyczna oraz odejście od paliw kopalnych. I to powinno wydarzyć się nie kiedyś, gdy nam będzie wygodnie, lecz jak najszybciej. Rozprzestrzenianie dezinformacji nie jest przypadkowe. Często cytuję artykuł z brytyjskiej gazety „The Guardian” z marca ubiegłego roku, w którym analizowano jej źródła. W artykule tym zwrócono uwagę m.in. na to, że pięć największych giełdowych spółek naftowych i gazowych przeznacza rocznie ok. 200 mln dol. na lobbing na rzecz kontrolowania, blokowania lub choćby opóźniania wprowadzania programów mających na celu przeciwdziałanie zmianom klimatu. To jest jedno ze źródeł potężnej machiny dezinformacji. Lobby paliw kopalnych nie wie, że czeka nas klimatyczna tragedia? Nie wiem, co wie, a czego nie chce wiedzieć. Gra toczy się o ogromne pieniądze, a to niestety zwykle silnie wpływa

P O G O D A :

T O ,

na motywację, percepcję i złudzenia. Wiadomo, że jednym z czynników, który bardzo utrudnia efektywne przeciwdziałanie zmianie klimatu, jest brak rzetelnej i powszechnej edukacji klimatycznej oraz celowe rozprzestrzenianie informacji, które zaprzeczają faktom naukowym. Wszystko to obniża świadomość społeczną i zmniejsza presję na szybkie wprowadzanie koniecznych zmian. Elementem machiny dezinformacji są też ataki na ekologów.

Człowiek kontra natura Pamiętam nagonkę na Gretę Thunberg. Powtarzano, że jest jeszcze dzieckiem i że ma problemy psychiczne, bo ma zdiagnozowanego aspergera. Odbierano jej tym samym prawo głosu. I proszę zauważyć, że im większy wpływ i popularność Grety, tym silniejszy atak na nią. Zauważyłam. Wyjaśnijmy, dlaczego. Działania Grety przyczyniają się do zwiększenia świadomości zagrożenia związanego ze zmianą klimatu, co zwiększa społeczną presję na zmiany. To z kolei oznacza zagrożenie dla tych, dla których zmia-

C O

C Z U J E

C I A Ł O

Jakie? Spychanie odpowiedzialności na jednostki może odwracać uwagę od koniecznych zmian systemowych związanych na przykład z transformacją energetyczną. W przekazach medialnych sporo jest o plastiku i torebkach foliowych, a węgiel traktuje się nadal jak dobro narodowe. A przecież już wiemy, że ani nie zapewnia nam bezpieczeństwa energetycznego, ani nie jest k ­ orzystny ekonomicznie… …i że nie wszystkim zajmie się kolejne pokolenie. Właśnie. Są też argumenty odwołujące się do religii i przekonania o prawie człowieka do panowania nad naturą, czyli często powtarzane: „czyńcie sobie ziemię poddaną”. Nie dyskutuję z wiarą ludzi na temat stworzenia, pytam jedynie: w jakim przekazie religijnym jest „zniszcz wszystko, co dostałeś, zużyj, ile tylko zdążysz, zarzynaj zwierzęta, dręcz, kiedy tylko zechcesz”? W tym egocen-

Negacjonizm klimatyczny wynika z braku wiedzy albo zainteresowania otaczającym światem w ogóle, a czasami jest to wyraz aktywnego poszukiwania informacji odpowiadających temu, w co dana osoba chce wierzyć.

ny wiążą się ze stratami ekonomicznymi, albo znaczącą zmianą stylu życia. Takie spersonalizowane ataki kierowane są też w stronę ekologów i aktywistów, którzy walczą na rzecz przeciwdziałania zmianie klimatu. Podważa się rzetelność danych naukowych, autorytet naukowców albo konieczność czy sensowność różnych rozwiązań proponowanych przez ekspertów. Ostatnio obserwuję różne kampanie, w  których mało jest o  transformacji energetycznej, nic o  węglu, ale za to dużo o tym, że należy zaczynać od siebie. To chyba dobrze. Oczywiście! Musimy działać. Segregacja śmieci, nieużywanie plastiku, ograniczenie spożycia mięsa i konsumpcjonizmu w ogóle, używania samochodu i lotów samolotem, oszczędzanie energii elektrycznej i wody oraz inne działania, które są w zasięgu każdego, są bardzo ważne. Ale? To nie wystarczy. Przeciwdziałanie kryzysowi klimatycznemu wymaga edukacji i wywierania presji na zmiany systemowe. Trzeba pisać petycje, a w czasie wyborów zwracać uwagę na to, co dany kandydat czy ugrupowanie polityczne myśli o zmianie klimatu i koniecznych rozwiązaniach. W nacisku wyłącznie na działania indywidualne widzę pewne niebezpieczeństwo.

trycznym spostrzeganiu stworzenia mam wrażenie, jakby niektórym zdawało się, że świat został stworzony tylko dla nich. Zapominamy, że jesteśmy na tej ziemi tylko gośćmi, zobowiązanymi do pozostawienia jej w stanie nie gorszym niż zastaliśmy. Tymczasem w naszym rozpasaniu nie zostawimy tego dobra już nawet dla własnych dzieci. Musimy zmienić perspektywę widzenia człowieka w relacji do natury, ale też w relacji do przyszłych pokoleń. Tylko jak to zrobić, skoro zwykła pogawędka o pogodzie może się zmienić w awanturę. Musimy zwiększyć świadomość zagrożenia. Realizowałam niedawno badania dotyczące zachowań związanych z pandemią Covid-19 i jego wyniki jasno wskazują, że im bardziej ludzie się boją, tym częściej angażują się w działania zabezpieczające: mycie rąk, noszenie maseczek czy utrzymywanie dystansu społecznego. Tymczasem w kontekście zmiany klimatu często zwraca się uwagę na to, żeby nie straszyć ludzi, bo wtedy zaczynają reagować nerwowo albo unikać tematu.

Panika kontra potrzeba Dlaczego? Bo strach jest nieprzyjemny. Kiedy się pojawia, to automatycznie włącza się chęć usunięcia jego źródła, żeby naturalnie zniknął. Ponieważ dramatyczne konsekwencje zmiany kli-

119

N I E Z B Ę D N I K

matu nie są natychmiastowe, łatwo unikać problemu. Można o tym nie myśleć, odłożyć na później, wręcz szukać informacji, które zaprzeczają zagrożeniu lub je mini­malizują. Wszystko to, aby odzyskać komfort. No to jak mówić o zagrożeniu i nie powodować paniki? Po pierwsze, ważne jest, aby przedstawiać zagrożenie, ale także sposoby działania, dzięki którym można sobie z nim po­ radzić. Na przykład na początku pandemii przekazy rządowe i medialne nie tylko straszyły, ale dawały też jasne wskazówki, jak reagować. Odpowiednie komunikowa­n ie zagrożenia zwięk­ sza szansę, że ludzie adekwatnie na nie zareagują. Nie wszyscy. Sporo mówi się ostatnio o przypadkach depresji lub wręcz traumie klimatycznej. W takim przypadku trudno zmotywować do działania.

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

jest się świadomym zagrożenia. Podstawowy problem to brak powszechnej edukacji klimatycznej. Myślę, że każdy, kto uświadamia sobie powagę sprawy, odczuwa niepokój, a za tym idzie też potrzeba działania. Dziś nie wpadam w panikę. Działam. I oczywiście cza­ sami czuję się bezradna i przybita ogromem zniszczeń, ale zawsze wcześniej czy później wraca ta sama myśl: „żeby nie wiem co, muszę coś robić”. Bez działania świat się na pewno zawali. Z działaniem jest szansa, że jednak nie. Wielu ludzi, w różnym stopniu, angażuje się w działanie na rzecz środowiska. Jedna osoba zajmie się segregacją i zrezygnuje z latania samolotem, a druga pójdzie dalej: założy sobie kompostownik na balkonie. Tylko jednocześnie będzie na tę pierwszą utyskiwać, że jest za mało eko. Nawet to potrafi ludzi poróżnić. Generalnie jesteśmy coraz bardziej rozdrażnieni, sfru­ strowani, zmęczeni, czasami wściekli i  napięci. Jednym z celów dezinformacji w mediach czy w internecie jest wła­ śnie polaryzacja, nastawianie ludzi przeciw sobie, tworze­ nie chaosu, niepewności, poczucia zagubienia.

© MIROSŁAW GRYŃ

Każdą rozmowę, także o pogodzie, najlepiej zacząć od pytania o opinię rozmówcy, a nie od wygłoszenia własnej.

Dlatego powiedziałam, że aby strach mógł motywować do działania, ludzie muszą wiedzieć, co zrobić, potrafić to zrobić i uwierzyć, że to działanie ma sens. Jeśli czuje się strach, do­ strzega zagrożenie, ale nie widzi sposobu, aby sobie z nim po­ radzić, to oczywiście lęk przestaje pełnić funkcję adaptacyjną. Przedłużający się stan zagrożenia i notoryczny stan lęku mogą prowadzić do różnych zaburzeń oraz dezorganizacji codzien­ nego funkcjonowania, a czasami do stanów apatii i wycofania. Pani boi się zmiany klimatu? Tak. Pamiętam, kiedy pierwszy raz poczułam przerażenie. To było jakieś dwa lata temu, po przeczytaniu wywiadu z prof. Szymonem Malinowskim. Poczułam się głupio i nieswojo, że nie docierało to do mnie wcześniej, bo przecież naukowcy od dawna ostrzegali o zbliżającej się katastrofie. Jasne, że wiedzia­ łam o zmianie klimatu, ale „coś tam wiedzieć” nie znaczy, że

120

Po co? Bo wtedy świat staje się mniej przewidywalny. Nie wiado­ mo, po jakie informacje sięgać i w tym pogubieniu ludzie za­ czynają szukać prostych odpowiedzi i  reguł. I  pojawiają się negatywne aspekty strachu. On jest potencjalnie adaptacyj­ ny i ja go widzę jako przyjaciela. To jest emocja, która ostrze­ ga człowieka, że coś jest nie tak, mobilizuje do działania, by uniknąć zagrożenia. Ale niestety nie zawsze pełni tę funkcję. I bywa wykorzystywana do manipulacji ludźmi. Strach może zwiększać konserwatyzm, nawet powodować zwrot ku rządom autorytarnym. Zwłaszcza wtedy, gdy dominuje przekonanie, że wróg jest, ale właściwie nie wiadomo dokładnie gdzie i jaki. No tak, wirus to był przynajmniej jeden wróg. W przypadku zmiany klimatu komunikaty są niejedno­ znaczne: niby nasz problem, ale jednocześnie globalny, ­n iby

T O ,

C O

C Z U J E

C I A Ł O

nas dotyczy, ale nie dotyczy. Nie ma presji na działania ­z apobiegawcze. Czekanie na cudze działania i  decyzje, a to nuży i zniechęca. Dlatego to taki problem.

Zainteresowanie, czyli zmiana W ubiegłym roku dwa razy odwiedziłam Stawy Echo na Roztoczu. Na początku lata było w nich jeszcze sporo wody, ale pod koniec ze stawów została niemal kałuża. Gdy tak siedziałam na piasku, podeszła do mnie kobieta i zapytała, czy wiem, co się dzieje ze stawami, bo ona przyjeżdża tu od dziesięciu lat i takiej sadzawki jeszcze nie widziała. Odpowiedziałam, że stawy wysychają, bo jest susza. Myśli pani, że to ta zmiana klimatu? ­– zapytała ona. Mam rację, widząc nadzieję w tym, że kiedy człowiek coś zobaczy, to może uwierzy? Cóż, pozostaje pytanie, na ile ta zmiana, którą ta pani zaobserwowała, jest dla niej ważna, jak ona sobie to wyjaśni. Bo może pomyśli jedynie: „były stawy, poszły stawy”. Widzę takie zagrożenie w przypadku zmiany klimatu, że ludzie będą myśleć: no ktoś się musi tym zająć, bo co ja mogę, co ja mam zrobić. Zupełnie inaczej było na początku pandemii. Co ma pani na myśli? Większość podążała za zaleceniami, spontanicznie tworzyła się też norma społeczna pod hasłem „Zostań w domu”. Rząd wprowadzał kolejne regulacje, a my się na nie mniej lub bardziej zgadzaliśmy, przynajmniej przez jakiś czas, tak długo, jak długo ludzie bali się zakażenia i jak długo ufali w sensowność proponowanych rozwiązań, Myślę, że podobnie mogłoby być wobec zmiany klimatu. Ludzie potrzebują wiedzieć, że jest zagrożenie i że trzeba działać, aby je zniwelować, bo problem sam się nie rozwiąże. Na poziomie emocji mówimy zatem o strachu, ale też o nadziei. Tymczasem trzeba jakoś z tym żyć i w trakcie rozmowy o pogodzie się nie pozabijać. Od czego zacząć? Może od tego, żeby zainteresować się drugim człowiekiem? Może nie zaczynać rozmowy od własnej opinii na temat pogody, tylko od pytania o opinię rozmówcy. Bo cechą niezobowiązującej pogawędki jest to, że ma zacząć się dobrze, pozytywnie, a przynajmniej neutralnie. My często skupiamy się na tym, co sami chcemy powiedzieć, mniej natomiast na tym, co ma do powiedzenia druga osoba. A to nie jest tak, że nas często drugi człowiek w ogóle nie interesuje, bo z góry wiemy, co powie i że na pewno nie ma racji? Pewnie też, chociaż jedno drugiego nie wyklucza. Bo skoro jesteśmy uprzedzeni do ludzi, to po co w ogóle wdawać się w rozmowę? Ale czasem trzeba z różnych powodów – jak to się określa – zagadać. Nasze lęki przed rozmową z nieznajomym wynikają często z tego, że boimy się, że tak naprawdę nie mamy nic ciekawego do powiedzenia. A przecież punktem wyjścia mogłaby być ta osoba, jej historia. Wystarczy spojrzeć na nią przyjaźnie i pozwolić jej mówić. Tylko nie zaczynajmy od tego, czy jest za PiS czy opozycją, bo możemy rozpocząć wojnę polsko-polską. ROZMAWIAŁA KATARZYNA KAZIMIEROWSKA

REKLAMA

P O G O D A :

N I E Z B Ę D N I K

122

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

P O G O D A :

T O ,

C O

N A M

G R O Z I

N

Wichry niepewności

© GETTY IMAGES

Cyklony, tornada i trąby powietrzne. Skąd się biorą? I czy można przewidzieć, kiedy się pojawią oraz jaką drogą podążą?

ie wiadomo, z jaką maksymalną prędkością wiał wiatr na Ziemi. Wiadomo jednak, jaką maksymalną prędkość zmierzono. Było to 3 maja 1999 r. Wieczorem w pobliżu miejscowości Amber w amerykańskim stanie Oklahoma u podstawy olbrzymiej chmury burzowej pojawił się potężny wir. Parę minut później dotknął ziemi, a następnie zaczął się przemieszczać w stronę gęsto zaludnionych południowych przedmieść miasta Oklahoma City. Kiedy tam dotarł, był już tornadem najwyższej, piątej kategorii. Po drodze zdążył zniszczyć osadę Bridge Creek, w pobliżu której zmierzono mu prędkość przy pomocy mobilnego radaru zainstalowanego na ciężarówce. Maksymalna wartość wiatru w wirze wyniosła 482 km/h przy błędzie pomiaru wynoszącym 32 km/h. To jest do dziś niepobity rekord świata, choć gwoli ścisłości dodajmy, że pomiarów radarowych nie uwzględnia się w oficjalnych statystykach meteorologicznych, ponieważ są mało dokładne i nie nadają się do porównań. Dlatego w tabelach największych prędkości wiatru na pierwszym miejscu znajduje się zwykle cyklon Olivia, który w kwietniu 1996 r. przetoczył się przez północną Australię; w jego przypadku prędkość wiatru zmierzono już dokładnie przy pomocy wiatromierza. Podczas najsilniejszego podmuchu wyniosła 408 km/h. Do cyklonów powrócimy później. Na razie zostańmy przy tornadach, które choć znacznie mniejsze, nie mają sobie równych, jeśli chodzi o ilość niszczycielskiej energii wiatru skondensowanej na małej powierzchni. Rekordowy wir w Oklahomie przeszedł do historii jako tornado Bridge Creek–Moore od nazw dwóch miejscowości, które praktycznie zdmuchnął z ziemi. Żywioł szalał przez półtorej godziny. Pozostawił po sobie pas zniszczeń o długości 60 km i szerokości od pół do półtora kilometra. Z większości budynków, które powalił, a było ich ponad 10 tys., pozostały jedynie fundamenty, a czasami nawet one zostały przemielone na miazgę. Zabił 36 osób i spowodował straty szacowane na półtora miliarda dolarów. Dodajmy, że nie działał w pojedynkę. W ciągu dwóch dni przez Oklahomę, Teksas, Kansas i sąsiednie stany przeszły w sumie 154 tornada. Nie od dziś wiadomo, że lubią one włóczyć się stadami. I że niełatwo jest przewidzieć, kiedy dokładnie takie monstrum się pojawi. Tornada występują oczywiście nie tylko w Ameryce Północnej. Pojawiają się praktycznie na każdym kontynencie, także w Europie, w tym w Polsce. Choć u nas częściej obserwowane są mniejsze warianty tych wirów zwane trąbami powietrznymi. Jedna na początku czerwca przemaszerowała przez powiat bielski w województwie śląskim, uszkadzając w ciągu paru minut ponad 20 budynków we wsi Kaniów. Powiedzieć, że trąby powietrzne są u nas zjawiskiem częstym, byłoby sporą przesadą, niemniej pojawiają się one praktycznie co roku. A sporadycznie są tak silne, że właściwie można już mówić o tornadzie, gdy wiatr w wirze przekracza prędkość 150 km/h, powala drzewa, zrywa dachy i wybija szyby. Zwykle jednak nasze trąby powietrzne nie są aż tak destrukcyjne, raczej przypominają tę mickiewiczowską:

123

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

„Wznosi się, jak ruchoma piramida toczy, Łbem grunt wierci, z nóg piasek sypie gwiazdom w oczy, Co krok wszerz wydyma się, rozwiera ku górze, Ogromną swą trąbą otrębuje burze”. („Pan Tadeusz”, Księga X)

Co wiadomo Niektórych swoich tajemnic tornada wciąż zazdrośnie strzegą, ale skąd się biorą i jak powstają, wiadomo całkiem nieźle. Potrzebna jest do tego superkomórka – wielka chmura burzowa, wewnątrz której powietrze unosi się i zarazem wiruje. Taki wir może mieć średnicę nawet 10 km – meteorolodzy nazywają go mezocyklonem. To on jest motorem napędowym lejów, które opuszczają się od podstawy superkomórki, a gdy dotkną gruntu – stają się tornadami. Superkomórki mają wiele niesympatycznych, ale fascynujących cech. Kiedy już powstaną, zmieniają się w coś w rodzaju samonapędzającej się spirali. Ukrywający się w ich wnętrzu mezocyklon transportuje powietrze na wysokość nawet kilkunastu kilometrów, skąd opada na dół w zewnętrznych warstwach chmury, aby po chwili zostać ponownie wessany do środka korkociągu. Ten cykl powtarza się wielokrotnie, dzięki czemu chmura może istnieć nawet przez kilkanaście godzin, choć zwykle na tyle nie wystarcza jej paliwa. Tak czy inaczej, ma wystarczająco dużo czasu, aby wygenerować nie jedno, ale wiele tornad. Inną cechą superkomórek jest to, że często poruszają się samotnie, ponieważ inne chmury burzowe nie mają szans rozwinąć się w ich pobliżu. Kradną bowiem i zasysają całą wilgoć z okolicy, przypominając trochę czarne dziury pochłaniające całą materię wokół siebie. Obserwowano superkomórki, które potrafiły „oczyścić” niebo z chmur kłębiastych w promieniu 30 km. Niech zatem nikogo nie zmyli bezchmurne niebo w parny, gorący dzień. W ciągu godziny może się na nim rozpętać

N A U K A

piekło. Arsenał niszczycielskich zjawisk pogodowych, z jakimi przybywają superkomórki, może robić wrażenie: to pioruny, nawałnice, grad, szkwały, no i oczywiście tornada. Na szczęście, superkomórki powstają nie tak znowu często i tylko w specyficznych warunkach. Najogólniej rzecz biorąc, ewoluują ze zwykłych chmur burzowych, kiedy te po osiągnięciu dojrzałości i wyrośnięciu na wysokość nawet 10 km przecinają warstwy o odmiennych kierunkach i prędkości wiatru. Typowa sytuacja to gwałtowne zderzenie się dwóch mas powietrza znacznie różniących się wilgotnością i temperaturą. Pospolity cumulonimbus może się wtedy zmienić w niepospolitą superkomórkę. Wtedy wszystko w nim zaczyna wirować – najpierw w poziomie, a później w pionie. Meteorolodzy opisali poszczególne fazy tej metamorfozy: wyrastanie olbrzymiego kowadła na górze oraz kalafiorowatej kopuły ponad nim, pojawienie się u spodu kowadła wymion zwanych mamma, utworzenie z przodu chmury wału szkwałowego i w końcu pojawienie się poniżej podstawy superkomórki czarnych chmur zwanych stropowymi. To z nich wysuwają się wirujące tuleje, czyli tornada. Nikt nie przeprowadził tylu badań nad tornadogenezą, czyli procesem formowania się tornad, co Amerykanie. Z banalnego powodu – to w Ameryce Północnej występują one najczęściej, są najsilniejsze, a zatem najbardziej zabójcze i niszczycielskie. Amerykańscy naukowcy od dekad uganiają się za nimi, podpatrują je, analizują warunki, w jakich powstają, a w końcu też próbują je przewidywać. Warto się przyjrzeć ich ustaleniom, bo w cieplejszym klimacie, jaki nas czeka, ryzyko takich ­ekstremów pogodowych wzrośnie. acji na półkuli północn nek rot ej kieru

Jak powstaje cyklon tropikalny? chmury burzowe

prądy wstępujące

woda ogrzana przez słońce

napływ powietrza

1 124

Nagrzana przez tropikalne słońce woda paruje. Para skrapla się i tworzy chmury. Te rosną ku górze za sprawą wstępujących prądów powietrza.

strefa niskiego ciśnienia napływ powietrza

2

Do centrum układu niskiego ciśnienia napływa ciepłe i wilgotne powietrze. Chmury spiętrzają się. W wyniku rotacji Ziemi układ cyklonalny zaczyna się obracać. Powstaje depresja tropikalna.

T O ,

C O

N A M

G R O Z I

© GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO

P O G O D A :

ścian a

oka

opadające zimne powietrze

oko

ciepłe prądy wstępujące

kierunek przemieszczania huraganu

napływ powietrza

3

W centrum dojrzałego cyklonu powstaje oko – bezwietrzny obszar bardzo niskiego ciśnienia. Wokół niego wirują chmury, a wiatr przekracza 300 km/h. Największą szybkość uzyskuje wiatr z prawej strony cyklonu na półkuli północnej (względem kierunku jego ruchu) i z lewej na półkuli południowej, ponieważ do prędkości wirowania chmur dodaje się prędkość przemieszczania całego układu.

© INFOGRAFIKA LECH MAZURCZYK

opadające zimne powietrze

125

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

© AP/EAST NEWS, AFP/EAST NEWS (2)

N I E Z B Ę D N I K

Domy zniszczone podczas huraganu Irma w w hrabstwie St. Johns na Florydzie, 11 września 2017 r.

Co się bada Co roku do miejscowości Norman pod Oklahoma City zjeżdża ponad setka badaczy pracujących nad nowymi metodami szybkiego rozpoznawania groźnych zjawisk pogodowych i jeszcze szybszego ostrzegania przed nimi. Znajduje się tu poligon badawczy amerykańskiej Narodowej Agencji Oceanów i Atmosfery, w którym testuje się nowe instrumenty obserwacyjne i programy komputerowe. Wśród pierwszych przebojem jest radar skanowania fazowego, wśród drugich – model komputerowy symulujący zachowanie groźnej chmury burzowej w ciągu następnej godziny. Dzięki obu technologiom możliwe będzie o wiele wcześniejsze wysyłanie komunikatów ostrzegawczych do miejsc zagrożonych atakiem żywiołów przybywających wraz z superkomórkami. Mieszkańcy małego miasteczka lub dzielnicy dużego miasta zostaną ostrzeżeni z wyprzedzeniem nawet trzech kwadransów o tym, że to właśnie oni znajdą się na drodze niszczycielskiej nawałnicy, gradobicia, trąby powietrznej czy tornada. Zarówno pojedyncze osoby, jak i placówki publiczne (szpitale, szkoły, przedszkola) zyskają cenny czas na znalezienie schronienia i ewakuację. Prognoza przygotowana na podstawie tego, co powie model komputerowy, trafi też do służb ratowniczych. Znając wcześniej trasę wędrówki żywiołu, będą mogły wcześniej reagować.

126

Idea jest niezwykle ambitna. Optymistycznie zakłada bowiem, że da się z dużą precyzją i znacznym wyprzedzeniem przewidywać zachowania superkomórek. Pomysł nazwano warn-on-forecast, co oznacza mniej więcej, że w nowym systemie ostrzeżenie będzie wydawane na podstawie najbardziej prawdopodobnego scenariusza zachowania żywiołu uzyskanego dzięki symulacjom komputerowym. Dziś tego zrobić się nie da. Przy obecnym stanie wiedzy meteorolodzy nie potrafią nawet powiedzieć, czy konkretna chmura burzowa urodzi trąbę powietrzną, czy też nie. A cóż dopiero przewidzieć jej siłę, trasę, moment narodzin i czas życia takiej niszczycielskiej wirówki. Obecnie ostrzeżenia o nadejściu tornada nadawane są w USA z wyprzedzeniem średnio 15 min. To zbyt mało czasu, aby na atak żywiołu przygotować szpitale i szkoły czy ewakuować stadion. Na dodatek ponad połowa ogłaszanych obecnie alarmów jest fałszywa. Dlatego wielu ludzi ucieka dopiero, gdy tornado zobaczy. Jeśli jednak będzie silne i skieruje się prosto na nich, nie zdążą się schować. Najgorzej jest wtedy, gdy żywioł uderza w tereny gęsto zamieszkane, których w dzisiejszym świecie wciąż przybywa. Zbiera wówczas straszliwe żniwo, szczególnie w środkowej części USA zwanej Aleją Tornad. W kwietniu 2011 r. w ciągu czterech dni tornada zabiły około 350 osób i spowodowały straty w wysokości

P O G O D A :

T O ,

C O

N A M

G R O Z I

Hotel Mercure w Marigot nad Zatoką Pokrzywy na francuskiej wyspie Saint-Martin na Karaibach zdemolowany podczas huraganu Irma 6 września 2017 r. i w trakcie odbudowy.

Huragany coraz bliżej Cyklony tropikalne docierają coraz dalej od równika – twierdzą naukowcy. Nie, do Polski nie dotrą, ale milionom ludzi skomplikują życie. Kerry Emanuel, profesor Massachusetts Institute of Technology, znawca cyklonów tropikalnych, uważa, że trend staje się z każdą dekadą coraz wyraźniejszy. – Na razie wiry powstają nadal tam, gdzie wcześniej. Pod tym względem nic się nie zmieniło. Ale największą moc osiągają w odległości ok. 200 km większej od równika niż w latach 80. XX w. – mówi. W skali planety te 200 km może się wydać niewiele, ale mieszkańcy regionów coraz częściej nawiedzanych przez rozzuchwalony żywioł mają się czym martwić. Wiry zaczynają pustoszyć tereny, do których wcześniej nie docierały. Widać to w Ameryce Południowej, Australii i w Azji Wschodniej. Co gorsza, prawdopodobnie nie jest to koniec tego marszu. – Ryzyko, że w ciągu następnych paru dekad cyklony pokonają kolejne 200 km w kierunku północnym na naszej półkuli lub południowym na tamtej półkuli, jest znaczne. Wraz z ocieplaniem klimatu i nagrzewaniem się wody oceanicznej mateczniki cyklonów zaczną się bowiem odsuwać od równika. Bliżej niego zrobi się natomiast spokojniej – wyjaśnia Emanuel, który wyniki swoich analiz opublikował w czasopiśmie „Nature”. W badaniach posłużył się danymi zbieranymi przez satelity i boje meteorologiczne unoszące się na oceanach.

10 mld dol. ­Miesiąc później potworny wir uderzył w miejscowość Joplin w stanie Missouri, powodując śmierć 130 ludzi. To po tych tragicznych wydarzeniach – nazwano je Super Outbreak – podjęto decyzję o rozpoczęciu przygotowań do nowego systemu ostrzegawczego, który będzie informować o nadejściu tornada, zanim jeszcze ono powstanie. Ma zostać wprowadzony w ciągu dekady. Temu właśnie celowi służą wiosenne ćwiczenia w Norman, gdzie naukowcy wspólnie testują to, nad czym osobno biedzą się przez resztę roku. Jednym z elementów przyszłego systemu warn-on-forecast ma być program, który co pięć minut na podstawie informacji przesyłanych przez sieć radarów lokalizuje z dokładnością do kilometra wszystkie źle rokujące chmury burzowe. Docelowo superkomórki mają być namierzane przy pomocy innej zabawki, jaką dostali do ręki amerykańscy naukowcy.

Co daje wojsko Mowa o wielofunkcyjnym radarze ze skanowaniem fazowym, w skrócie zwanym MPAR (od ang. multifunction phased array radar). To za jego sprawą ma się dokonać za oceanem rewolucja w prowadzeniu obserwacji zjawisk pogodowych. Radary takie wykorzystywane są od czterech dekad przez wojsko. Od tradycyjnych różnią się tym, że nie mają obracają-

127

N I E Z B Ę D N I K

I N T E L I G E N T A .

N A U K A

Radar dopplerowski. Po prawej: bezzałogowy statek powietrzny Global Hawk.

cej się anteny emitującej jeden sygnał radiowy, lecz składają się z bardzo wielu zainstalowanych na stałe elementów, z których każdy niezależnie emituje i odbiera falę elektromagnetyczną. Dzięki temu taki radar, wpatrzony w cztery strony świata, może w tym samym czasie śledzić non stop nawet setki obiektów. Amerykańska marynarka wojenna zgodziła się wypożyczyć meteorologom jeden taki radar. Wystarczy mu mniej niż minuta, aby zebrać informacje o tym, co się dzieje wokół niego w pogodzie. Poza tym może skupiać wiązki fal na konkretnych obiektach, na przykład na pojawiającej się dopiero chmurze burzowej. Nowe obrazy zjawiska są wtedy dostarczane co 20–30 sekund. A jeśli w zasięgu takiego radaru pojawi się kolejna podejrzana chmura, ją także weźmie na cel, by śledzić równolegle z identyczną dokładnością. Takich sztuczek nie potrafią wykonać tradycyjne radary dopplerowskie, nawet te najnowszej generacji. Choć jest to sprzęt technologicznie bardzo zaawansowany, na miarę XXI w., nie spełnia założeń nowego systemu ostrzegawczego. Nadal bowiem przesyła obrazy co kilka minut. Brakuje mu też elastyczności. Nie potrafi, tak jak MPAR, skoncentrować się na jednej chmurze i wielokrotnie zaglądać do jej wnętrza. Docelowo, czyli być może już około 2030 r., sieć radarów ze skanowaniem fazowym będzie dostarczała danych obserwacyjnych, którymi nakarmione zostaną modele symulujące zachowania wielkich

128

chmur burzowych. Następnie urządzenia będą co kilka minut weryfikowały wiarygodność takiej prognozy, sprawdzając, czy chmury zachowują się zgodnie z przewidywaniami modelu. Na razie w Norman trwają ćwiczenia. Parę razy już zdarzyło się, że potężny front atmosferyczny ze stadem superkomórek i tornad nadciągnął w pobliże ośrodka naukowców, a wtedy MPAR co pół minuty pokazywał każdy skręt, przyspieszenie i zwolnienie żywiołu. Powstają już nawet pierwsze próbne prognozy trasy i intensywności tornada. Sukces na razie jest umiarkowany. Przed naukowcami wciąż mnóstwo pracy. Także przed tymi, którzy próbują przewidzieć trasy i moc wirów, przy których tornada są tylko igraszką natury.

Jak działa cyklon Mowa o cyklonach tropikalnych, które w Azji Wschodniej zwane są tajfunami, w Ameryce Północnej – huraganami, a w Australii i Indiach – po prostu cyklonami. Niezależnie gdzie powstają – na Atlantyku, Pacyfiku czy Oceanie Indyjskim – są najpotężniejszymi zjawiskami atmosferycznymi na Ziemi. W pełni rozwinięty cyklon tropikalny, czyli średniej wielkości huragan, uwalnia w dowolnym momencie około 50 terawatów energii. Z niej, na szczęście, tylko 1 proc. zostaje zamienione na wiatr, reszta to głównie ciepło pobrane od rozgrzanej wody oceanicznej. Chris Landsea, meteorolog z National Hurricane

T O ,

C O

N A M

G R O Z I

© NASA/TOM MILLER/SCIENCE PHOTO LIBRARY/EAST NEWS, GETTY IMAGES/ISTOCKPHOTO

P O G O D A :

Center w Miami, obliczył, że w ciągu jednego dnia przeciętny cyklon uwalnia tyle energii, ile podczas eksplozji miliona bomb atomowych o mocy tej, która zniszczyła Hiroszimę. A są przecież także huragany nieprzeciętne, takie jak Harvey, który w sierpniu 2017 r. wkroczył do Teksasu, przynosząc poza wiatrami wiejącymi z maksymalną prędkością 215 km/h, także niewyobrażalne wprost ulewy. W niektórych miejscach w ciągu jednego dnia spadało tyle deszczu, ile zwykle spada tam w ciągu roku. Straty oszacowano na 150 mld dol. Nie minęły dwa tygodnie od ustania szaleństw Harveya, gdy u wybrzeży USA pojawiło się kolejne monstrum – huragan Irma, który wcześniej przetoczył się przez liczne karaibskie wysepki, m.in. Barbudę, Anguillę, Saint Martin, Wyspy Dziewicze, a także przez Kubę i Puerto Rico, by dopiero na końcu uderzyć we Florydę. Irma okazała się najpotężniejszym huraganem na Atlantyku od dwunastu lat. Nad Karaibami zameldowała się w asyście wiatrów wiejących z prędkością 295 km na godz. Dokonała niemal całkowitej destrukcji francusko-holenderskiej wyspy Saint Martin, a także zrównała z ziemią francuską wysepkę Saint-Barthélemy. Po kolejnych dwóch tygodniach zameldowała się jeszcze Maria, która zdewastowała wyspy i Puerto Rico, zabijając na tej drugiej 3 tys. osób. Łącznie Harvey, Irma i Maria spowodowały straty oszacowane na 300 mld dol. – to był najdroższy sezon w historii atlantyckich huraganów.

Jaki będzie ten rok? Żywioły dopiero się rozkręcają, ale już sieją zniszczenia. W maju dwa wielkie cyklony – najpierw Amphan, potem Nisarga – uderzyły od strony wyjątkowo rozgrzanego Oceanu Indyjskiego w subkontynent indyjski. Pierwszy zdewastował Bangladesz i indyjski stan Bengal Zachodni, powodując rekordowe straty. Drugi, już nie tak silny, przetoczył się przez Bombaj i cały stan Maharasztra zamieszkany przez 130 mln ludzi. Prawdziwego wysypu możemy się, jak zwykle, spodziewać w drugiej połowie roku. To wtedy zjawiają się huragany atlantyckie, które od 2016 r. są wyjątkowo aktywne – także ten rok zapowiada się gorąco. Również maksimum tajfunów na zachodnim Pacyfiku i huraganów na wschodnim Pacyfiku przypada na późne lato i wczesną jesień. Wszystko przed nami. Cyklony tropikalne powstają w gorących podzwrotnikowych wodach wszystkich trzech oceanów. Spełnionych musi zostać kilka warunków: temperatura powierzchniowych warstw wody, mniej więcej do głębokości 50 m, wynosząca co najmniej 26,5 st. C, wilgotne powietrze, intensywne unoszenie się ciepłego powietrza (konwekcja), a także siła Coriolisa, dzięki której cały system zaczyna wirować. Z tego ostatniego powodu cyklony tropikalne nie powstają na samym równiku, gdzie efektu Coriolisa nie ma, lecz co najmniej w odległości 500 km od niego. Początek cyklonowi tropikalnemu daje depresja tropikalna, czyli początkowo niż atmosferyczny, który z upływem

129

Kategorie huraganów Kategorie huraganów (wg skali Saffira-Simpsona)

czasu może się zmienić w olbrzymi destrukcyjny wir o średnicy nawet tysiąca kilometrów. Może, ale nie musi. Na przykład w sezonie huraganów na Atlantyku, który trwa od czerwca do lipca, na środku oceanu rodzi się kilkadziesiąt takich zaburzeń ciśnienia atmosferycznego, ale zazwyczaj tylko 5–7 z nich przeobraża się w naprawdę groźny żywioł, który dociera do kontynentu północnoamerykańskiego. Pierwszy krok na tej drodze to zwiększenie prędkości wiatru – mierzy się ją przez minutę i wylicza średnią – powyżej 17 m na sekundę (61 km na godz.). Wtedy depresja tropikalna staje się burzą tropikalną i otrzymuje od meteorologów imię. Aż do tego momentu tropikalny cyklon pozostaje dla świata bezimienny. I bezpieczny. Gdy jednak wir już się rozkręci na dobre, potrafi błyskawicznie przybierać na mocy. Tak było ze słynną Katriną, która w 2005 r. zniszczyła Nowy Orlean. W ciągu 48 godzin od chwili powstania pokonała 600 km, a gdy zbliżała się do Florydy, zaliczono ją do kategorii tropikalnych burz. Kilkanaście godzin później dęła już z prędkością przekraczającą 117 km na godz., a zatem była już pełnoprawnym huraganem pierwszej kategorii, czyli najsłabszym w pięciostopniowej skali Saffira-Simpsona. Czwartej doby od narodzin prędkość wiatru przekroczyła 178 km na godz. i nadal rosła w siłę. Kolejnego dnia wichry wokół oka huraganu dęły z prędkością 250 km na godz.

numer kategorii

1 2 3 4 5

wysokość fali sztormowej (w metrach) 1,2–1,5 1,8–2,4 2,7–3,7 4,0–5,5

13* Cyklon Mahina, 1899 r. ciśnienie w centrum (w hektopaskalach) 980

965–979 945–964 920–944

130