Transcript
1. Zmiany w przepływach: rzeka – morze – ocean Esej, Ryszard Traczyk Prądy morskie są to jakby ogromne rzeki płynące w morzach i oceanach. „Szlaki prądów morskich, średnie przepływy i ich zmienność są nadal badane” Ganopolski, Rahmstorf, 2002 (1) Gdańsk 2014 Zawartość Wstęp ...................................................................................................................................................3 Cieki górskie Rabki-Zdroju .................................................................................................................3 Regulacja cieków w Rabce i budowa zapory na Dunajcu ...............................................................6 Wpływ cieków do morza i przepływy na Bałtyku...............................................................................8 Przepływy wód powierzchniowych Bałtyku do Atlantyku................................................................14 Wzrost (do 10%) w objętości wody rzecznej trafiającej do Arktyki .............................................18 Powody większego przyboru słodkiej wody..................................................................................18 Gdy parowanie przeważa nad sumą opadów i dopływów wód lądowych do morza.....................20 Przepływy na głębiach o dalekim oceanicznym zasięgu ...................................................................21 Przydatność znajomości rysunku prądów morskich ..........................................................................24 Przepływ prądów morskich w sektorze atlantyckim Antarktyki – powstanie prądu okołoantarktycznego ..........................................................................................................................26 Największy prąd oceaniczny Dryf Wiatrów Zachodnich otacza skomplikowany system wodny i rzeczny Antarktyki .........................................................................................................................33 Redukcja systemu kra lodowa – ocean – atmosfera w Antarktyce................................................36 Niezmienność przepływu prądów morskich w skali geologicznej ................................................38 Skamieniałe muszle lokalizują przepływy prądów morskich 30 mln lat wstecz...........................42 Dyskusja.............................................................................................................................................43 Renaturalizacja rzek.......................................................................................................................43 Przepływy z rzek do morza i dalszy ich bieg w krążeniu powierzchniowym oceanu ...................44 Czy zabawka wrzucona do potoku Poniczanki (zakładając, że dotrze do Arktyki) może dostać się do Pacyfiku przez cieśninę Beringa? .............................................................................................45 Prądy a zanieczyszczenia wnoszone do osadów w Zatoce Gdańskiej i Botnickiej.......................47 Wnioski..............................................................................................................................................50 Terminy i objaśnienia.........................................................................................................................51 Schemat obiegu wody w rzekach...................................................................................................51 Bilans wodny Bałtyku....................................................................................................................51 Wymiana energii i masy w systemie ocean – atmosfera................................................................52 Cykl hydrologiczny........................................................................................................................53 Cytowane prace..................................................................................................................................54 2. Strona2 Rys. 1. Renaturyzacja potoku Poniczanki (u góry) i Słonki (poniżej). DDDaaawwwnnnyyy bbbaaassseeennn kkkąąąpppiiieeelllooowwwyyy dddlllaaa dddzzziiieeeccciii www pppoootttoookkkuuu SSSłłłooonnnkkkiii Z rzeki do oceanu 3. Strona3 Wstęp Systemy wodne rzeka – morze – ocean w życiu człowieka były i są bardzo ważne. Mimo zagrożenia powodziowego rzeki stanowiły o rozwoju osad, wsi i miast. Ludzkie osadnictwo zmieniało nieraz całe systemy cieków i tym samym krążenie wody w przyrodzie. Wykorzystanie w historii cywilizacji mórz i oceanów, tak jak poprzednio rzek, łączy się obecnie z negatywnym wpływem człowieka na krążenie wody w skali Wszechoceanu i tym samym z zagrożeniem jego egzystencji. Jest to widoczne w wyniszczeniu zasobów wodnych w każdym zakątku świata. Obecne pokolenie powinno pamiętać, że krople drążą skały na których są nasze domy. Porównanie obecnego stanu cieków z systemem sprzed 40 lat wskazuje na duże przemiany w systemach rzek, które mogą mieć duży, nie do końca jeszcze rozpoznany wpływ na procesy zachodzące w morzach i oceanach. Celem niniejszego eseju jest opisanie zmian w przepływach rzeka – morze – ocean (przy czym przepływ określa także ilości wody). Cieki górskie Rabki-Zdroju Miasto Rabka zlokalizowane między Gorcami (Turbacz) a Beskidem Wyspowym (Luboń Wielki), na wysokości 500-560 m n.p.m., rozbudowało się w dolinie pomiędzy 3 ciekami: rzeką Rabą i jej dopływami – potokiem Poniczanka i potokiem Słonka (Rys. 3). W tradycyjnej klasyfikacji numerycznej Raba jest rzeką II rzędu (jako dopływ Wisły – rzeki I rzędu, tj. uchodzącej do morza). Zgodnie z tą klasyfikacją Poniczanka i Słonka byłyby przyporządkowane do tego samego – III rzędu klasy rzek (2; 3). W systemie Hortona (4; 2) i Strahlera (5) potok Słonka, jako nieposiadający żadnego stałego dopływu, zaliczany jest do 1 rzędu, a rzeka Poniczanka do 2 rzędu, bo utworzona jest z dwóch cieków 1 rzędu: Poniczanki i Rdzawki. Rzeka Raba na omawianym odcinku ma rząd 3, bo wcześniej posiada dwa dopływy rzędu 2: Żeleźnicy i Rokicianki. Raba nie zwiększa tu rzędu, gdyż nie ma dopływu 3 rzędu. Natomiast w systemie Shrevea (6; 2) rzeka Poniczanka uzyskuje klasę 3, gdyż ma 3 cieki początkowe: Poniczankę, Rdzawkę i Pocieszną Wodę. Raba ma rząd 10: ze Słonką ma 10 cieków początkowych. Wykorzystując powierzchnię zlewni omawianych rzek (klasyfikacja Hughersa i Omernika (3; 2)) względem rozwoju miasta, należałoby rozpatrzyć: zlewnię Raby nr 2138131 od Poniczanki do Słonki (około 1,42 km2 ); zlewnię Poniczanki nr 2138129 od Pociesznej Wody do jej ujścia (~1,62 km2 ) i zlewnię Słonki nr 2138132 od źródeł do jej ujścia (~9,29 km2 ). Zlewnia całej Poniczanki ze zlewniami jej dopływów wynosi ~33,1 km2 . Poniczanka ma długość 10 km i meandruje ze źródeł w Gorcach znajdujących się na wysokości około 900 m n.p.m. na odległość 3,86 km do ujścia w Rabce na wysokości około 490 m n.p.m. Słonka o długości 6,3 km płynie prosto na 3,1-kilometrowym odcinku z wysokości ok. 890 m n.p.m. do ujścia znajdującego się na wysokości ok. 470 m n.p.m. Ponieważ Rabkę otaczają góry (Rys. 2), rabczańskie rzeki – Poniczanka i Słonka – powiększają znacznie masę swych wód przez erozje powierzchniowe, spływy spłukujące ze zboczy materiał na dużych powierzchniach. Poniczanka miejscami rozlewa się na większym płaskim terenie. Natomiast strumień Słonki ma większy spadek, jest bardziej ciekiem górskim, płynie wzdłuż podłużnych zagłębień pomiędzy wzgórzami i wykazuje duży procent erozji liniowej. Rzeka Raba w mieście w meandrze, erodując bocznie, podmywa zbocze góry (7). 4. Strona4 Rys. 2. Dolina, którą płynie potok Słonka do Rabki Zdroju (potok bardzo wąski, obok drogi). Widać rzadkie zalesienie doliny. Na tle przemian ostatniego czterdziestolecia zaobserwowano duże zmiany stosunków wodnych, objawiające się znacznym spłyceniem wód i zanikiem ulewnych deszczy. Zabudowa Rabki w ciągu 40 lat zagęściła się, ale miasto nie zmieniło swoich granic, nadal rozciąga się pomiędzy ciekami. Rzeka Raba otacza miasto od zachodu – miasto bardziej przylega do jej prawego brzegu na krótkim odcinku około 0,38 km pomiędzy potokami Poniczanki i Słonki. Na tym odcinku Raba eroduje bocznie podnóże wzgórza Gilówki i ogranicza ekspansję miasta. Podobnie okalają miasto oba potoki: Słonka od północnego wschodu, zaś Poniczanka od południowego zachodu. Najważniejsze urzędy, kościoły, centra handlowe, banki, kawiarnie, tak dawniej, jak i obecnie, zlokalizowane są pośrodku – pomiędzy rzekami. Około 1960 roku w centrum Rabki, nad samymi brzegami Raby i jej dopływami (Poniczanka i Słonka) znajdowały się domostwa wiejskie z polami rolniczymi, domy kupieckie i rzemieślnicze. Zakład stolarski, kaflarski, piekarnia, cukiernia, masarnia, szkoła i kościół zlokalizowane były obok rynku, który pełnił też funkcję placu targowego. Domy przy ul. Sądeckiej w samym rynku, położone u ujścia potoku Poniczanki do rzeki Raby były oddalone o około 20 m od brzegów. Wodę pitną, jak i na potrzeby gospodarstwa domowego przynoszono z rzeki. W stanach powodziowych na obrzeżach rynku działała studnia miejska dostarczająca wodę pitną. Poniczanka miała szerokość 15 metrów i średnią głębokość około 1 metra. Kamieniste dno rzeki było porośnięte mchem wodnym. Tereny przyległe do zabudowań rynku były wykorzystywane jako ogrody oraz pola uprawne dające plony głównie pszenicy i ziemniaków. Brzegi rzeki i najbliższe jej sąsiedztwo zarastała wierzba, krzewy dzikich owoców leśnych i bardzo bogata i różnorodna roślinność łąkowa zależna od stopnia zadrzewienia – stokrotki, mlecze, maki, klucze, dzika róża, rdesty. Łąki zamieszkały różne gatunki owadów: chrząszczy, motyli i ważek. W rzekach pływały pstrągi, głowacze i ławice małych ryb. 5. Strona5 Rys. 3. Mapa cieków płynących przez miasto Rabkę-Zdrój (wewnątrz elipsy): Raba, Poniczanka i Słonka. Zlewnia 2138131: Raba od Poniczanki do Słonki; zlewnia 2138129: Poniczanka od Pociesznej Wody do ujścia, zlewnia 2138132: Słonka od źródeł do ujścia. Każdego roku na wiosnę, po roztopach, poziom wód rzeki i potoków podnosił się przynajmniej o metr. Cykliczne powodzie unosiły krzewy, konary drzew, a nawet całe drzewa z korzeniami. Zwykle tworzyły one naturalne przegrody zatrzymujące wodę. Najsilniejsze powodzie występowały latem, po silnych ulewach trwających często 2-3 tygodnie bez przerwy. W czasie największych powodzi, raz na ~20 lat, wody podchodziły prawie do progu domu usytuowanego na 2,5 m wysokiej skarpie, oddalonej o 8 metrów od brzegu. 1 km 6. Strona6 Regulacja cieków w Rabce i budowa zapory na Dunajcu Jeszcze przed 1970 rokiem koryto potoku Poniczanki otrzymało kilkanaście betonowych progów przeciwpowodziowych z przepławkami dla wędrownych ryb. Brzegi zabezpieczono betonowymi płytami i ocembrowano głazami. Potok Słonka o dużym spadku, mimo zaledwie metrowej szerokości silnie erodujący brzegi, uzyskał wysokie koryto, w całości (wraz z dnem) ocembrowane głazami, i betonowe mosty. Zrobiono tak z uwagi na stałe podmywanie i powodowanie obsunięcia przybrzeżnej skarpy utrzymującej bloki mieszkalne oraz cykliczne burzenie drewnianych mostów w czasie powodzi. Progi potoku Poniczanki poza funkcją przeciwpowodziową, tworząc większe zbiorniki wody stały się miejskimi kąpieliskami, atrakcyjnymi dla mieszkańców Rabki, szczególnie dla dzieci, oraz dla gości sanatoriów i turystów. Poza progami w poprzek koryta zbudowano tamę z regulowanym poziomem wody, tworząc bezpłatny basen kąpielowy, odwiedzany tłumnie przez mieszkańców miasta i wczasowiczów. Szum rzeki na progach wykorzystywano do badania przepływu prądu i tworzenia prognoz spływu rocznego (8). Dobowe natężenia przepływu wody zmieniały się w zakresie Qt = 0,01 - 38,1 m3 /s, przy średniej 0,56 m3 /s i odchyleniu standardowym s = 1,21 (8). Pomimo zalet opisane wyżej ingerencje okazały się szkodliwe dla samych rzek, ekosystemów od niej zależnych, a także ograniczyły infiltrację do wód podziemnych. Szybkie odprowadzanie deszczu kamiennymi korytami rzek powodowało niedobory wód – w dolinach rzek z powodu szybkiego wysychania roślinności zaprzestano uprawiania pszenicy; obniżył się też poziom wody w korytach w okresach bezopadowych. W 1997 roku uruchomiono zaporę na Dunajcu, która prawdopodobnie stała się przyczyną kolejnej zmiany – znacznego obniżenia poziomu wody w rzekach Rabki. Zapora na Dunajcu powoduje obniżenie poziomu wód o ~5 cm w ujściu Dunajca do Wisły, w następnym po Rabie, nieodległym dopływie prawostronnym Wisły. Powoduje także ocieplanie się klimatu (9; 10). Przed zbudowaniem wspomnianej zapory rzeka Raba w Rabce była dużą, szeroką na około 10-15 m rzeką o średniej głębokości powyżej 1 metra. Kąpano się w niej rzadko z uwagi na silne i zdradliwe wiry wciągające pływaka w podwodne korzenie przybrzeżnych drzew. W 1970 roku betonowa tama na Rabie utworzyła basen przy Szkole Podstawowej nr 2. Po zbudowaniu zapory na Dunajcu Raba przeistoczyła się w kamienisty wyschnięty potok o głębokości 10-20 cm. Potok Poniczanka także zmienił całkowicie swój charakter: stał się płytką strugą o głębokości 5-10 cm. Istniejący w korycie potoku basen nie gromadził wystarczającej ilości wody – przestał więc funkcjonować. Poprzednie progi tworzące głębsze zbiorniki stały się bezużyteczne, bo potok nie unosił już większej ilości wody. Nad Poniczankę nie przychodziły już rodziny ani turyści z kocem i ręcznikiem dla kąpieli i dla wypoczynku – potok przestał być atrakcją kąpieliskową nawet dla małych dzieci, które dawniej okupowały każdy jego próg. Duże przed czterdziestu laty powierzchnie (i objętości) wód Raby i Poniczanki zmalały co najmniej 4-krotnie i z roku na rok stały się niewystarczającym źródłem wody dla urozmaiconej wcześniej roślinności. Betonowe ocembrowane koryta cieków nie zatrzymują wody w zlewni (11). Pola uprawne dające wcześniej obfite plony i ukwiecone łąki obecnie stały się kamienistymi placami, na których poza skąpą trawą nic nie rośnie – oznacza to spadek zmienności genetycznej i zmniejszenie odporności na choroby: każdego roku niektóre drzewa (np. jarzębina) i krzewy przy Poniczance opanowuje pleśń. 7. Strona7 Rys. 4. Odcinek Poniczanki bardziej zielony, bo obok parku, o głębokości przeciętnie 10 cm i szerokości 3 m. Trudno uwierzyć, że przed 40 laty w tej rzece mogły pływać nie tylko dzieci, ale także dorośli. Obecnie rzeka jest silnie spłycona i zwężona – o przepływie znacznie mniejszym. Dno zamulone. Dawne, ocembrowanie głazami i betonem koryto zmniejszające infiltrację istnieje pod erodowanym materiałem porośniętym trawą. Zniknęły całkowicie nadbrzeżne wierzby – z braku wody wyschły. Wezbrania wody po 8. Strona8 silnych deszczach, zatrzymywane na naturalnych tamach, znacznie dłużej przebywają w zlewni cieku nieocembrowanego (11). Gęste niegdyś zagajniki poza przerzedzonymi chronionymi resztkami przy parku już nie istnieją. Spadek atrakcyjności rzeki wywołał dodatkowo silny wzrost zanieczyszczeń zrzucanych często wprost do wód Poniczanki i Raby. Zbiorowiska leśne odgrywają dużą rolę w akumulowaniu wilgoci i parowaniu wody. Ich brak oznacza brak zatrzymywania wody w terenie, gdyż lesistość znacznie powiększa czas odpływu powierzchniowego (12). Tymczasem zbocza w dolinie rzek Rabki są prawie bez drzew (Rys. 2). Obecnie czterokrotnie mniejsze powierzchnie wód Raby i jej 2 potoków mają mniejsze parowanie – obniża je dodatkowo słaby prąd wody i brak drzew, co dla zamkniętej wokoło doliny Rabki, mającej własny mikroklimat, oznacza spadek z roku na rok ilości opadów, więc i stopniowe pozbawianie zaopatrzenia roślinności w wodę w dolinie. Skutkiem tego nie występują tu nawet 1- dniowe deszcze. Dawne miesięczne ulewy pozostały tylko w pamięci starszych mieszkańców miasta. Z tej przyczyny bioróżnorodność w zlewni rzek Rabki również spadła – na polach i łąkach z dawnego bogactwa kwiatów przetrwały tylko trawy. Kolorowe motyle i ważki zostały zastąpione plagą muszek – wszystko to jest efektem niekorzystnego bilansu wodnego (11). Każdego roku kilka zwykle wyschniętych z braku wody drzew jest wyrwanych przez jesienne wiatry z korzeniami lub łamanych – wcześniej takiego zjawiska nie obserwowano w Rabce-Zdroju. Natomiast w obszarze zapory na Dunajcu wydłużył się czasookres zalegania porannej mgły: codziennie od wschodu słońca do południa tereny zapory i przyległe pokrywa jej gruba warstwa zmniejszająca nasłonecznienie, a więc i parowanie z terenu i powierzchni zapory oraz transpirację roślin. Można przyjąć, że powyższe zmiany na całych długościach cieków związane z działalnością człowieka (z urbanizacją terenów) przebiegają analogicznie na obszarze całej południowej Polski, a w północnej Polsce można je obserwować w rejonach, w których występuje urbanizacja. Liczne publikacje dowodzą, że na terenie całej Polski występują obecnie niedobory wody wynikające z niekorzystnych bilansów wodnych (11). Badacze wskazują na niekorzystne działania prowadzące często do nieodwracalnych zmian strukturalnych i funkcjonalnych systemów rzecznych. Rzeki i doliny traciły swą naturalność w wyniku regulacji, takich jak prostowanie koryt, zwiększanie ich spadku, ujednolicanie kształtów i wymiarów przekrojów poprzecznych, likwidacja nieregularności brzegów i dna, niszczenie ekotonów, odcięcia połączeń starorzeczy z korytem głównym (np. Dolina Neru na Lublinku), ograniczenie zasięgu i czasu trwania zalewów dolinowych, a także odprowadzanie wód zanieczyszczonych (13). Wojewódzkie programy małej retencji zrealizowały jedynie ¼ zadań, przy czym cieki stanowiły w nich najmniejszy odsetek, poniżej 7,8% (14). Po 45 latach występowania omawianego zjawiska widać, że może ono mieć wyraźny i trwały skutek, widoczny w skali nie tylko, jak wyżej przedstawiono, regionalnej, ale ogólnopolskiej, ponieważ sumuje się ono z podobnymi zmianami występującymi w innych regionach, a to z kolei oznacza ingerencję w równowagę całej Europy. W końcowym efekcie może dojść do wysuszenia zlewni i obniżenia jej zdolności retencyjnych poprzez przyspieszenie obiegu wody (15), szybsze odprowadzanie wód rzek (poprzez ich regulacje eliminujące starorzecza, zakola, przeciwprądy itd.) i transfer większej ich masy do mórz i oceanów. Istnieje zatem nagląca potrzeba poznania akumulacji procesów w związku: cieki – morza – oceany. Wpływ cieków do morza i przepływy na Bałtyku Cieki na lądzie mają wyraźny powierzchniowy rysunek związany z brzegami – korytem wyżłobionym przez erozję. Koryto aż do morza wyświetla kierunek przepływu cieku. Dalszy jego przepływ determinuje dno i przepływy masy morskiej, której kierunek płynięcia w wyniku rotacji 9. Strona9 Ziemi (siły Coriolisa) odchylany jest w prawo na półkuli północnej. Stąd np. woda rzeki Wisły skręca w prawo, płynie dalej wzdłuż prawego brzegu koryta Bałtyku i wsparta o niego okrąża zbiornik, aby płynąć dalej ujściem Bałtyku – wąskim korytem Cieśnin Duńskich i dalej, prawym brzegiem. Tego, co dzieje się pod powierzchnią morza i oceanu, do niedawna nikt poza żeglarzami i rybakami nie brał pod uwagę. Żeglarzom ujścia rzek (zwykle wzmocnione przez porty) dają schronienia dla statków w masywie lądu, a płynięcie zgodnie z prądem morskim umożliwia zaoszczędzenie na paliwie lub czasie podróży. Rybakom taka wiedza przydaje się do ustawienia narzędzi połowu i do oceny lokalizacji gatunków ryb mających preferencje względem przepływu i chemicznych właściwości wody charakteryzujących różne płynące masy wodne. Kleń przebywa np. w ciekach wody słodkiej o przepływie 0,2–1,6–2,7 m/s. Także brzana żyje w silnych nurtach rzek „przedłużonych” w morzu. Ryby te w wodach morskich są wskaźnikami obecności wód z rzek. Podobnie w jeziorach z obecności ryb rzecznych, takich jak kleń czy brzana, można wywnioskować ciągłość cieku. Kosztowne doświadczenia pokazują, że znajomość rysunku dalszego biegu cieków do Rys. 5. Przepływ okrężny wód Bałtyku unoszący wlewy rzek i wyprowadzający je dalej przez Cieśniny Duńskie na północ prawymi brzegami koryta (16). 10. Strona10 morza i oceanów jest bardzo ważna nie tylko dla prognozy pogod
