Susza to zjawisko naturalne, bo zaczyna się od niedoboru opadów, ale na jej intensywność i skutki wpływ ma także wiele innych czynników od naturalnych cykli klimatycznych po działalność człowieka. W przeciwieństwie do powodzi, susza może rozwijać się miesiącami czy nawet latami. Taki wieloletni deficyt opadów prowadzi to rozwoju megasuszy, która powaliła niejedną cywilizację. Badania i źródła historyczne wskazują na kilka takich epizodów w różnych regionach świata. Jedna z megasusz przyczyniła się do upadku imperium akadyjskiego w Mezopotamii.

Zaczniemy od regionów nam bliższych, czyli Europy. W 2015 roku na łamach czasopisma Science Advances pojawiła się publikacja Cooka i in., którzy stworzyli „Atlas susz Starego Świata” (OWDA). Jest on zbiorem map rekonstruujących warunki wilgotnościowe Europy, Afryki Północnej i Bliskiego Wschodu dla sezony letniego (czerwiec-lipiec-sierpień) pokazujących wartości wskaźnika nasilania suszy Palmera (samo kalibrującego się – scPDSI). Rekonstrukcję historycznych warunków wykonano w oparciu o dendroarchelogię oraz o analizę słojów współczesnych drzew.

Wyniki ich analiz pokazały kilka większych susz na Starym Kontynencie w analizowanym okresie, tj. od 800 r n.e. Jako, że autorzy publikacją są Wlk. Brytanii to w opisach skupiają się na tym regionie, ale mapy pokazują całą Europę:

  • W 1921 roku ekstremalna susza, która dotknęła zachodnią część Europy, w tym dużą część Wielkiej Brytanii, gdzie suszę tę opisano jako „rok bezprecedensowo małych opadów deszczu”
  • W 1893 r. „brak deszczu był fenomenalny” w okresie od marca do czerwca, z opadami równymi 30-50% normy na południ Anglii
  • Lata 1970-71 to historyczny głód w Irlandii, które było spowodowane głównie niskimi temperaturami zimą i wiosną w 1970 roku, które przyczyniły się do niskich plonów i głodu, ale w 1971 roku w okresie wiosenno-letnim opady deszczu były znacznie poniżej normy, co mogło spowodować nasilenie się klęski nieurodzaju z roku poprzedniego.
  • Susza w 1616 roku rozpoczęła się wiosną i trwała przez całe lato z „wielkim upałem, wyschniętymi rzekami” i znakiem wyrytym na „Kamieniu Głodu” na rzece Łabie (zdjęcie poniżej). To ten sam kamień, o którym zrobiło się głośno w sierpniu 2018 roku, gdy trwająca susza odsłoniła ten zwiastun klęski głodu.
  • Susza z 1540 roku zapisała się jako „najgorszy przypadek”, ponieważ na deficyt opadów nałożyły się wysokie temperatury w Europie Środkowej.

Technika odtwarzania warunków wilgotnościowych w oparciu o słoje drzew, pozwala nam zajrzeć bardzo dobrze w głąb hydrohistorii. Oprócz pokazanych poniżej map wybranych przez autorów badań, w słojach bardzo dobrze zapisały się także inne susze z centralnej Europy, które miały miejsce w latach 1540, 1590, 1616, 1718 i 1719 i łącznie nazywane są w Czechach „wyjątkowymi suszami”.

Słoje przekazują nam też informację o wyjątkowo wilgotnych okresach, w tym m.in. o wielkim głodzie, który miał miejsce w latach 1315-1317. Był on spowodowany wieloletnim okresem nadmiernej wilgotności, który uniemożliwił produkcję żywności na znacznym obszarze Europy. Te niekorzystne warunki rozpoczęły się już w 1314 roku, ale skutki zaczęły być mocno odczuwane w kolejnym roku „… w 1315 r. nastąpiła powszechna klęska plonów na większości, jeśli nie na wszystkich ziemiach Europy, od Pirenejów po regiony słowiańskie, od Szkocji po Włochy”

Rysunek 1 Mapy przedstawiające warunki wilgotnościowe w Europie w oparciu o wskaźnik suszy Palmera (scPDSI) – od ekstremalnie suchych (kolor ciemnobrązowy – wartość -6) po ekstremalnie wilgotne (kolor ciemnozielony – wartość 6) (źródło: Cook i in., 2015).
Rysunek 2 „Kamień Głodu” na rzece Elbe w Czechach (CC BY-SA 3.0 DE)

Powyższe przykłady to krótsze susze jedno-dwuletnie, pokazujące jak przy badaniu słoi można odtworzyć historyczne warunki. Przejdźmy zatem do tytułowych Megasusz. W oparciu o swoje wyniki badań autorzy wskazują trzy okresy przedłużających się susz:

  • 1000-1200 r. tzw. „Średniowieczna Anomalia Klimatyczna”.
  • 1437-1473 r. – megasusza, która trwała 37 lat i w tym okresie tylko dwa lata charakteryzowały się dodatnią wartością wskaźnika suszy (scPDSI) – wykres poniżej.
  • 1750-1850 r. – megasusza pomiędzy „małą epoką lodowcową”, a okresem czasów nowożytnych

Na poniższych mapach podano średnie wartości wskaźnika suszy dla Średniowiecznej Anomalii Klimatycznej, Małej Epoki Lodowcowej oraz czasów nowożytnych oraz wykres wskaźnika suszy w całym analizowanym okresie od 870 r n.e.

Rysunek 3 Meaasusze w Europie od 870 r n.e. U góry mapy z wartościami wskaźnika suszy (scPDSI), na środku wartości istotne statystycznie (bardzo wysokie 99% prawdopodobieństwo) – od ekstremalnie suchych (kolor ciemnobrązowy – wartość -1) po ekstremalnie wilgotne (kolor ciemnozielony – wartość 1; u dołu wykres wartości wskaźnika. MCA – średniowieczna anomalia klimatyczna, LIA – mała epoka lodowcowa, MOD – czasy nowożytne. (źródło: Cook i in., 2015).

W publikacjach dotyczących obszaru Europy, pojawiają się też odniesienia do warunków panujących w tych samych okresach w Ameryce. Obszar południowozachodniej Ameryce Północnej (obszary zachodni USA i północne regiony Meksyku) przeanalizowali w Williams i in. (2020). W swoich badaniach również wykorzystali informacje przekazane nam przez słoje drzew. W dalszej części przy powoływaniu się na ich wyniki będę używał określenia „19-stoletnia wartość wilgotności gleby”, które jest też stosowane w tych badania. Oznacza ono średnią wartość tego wskaźnika liczoną dla 19 lat wstecz, tj. 19-stoletnia wartość w 2018 roku, będzie średnią za okres 2000-2018.

Okres odtworzonych warunków wilgotnościowych zaczyna się od 800 r n.e. Pomiędzy 800 a 2018 r. n.e. odnotowano 35 długotrwałych susz, z więcej niż jedną ujemną wartością wskaźnika 19-stoletniego występującą jedna po drugiej. Z tego zbioru susz cztery określane są megasuszami:

  • końcówka IX wieku
  • połowa wieku XII
  • przełom wieku XIII i XIV
  • koniec wieku XVI
Rysunek 4 Wartość 19-stoletniego wskaźnika suszy wilgotności gleby (19-stoletnia średnia krocząca). Kolor czerwony to wartość zrekonstruowana, niebieska linia na podstawie bezpośrednich pomiarów. Szarym kolorem zaznaczono 95% przedział ufności danych zrekonstruowanych. Niebieska pozioma linia średnia 19-stoletnia dla okresu 2000-2018. Różwoe zacienienie wykresu to okresy megasusz, zielone to okresy skrajnie wilgotne – wartość wskaźnika 19-stoletniej średniej utrzymywała się powyżej 0,25 σ dla warunków skrajnie wilgotnych lub poniżej -0,25 σ dla megasusz (źródło: Williams i in., 2020)

Jak do tych historycznych megasusz ma się „Współczesna susza”?

Badania Ionita i in. (2021) pokazują, że susze, które miały miejsce w latach 2003, 2015 i 2018 nie klasyfikują się w gronie najbardziej suchych lat. Począwszy od 1810 roku, najbardziej suche lata to po kolei: 1865, 1893, 1921, 1947, 1976 i 2003. Natomiast najsuchsze lata w ciągu ostatniego tysiąclecia w środkowej części Europy to odpowiednio 1102, 1419, 1503, 1504, 1858, 1865 i 1921.  

Rysunek 5 Mapa wartości wskaźnika suszy (scPDSI) dla lata w 2018 roku (a) oraz powierzchnia Europu z suszą umiarkowaną (jasnoszary), silną (szary) i ekstremalną (ciemnoszary) (b) w poszczególnych latach od 1900 roku (źródło: Ionita i in., 2021)

Wspomniane wcześniej dwa okresy megasusz (1400-1480 oraz 1770-1840) mają wyraźnie niższe średnie wartości wskaźnika suszy (wykres b na rycinie poniżej) na tle poszczególnych wieków ostatniego tysiąclecia. Najnowszy okres 1901-2018 ma rozkład wartości wskaźnika suszy podobny do rozkładu normalnego, ale ostatnie susze 2003, 2015 i 2018, są mocno po lewej deficytowej stronie (Rysunek 6). Warto w tym miejscu zwrócić uwagę, że poprzednie megasusze trwały kilkadziesiąt lat, a ich początek i koniec można było wyznaczyć po ich zakończeniu.

Rysunek 6 [b] Wartości wskaźnika suszy (scPDSI): średnia (czarny kwadrat), mediana (czarna linia) i zakres pomiędzy 1 i 3 kwartylem (25-75%) dla kolejny stuleci oraz dwie megasusze (na żółtym tle). [c] Rozkład wartości wskaźnika suszy (scPDSI) dla okresu współczesnego 1901-2018 (niebieska linia) oraz dwóch megasusz: 1400-1480 (czerwona linia) i 1770-1830 (pomarańczowa linia), ze wskazaniem ostatnich dużych susz w Europie: 2003, 2015 i 2018 (źródło: Ionita i in., 2021).

Współczesna susza w zachodniej części USA przekroczyła wartość graniczną ustaloną przyjętą metodą, o której pisałem powyżej. Najniższa 19-stoletnia wartość wskaźnika suszy wyniosła -0,76 σ dla okresu 2000-2018 – niższą wartość zanotowano jedynie w okresie megasuszy z końca XVI wieku, gdy 19-stolenia wartość wskaźnika wyniosła -0,82 σ dla okresu 1575-1593.

Ponadto ujemne wartości tego 19-stoletniego wskaźnika wystąpiły na 38,5% powierzchni analizowanego obszaru, co klasyfikuje aktualnie trwającą suszę w pierwszej piątce megasusz od 800 r. n.e., aktualnie na drugim miejscu pod względem powierzchni.

Rysunek 7 Mapy siły suszy w regionie południowozachodniej części Ameryki Płn. dla pięciu największych susz od 800 r. n.e. W lewym górnym roku podano pozycję w rankingu. (źródło: Williams i in., 2020)

Naturalność suszy a wpływ antropogenicznej zmiany klimatu

W ostatnim czasie spotkałem się też z kilkoma komentarzami w sieci, że obecnie rozwijające się susze są elementem naturalnego cyklu. Co na ten temat mówią nam przytaczane publikacje?

Zarówno w badaniach europejskich jak i amerykańskich pojawiają się informacje o czynnikach wpływających na naturalną cykliczność susz oraz innych wpływających na jej intensywność.

Dla badań amerykańskich dotychczasowe wyniki wskazują, że na cykliczność okresów megausz wpływają czynniki hydroklimatyczne, związane z okresowym ochładzaniem się wód tropikalnych wschodniego Pacyfiku, co powoduje blokadę atmosferyczną i utrudnia przemieszczanie się wilgotnych mas powietrza do tego regionu Ameryki Płn. W przypadku badań europejskich podobną rolę odgrywa okresowe ochładzanie się wód Północnego Atlantyku, które również stwarza warunki blokady, przez którą nad Europą tworzą się warunki do długotrwałych wyżów z ciepłą i bezdeszczową letnią pogodą.

Jednakże we wszystkich tych pracach autorzy wskazują na wpływ antropogenicznej zmiany klimatu na trwające obecnie susze. Ionita i in. (2021) wyraźnie wskazują w podsumowaniu swojej pracy, że pomimo naturalnej zmienności warunków pogodowych i pewnej cykliczności epizodów suszy, w obecnie trwającym okresie trzeba uwzględnić także antropogeniczne czynniki, w tym zmianę klimatu, która wpływa opady i parowanie, poprzez rosnące średnie temperatury. Takie wnioski płyną także na z najnowszego raportu IPCC. W rozdziale dotyczącym obiegu wody, wyraźnie wskazano co na niego wpływa i globalne ocieplenie jest jednym z tych czynników, którzy przyczynia się do rozwoju susz.

Rysunek 8 Antropogeniczna zmiana klimatu wpływa na charakterystykę opadów oraz na wielkość parowania z powierzchni i z roślin (ewapotranspiracja) (grafika przygotowana w ramach cyklu #50TwarzySuszy na podstawie raportu IPCC AR6).

Znacznie więcej informacji dają nam badanie regionu amerykańskiego. W kontekście naturalności cykli suszy oraz wpływ na jej rozwój antropogenicznej zmiany klimatu, Williams i in. (2020) przeanalizowali wyniki 31 modeli klimatycznych, aby ocenić jak skutki zmiany klimatu wpłynęły na aktualnie rozwijającą się suszą na zachodzie USA. Wyniki pokazują, że z anomalii -0,76 σ dla okresu 2000-2018 około 46% (-0,35 σ) jest efektem antropogenicznej zmiany klimatu (jest to średnia ze wszystkich modeli – przedział w zależności od modelu wynosi od 34 do 103% – czyli od -0,26 do -0,78 σ). Czyli bez zmiany klimatu aktualna susza byłaby ósmą lub dziewiątą suszą pod względem intensywności od ostatnich 1200 lat (niebieska linia na poniższym wykresie), ale łącznie ze skutkami antropogenicznej zmiany klimatu plasuje się obecnie na drugim miejscu (czerwona linia)…

Rysunek 9 Skumulowana wartość wskaźnika suszy (19-stoletnia średnia wilgotności gleby) dla 4 największych megasusz od 800 r n.e. (zielony, pomarańczowy, różowy i szary), dla pozostałych historycznych susze z pozycji 6-20 (cienkie szare linie) oraz dla aktualnie rozwijająca się susza 2000-2018 (czerwona linia – pełna wartość wskaźnika suszy; niebieska linia – wartość wskaźnika suszy po odjęciu wpływu antropogenicznej zmiany klimatu) (źródło: Williams i in., 2020)

Dziękuję wszystkim, którzy wspierają moją pracę, a szczególnie Patronom, którzy poprzez darowizny wspierają dalszy rozwój bloga i mojej wodnej pasji. Możesz do nich dołączyć zostając moim Patronem – tutaj więcej informacji.

Dla głodnych wiedzy – więcej materiałów o Megasuszach: