Page 1

projekt

Edukacja zawodowa i obywatelska na rzecz przeciwdziałania zmianom klimatu Szkoła Trenerów dla Dobrego Klimatu

warsztat

Klimat. Czynniki warunkujące zmienność klimatu Bystra, 7–8 grudnia 2013

Klimat i jego uwarunkowania Marcin Popkiewicz

Niniejszy materiał został opublikowany dzięki dofinansowaniu Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Za jego treść odpowiada Stowarzyszenie Pracownia na rzecz Wszystkich Istot, poglądy w nim wyrażone nie odzwierciedlają oficjalnego stanowiska Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.

edukacja dla dobrego klimatu


Marcin Popkiewicz

Klimat i jego uwarunkowania Jednym z odpadów naszego systemu gospodarczego jest dwutlenek węgla, którego emisja nieodłącznie towarzyszy spalaniu paliw kopalnych. To gaz cieplarniany, pochłaniający wypromieniowywane przez Ziemię promieniowanie podczerwone. Czy jednak jego emisja naprawdę jest tak poważnym problemem?

Klimat zmieniał się zawsze Zmiany klimatu to temat trudny i kontrowersyjny. Być może uważasz, że wiesz już wszystko o klimacie i jego zmianach – możliwe, że tak nawet jest. Proponuję Ci quiz, w którym będziesz mógł wykazać się swoją wiedzą. Zastanów się, które z poniższych stwierdzeń są prawdziwe? Możesz je zaznaczyć ołówkiem. • •

W XX wieku średnia temperatura Ziemi wzrosła jedynie o ułamek stopnia Celsjusza. Jeśli porównać ilość energii otrzymywanej przez Ziemię od Słońca z temperaturą powierzchni Ziemi, to widać doskonałą korelację między nimi, trwającą tysiące, a nawet setki tysięcy lat – to energia Słońca sterowała klimatem Ziemi. • Aktywność Słońca w XX wieku była najwyższa w ciągu ostatnich 10 tysięcy lat – lodowce na świecie zaczęły się cofać już w połowie XIX wieku, zanim jeszcze nasza emisja gazów cieplarnianych stała się znacząca. • Klimatem sterują nie tylko gazy cieplarniane, lecz także wiele różnorodnych czynników – m.in. Słońce, wulkany, ułożenie kontynentów i aerozole. • Wybuch dużego wulkanu może znacząco obniżyć temperaturę na Ziemi. • Aktywność wulkaniczna sterowała klimatem Ziemi przez setki milionów lat. • Gazy cieplarniane to tylko ułamek procenta gazów w atmosferze, przy czym ponad 90% całości gazów cieplarnianych stanowią cząsteczki pary wodnej. • 96% emisji dwutlenku węgla jest naturalnego pochodzenia. • Według większości modeli klimatycznych podwojenie ilości dwutlenku węgla bez zmiany innych elementów systemu klimatycznego spowodowałoby ocieplenie tylko o 1°C. • Klimat zmieniał się zawsze, powodowały to czynniki naturalne, a zmiany klimatu bywały wielokrotnie większe niż w XX wieku. • Podczas małej epoki lodowej było tak zimno, że zimą na zamarzniętej Tamizie handlarze rozstawiali kramy. • Kilka tysięcy lat temu klimat był znacznie łagodniejszy, a lasy dochodziły aż pod koło podbiegunowe. • 20 tysięcy lat temu lodowiec zajmował Kanadę, znaczną część obecnych terenów USA, Azji i Europy, średnia temperatura Ziemi była niższa o 5°C, a poziom oceanów był niższy o 120 metrów. • 120 tysięcy lat temu, podczas interglacjału eemskiego, było o 2°C cieplej niż w XX wieku – w Tamizie pławiły się nawet hipopotamy. • 35 milionów lat temu i wcześniej na Ziemi było o 4°C cieplej. Na Ziemi w ogóle nie było lodu, nawet na Antarktydzie, a poziom oceanów był wyższy o 75 metrów. • 55 milionów lat temu na Ziemi było tak ciepło, że na Alasce rosły bananowce, a w Oceanie Arktycznym pławiły się krokodyle. • W czasach dinozaurów temperatura Ziemi była o kilka stopni wyższa niż obecnie, a stężenie dwutlenku węgla było kilkukrotnie wyższe. Które z tych stwierdzeń są prawdziwe? Odpowiedzi znajdziesz na następnej stronie.

1


Otóż, wszystkie te stwierdzenia są prawdziwe. Chwila! – zawołasz – przecież z tego wynika, że zmiany klimatu to rzecz zupełnie normalna, mająca miejsce na długo wcześniej zanim pojawili się ludzie i na znacznie większą skalę. Podczas epok lodowcowych bywało znacznie zimniej, a w innych okresach znacznie cieplej i nie było problemu – życie miało się wtedy dobrze, a wręcz rozkwitało. A więc nie ma co przejmować się również tą obecną drobną i być może naturalną zmianą klimatu. W końcu od początku XX wieku temperatura wzrosła jedynie o około 0,75°C.

Obserwowane

odchylenie globalnej

temperatury

powierzchni Ziemi

względem średniej

z okresu

1951-1980).

Dane

NASA

http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/.

Nawet jeśli faktycznie się ociepla, to co z tego? Nawet jeśli gdzieś tam przestanie padać i przyjdą susze, stopnieją lodowce, przyjdzie jakiś huragan czy fala upałów, to przecież można z tym żyć, zaadaptować się, a w ostateczności przenieść w inne miejsce. Polska na ociepleniu się klimatu tylko skorzysta – spadnie zużycie energii na ogrzewanie, zaoszczędzimy na izolacji i rachunkach za ciepło, będziemy uprawiać winorośl i inne ciepłolubne gatunki roślin, skończą się okropne mrozy i problemy drogowców ze śniegiem, a bałtyckie plaże w cieplejszym klimacie staną się znacznie milszym miejscem – to do nas przyjadą turyści, a nie nad okropnie upalne Morze Śródziemne. Myśli tak wielu Polaków. Skoro klimat zmieniał się zawsze, to czy jest się czym przejmować? Żeby to ocenić, zaproponuję Ci wycieczkę w przeszłość. Nie wystarczy powiedzieć, że klimat się zmieniał i były to wielkie zmiany, jak podczas epok lodowcowych czy w czasach dinozaurów. Powinniśmy zrozumieć dlaczego klimat tak się zmieniał. Podczas tej podróży w przeszłość zrozumiesz jak działanie różnych czynników, takich jak aktywność słoneczna, zmiany orbity Ziemi, zmiany rozmiarów czap polarnych czy aktywność wulkanów wpływa na zmiany klimatu. Dysponując tą wiedzą, będziesz w stanie porównać ówczesne zaburzenia z naszym obecnym wpływem i ocenić, jaki może być efekt naszych działań. Wnioski, które wyciągniemy z tej podróży w przeszłość, porównamy z obecnymi obserwacjami. A po drodze, kiedy będę o tym opowiadał, zrozumiesz jak mają się do tego wszystkie – jak najbardziej prawdziwe – stwierdzenia z quizu.

2


Układanie puzzli Kiedy wstajesz rano, sprawdzasz jaka jest pogoda za oknem. Pada czy jest słonecznie? Jest zimno czy ciepło? A może zapowiadają na dzisiaj burzę? To są pytania o pogodę. Pogoda to stan atmosfery w danej chwili i miejscu, może się zmieniać z godziny na godzinę. Czy można powiedzieć, jaka pogoda będzie w Pińczowie za rok? Może będzie zimny, deszczowy dzień? A może ciepły i słoneczny? Tego nie możemy być pewni – prognozowanie pogody na więcej niż kilkanaście dni do przodu jest praktycznie niemożliwe. A czym jest klimat? Czym się różni pogoda w danym miejscu od klimatu tego miejsca? Klimat to statystyki stanów pogody, w najprostszym rozumieniu pogoda z danej pory roku uśredniona po kilkudziesięciu latach obserwacji. Klimat danego miejsca mówi np. jakiej temperatury i opadów można oczekiwać w konkretnym miesiącu, w jakich miesiącach występują burze itp. W odróżnieniu od pogody, klimat jest w pewnym sensie przewidywalny. Gdyby pozostawić moc Słońca na niezmienionym poziomie, ustabilizować orbitę Ziemi, aktywność wulkaniczną, położenie kontynentów, prądy oceaniczne, wysokość terenu, ilość aerozoli i gazów cieplarnianych obecnych w atmosferze i inne wpływające na klimat czynniki, to klimat wybranego miejsca nie zmieniałby się. Oczywiście, żaden z tych czynników nie jest niezmienny. Poznajmy te mechanizmy bliżej. Każdy z nich cechuje się pewną siłą i skalą czasową działania. Słońce zmienia swoją jasność w 11-letnim cyklu słonecznym. Od lat 70-tych XX wieku przy pomocy satelitów mierzymy energię otrzymywaną przez Ziemię od Słońca.

11-letni cykl aktywności słonecznej. Źródło Jedenastoletni cykl zmiany aktywności nakłada się na zmiany o dłuższym czasie trwania. Wcześniejsze informacje o zmianach aktywności Słońca znamy z pomiarów pośrednich – na przykład analizy radioaktywnych izotopów uwięzionych w odwiertach lądolodów Grenlandii i Antarktydy. Zmiany aktywności Słońca wpływają na zmiany temperatury na powierzchni Ziemi. W znacznym stopniu średniowieczne ocieplenie klimatu w IX-XIII wieku, jak i mała epoka lodowa w XV-XVIII wieku oraz ocieplenie w XX wieku są skorelowane z aktywnością Słońca. Jest bardzo możliwe, że aktywność Słońca w XX wieku była najwyższa w ciągu ostatnich 10 tysięcy lat. W związku z tym, na budowanie straganów na Tamizie w XX wieku było po prostu za ciepło. Jakie były zmiany średniej temperatury powierzchni Ziemi między małą epoką lodową a XX wiekiem? Uśredniając zmiany temperatury dla całej planety i pór

3


roku, stwierdzamy, że temperatury były wtedy niższe o około 0,5°C względem średniej dla XX wieku oraz trochę ponad 1°C względem obecnego okresu[1]. Wzrost temperatury do końca lat 50. XX wieku można w dużym stopniu wyjaśnić wzrostem aktywności Słońca. Korelację pomiędzy aktywnością słoneczną a temperaturą pokazuje profesjonalnie wykonany film „Wielkie Oszustwo Globalnego Ocieplenia” (The Great Global Warming Swindle)[ 2], zbierający najbardziej przekonujące argumenty sceptyków. Możemy w nim zobaczyć taki oto wykres porównujący zmiany aktywności słonecznej (linia pomarańczowa) i temperatury Ziemi (linia niebieska).

Kadr z filmu „Wielkie Oszustwo Globalnego Ocieplenia” (The Great Global Warming Swindle), 6hn53ny

Imponująca korelacja, czyż nie? Ale zaraz, zaraz… Dlaczego wykresy temperatury i aktywności słonecznej kończą się na przełomie lat 70. i 80.? Ponieważ od tego czasu aktywność słoneczna maleje, a mimo to temperatura Ziemi coraz szybciej wzrasta. Tego zaprzeczający zmianom reżyser filmu wolał nie pokazywać. Tak wyglądałby ten wykres, gdyby go przedłużyć w czasie.

Kadr z będącego odpowiedzią na „Wielkie Oszustwo Globalnego Ocieplenia” filmu „Zdemaskowanie ‘Wielkiego Oszustwa Globalnego Ocieplenia’” (The Great Global Warming Swindle Debunked), [6flrufs]

Słońce od wieków wpływa na klimat Ziemi, ale 50 lat temu korelacja między aktywnością Słońca a temperaturą skończyła się – temperatura szybko rosła mimo spadku aktywności słonecznej. 1 2

http://www.tinyurl.com/3dwapw http://www.tinyurl.com/6hn53ny

Tak więc aktywność Słońca przez wieki była znaczącym czynnikiem wpływającym na klimat Ziemi. Jednak kilkadziesiąt lat temu klimat zaczęły kształtować również inne czynniki.

4


Wszelkie podkreślenia wcześniejszej korelacji pomiędzy aktywnością słoneczną, a temperaturą Ziemi jedynie uwypuklają fakt, że korelacja ta znikła w latach ’60-tych XX wieku. Osoby zainteresowane przykładami fabrykowania faktów i manipulacji zawartych w filmie zapraszam do obejrzenia krótkiego filmu pokazującego kilka soczystych przykładów[3]. Zmiany klimatu pomiędzy ostatnią epoką lodowcową 20 tysięcy lat temu, a XX wiekiem były o rząd wielkości większe niż obecne ocieplenie. Mierzący nawet 2 km grubości lądolód przykrywał obecną Kanadę, północne Stany Zjednoczone, znaczne obszary Europy i Azji. Średnia globalna temperatura była o około 5°C niższa niż dziś. Epoki lodowcowe i dzielące je ciepłe okresy interglacjalne były również wywoływane przez zmiany dopływu energii od Słońca, lecz nie wskutek zmiany aktywności naszej gwiazdy, a przez zmiany kształtu orbity i nachylenia osi obrotu naszej planety. Skala czasowa tych zmian jest liczona w tysiącach do dziesiątek tysięcy lat, więc tempo tych zmian jest zbyt powolne, żeby miały jakiś wpływ na obecne zmiany klimatu, szczególnie że – jak zobaczymy – obecne zmiany orbity Ziemi powinny powodować spadek temperatury, a nie jej wzrost[ 4]. Istnieje jeszcze jeden ważny mechanizm skutkujący zmianą ilości docierającej do Ziemi energii – ewolucja Słońca. Jest ono średnich rozmiarów gwiazdą ciągu głównego, za pomocą mechanizmów syntezy termojądrowej przemieniającej powoli wodór w hel. Słońce liczy sobie około 4,6 mld lat, a jego temperatura i rozmiary powoli rosną, przez co rośnie też jasność naszej gwiazdy – w ciągu miliarda lat o około 10%. Dziś Słońce świeci o kilkadziesiąt procent mocniej niż u swojego zarania, zaś za miliard lat będzie świecić na tyle mocno, że oceany na Ziemi wyparują, co zakończy życie na Ujemne sprzężenie zwrotne – reakcja układu osłabiająca działanie zaburzenia. Jeśli np. siedzisz w kołyszącym się na falach kajaku robiąc zdjęcia teleobiektywem, to aby utrzymać przedmiot zdjęcia w kadrze, odruchowo kompensujesz ruchy kajaka. To ujemne sprzężenie zwrotne. Dodatnie sprzężenie zwrotne – reakcja układu wzmacniająca działanie zaburzenia. Jeśli np. kajak zakołysze się, gdy do niego wsiadasz, a Ty odruchowo podeprzesz się obok ręką (co jest naturalną reakcją na lądzie) o taflę wody, to Twój ciężar wychyli kajak jeszcze bardziej, a Ty wylądujesz za burtą. To przykład dodatniego sprzężenia zwrotnego.

Ziemi[ 5]. Są to jednak procesy, których skala czasowa jest liczona w dziesiątkach milionów lat, nie mogą mieć więc wpływu na obecne ocieplanie się klimatu[6]. Czapy polarne istnieją dziś na obu biegunach. Kiedy Słońce świeci na śnieg lub lód, ten odbija 85% padającego światła, a jedynie 15% energii jest pochłaniane. Z kolei pozbawiona śniegu ciemna ziemia lub woda pochłoną nawet ponad 90%

padającej energii, nagrzewając się. Przyjrzyjmy się Arktyce. Co się stanie, kiedy z jakiegoś powodu wzrośnie temperatura? Spowoduje to zanik pokrywy lodowej na obrzeżach. W miejsce jasnego lodu (lub śniegu) pojawi się ciemna powierzchnia, która pochłonie znacznie więcej energii. Spowoduje to dalszy wzrost temperatury, a więc stopnienie jeszcze większego obszaru lodu i śniegu i pochłonięcie jeszcze większej ilości energii. Zachowanie czap polarnych to dodatnie sprzężenie zwrotne, wzmacniające nawet dość słabe zmiany temperatury w regionach polarnych. To bardzo ważne – zmiana rozmiaru czap polarnych nie jest mechanizmem inicjującym zmiany klimatu. Zapoczątkowywana jest ona czynnikami „zewnętrznymi”, takimi jak np. zmiana energii otrzymywanej od Słońca, zmiana zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze, czy też wybuchy wulkaniczne.

3

http://www.tinyurl.com/6flrufs http://www.tinyurl.com/3dwapw, http://www.tinyurl.com/yg74tje 5 http://www.tinyurl.com/5su2ccl rozdz. 1.13 6 http://www.tinyurl.com/64nm35f, http://www.tinyurl.com/5r9f43f 4

5


Czapa lodowa Arktyki jest szczególnie delikatna i liczy sobie jedynie kilka milionów lat. W Arktyce mamy do czynienia z relatywnie niewielkim obszarem oceanu otoczonym wielkimi masami lądów. Lód arktyczny ma niewielką grubość kilku metrów, może więc łatwo topnieć i nie przetrwać lata, szczególnie, że Ocean Arktyczny otaczają wielkie, łatwo nagrzewające się latem obszary lądów. Nawet niewielki wzrost temperatury, otrzymywanej od Słońca energii czy też pojawienie się prądów morskich przynoszących cieplejszą wodę może prowadzić do topnienia lodu w Arktyce. I odwrotnie – stosunkowo niewielki spadek temperatury, otrzymywanej energii lub zmiana prądów może prowadzić do znacznego narastania czapy arktycznej[7]. Z kolei leżąca na Antarktydzie czapa lodowa to lądolód trzykilometrowej grubości, jest więc znacznie mniej czuła na niewielkie fluktuacje temperatury, na tej wysokości jest też znacznie chłodniej, co zapobiega roztopom. Antarktydę otacza też ocean, który zapewnia opady nad lodowcem i stabilizuje temperatury. Wulkany wpływają na klimat Ziemi na dwa sposoby. Pierwszy sposób – wybuch wulkanu wyrzuca do stratosfery tlenki siarki, które reagując z tlenem i wodą tworzą kropelki aerozolu kwasu siarkowego, które rozpraszają światło Słońca z powrotem w przestrzeń kosmiczną, zmniejszając w ten sposób ilość docierającej do powierzchni ziemi energii i temperaturę przy powierzchni. Wybuch dużego wulkanu, takiego jak Mount Pinatubo na Filipinach, który wybuchł w 1991 roku, obniżył ilość docierającej do powierzchni ziemi energii o imponujące 2 procent. Tak silne działanie jest jednak bardzo krótkotrwałe – po dwóch latach od wybuchu praktycznie całość aerozoli opadła na powierzchnię[ 8]. Równie krótkotrwały jest wpływ wybuchów wulkanów na topnienie czap polarnych, które po wybuchu wulkanu mogą być przyciemniane przez pył, który zwiększa pochłanianie energii słonecznej prowadząc do przyspieszonego topnienia lodu i śniegu – jednak tylko przez krótki czas, bo kolejne warstwy śniegu przykrywają pył. Drugi sposób – wulkany są też źródłami emisji dwutlenku węgla. Islandzki wulkan Eyjafjallajökull, który wiosną 2010 roku spowodował zamknięcie lotnisk w dużej części Europy, emitował dziennie około 150-300 tysięcy ton dwutlenku węgla[ 9], a pracując tak przez miesiąc, wyrzucił do atmosfery kilka milionów ton tego gazu. Jeden z najbardziej aktywnych wulkanów świata, Etna, emituje rocznie 13 mln ton CO2[10]. W sumie emisje wulkanów lądowych i oceanicznych stref ryftowych (miejsca pęknięcia skorupy ziemskiej w dnie oceanów) szacuje się na 200 mln ton CO2 rocznie[11], czyli ponad 100 razy mniej niż wynoszą nasze emisje ze spalania paliw kopalnych i wylesiania. W długim horyzoncie czasowym i szczególnych momentach geologicznych to właśnie wulkany rządziły klimatem za pomocą wspaniałego mechanizmu regulującego. Proces przebiega następująco: pompowany do atmosfery dwutlenek węgla jest z niej usuwany przez wietrzenie skał krzemianowych w procesie, w którym powstają węglany. W ten sposób węgiel znajdujący się wcześniej w atmosferze w postaci dwutlenku węgla zostaje usunięty z cyklu węglowego poprzez uwięzienie w skałach osadowych. Proces ten przebiega tym intensywniej im wyższa jest temperatura. Kiedy aktywność wulkanów wzrasta, w atmosferze kumuluje się dwutlenek węgla. Działanie tego gazu cieplarnianego powoduje wzrost temperatury, co z kolei powoduje przyspieszenie powstawania skał osadowych, równoważące wyższą emisję wulkanów; poziom dwutlenku węgla oraz temperatura stabilizują się (choć na wyższym 7

http://www.tinyurl.com/6zuszhp, http://www.tinyurl.com/6ktz46r, http://www.tinyurl.com/yg74tje http://www.tinyurl.com/2n27cn 9 http://www.tinyurl.com/y65zq6y 10 http://www.tinyurl.com/6f7yax7 11 http://www.tinyurl.com/66xr6b 8

6


poziomie). Kiedy aktywność wulkaniczna spada (lub z jakiegoś względu wzrośnie ilość wystawionych na wietrzenie skał), spada temperatura, a z nią tempo powstawania skał osadowych – znowu więc poziom dwutlenku węgla i temperatura stabilizują się (na niższym poziomie). Także kiedy działa jakiś inny czynnik zaburzający, termostat węglowy również dąży do jego skompensowania. W ten sposób globalny termostat węglowy stabilizuje temperaturę planety[12]. Kiedy miliardy lat temu Słońce świeciło o 20-30% słabiej niż dziś, na Ziemi również była ciekła woda – co zawdzięczamy ówczesnej wysokiej koncentracji dwutlenku węgla. Czas działania termostatu węglowego liczony jest jednak w milionach lat, mechanizm ten nie jest więc w stanie skompensować działania szybkich czynników wpływających na zmianę temperatury. Kiedy 250 milionów lat temu doszło do trwającej kilkaset tysięcy lat erupcji pól wulkanicznych, w wyniku której powstały tak zwane trapy syberyjskie – wielkie pola lawy pokrywające miliony kilometrów kwadratowych, mechanizm termostatu nie miał szans zadziałać na tyle efektywnie, by wyciągnąć z atmosfery emitowaną przez wulkany nadwyżkę dwutlenku węgla. Doszło wtedy do największego w historii Ziemi masowego wymierania gatunków, o którym opowiem w dalszej części rozdziału. Podobnie mechanizm ten nie ma szansy zadziałać w krótkim geologicznie czasie spalania przez nas paliw kopalnych. Kiedy zaś Ziemia przechodziła okres małej aktywności wulkanicznej i dużego spadku zawartości dwutlenku węgla w atmosferze, spadek temperatury był tak znaczny, że Ziemia przechodziła w stan Ziemi-śnieżki, w którym lód skuwał ją aż po równik. Taka sytuacja prawdopodobnie zdarzyła się w historii naszej planety wielokrotnie, w tym kilka razy z rzędu w okresie między 750 a 580 mln lat temu. Sytuacja taka była stabilna – pokryta lodem Ziemia odbijała większość padającego na Ziemię promieniowania bezpośrednio w kosmos praktycznie eliminując wpływ gazów cieplarnianych. Ze względu na niską temperaturę z atmosfery znikła też para wodna – ważny gaz cieplarniany. To że Ziemia nie utknęła w tym stanie na zawsze, zawdzięczamy właśnie dwutlenkowi węgla pochodzenia wulkanicznego. Wulkany cały czas działały, wyrzucając do atmosfery dwutlenek węgla, który nie był usuwany przez wietrzenie przykrytych lodem skał krzemianowych. Po milionach lat koncentracja dwutlenku węgla wzrosła do takiego poziomu, że mimo olbrzymiego zwierciadła lądolodu, odbijającego światło słoneczne, temperatura miejscami wzrosła powyżej zera i lód zaczął topnieć. Kiedy w miejsce lodu pojawiła się ciemna powierzchnia wody, zaczęła ona pochłaniać energię słoneczną, co spowodowało szybki wzrost temperatury i roztopienie całej czapy lodowej. Kiedy lody puściły, dwutlenek węgla nie zniknął nagle z atmosfery. Temperatura podniosła się do tak wysokiego poziomu, że gwałtowne parowanie oceanów wywołało ogromne deszcze. Reakcja bogatej w dwutlenek węgla atmosfery z wodą doprowadziła do powstania kwasu węglowego, co znacznie przyspieszyło erozję krzemianów. Wypłukane skały pokryły dno oceanów, tworząc bogatą warstwę węglanów, co obserwuje się w wielu osadach z tamtego okresu. Jednocześnie osady te graniczą ze skałami polodowcowymi, co wyraźnie sugeruje silny związek obu warstw[ 13]. Rozmieszczenie kontynentów również wpływa na klimat. Kontynenty są jaśniejsze od oceanu, więc odbijają promieniowanie słoneczne – przesunięcie kontynentu z równika na „wyższe” szerokości geograficzne spowoduje wzrost ilości pochłanianej przez Ziemię energii i wzrost temperatury. Układ kontynentów wpływa też na zmianę prądów oceanicznych, które dystrybuując energię pomiędzy różnymi szerokościami geograficznymi mogą wpływać w szczególności na rozmiar czap polarnych. Jednym z najciekawszych mechanizmów związanych z wędrówką 12 13

http://www.tinyurl.com/5su2ccl rozdz. 8.3, http://www.tinyurl.com/ybng2vu http://www.tinyurl.com/63dv53h, http://www.tinyurl.com/6b8gv7v, http://www.tinyurl.com/64nm35f

7


kontynentów jest wzmożona aktywność wulkaniczna u czoła szybko przemieszczającej się płyty kontynentalnej, która skutkuje wzmożoną emisją dwutlenku węgla przez wulkany. Wędrówka kontynentów to jednak proces bardzo powolny, zauważalny w skali milionów lat. Ziemia u schyłku ery dinozaurów, 65 milionów lat temu, wyglądała bardzo podobnie do dzisiejszej.

Rys. Rozmieszczenie kontynentów pod koniec ery dinozaurów 65 mln lat temu i obecnie. Źródło.

Zwróć uwagę na subkontynent indyjski, 65 milionów lat temu znajdujący się na południe od równika i przemieszczający się na północ z wyjątkowo dużą prędkością 20 cm rocznie (typowa prędkość przemieszczania się płyt kontynentalnych jest o rząd wielkości mniejsza). Wielkie rzeki Azji od dziesiątek milionów lat zrzucały do Oceanu Indyjskiego wielkie ilości materiału organicznego, który formował bogate w węgiel osady. Związana z przemieszczaniem się przez ten obszar płyty subkontynentu indyjskiego wysoka aktywność wulkaniczna powodowała wyrzucanie zgromadzonego w nich węgla (w formie dwutlenku węgla) do atmosfery, w której w związku z tym zawartość tego gazu rosła. Po milionach lat podróży (50 milionów lat temu) subkontynent indyjski zderzył się z Azją, powodując wypiętrzenie Himalajów i Tybetu, a więc i odsłonięcie wielkich pokładów niezwietrzałych skał. Potraktuj to jak zagadkę: jak mogło to wpłynąć na zmiany temperatury na Ziemi? (rozwiązanie znajdziesz w dalszej części tego rozdziału)[14]. Aerozole mają bardzo zróżnicowany wpływ na klimat. Jak już wiesz, aerozole siarkowe (z wulkanów i fabryk) odbijając światło słoneczne powodują spadek temperatury (pomyśl o smogu wiszącym nad Chinami czy Indiami i niedopuszczającym światła do powierzchni). Aerozole mogą też stanowić jądra kondensacji dla pary wodnej, przyczyniając się do wzrostu zachmurzenia. Z drugiej strony sadza unosząca się w atmosferze i osiadająca na jasnych powierzchniach pochłania światło słoneczne, powodując wzrost temperatury. Aerozole mogą szybko trafiać do atmosfery, ale też są z niej szybko usuwane. Gdybyśmy zaprzestali ich emisji, po roku prawie nie byłoby po nich śladu[ 15]. I tak dochodzimy do gazów cieplarnianych, o których nieco już powiedzieliśmy przy okazji dwutlenku węgla. Jak działa mechanizm, dzięki któremu podnoszą one temperaturę Ziemi? Światło widzialne wypromieniowane przez Słońce dociera do powierzchni Ziemi. Część światła odbija się i ucieka z powrotem w kosmos. Większość docierającej do powierzchni Ziemi energii słonecznej jest jednak pochłaniana, a następnie wypromieniowywana, jednak już nie w świetle widzialnym, lecz w podczerwieni. Obecne w atmosferze gazy cieplarniane przepuszczają wypromieniowane przez Słońce światło widzialne, lecz absorbują podczerwień. W ten sposób energia, która dotarła na powierzchnię

14 15

http://www.tinyurl.com/yg74tje http://www.tinyurl.com/2n27cn

8


pod postacią światła widzialnego, po czym została pochłonięta i wypromieniowana w podczerwieni, zostaje uwięziona w atmosferze, podnosząc jej temperaturę. Efekt cieplarniany występował na Ziemi na długo przed pojawieniem się człowieka i jego przemysłu. Czy wiesz, o ile stopni podnosi temperaturę Ziemi naturalny efekt cieplarniany? O 33°C. Średnia temperatura Ziemi wynosi obecnie około 14°C. Gdyby nie atmosfera i działający w niej efekt cieplarniany, temperatura Ziemi spadłaby znacznie poniżej punktu zamarzania wody. Nasza planeta byłaby pokryta lodem aż po równik[16]. Wśród gazów cieplarnianych znajdziemy dwutlenek węgla (CO2), metan (CH4), tlenek azotu (N2O) i oczywiście parę wodną. Gazy te występują w atmosferze od dawna. Nasza działalność przemysłowa spowodowała też pojawienie się nowych gazów cieplarnianych, wcześniej nieistniejących, szczególnie związków fluoru, w tym freonów. Stanowiące 99,96% atmosfery azot, tlen i argon nie pochłaniają podczerwieni i nie są gazami cieplarnianymi. Te 99,96% to masa tzw. suchej atmosfery, bez uwzględnienia pary wodnej. Para wodna to bardzo szczególny gaz, który bardzo szybko dostosowuje swoją zawartość w atmosferze do innych czynników, takich jak temperatura czy ciśnienie. Kiedy powietrze zawiera zbyt dużo pary wodnej, spada deszcz i wilgotność maleje. Kiedy jest sucho, woda paruje i wilgotność rośnie – skala czasowa tego procesu jest liczona w dniach. Ilość wody, którą może pomieścić powietrze, bardzo silnie zależy od temperatury – w wysokiej temperaturze atmosfera może pomieścić dużo pary wodnej, w niskiej bardzo mało. Poziom nasycenia powietrza parą wodną w zależności od temperatury 4,0%

3,0%

2,0%

1,0%

0,0% -60

-40

-20

0

20

40

temperatura ºC

Poziom nasycenia powietrza parą wodną w zależności od temperatury.

Spośród wszystkich gazów cieplarnianych cząsteczki pary wodnej występują najliczniej, stanowiąc średnio 0,4% atmosfery (przy powierzchni jest jej więcej, w granicach 1-4%). Drugim pod względem ilości gazem cieplarnianym jest dwutlenek węgla, którego zawartość wynosi 0,04%, pozostałe gazy występują w stężeniach śladowych. Jeśli policzyć cząsteczki gazów cieplarnianych na sztuki, to przy powierzchni ziemi rzeczywiście, jak zwracają uwagę sceptycy, 9598% cząsteczek gazów cieplarnianych stanowi para wodna (a średnio w atmosferze około 90%). Czy pozostałe gazy cieplarniane są więc prawie bez znaczenia?

16

http://www.tinyurl.com/aprync, http://www.tinyurl.com/y8caby6

9


Różne gazy cieplarniane pochłaniają podczerwień na różnych długościach fal i z różną intensywnością. Obliczenie względnego wpływu różnych gazów cieplarnianych jest skomplikowane, bo częstotliwości, na których gazy cieplarniane pochłaniają promieniowanie (tzw. pasma absorpcyjne) zachodzą na siebie. Uśredniając te wartości, możemy przyjąć w przybliżeniu, że wpływ pary wodnej to (wraz z chmurami) 75%, wpływ dwutlenku węgla to 20%, a pozostałych gazów cieplarnianych łącznie to około 5%[17]. Jeśli uważasz to za uproszczenie i interesują Cię szczegóły, to w poniższym zestawieniu znajdziesz zestawienie względnego wpływu gazów cieplarnianych w podziale na dwie wartości: - jaka część efektu cieplarnianego by znikła, gdyby usunąć dany gaz z atmosfery (zostawiając w niej inne gazy cieplarniane), - jaka część efektu cieplarnianego pozostałaby, gdyby w atmosferze pozostał tylko ten gaz. Kiedy posortujemy gazy cieplarniane według ich wpływu okaże się, że najważniejszymi są: % pochłanianego strumienia promieniowania

% pochłanianego strumienia promieniowania

podczerwonego, gdyby usunąć dany gaz, a inne

podczerwonego, gdyby tylko ten gaz został w

gazy zostawić w atmosferze w niezmienionej

atmosferze

Para wodna (bez chmur)

39,0%

61,9%

Para wodna (z chmurami)

66,9%

80,9%

Dwutlenek węgla CO2

14,5%

24,6%

Metan CH4

0,7%

1,6%

Podtlenek azotu N2O

1,0%

1,6%

Ozon O3

2,7%

5,7%

Gaz

Wpływ poszczególnych gazów cieplarnianych. Dla pary wodnej przedstawione są dwa obliczenia – bez chmur i z chmurami. Chmury przytrzymują podczerwień przy ziemi (to dlatego w bezchmurne noce robi się tak zimno), lecz z drugiej strony odbijają światło słoneczne nie dopuszczając go do powierzchni ziemi, w ten sposób obniżając ilość docierającej do niej energii – oba efekty w dużym stopniu się znoszą [18].

Gazem cieplarnianym pochłaniającym najwięcej podczerwieni jest rzeczywiście para wodna, jednak jej wpływ jest słabszy niż wskazywałaby na to jej procentowa zawartość w atmosferze (90% cząsteczek gazów cieplarnianych). Dzieje się tak z dwóch powodów. Po pierwsze – jest ona skupiona blisko powierzchni, a o efektywności ucieczki energii spod „klosza” gazów cieplarnianych najmocniej decyduje ich zawartość w wyższych warstwach atmosfery. Po drugie, każda kolejna porcja gazu cieplarnianego coraz słabiej wpływa na wzrost temperatury. Dotyczy to zarówno pary wodnej, jak i dwutlenku węgla i pozostałych gazów cieplarnianych. Jeśli pewna ilość gazu cieplarnianego podnosi temperaturę o Tx, to do podniesienia temperatury o następne Tx potrzeba już kolejnych dwóch porcji gazu, a do podniesienia temperatury o trzecie Tx trzeba wpuścić następne cztery porcje. Warto to tym pamiętać, bo z punktu widzenia stabilności klimatu w odpowiedzi na nasze emisje gazów cieplarnianych to całkiem dobra wiadomość[ 19]. Para wodna, choć jest najsilniejszym gazem cieplarnianym, to jej ilość w atmosferze bardzo mocno zależy od innych czynników, szczególnie temperatury – co nie dotyczy innych gazów cieplarnianych, których czas życia w atmosferze jest dłuższy o całe rzędy wielkości. Patrząc na tabelę powyżej można zauważyć, że gdyby usunąć inne gazy cieplarniane, to sama para wodna zapewniłaby większość efektu cieplarnianego, jednak przy założeniu utrzymania się jej ilości w atmosferze na niezmienionym poziomie. Gdyby jednak usunąć wpływ efektu cieplarnianego innych (długo żyjących) gazów 17

http://www.tinyurl.com/6xjlg2e http://www.webpages.uidaho.edu/envs501/downloads/Schmidt_et_al 2010.pdf 19 http://www.tinyurl.com/yg74tje 18

10


cieplarnianych, to temperatura spadłaby o prawie 10°C. W tak ochłodzonym powietrzu mogłoby się utrzymać znacznie mniej pary wodnej – jej ilość w atmosferze spadłaby wtedy prawie o połowę. Efekt cieplarniany pary wodnej gwałtownie by osłabł, temperatura spadła jeszcze bardziej, co spowodowałoby dalsze zmniejszenie się ilości pary wodnej w atmosferze. W takich warunkach zaczęłyby narastać czapy polarne, a temperatura spadłaby jeszcze bardziej… Jak by się to skończyło?

Gdyby usunąć z atmosfery długo żyjące gazy cieplarniane, cała Ziemia zostałaby skuta lodem.

Odpowiedzi na to pytanie dostarczył zespół naukowców z Instytutu Badań Kosmicznych NASA im. Goddarda, który przeprowadził symulację

zachowania klimatu Ziemi przy usunięciu z niej wszystkich długo żyjących gazów cieplarnianych. W symulacji temperatura powierzchni Ziemi w ciągu kilkudziesięciu lat spadła o 35 stopni, koncentracja pary wodnej spadła dziesięciokrotnie, a oceany pokryły się prawie całkowicie lodem. Jak to możliwe, że temperatura spadła o 35 stopni, podczas gdy ocieplający wpływ atmosfery wynosi 33 stopnie? Ponieważ Ziemia pokryła się odbijającym światło lodem. Rezultatem usunięcia z atmosfery długo żyjących gazów cieplarnianych okazuje się więc nawet nie epoka lodowcowa, lecz wręcz pokryta lodem Ziemia-śnieżka[20]. Gdyby atmosfera miała jednorodną gęstość, taką jak przy powierzchni, to sięgałaby na wysokość około 8 kilometrów. Gdyby wszystkie długo żyjące gazy cieplarniane (bez pary wodnej) zebrać w warstwie przy powierzchni ziemi, to miałaby ona jedynie 3 m grubości (w XVIII wieku byłoby to nieco powyżej 2 m). Fakt, że gazów cieplarnianych jest tak mało, oznacza że stosunkowo łatwo możemy zmieniać ich ilość w atmosferze. Emitujemy do atmosfery coraz więcej dwutlenku węgla, obecnie już blisko 35 mld ton rocznie z samego spalania paliw kopalnych, co odpowiada blisko 10 mld ton pierwiastka węgla rocznie[ 21].

Zmiany emisji dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych w okresie 1751-2012.

To 1000 ton dwutlenku węgla w ciągu sekundy. Taka ilość tego gazu wystarczy do podwojenia jego naturalnej koncentracji w 2 km3 powietrza. To tak jakbyśmy co sekundę podwajali ilość dwutlenku węgla w dwóch sześcianach

20 21

http://www.tinyurl.com/6yyaa6a http://www.tinyurl.com/3l9um8h

11


o boku kilometra. Gdybyśmy stawiali je obok siebie na równiku, to w ciągu doby ponad dwukrotnie zamurowalibyśmy nimi równik dookoła. Prawie połowa naszych emisji jest pochłaniana przez oceany i lądy, jednak większość gromadzi się w atmosferze. Regularne i dokładne pomiary zawartości CO2 w atmosferze z użyciem spektrometrii podczerwieni zaczęliśmy prowadzić pod koniec lat 50-tych XX wieku. Już po kilku latach naukowcy zauważyli, że dwutlenku węgla w atmosferze z roku na rok przybywa.

Od końca lat 50-tych XX wieku koncentracja CO2 w atmosferze wzrosła z poziomu 315 ppm (cząstek na milion cząsteczek powietrza) do 390 ppm w 2010 roku i wzrost ten jest coraz szybszy – obecnie koncentracja dwutlenku węgla co roku rośnie o 2 cząsteczki na milion i wraz ze wzrostem ilości spalanych przez nas paliw kopalnych proces przyspiesza. Mam dla Ciebie małą zagadkę. Zakładając, że tempo wzrostu atmosferycznego CO2 pozostanie niezmienione – na poziomie 2 ppm rocznie – to w którym roku osiągniemy 450 ppm? To prosty rachunek. Wzrost o 60 ppm (z 390 do 450 ppm) przy tempie wzrostu 2 ppm rocznie oznacza, że stanie się to około 2040 roku. Jeśli zaś tempo emisji nadal będzie wzrastać, to już w latach 30-tych obecnego wieku. Zapamiętaj tę informację, wkrótce nam się przyda. Na wykresie koncentracji CO2 w atmosferze (niebieska linia) wyraźnie widać roczne oscylacje. Jest to związane z pochłanianiem CO2 przez rośliny lądowe na wiosnę i w lecie (od maja do października), a następnie, wraz ze spadkiem liści i śmiercią roślin jednorocznych jesienią i zimą – oddawaniem węgla do atmosfery. Na półkuli południowej cykl pór roku i wzrostu roślinności jest co prawda przesunięty o pół roku, ale powierzchnia lądów na półkuli północnej jest znacznie większa, więc ich wpływ dominuje. Plankton w oceanach wzrasta równomiernie przez cały rok, nie wpływając istotnie na sezonowe wahania zawartości CO2 w atmosferze. Pomijając te oscylacje i uśredniając zawartość CO2 w atmosferze rok po roku (czerwona linia) widać, że jego stężenie w atmosferze konsekwentnie i coraz szybciej rośnie. Stopniowo takie pomiary zaczęto prowadzić również w innych 12


obserwatoriach, otrzymując spójny obraz sytuacji. Także coraz doskonalsze techniki satelitarne pozwoliły na śledzenie zmian koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze. Kiedy zaczął się ten wzrost? Poniższy rysunek przedstawia pomiary stężenia dwutlenku węgla w powietrzu od roku 1000 do chwili obecnej. Aż do roku 1800 koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze utrzymywała się na praktycznie niezmienionym poziomie 280 cząsteczek na milion cząsteczek powietrza. Pomiędzy rokiem 1800 a 2000 wydarzyło się coś, co nie było procesem naturalnym, obecnym w poprzednim tysiącleciu. To coś nazywamy dzisiaj rewolucją przemysłową. Na wykresie jest zaznaczony rok 1769, w którym James Watt opatentował maszynę parową. Owszem, pierwszy działający silnik parowy został wynaleziony w 1698 roku, jednak to znacznie wydajniejszy silnik Watta na dobre rozpoczął rewolucję przemysłową.

Rys. Koncentracja dwutlenku węgla (CO2) w cząsteczkach na milion dla ostatnich 1100 lat, mierzona na podstawie pęcherzyków powietrza uwięzionego w rdzeniach lodowych (do roku 1977) i bezpośrednio (po roku 1958). Wygląda na to, że między rokiem 1800 a 2000 „coś” się zmieniło. Zaznaczony został rok 1769, w którym James Watt opatentował maszynę parową (pierwsza działająca maszyna parowa została wynaleziona 70 lat wcześniej, w roku 1698, silnik Watta był jednak znacznie wydajniejszy). Źródło „Zrównoważona Energia – bez pary w gwizdek”.

Dobrym sposobem upewnienia się co do źródła pochodzenia dodatkowych ilości dwutlenku węgla w atmosferze jest przeanalizowanie historycznych koncentracji różnych izotopów węgla w atmosferze. Są w niej obecne jego 3 izotopy 12

C - stabilny, preferowany przez rośliny,

13

C – stabilny, mniej lubiany przez rośliny,

14

C - niestabilny, z czasem

połowicznego zaniku 5700 lat. Rośliny preferują lekki izotop węgla 12C. Paliwa kopalne (węgiel, ropa, gaz) powstały z roślin, jest więc w nich przewaga 12C względem 13C, co można zresztą łatwo zmierzyć. Węgla 14C w ogóle w nich nie ma, bo już dawno zdążył się rozpaść. Spalając paliwa kopalne wyrzucamy uwięziony w nich węgiel do atmosfery, skąd pobierają go rosnące rośliny i wbudowują w siebie. Co zatem widzimy?

13


Rys. względna koncentracja węgla

13

C w stosunku do

12

C. Na podstawie http://www.boehmf.de/Boehm_et_al_g_cubed_preprint.pdf, i

http://scrippsco2.ucsd.edu/data/flask_co2_and_isotopic/monthly_iso/monthly_mlo_c13.csv

Widzimy, że (znowu!) w połowie XVIII wieku coś się stało i względna zawartość węgla 13C w atmosferze zaczęła coraz szybciej spadać (przy okazji pozostając w pełnej zgodności ilościowej z naszymi emisjami i działaniem cyklu węglowego). W ciągu zaledwie 200 lat, które upłynęły od początku epoki przemysłowej, koncentracja 13C spadła o 2 promile. Może się wydawać, że to niewiele, ale nawet od szczytu epoki lodowcowej do XIX wieku roku wahania te były znacznie mniejsze[22]. Podobnie mierzymy spadek atmosferycznej koncentracji węgla 14C. Obserwujemy też spadek atmosferycznej koncentracji tlenu, który podczas spalania łączy się z węglem. Gdyby dwutlenek węgla pochodził z ocieplających się oceanów, tlenu by nie ubywało. Około 35% emitowanego przez nas dwutlenku węgla jest pochłaniane przez oceany, rośnie więc ich kwasowość, przez co ich współczynnik pH zmalał w ciągu ostatniego stulecia o 0,1. Gdyby dwutlenek węgla trafiał do atmosfery z oceanów, zjawisko takie nie miałoby miejsca. Żadna z prezentowanych przez sceptyków teorii alternatywnych – mówiących o tym, że wzrost koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze jest naturalny, a gaz ten pochodzi z oceanów, mikrobów czy gleby – nie wyjaśnia tych faktów[ 23]. Zdarzyło Ci się spotkać ze stwierdzeniem, że „ilości dwutlenku węgla emitowane przez ludzi są znikome w porównaniu z emisjami ze źródeł naturalnych”? To prawda – ludzie emitują do atmosfery zaledwie 5% tego gazu emitowanego ze źródeł naturalnych takich jak ocean czy rośliny. Emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych na poziomie 9 mld ton pierwiastka węgla jest o rząd wielkości mniejsza od ilości CO2 emitowanych przez oceany lub rośliny. 10 mld ton w porównaniu z 90 mld ton z oceanów, 60 mld z gleby czy 60 mld ton z roślin to na pierwszy rzut oka niewiele. Patrząc na poprzednie wykresy zauważyliśmy jednak, że dzieje się obecnie coś wyjątkowego, a wzrost atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla idzie w parze z naszymi emisjami tego gazu. Aby zrozumieć ten pozorny paradoks, przyjrzyjmy się cyklowi krążenia węgla w przyrodzie i zmianom, jakie do tego cyklu wprowadzamy.

22 23

http://www.tinyurl.com/3tfp7dz, http://www.tinyurl.com/3tfp7dz, http://www.tinyurl.com/r5pau http://www.tinyurl.com/38bjuh

14


Rys. Cykl węglowy. Ilości węgla w poszczególnych "rezerwuarach" oraz roczne przepływy są podane w miliardach ton węgla (czyli w gigatonach GtC). Uwaga: wartości dotyczą węgla, aby przeliczyć je na ilości CO2, należy je przemnożyć przez 3,66 (stosunek masy molowej CO2 - 44g/mol i węgla - 12g/mol). Źródło: Wikipedia. Na podstawie NASA [ylzhgr9]. Na wykresie została zaktualizowana ilość naszych emisji, która od czasu wykonania analizy w latach 90-tych XX wieku wzrosła z 5,5 do 9 mld ton.

Węgiel krąży między wielkimi zbiornikami: biosferą, glebą, skałami, wodami, atmosferą Ziemi i osadami (w tym paliwami kopalnymi). Sumaryczna ilość węgla krążącego w tym cyklu węglowym nie zmienia się w krótkich skalach czasowych. Źródła naturalne równoważą się – 90,6 mld ton emisji z oceanów odpowiada pochłanianie przez oceany 92,2 mld ton, 119,6 mld ton emisji z roślin i gleby odpowiada pochłanianie 122,6 mld ton (zaraz wyjaśnię dlaczego pochłanianie jest większe od emisji). Nasza emisja stanowi stałą nadwyżkę, gromadzącą się w atmosferze, co widać w danych pomiarowych wykazujących [24] Dwutlenek węgla w oddychaniu i stały wzrost stężenia CO2 . jedzeniu. Źródło. Jednym z argumentów przedstawianych przez osoby zaprzeczające naszemu

wpływowi na wzrost atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla jest użycie argumentu, że „sami Chińczycy wydychają więcej CO2 niż emitują wszystkie polskie elektrownie, samochody i fabryki”. Liczby się zgadzają, ale logika już niekoniecznie. Skąd Chińczyk wziął węgiel, który wydycha z dwutlenkiem węgla? Z jedzenia – z rośliny, którą zjadł (albo ze zwierzaka, który zjadł roślinę). A skąd ten węgiel wzięła w sobie roślina? Z atmosfery. A więc węgiel z atmosfery trafił do rośliny, potem do Chińczyka, a na koniec powrócił do atmosfery, gdzie był na samym początku. Bilans całej tej operacji wynosi ZERO. A skąd my bierzemy paliwa kopalne? Wydobywając je spod ziemi i spalając wpuszczamy błyskawicznie do cyklu węglowego zasoby węgla usuwane z niego przez naturę przez dziesiątki i setki milionów lat. Można to porównać do długotrwałego zbierania wody w sztucznym zbiorniku, a następnie gwałtownego wypuszczenia całej wody przez wysadzenie tamy w powietrze. Zbiornik paliw kopalnych jest naprawdę duży, sięga 4000 mld ton węgla (a może więcej), przekraczając łączną ilość węgla w pozostałych aktywnych zbiornikach węglowych czyli atmosferze, glebach, roślinności i powierzchniowych

24

http://www.tinyurl.com/ylzhgr9

15


warstwach oceanu. Jeśli spalimy całość paliw kopalnych, drastycznie zwiększymy ilość węgla krążącego w cyklu węglowym. Obserwowany coroczny wzrost koncentracji atmosferycznego dwutlenku węgla o 2 ppm oznacza zwiększanie ilości atmosferycznego węgla o 4,25 mld ton, co przy naszej całościowej emisji na poziomie 10 mld ton (9 mld ze spalania paliw kopalnych oraz około 1 mld ton z wylesiania) oznacza, że w atmosferze pozostaje ich niecała połowa – reszta jest pochłaniana w zbliżonych proporcjach przez oceany i lądy. To właśnie jest przyczyną przewagi pochłaniania węgla przez oceany i lądy nad emisjami z nich. Nie możemy jednak liczyć na to, że będą one równie skutecznie wyciągać dwutlenek węgla z atmosfery przez kolejne dekady i w ten sposób wybawiać nas z kłopotu. Oceany zakwaszają się, a poziom równowagi pomiędzy atmosferycznym dwutlenkiem węgla i dwutlenkiem węgla rozpuszczonym w oceanach przesuwa się w kierunku coraz wyższych koncentracji tego gazu. Ponadto ciepła woda może pomieścić w sobie mniej dwutlenku węgla niż zimna, więc w miarę ocieplania się oceanów będą one chciały pozbyć się tego gazu, a nie pochłonąć go jeszcze więcej. Roślinność z reguły lepiej rośnie w warunkach większej koncentracji atmosferycznego dwutlenku węgla, wspomagamy też jej wzrost masowym stosowaniem aktywnego azotu, który przy okazji nawozi lasy. Jednak przesuwanie się stref klimatycznych, ograniczenia w dostępie do wody i wylesianie spowodują, że roślinność nie będzie w stanie pochłonąć większej ilości dwutlenku węgla. Wraz ze wzrostem temperatury przyspieszą też procesy gnicia i pozbywania się węgla przez gleby. Dojdzie do tego tajanie wiecznej zmarzliny, w której od dziesiątek a nawet setek tysięcy lat uwięzione są materiały organiczne. Przez cały ten czas bakterie w torfie powoli produkowały metan i dwutlenek węgla, przez co w zmrożonej zmarzlinie nagromadziły się olbrzymie ilości tych gazów. Szacuje się, że w samej powierzchniowej (o głębokości do 3 metrów) warstwie wiecznej zmarzliny zgromadzone jest ponad 1600 miliardów ton węgla – czyli dwukrotnie więcej niż w atmosferze[25]. Wraz ze wzrostem temperatury aktywność bakterii rośnie, a wyzwalający energię proces - jak dla wielkiej masy kompostu - powoduje dalsze wewnętrzne podgrzewanie i przyspiesza rozmarzanie. Roztopienie się wiecznej zmarzliny oznaczać będzie uwolnienie się do atmosfery gazów cieplarnianych odpowiadających 10-100% naszych emisji z paliw kopalnych, wzmagając spiralę efektu cieplarnianego. Jeszcze w tym stuleciu lądy zamiast pochłaniać nasze emisje, mogą stać się ich źródłem. Biorąc pod uwagę spowolnienie pochłaniania dwutlenku węgla przez nasycające się nim oceany i zaprzestanie pochłaniania tego gazu przez lądy, jak długo wyemitowany przez nas gaz pozostanie w atmosferze? To zależy ile go wyemitujemy. Na razie wyemitowaliśmy około 340 mld ton węgla (czyli około 1200 mld ton CO2)[ 26]. Cykl węglowy poradzi sobie z umiarkowaną ilością dodatkowego węgla, spalenie całości paliw kopalnych wrzuci do cyklu węglowego tak wielką ilość węgla, że zmieni go zupełnie. Zielona linia pokazuje jak w ciągu najbliższych 10 tysięcy lat zmieni się koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze, jeśli spalimy całość ropy, gazu i połowę rezerw węgla. Czerwona linia to scenariusz, w którym spalimy wszystkie paliwa kopalne, łącznie z piaskami roponośnymi, gazem łupkowym i częścią hydratów metanu.

25 26

http://www.tinyurl.com/6et76e2 http://www.tinyurl.com/6x3mxxf

16


Przewidywane zmiany koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze w najbliższych 10 tysiącach lat 2300

1900

ppm

1500

1100

700

300 2000

4000

6000

8000

10000

12000

lata 1000 Gt

5000 Gt

Rys. Przewidywane zmiany koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze w najbliższych 10 tysiącach lat w zależności od ilości naszych emisji. Koncentracja dwutlenku węgla przed początkiem epoki przemysłowej wynosiła 280 ppm. Na podstawie Millennial Atmospheric Lifetime of Anthropogenic CO2.

Często wydaje nam się, że dwutlenek węgla zachowa się jak każde zanieczyszczenie i jeśli tylko zmniejszymy jego emisję, to jego ilość w atmosferze się zmniejszy. Nic bardziej mylnego. Mechanizmy usuwające węgiel z cyklu węglowego są bardzo powolne[27].

Niezależnie od tego czy utrzymamy emisje na obecnym poziomie, zwiększymy je dwukrotnie, czy zmniejszymy o połowę, decydujące jest jak dużo węgla uwięzionego dotychczas w złożach paliw kopalnych wpuścimy do atmosfery, a przez to do cyklu węglowego.

W scenariuszu spalenia całości paliw kopalnych (5000 miliardów ton) koncentracja dwutlenku węgla rośnie do około 2000 ppm, po czym ciągu kilku tysięcy lat spada do poziomu 1000 ppm i równowaga utrzymuje się na tym poziomie. W tym scenariuszu z każdej tony wyemitowanego dziś przez nas dwutlenku węgla po tysiącu lat w atmosferze pozostaje 30-50%. Stopniowo zintensyfikowane w wysokiej temperaturze wietrzenie skał wyciągnie nadmiar dwutlenku węgla, jednak są to procesy o czasowej skali działania rzędu stu tysięcy lat. Najbliższej epoki lodowcowej nie będzie[28].

Fot. My i Nasz dwutlenek węgla – Na zawsze razem…

27 28

http://www.tinyurl.com/6zvfz5h http://www.tinyurl.com/6zvfz5h

17


Krok w przeszłość Od początku epoki przemysłowej klimat Ziemi wyraźnie się ocieplił. Cofnęły się lodowce, nie zamarza Bałtyk, port w Nowym Jorku, ani Tamiza. Z jednej strony zadziałały czynniki naturalne – wzrosła aktywność słoneczna, zmalała też nieco liczba wybuchów wulkanów. Z drugiej strony wpuściliśmy do atmosfery dużo gazów cieplarnianych – dwutlenku węgla, metanu, freonów itp., zawiesiliśmy w niej chmury aerozoli siarkowych, a powierzchnię ziemi przyczerniliśmy sadzą. Które z tych wielu czynników kształtujących klimat są najważniejsze? Jak je ze sobą porównać? Wygodną miarą jest wyrażenie siły działania tych czynników w watach na metr kwadratowy. Gdybyśmy na przykład na każdym metrze kwadratowym Ziemi umieścili żaróweczkę o mocy 2W, to ich siła działania, wymuszająca wzrost temperatury planety, wynosiłaby 2W/m2. Jest to tzw. wymuszanie radiacyjne. Co by się stało gdyby moc Słońca wzrosła na przykład o 1%? Ponieważ Ziemia pochłania średnio 236 W/m2 energii słonecznej (wyjaśnienie tej liczby poniżej w ramce), więc taka zmiana spowodowałaby wzrost absorbowanej energii o około 2,4 W/m2. W takim przypadku dość szybko wzrosłaby temperatura atmosfery, wzrost temperatury oceanów trwałby znacznie dłużej – podgrzanie takiej ilości wody zajmuje sporo czasu. Ramka. Moc promieniowania Słońca w okolicach Ziemi wynosi około 1366 W/m2 i zmienia się w czasie trwającego 11 lat cyklu słonecznego o ±1W/m2. Ziemia pochłania energię Słońca całym swoim przekrojem πR2, gdzie R jest promieniem Ziemi. Energia ta rozkłada się na całą powierzchnię Ziemi równą 4πR2, a więc czterokrotnie większą. Na każdy metr powierzchni Ziemi przypada więc padająca energia równa 1366/4=341,5 W/m2. 31% tej energii odbija się jeszcze w atmosferze lub od powierzchni Ziemi jako światło widzialne. Pochłonięte zostaje 69%*341,5 W/m2 = 236 W/m2. Porównywanie siły różnych czynników wymuszających zmiany temperatury względem stanu wyjściowego jest bardzo wygodne, bo zmiany temperatury zależą przede wszystkim od wielkości tego wymuszenia (wyrażonego w W/m2), a w bardzo niewielkim stopniu od szczegółów działania mechanizmu[29].

Zmiana czynników wymuszających wyrażonych w W/m2. Porównanie stanu na rok 2005 względem roku 1850.

Czynniki związane z naszą działalnością, które uruchomiliśmy w ostatnich dziesięcioleciach, przyćmiewają zmiany naturalne. Sam wpływ dwutlenku węgla dogrzewa Ziemię energią 1,66 W/m2, a wraz z metanem, tlenkami azotu, 29

http://www.tinyurl.com/2n27cn

18


freonami i ozonem dają łącznie 3 W/m2 (według stanu na rok 2005)[30]. Co roku wzrost atmosferycznej koncentracji samego dwutlenku węgla o 2 ppm podnosi wpływ tego gazu o kolejne 0,03 W/m2. Bardzo niska ostatnio aktywność słoneczna spowodowała pojawienie się głosów, że mogą wrócić warunki z małej epoki lodowej. Nie ma takiej możliwości. Gdyby aktywność Słońca spadła do rekordowo niskiego poziomu odpowiadającego tej z małej epoki lodowej, oznaczałoby to spadek wymuszania radiacyjnego rzędu 0,2 W/m2. Wzrost koncentracji samego CO2 skompensowałby ten spadek energii w ciągu zaledwie dekady[ 31]. Aerozole kompensują znaczną część wymuszania radiacyjnego gazów cieplarnianych, więc nie obserwujemy całego ich wpływu. Mam teraz dla Ciebie zagadkę – wiesz już wystarczająco dużo, żeby na nią odpowiedzieć. Gdybyśmy z dnia na dzień zupełnie zaprzestali spalania paliw kopalnych, to jak zmieniłaby się temperatura w ciągu kilku najbliższych lat – pozostałaby niezmieniona, wzrosłaby czy spadła? Zastanów się. Wzrosłaby. Dlaczego? Ponieważ znikłyby ochładzające ziemię aerozole siarkowe, a działanie długo żyjących gazów cieplarnianych nie zmieniłoby się znacząco. Dopiero w dłuższym horyzoncie czasowym moglibyśmy liczyć na spadek temperatury. Dopóki spalamy coraz więcej paliw kopalnych emitując coraz więcej aerozoli, skutecznie maskujemy znaczną część wpływu gazów cieplarnianych. Mam też drugą zagadkę. Pojawiają się pomysły, żeby skompensować ocieplający wpływ gazów cieplarnianych emisją do atmosfery aerozoli siarkowych. Dlaczego to kiepski pomysł? Nie tylko dlatego, że tlenki siarki, z którego tworzą się te aerozole to bardzo brudny i niezdrowy dodatek do naszej rzeczywistości, ale głównie dlatego, że im więcej gazów cieplarnianych zgromadzi się w atmosferze, tym więcej tlenku siarki musielibyśmy do niej pompować – a biorąc pod uwagę czas życia dwutlenku węgla w atmosferze, musielibyśmy robić to bez przerwy przez dziesiątki tysięcy lat. Wiemy mniej więcej, ile dodatkowo Ziemia otrzymuje watów na metr kwadratowy. Ale jak przełoży się to na przyszłe zmiany klimatu? Jak bardzo zmieni się temperatura, poziom oceanów i co jeszcze może się zdarzyć? Czy modele klimatu są wystarczająco precyzyjne, żeby odpowiedzieć na te pytania? Modele klimatu są coraz lepsze i dokładniejsze, kolejne generacje modeli już od lat 70-tych XX wieku dają zbliżone wyniki. Jednak modele klimatu wciąż mają wiele słabości. Można wyliczyć, że podwojenie koncentracji dwutlenku węgla będzie wiązać się ze zwiększeniem pozostającej przy powierzchni Ziemi energii o 4 W/m2. Gdyby nie towarzyszyły temu inne zmiany, to w oparciu o prawo Plancka umożliwiające określenie związku pomiędzy temperaturą a wypromieniowywaną energią, temperatura Ziemi wzrosłaby o 1,2°C, czyli wcale nie tak dużo.

30 31

http://www.tinyurl.com/2n27cn http://www.tinyurl.com/69gf2dk, http://www.tinyurl.com/6ynvlsx

19


Ramka dla jajogłowych Dlaczego przy traktowaniu Ziemi jako ciała doskonale czarnego bez działania sprzężeń zwrotnych zmiana temperatury ΔT wyniesie 1,2°C? Energia otrzymywana przez powierzchnię Ziemi rośnie z 236 do 236+4 W/m2. Energia ta musi zostać wypromieniowana, a ponieważ trzeba wypromieniować jej więcej, wzrośnie temperatura. Dla naszego uproszczonego oszacowania wystarczy zastosowanie prawa StefanaBoltzmanna, które wiąże strumień wypromieniowywanej przez ciało energii (wyrażonej w W/m2) z jego temperaturą (wyrażoną w stopniach Kelvina, czyli stopniach Celsjusza powiększonych o 273). Wypromieniowywana Energia = stała Stefana-Boltzmanna * (Temperatura)4 Przy wzroście energii wypromieniowywanej przez Ziemię z 236 do 240 W/m2, średnia temperatura Ziemi wzrośnie z 14°C (czyli 287K) do 287K+ ΔT, gdzie ΔT jest właśnie szukaną wartością wzrostu temperatury. Porównując stan końcowy (E=240 W/m2, T=287K+ΔT) i początkowy (E=236 W/m2, T=287K) mamy:

po przekształceniu ze względu na poszukiwaną zmianę temperatury ΔT otrzymujemy

A więc przy wzroście strumienia energii o 4 W/m2 wzrost temperatury wyniósłby 1,2 stopnia.

Inaczej mówiąc, bez sprzężeń zwrotnych wymuszanie 1 W/m2 przekłada się na 0,3°C wzrostu temperatury. Jednak to nie cały obraz. W przyrodzie działają zarówno dodatnie sprzężenia zwrotne (takie jak towarzyszące wzrostowi temperatury topnienie czap polarnych czy wyzwalanie dwutlenku węgla z ogrzewających się oceanów), funkcjonują też ujemne sprzężenia zwrotne (takie jak wzmożone powstawanie chmur odbijających światło Słońca czy przyspieszone rośnięcie lasów w atmosferze zawierającej większą ilość CO2). Przyjrzyjmy się chmurom. Nie potrafimy dobrze modelować chmur, nie potrafimy nawet powiedzieć czy w cieplejszym świecie będzie ich mniej czy więcej, czy będą jaśniejsze czy ciemniejsze, a nawet czy będą stanowić dodatnie czy ujemne sprzężenie zwrotne. Co gorsza, emitowane przez nas aerozole wpływają na powstawanie chmur na wiele różnych skomplikowanych sposobów. Ilość różnorodnych sprzężeń zwrotnych jest wielka, a ich złożoność bardzo komplikuje obliczenia, jak bardzo wzrośnie temperatura przy wzroście stężenia dwutlenku węgla. Według modeli podwojenie ilości dwutlenku węgla w atmosferze spowoduje wzrost temperatury o 3,2°C, jednak w sporych granicach niepewności – od 2,1 do 4,4°C[32]. Jak sobie poradzić z tym dużym rozrzutem przewidywań? Wbrew powszechnej opinii modele nie są wcale głównym źródłem informacji o przyszłych zmianach klimatu. Tym źródłem wiedzy są dane paleoklimatyczne. Na podstawie tego co działo się w przeszłości i dlaczego miało to miejsce, możemy całkiem dokładnie przewidzieć, jak zmiana wymuszania radiacyjnego przełoży się na zmiany temperatury, poziom oceanów i jakich jeszcze zdarzeń możemy się spodziewać.

Dalej w przeszłość – epoki lodowcowe W ciągu ostatnich 10 tysięcy lat klimat Ziemi był relatywnie stabilny, nie przesuwały się strefy klimatyczne, opady były w miarę stabilne, nie zmieniał się też poziom mórz – mogliśmy osiedlać się, budować porty i miasta bez szczególnej obawy o to, że dogodne do zamieszkania miejsca przestaną takimi być. To właśnie okres rozkwitu ludzkości. 32

http://www.tinyurl.com/lrjseo

20


Wcześniej klimat był zupełnie inny – zaledwie 20 tysięcy lat temu znaczną część półkuli północnej przykrywał potężny lądolód. Średnia globalna temperatura była o 5°C niższa niż dziś. Przyjrzyjmy się zmianom zachodzącym w ostatnich setkach tysięcy lat. Klimat Ziemi oscyluje pomiędzy krótkimi okresami ocieplenia i epokami lodowcowymi, przy czym obecnie żyjemy w okresie interglacjalnym - najwyższych temperatur i najmniejszych lodowców. Płaski, liczący 12 tysięcy lat okres temperatur z prawej strony to trwający wciąż holocen – okres historii naszej cywilizacji.

Rys. Zmiany temperatury, koncentracji atmosferycznej CO2 i poziomu oceanów w ostatnich 425 tysiącach lat. „0” odpowiada 1950 n.e. http://www.columbia.edu/~mhs119/Storms/Storms_Fig.03.pdf

Górna część wykresu pokazuje temperaturę na Antarktydzie, określoną za pomocą analizy rdzenia lodowego trzykilometrowej długości. Dawne temperatury określamy też za pomocą innych metod. Gromadzące się przez lata osady oceaniczne zawierają muszle mikroskopijnych zwierząt, których cechy budowy, skład chemiczny i izotopowy zależą od temperatury środowiska. Zapis dawnej temperatury możemy też uzyskać z badania słojów pni drzew, koralowców, stalagmitów tworzonych w jaskiniach przez kapiącą wodę i na wiele innych sposobów. Uzyskane różnymi metodami wyniki są ze sobą zgodne, a badania prowadzone na całym świecie, co pozwala stwierdzić, że duże wahania temperatury mają skalę globalną. Ich amplituda zależy jednak od miejsca. Zmiany na równiku są zwykle trzykrotnie mniejsze niż w rejonach polarnych, a średnie zmiany temperatury planety są mniej więcej o połowę mniejsze niż na biegunach (jeśli znamy więc zmiany temperatury na podstawie analizy rdzeni lodowych pobranych w okolicach biegunowych, to aby określić zmiany średniej temperatury planety należy tę pierwszą wielkość podzielić przez czynnik 2) [33]. Również koncentrację dwutlenku węgla znamy dzięki badaniu powietrza uwięzionego w rdzeniach lodowych. Rzuca się w oczy zgodność zmian koncentracji dwutlenku węgla ze zmianami temperatury. Kiedy temperatura wzrośnie, podgrzane oceany są w stanie pomieścić mniej gazów (podobnie bąbelkuje podgrzana woda sodowa), więc 33

http://www.tinyurl.com/3dwapw

21


wypuszczają je do atmosfery. Pewną rolę grają tu też mechanizmy usuwające do atmosfery węgiel z osadów oceanicznych związane z przyspieszeniem cyrkulacji oceanicznej podczas okresów cieplejszych. Podobnie jak koncentracja dwutlenku węgla zmienia się koncentracja metanu, wzmacniając działanie całości gazów cieplarnianych[34]. Z pomiarów wynika, że najpierw wzrasta temperatura, a dopiero kilkaset lat później koncentracja CO2, a więc zmiany koncentracji dwutlenku węgla są inicjowane przez wzrost temperatury. Kiedy dochodzi do wyzwolenia tego gazu do atmosfery, zaczyna on (jako gaz cieplarniany) dodatkowo podnosić temperaturę i w konsekwencji następuje dalszy wzrost koncentracji CO2 w atmosferze. Wzrost temperatury i koncentracji CO2 w atmosferze nawzajem się nakręcają w dodatnim sprzężeniu zwrotnym, o którym za chwilę opowiem wyjaśniając tajemnicę działania maszyny zmian klimatu epok lodowcowych. Z wykresu widać też, że w ciągu setek tysięcy lat koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze oscylowała w zakresie 180-300 ppm. Obecna koncentracja jest bliska 400 ppm, a tempo jej narastania, wynoszące 2 ppm rocznie, jest wyjątkowo szybkie. Badania pokazują, że tak dużej ilości dwutlenku węgla jak obecnie, nie było w atmosferze od kilku[ 35], a może nawet kilkunastu milionów lat[36]. Podczas epok lodowcowych czapy polarne były olbrzymie. Tworząca je zamarznięta woda była „wyciągnięta” z oceanów, w których poziom wody w związku z tym był znacząco niższy - 20 tysięcy lat temu o 125 metrów[ 37]. Brzeg oceanu cofnął się, a kontynenty stały się większe, rozciągając się na obecny szelf kontynentalny – pomiędzy Azją a Ameryką istniał pomost lądowy, Malaje były połączone z Borneo, a Australia z Nową Gwineą. Gdy lądolód zaczął się rozpadać, woda z niego trafiła do oceanów, podnosząc ich poziom. Około 14 tysięcy lat temu przez kilkaset lat wody podnosiły się o 5 metrów na stulecie czyli o 1 metr co 20 lat[ 38]. Silna korelacja pomiędzy zmianami temperatury, gazami cieplarnianymi i poziomem oceanów jest ewidentna. Jakie jednak mechanizmy powodowały te zmiany i dlaczego były tak regularne? I czy możemy na podstawie posiadanych informacji określić czułość klimatu? Porównajmy klimat sprzed epoki przemysłowej z tym sprzed 20 tysięcy lat. W ostatnich kilku tysiącach lat średnia temperatura Ziemi była (i jest) o 5°C wyższa niż w czasach epoki lodowcowej. Wzrosła też ilość gazów cieplarnianych – dwutlenku węgla, metanu i tlenków azotu – dając dodatkowe 3 W/m2 (z dokładnością 0,5 W/m2). Na podstawie danych geologicznych znamy też zmiany powierzchni czapy lodowej, która podczas epoki lodowcowej odbijała (przeliczając średnio na powierzchnię Ziemi) o 3,5 W/m2 więcej energii niż obecnie[ 39].

34

http://www.tinyurl.com/3dwapw http://www.tinyurl.com/3dwapw 36 http://www.tinyurl.com/y9r6k3s 37 http://www.tinyurl.com/3dwapw 38 http://www.tinyurl.com/66wkeez 39 http://www.tinyurl.com/6k5k76w 35

22


Rys. Zmiany wymuszania radiacyjnego w W/m2 wyliczone na podstawie zmian ilości gazów cieplarnianych w atmosferze i powierzchni czap lodowych. Źródło.

Działały też inne mechanizmy, takie jak zmiany rozmieszczenia roślinności czy powierzchni lądów, ale te czynniki były dominujące. W sumie zmiana energii wynosząca 6,5 W/m2 powodowała zmianę średniej temperatury planety o 5°C, czyli 0,75°C na każdy W/m2. Na podstawie obserwacji zmian przeszłego klimatu stwierdzamy więc, że: Dodatkowe 1 W/m2 wywołuje zmianę temperatury o 0,75°C albo inaczej Podwojenie ilości CO2 (co odpowiada 4W/m2) prowadzi do wzrostu temperatury o 3°C (wynik ten można otrzymać też na wiele innych sposobów[40]) Dotyczy to oczywiście obecnego świata, w którym istnieją czapy polarne. Gdyby ich nie było, zmiany temperatury w odpowiedzi na zmiany wymuszania radiacyjnego (tzw. czułość klimatu) byłyby mniej więcej o połowę mniejsze. Jeśli porównamy tak obliczone temperatury z rzeczywistą temperaturą określoną za pomocą rdzeni lodowych, otrzymamy wysoką zgodność[41].

Rys. Porównanie sumy obu wymuszeń radiacyjnych z poprzedniego rysunku pomnożonej przez 0,75 (w celu przeliczenia W/m2 na stopnie Celsjusza) z temperaturą Ziemi określoną na podstawie rdzeni lodowych (dla uzyskania średniej temperatury Ziemi temperatura na Antarktydzie jest podzielona przez czynnik dwa). Źródło.

To bardzo eleganckie obliczenie. Nie musieliśmy domyślać się jak działają fizyczne mechanizmy w świecie rzeczywistym oraz dodatnie i ujemne sprzężenia zwrotne – wszystkie one są tu zawarte „z automatu”. Zmiany klimatu były związane ze zmianą powierzchni lądolodu i zmianą stężenia gazów cieplarnianych. Ale oba te mechanizmy nie są przyczyną zmian, a jedynie powolnymi dodatnimi sprzężeniami zwrotnymi, działającymi w 40

http://www.skepticalscience.com/climate-sensitivity-advanced.htm, http://www.tinyurl.com/6zxcw73 41 http://www.tinyurl.com/6k5k76w

23

http://www.tinyurl.com/6eqxfop

via


odpowiedzi na inny czynnik – niewielkie zmiany orbity i ustawienia osi obrotu Ziemi, spowodowane oddziaływaniem innych planet. Znane są one pod nazwą cykli Milankovicia, od nazwiska serbskiego naukowca, który zaproponował je jako podstawowy mechanizm występowania epok lodowcowych. Z początku teoria ta nie została przyjęta – jej sprawdzenie było trudne z powodu braku dostatecznej wiedzy o cyklach epok lodowcowych oraz zbyt małych zmian energii wynikających ze zmian orbity Ziemi. Dopiero rdzenie lodowe i osady oceaniczne pozwoliły na wykazanie powiązań zmian orbity Ziemi z cyklami zmian klimatu. Zmiany orbity praktycznie nie wpływają na całkowitą ilość energii otrzymywanej przez Ziemię w ciągu roku. Wpływają jednak na to, jak wiele energii i w jakiej porze roku otrzyma dany region Ziemi – szczególne znaczenie mają zaś zmiany na dalekiej północy, gdzie wrażliwe dodatnie sprzężenie zwrotne związane z narastaniem i zanikaniem lądolodu potrafi doprowadzić do znacznych zmian klimatu na skalę planetarną. Nachylenie osi obrotu Ziemi do płaszczyzny jej orbity zmienia się od 22,1 stopnia do 24,5 stopnia i z powrotem w cyklu trwającym 41 tysięcy lat. Obecnie kąt ten wynosi 23,5 stopnia i prostuje się – minimalne odchylenie 22,1 stopnia osiągnie za 8 tysięcy lat. Jeśli oś obrotu Ziemi jest mocniej nachylona, regiony polarne podczas lata otrzymują więcej energii (co prowadzi do wzrostu temperatury latem), zimą zaś otrzymują jej mniej (co wpływa na obniżenie temperatury). Jedno i drugie przyczynia się do zaniku czap lodowych. Kiedy temperatury latem są wysokie, lodowiec topnieje, odsłaniając ciemną powierzchnię ziemi i oceanu, co przyspiesza topnienie. Zanikowi czapy polarnej sprzyjają nie tylko wysokie temperatury latem, ale też niskie temperatury zimą. Dlaczego? Niższym temperaturom towarzyszy mniejsza ilość pary wodnej w atmosferze, a przez to mniejsze zimowe opady śniegu, przez co topniejąca latem czapa lodowa nie uzupełnia masy zimą. Zmniejszanie się nachylenia osi obrotu Ziemi działa w drugą stronę – chłodne lata nie sprzyjają roztapianiu lodu, podczas cieplejszych zim opady śniegu są większe, lodowiec więc przyrasta i może pełznąć w kierunku niższych szerokości geograficznych.

Lato na półkuli północnej. Kiedy północna półkula Ziemi otrzymuje latem więcej energii (czemu sprzyjają dwie niezależne sytuacje – mniejsza od średniej odległość Ziemi od Słońca oraz większe nachylenie osi obrotu Ziemi), lata w Arktyce są cieplejsze, co prowadzi do zaniku czapy polarnej. Źródło.

Podobnie działa mechanizm związany z precesją, czyli zmianą kierunku ustawienia osi obrotu Ziemi. Co około 26 tysięcy lat zakreśla ona w przestrzeni stożek. Ponieważ orbita Ziemi nie jest kołowa, lecz eliptyczna (stopień jej 24


spłaszczenia również oscyluje w okresie rzędu 100 tysięcy lat), więc czasem północna półkula jest zwrócona latem ku Słońcu, gdy Ziemia jest blisko niego (wtedy lata są ciepłe), a czasem latem jest daleko od niego (wtedy lata są chłodniejsze). Obecnie podczas lata na półkuli północnej Ziemia jest daleko od Słońca, co sprzyja niższym temperaturom w lecie na półkuli północnej (ale ponieważ obecna orbita Ziemi jest bliska kołowej, efekt ten jest dość słaby) i cieplejszym zimom tamże. Antarktyczny lądolód półkuli południowej jest bardzo odporny na zmiany, Arktyka wręcz przeciwnie – jest czuła na najdrobniejsze zaburzenia. Dlatego to zmiany energii słonecznej dopływającej do Arktyki powodowały zmiany klimatu na skalę globalną. Ponieważ oś obrotu Ziemi zmniejsza swoje nachylenie, a podczas lata na półkuli północnej Ziemia jest najdalej od Słońca, więc powinniśmy obserwować ochładzanie się klimatu i narastanie lodowca. Tak też było – od kilku tysięcy lat klimat północnej półkuli Ziemi ochładzał się i być może przeszedłby w epokę lodowcową gdyby nie nasza działalność, która ostatnio przyćmiewa naturalne mechanizmy rządzące klimatem planety. Widoczny od tysięcy lat trend ochładzania się powierzchni Ziemi już nie istnieje, co jest widoczne szczególnie mocno w Arktyce. Ostatnie dziesięciolecie w Arktyce było najcieplejszym w ciągu ostatnich 2000 lat. Ponadto, cztery z pięciu najcieplejszych dziesięcioleci ostatnich 2000 lat przypada na okres pomiędzy 1950 a 2000 rokiem, pomimo faktu, że energia otrzymywana ze Słońca latem w Arktyce przez ostatnie 2000 lat stale spadała. Od początku naszej ery temperatura na biegunie północnym obniżała się o 0,2°C na tysiąclecie. Nagle, 50 lat temu, trend ten uległ zmianie.

Rys. Zmiany temperatury w Arktyce w okresie ostatnich 2 tysięcy lat. Obserwowany spadek temperatury zakończył się w ostatnim stuleciu. [http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/325/5945/1236]

Temperatury w Arktyce zaczęły rosnąć około roku 1900 i są o 1,4°C wyższe niż powinny być, biorąc pod uwagę ilość światła słonecznego docierającego latem do Arktyki. Gdyby nie nasze emisje, letnie temperatury w Arktyce, w ciągu ostatniego wieku stopniowo by się obniżały[42].

42

http://www.tinyurl.com/5r59bun

25


Jeśli jednak sięgnąć do wypowiedzi sceptyków, rysuje się zupełnie inny obraz. Czołowym forum sceptyków zmian klimatu jest organizacja NIPCC, pozująca na przeciwwagę dla oenzetowskiego IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, po polsku Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu). W 2009 roku NIPCC opublikowała raport krytykujący oficjalne ustalenia klimatologów jako naciągane i nadmiernie pesymistyczne[43]. Rozdział o Arktyce zaczyna się od stwierdzenia: „(…) trudno jest zidentyfikować zmiany w powierzchni lub grubości lodu, które można by powiązać ze wzrostem temperatury przewidywanym w związku ze spalaniem paliw kopalnych” oraz stwierdzenie, że „od 1990/91 roku lodu w Arktyce wręcz przybywało”. To jak właściwie jest? Fakty są następujące: lód w Arktyce powiększa swoją powierzchnię zimą, a latem topnieje, osiągając we wrześniu minimum. W ostatnich czterech latach powierzchnia lodu osiągnęła absolutne minimum.

Rys. Wrześniowe minimum zasięgu lodu w Arktyce według danych NSIDC [http://nsidc.org/arcticseaicenews/]

Według przewidywań klimatologów sprzed zaledwie kilku lat, spadek powierzchni lodu latem w Arktyce do poziomu 5 mln km2 powinien nastąpić dopiero w drugiej połowie obecnego wieku[44]. Jednak nawet ten dramatyczny spadek nie oddaje w pełni tempa zmian, bo lód jest coraz cieńszy, praktycznie też zupełnie znikł odporny lód wieloletni, zastąpiony przez cienką warstwę młodego i podatnego na topnienie lodu. Pojawia się coraz więcej prognoz mówiących, że już w ciągu najbliższych kilku lat może dojść do sytuacji, w której latem w Arktyce zniknie w ogóle cały lód.

43 44

http://www.nipccreport.org/reports/2009/2009report.html http://www.tinyurl.com/yhaytwu, http://www.tinyurl.com/2dtrj4

26


Rys. Objętość lodu w Arktyce podczas wrześniowego minimum w kolejnych latach oraz ekstrapolacja obecnego trendu na kilkanaście kolejnych lat. Źródło.

W ostatnich latach ilość letniego lodu w Arktyce spadła już do jedynie 1/3 ilości sprzed 30 lat. Mieszkając z dala od Arktyki nie uświadamiamy sobie, jak szybko zachodzą tam zmiany. Trasa

morska

przez

Arktykę

wzdłuż

północnych

brzegów

Rosji

jest

określana

mianem

Przejścia

Północnowschodniego, a wzdłuż północnych brzegów Kanady Przejścia Północnozachodniego. Rejony te zawsze były pokryte grubym lodem, a żegluga – także w lecie – możliwa była jedynie z użyciem potężnych lodołamaczy. Mimo to marynarze podejmowali próby przepływania Przejściem Północnowschodnim od setek lat. W 1553 roku próbę przepłynięcia nim podjął brytyjski odkrywca sir Hugh Willoughby, jednak jego ekspedycja składająca się z trzech statków obsadzonych 62 ludźmi uwięzła w lodach u północnych brzegów Finlandii, a ich zamarznięte zwłoki odnaleziono rok później. Brytyjski odkrywca Henry Hudson (od którego nazwiska nazwę wzięły Rzeka Hudsona i Zatoka Hudsona) w latach 1607 i 1608 bez powodzenia próbował przepłynąć Przejściem Północnowschodnim, w 1611 roku zginął próbując przebyć Przejście Północnozachodnie. Badania sugerują, że trasy te były otwarte poprzednio 5-7 tysięcy lat temu, kiedy północna półkula Ziemi otrzymywała w lecie więcej energii od Słońca[45]. Kiedy w latach 80-tych pojawiły się prognozy klimatologów mówiące, że w związku z globalnym ociepleniem można spodziewać się otwarcia dla żeglugi tras przez Arktykę, nikt nie traktował ich poważnie. Aż do 2005 roku. Wtedy to, podczas rekordowych roztopów po raz pierwszy w znanej historii Przejście Północnowschodnie otworzyło się do żeglugi. Lód roztopił się tam ponownie w roku 2008, a potem już roztapiał się w każdym kolejnym roku. Z kolei Przejście Północnozachodnie, wzdłuż brzegów Kanady, po raz pierwszy w historii otworzyło się w roku 2007 i otwierało się już w każdym kolejnym. W sezonie letnim 2010 było już tak ciepło, że drogę morską dookoła bieguna północnego wzdłuż brzegów Rosji i Kanady bez żadnej pomocy pokonały dwa lekkie jachty żaglowe[ 46].

45

http://www.tinyurl.com/6cwoyu5 http://www.tinyurl.com/buypx, http://www.tinyurl.com/34rzn2, http://www.tinyurl.com/kvdnyn, http://www.tinyurl.com/6feb9f8

46

27

http://www.tinyurl.com/5w4frn4,


Po czym można poznać wiarygodną teorię naukową? Po tym, że potrafi przewidywać zdarzenia, zanim te zajdą w świecie rzeczywistym. A co można powiedzieć o prognozach sceptyków, według których lodu wcale nie ubywa? Jak to w ogóle możliwe, że sceptycy nie zauważają zachodzących w Arktyce zmian, a nawet twierdzą, że lodu przybywa? Otóż sceptyczne NIPCC w swoim raporcie z 2009 roku powołuje się na badania… z 1999 roku, a pisząc o „wzroście ilości lodu w Arktyce od 1990/91 roku” ma na myśli kilkuletni okres do 1997/98 roku, zupełnie ignorując bezprecedensowy zanik lodu w kolejnej dekadzie. Trudno zinterpretować to inaczej niż jako celową manipulację. Podsumujmy dotychczas zebrane informacje i zobaczmy czy wszystko do siebie pasuje. Dodatkowe wymuszanie radiacyjne wpuszczonych przez nas do atmosfery gazów cieplarnianych jest znane dość dokładnie – wynosi ono 3 W/m2. Ochładzający wpływ aerozoli szacujemy na -1,2 W/m2. Efektywnie ogrzewamy więc Ziemię z siłą 1,8 W/m2. Część z tego ociepliła już klimat planety o obserwowane 0,75°C, co (na podstawie znanej czułości klimatu) odpowiada wykorzystaniu wymuszania radiacyjnego równego 1 W/m2. Według tych szacunków Ziemia nie ogrzała się jeszcze do punktu równowagi, do którego brakuje jeszcze 0,8 W/m2 (1,8 W/m2–1 W/m2). Powinniśmy więc obserwować, że Ziemia pochłania więcej energii, niż oddaje w kosmos. Możemy to zrobić na dwa sposoby. Za pomocą obserwacji prowadzonych z satelitów możemy porównać ilość energii docierającej do Ziemi i opuszczającej ją. Okazuje się, że Ziemia otrzymuje od Słońca 0,9 W/m2 więcej energii, niż emituje. W granicach błędu pomiaru i niedokładności siły działania aerozoli jest to doskonała zgodność z wartością 0,8 W/m2[47]. Możemy to sprawdzić jeszcze inaczej. Z zasady zachowania energii wynika, że ta dodatkowa otrzymywana przez Ziemię energia musi gromadzić się w układzie. Czy możemy to zaobserwować? Dodatkowa energia powoduje nagrzewanie się atmosfery, gleby i oceanów. Atmosfera ma niewielką pojemność cieplną, gleba słabo przewodzi ciepło i nagrzewa się powoli, tak więc zdecydowana większość tej dodatkowej energii magazynowana jest w oceanach, które zwiększają swoją temperaturę[ 48]. Nagrzewają się zarówno powierzchniowe warstwy wody, jak i głębiny oceaniczne, co od 2003 roku mierzymy za pomocą tysięcy zautomatyzowanych boi sieci Argo, które dokonują pomiarów temperatury i zasolenia wody. Boje te zanurzają się na głębokość 2 kilometrów, po czym wynurzają się na powierzchnię i przekazują dane za pomocą łączności satelitarnej.

Rozmieszczenie boi sieci Argo w oceanach w kwietniu 2008 roku. Źródło.

47 48

http://www.tinyurl.com/yduux8a http://www.tinyurl.com/2er8gza via http://www.tinyurl.com/6x822sx

28


Sieć Argo pozwoliła na precyzyjne określenie ilości gromadzącej się w oceanach energii.

Zmiany w energii termicznej zawartej w systemie klimatycznym Ziemi od 1960 roku. W ostatniej dekadzie energia termiczna w ziemskim systemie klimatycznym (w ponad 90% w oceanach) akumuluje się w tempie równoważnym 4 wybuchom bomb atomowych klasy ‘Hiroszima’ na sekundę. Dane z oceanów NOAA Global Ocean Heat and Salt Content. Dane ląd+atmosfera+lód z Church i in. 2011; opracowanie Nuccitelli i in. 2012.

Wzrost energii gromadzonej przez oceany odpowiada pochłanianiu 0,77 W/m2, a po doliczeniu kolejnych kilku setnych wata pochłaniania energii przez lądy i atmosferę, również otrzymujemy wynik w granicach 0,8-0,9 W/m2. Dla uproszczenia możemy to podsumować w następujący sposób: wyemitowane przez nas gazy cieplarniane działają obecnie wymuszaniem radiacyjnym równym 3 W/m2 (co prowadziłoby do wzrostu temperatury powierzchni o 3*0,75=2,25°C), jednak aerozole blokują około 1 W/m2, więc wprowadzone przez nas zaburzenie wynosi około 2 W/m2 (co doprowadziłoby do ogrzania się powierzchni o 2*0,75=1,5°C). Oceany nagrzewają się powoli, na razie więc temperatura powierzchni wzrosła o 0,75°C. Druga połowa ocieplenia jest więc „w drodze”. Gdybyśmy ustabilizowali koncentrację dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych na obecnym poziomie, przy zachowaniu emisji chłodzących powierzchnię ziemi aerozoli, to temperatura wzrosłaby jeszcze o następne 0,75°C, czyli o 1,5°C łącznie. Gdybyśmy utrzymali koncentrację gazów cieplarnianych na obecnym poziomie i zaprzestali emitowania aerozoli, to działanie pełnych 3 W/m2 doprowadziłoby do wzrostu temperatury powierzchni o 2,25°C. Naturalne zmiany wymuszania radiacyjnego, związane ze zmianami orbity Ziemi, powodującymi cykl epok lodowcowych, uśrednione dla całej powierzchni planety nie wynoszą nawet 1 W/m2. Ten słaby czynnik był w stanie zmieniać klimat Ziemi w tak olbrzymim stopniu, jedynie dzięki wspomaganiu ze strony potężnych dodatnich sprzężeń zwrotnych wywoływanych przez regionalne zmiany nasłonecznienia – zmiany powierzchni pokrywy lodowej i uwalnianie gazów cieplarnianych z oceanów. Powolna była też skala czasowa zmian czynnika wymuszającego – liczona w dziesiątkach tysięcy lat cykli orbitalnych. Taka też była skala czasowa zachodzących zmian[49]. Nasz obecny wpływ na klimat jest o rząd wielkości większy od naturalnego, a jego skala czasowa jest liczona w dziesiątkach, a nie dziesiątkach tysięcy lat, tempo zmian jest tak zawrotne, że nie znajduje precedensu w historii.

49

http://www.tinyurl.com/6k5k76w

29


Działające w cyklu epok lodowcowych powolne potężne sprzężenia zwrotne wciąż są aktywne, odpowiadając – jak zwykły to robić od milionów lat – na zewnętrzne zaburzenia temperatury. Patrząc na wykres zmian temperatur w cyklu epok lodowcowych można zauważyć, że o ile narastanie lądolodu i spadek temperatury były zjawiskiem długotrwałym, to ocieplenia i rozpad lądolodu przebiegały bardzo szybko. I nic w tym dziwnego – o ile narastanie lądolodu jest związane z powolną akumulacją masy opadów, to jego roztapianie się i rozpad jest szybkim procesem, napędzanym przez dodatnie sprzężenia zwrotne. Jeszcze niedawno wydawało nam się, że lodowce powoli reagują na zmiany temperatury. Dziś nie jesteśmy już tego tacy pewni. Gdy lądolód zaczyna topnieć, na jego powierzchni pojawiają się jeziorka ciemnej wody, pochłaniające energię słoneczną. W lecie na lodowcu pojawiają się rzeki, których woda znika w szczelinach lądolodu, a zamarzając i rozszerzając się rozsadza go. Przenikając do podłoża opartego o skały lodowca woda działała też jak smar, na którym lądolód może się ślizgać. Lodowiec na lądzie zaczyna się zsuwać w stronę oceanu, pchając przed sobą lód pływający. Spoistość lądolodu zostaje naruszona i lodowiec kruszy się i rozpada. Rozpad pływającego lodowca szelfowego, który wcześniej pełnił rolę „korka w butelce”, blokującego zsuwanie się do oceanu lodowców lądowych, powoduje, że znajdujący się na lądzie lodowiec, wcześniej podtrzymywany przez lód pływający, może zjechać do oceanu[50]. Stopnienie całości lądolodu Antarktydy podniosłoby poziom oceanów o 65 metrów. Stopnienie lądolodu Grenlandii podniosłoby poziom oceanów o kolejne 7 metrów. Większość lodowców Antarktydy Zachodniej i 1/3 Antarktydy Wschodniej nie spoczywa na lądzie, lecz na dnie oceanicznym. Ogrzewające się wody oceanu podmywają od dołu spoczywający na dnie oceanicznym lądolód i roztapiają go, co może zapoczątkować reakcję łańcuchową jego rozpadu. Krawędzie wielkich lodowców na antarktycznym Morzu Amundsena znajdują się na płytkich wodach, dalej są one oparte na głębokim nawet na 2000 metrów dnie oceanicznym. Ukształtowanie dna powoduje, że jeśli te lodowce cofną się tak, że ich krawędź znajdzie się na głębszej wodzie (co już jest obserwowane), to wzrost podmywanej przez wodę podwodnej powierzchni lodowców spowoduje dalsze przyspieszenie utraty przez nie masy. Wreszcie lodowiec może oderwać się od dna, zdestabilizować i rozsypać[ 51]. Stopnienie spoczywających na dnie oceanicznym lodowców Antarktydy Zachodniej i Antarktydy Wschodniej podniosłoby poziom oceanów odpowiednio o 5 i 15-20 metrów. W historii mieliśmy do czynienia z bardzo szybką zmianą poziomu oceanu. Czułość lodowców na klimat jest bardzo wysoka. Kiedy w poprzednim interglacjale eemskim 120 tysięcy lat temu średnia temperatura planety była o tylko 1 stopień wyższa niż dziś, poziom oceanów był o 6 metrów wyższy[ 52]. Już dziś widzimy, że poziom oceanów rośnie coraz szybciej. Co prawda według ostatniego raportu IPCC z 2007 roku poziom wody do końca XXI wieku może podnieść się najwyżej o 59 cm, ale w raporcie jest otwarcie napisane, że ze względu na niemożność przewidzenia tempa rozpadu lądolodów, wartość ta uwzględnia jedynie rozszerzalność termiczną wody, nie uwzględnia zaś wody

50

http://www.tinyurl.com/6zms5kb, http://www.tinyurl.com/68nvzuq, http://www.tinyurl.com/6kokkrp http://www.tinyurl.com/674eecl 52 http://www.tinyurl.com/3dwapw 51

30


spływającej z czap lodowych i lodowców[53]. Szacunki uwzględniające te zmiany mówią o 1-2 metrów[54], a nawet więcej[55]. Trzy miliony lat temu, w pliocenie, kiedy koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze była zbliżona do obecnej, klimat Ziemi był cieplejszy o 1-2°C niż dziś, a poziom wody był o 25-35 metrów wyższy od obecnego[ 56]. Taki też byłby ostateczny wzrost poziomu morza przy utrzymaniu obecnej atmosferycznej koncentracji CO2. Założenie, że ograniczymy emisje, a stężenie dwutlenku węgla w atmosferze nie będzie dalej rosnąć wydaje się jednak bardzo optymistyczne. Co się stanie kiedy wpuścimy do atmosfery jeszcze więcej gazów cieplarnianych? W eocenie (34-56 mln lat temu), kiedy było cieplej o 4°C, na Ziemi w ogóle nie było lodu, a poziom wody był wyższy o 70 metrów[ 57]. Lądolody Grenlandii i Antarktydy tracą masę coraz szybciej. Pokazuje to szereg pomiarów wykonywanych różnymi metodami. Najdokładniejsze pochodzą z satelitów GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), rejestrujących zmiany w polu grawitacyjnym Ziemi z czułością umożliwiającą nawet określanie poziomu wody w rzekach i zbiornikach podziemnych czy zachowania prądów oceanicznych.

Rys. Utrata masy przez lądolód Grenlandii. Uwaga: zero oznacza średnią masę lądolodu. Lądolód Grenlandii nie przybierał na masie przed 2006 rokiem, po prostu jego masa była wtedy powyżej średniej z okresu 2002-2012. Źródło

53

http://www.tinyurl.com/yhaytwu http://www.tinyurl.com/l44me9 55 http://www.tinyurl.com/66wkeez 56 http://www.tinyurl.com/6k5k76w 57 http://www.tinyurl.com/6k5k76w 54

31


Utrata masy przez lądolód Antarktydy 1000 800

zmiany masy lądolodu [mld ton]

600 400 200 0 -200 -400 -600 -800 -1000 2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

Rys. Utrata masy przez lądolód Antarktydy. Uwaga: zero oznacza średnią masę lądolodu. Lądolód Antarktydy nie przybierał na masie przed 2006 rokiem, po prostu jego masa była wtedy powyżej średniej z okresu 2002-2010. Źródło

Związany z obecną koncentracją gazów cieplarnianych wzrost średniej temperatury powierzchni planety o ponad 2°C nie wydaje się taki wielki (choć, jeśli koncentracja CO2 utrzyma się przez dłuższy czas i zadziałają dodatnie sprzężenia zwrotne – stopienie czap lodowych i przesunięcie stref roślinnych, może to być nawet 3-4°C). Jeśli jednak nadal będziemy spalać paliwa kopalne w coraz szybszym tempie (o ile ich wystarczy), to do końca stulecia możemy zwiększyć ich koncentrację do poziomu, który wraz ze sprzężeniami zwrotnymi podniesie temperaturę o 6°C – a może nawet bardziej. Jakie będą tego następstwa? No dobrze, a więc faktycznie wpływamy na klimat i kolejnej epoki lodowcowej nie będzie. Może więc to i dobrze – w końcu nadejście epoki lodowcowej byłoby bardzo nieprzyjemne – świat o kilka stopni chłodniejszy, w którym dużą część krajów północy pokrywa lądolód, to niezbyt pożądana perspektywa. No i kto powiedział, że obecny układ stref klimatycznych, linii brzegowej, pustyń i lodowców jest dla nas optymalny? Prawdopodobnie gdybyśmy zastali świat z innym układem stref klimatycznych, linii brzegowej, pustyń i lodowców, dostosowalibyśmy się do niego. Jednak porzucenie miast nadbrzeżnych, wraz z ich historią i skarbami architektury, opuszczenie całych krajów zalewanych przez wodę albo przejmowanych przez pustynie, migracje setek milionów ludzi, będzie wiązać się z olbrzymimi kosztami i wywrze ogromną presję na naszą cywilizację. A to tylko wierzchołek góry lodowej. Głównym problemem nie jest taka czy inna średnia temperatura planety, ale zmiany temperatury, a szczególnie jej wzrost. Aby zrozumieć naszą sytuację lepiej i znaleźć analogii obecnej zmiany klimatu, musimy cofnąć się znacznie dalej w przeszłość, aż do czasów wymierania dinozaurów.

Jeszcze dalej w przeszłość – kiedyś było znacznie cieplej… Jak określić temperaturę dziesiątki milionów lat temu? Żadne rdzenie lodowe nie sięgają przecież tak daleko w przeszłość - w tak odległej przeszłości w ogóle nie było na Ziemi lodu.

32


Możemy skorzystać jednak z rdzeni osadów oceanicznych. Przez wiele milionów lat deszcz martwych resztek organizmów morskich opadał na dno, tworząc na nim osady. Dziś możemy je pobierać w wielu miejscach na całym świecie, po prostu wpuszczając w dno długą rurę, zamykając jej dolny koniec i wyciągając całość na powierzchnię. Osady układają się warstwami, które możemy datować, podobnie jak w przypadku rdzeni lodowych. Możemy następnie badać tworzące osady szczątki organiczne – względne zawartości pierwiastków w szkielecikach, proporcje izotopów czy grubości błon lipidowych. Mamy do dyspozycji wiele różnorodnych metod, których wyniki możemy porównywać zarówno ze sobą nawzajem, jak i (dla ostatnich setek tysięcy lat) z pomiarami z rdzeni lodowych. Jednym ze sposobów mierzenia dawnych temperatur jest analiza składu izotopowego muszli malutkich organizmów takich jak otwornice[58].

Szkieleciki otwornic z osadów oceanicznych.

Zwierzątko to pobierało z wody wapń, dwutlenek węgla i tlen, budując z nich swój szkielet z węglanu wapnia (CaCO3). Znajdujący się w wodzie tlen występuje w dwóch izotopach – lekkim 16O i cięższym 18O. W zależności od temperatury, otwornice wbudowują w siebie te izotopy w różnych proporcjach – możemy tę zależność zmierzyć i wykalibrować w laboratorium. Im temperatura jest wyższa, tym więcej jest lekkiego tlenu 16O względem cięższego 18

O. Mamy więc swoisty termometr, który pozwala nam wykonać pomiary sięgające dziesiątki, a nawet setki

milionów lat w przeszłość. Owszem, trzeba dokonać korekt uwzględniających zmiany względnej ilości izotopów tlenu w oceanach, związanej z istnieniem czap lodowcowych, do których trafia więcej lekkiego tlenu 16O (bo jako lżejszy łatwiej wyparowuje z oceanu), przez co w oceanach pozostaje względnie więcej ciężkiego tlenu 18O. Jednak dzięki pomiarom rdzeni lodowych można wykonać taką kalibrację. W ten sposób otrzymujemy informacje o temperaturach panujących w głębinach oceanicznych podczas minionych milionów lat. Możemy je przełożyć na temperatury powierzchni – temperatura w głębinach jest taka sama jak temperatura powierzchni na wysokich szerokościach geograficznych w okresie zimowym, bo tam woda wychładza się, staje się gęsta i opada na dno[59].

58 59

http://www.tinyurl.com/6k5k76w http://www.tinyurl.com/yg74tje

33


Rys. Temperatury w głębinach oceanicznych w ostatnich 65 milionach lat. Źródło.

Temperatura we wczesnym kenozoiku (to okres od wymarcia dinozaurów 65 milionów lat temu do chwili obecnej) rosła, 50 milionów lat temu sięgając 13°C w rejonach polarnych. To tyle, co obecnie w rejonach podzwrotnikowych. To dopiero są WIELKIE zmiany klimatu. Następnie temperatura zaczęła spadać, około 34 milionów lat temu zaczęła zamarzać Antarktyda, a następnie kilka milionów lat temu Arktyka. Obecny okres jest wyjątkowo chłodny. Dlaczego takie zmiany miały miejsce? Słońce świeciło coraz mocniej – w ciągu 65 milionów lat jego moc wzrosła o 0,65 procent, czyli około 1,5 W/m2. Skoro moc Słońca rosła, to powinno się ocieplać, prawda? Tymczasem temperatura spadała. A więc to nie zmiany energii otrzymywanej ze Słońca sterowały klimatem. No to może przyczyną zmian klimatu była zmiana rozmieszczenia kontynentów? Jednak 65 milionów lat to nie tak dużo w skali planety. Owszem, poszerzył się Atlantyk, Ameryki połączyły się, a poziom mórz ze względu na brak czap lodowych był wyższy o 75 metrów, ale same kontynenty nie zmieniły znacząco swojego położenia, w tym szerokości geograficznych, szczególnie istotnych dla pochłaniania energii. Naukowcy szacują, że zmiana rozmieszczenia kontynentów, mogła skutkować zmianą wymuszenia radiacyjnego na skalę planety rzędu maksymalnie 1 W/m2[60]. Wykonajmy teraz ukłon w stronę sceptyków podkreślających, że w historii Ziemi bywały okresy, w których koncentracja dwutlenku węgla była wielokrotnie wyższa niż dziś. Szczera prawda. O ile przed epoką przedprzemysłową mieliśmy w atmosferze 280 ppm dwutlenku węgla, a podczas epok lodowcowych jedynie 170 ppm, to we wczesnym kenozoiku stężenie tego gazu było rzędu 1000-2000 ppm. Największa ilość dwutlenku węgla w atmosferze podczas kenozoiku odpowiadała więc mniej więcej ośmiokrotności wartości minimalnej (czyli trzem podwojeniom: 170 → 340 → 680 → 1360). Zauważyliśmy już wcześniej, że każde podwojenie ilości gazu cieplarnianego daje podobne wymuszanie radiacyjne, co oznacza, że trzy podwojenia dają wymuszanie radiacyjne rzędu trzykrotności 4 W/m2. Więc same zmiany ilości dwutlenku węgla w atmosferze spowodowały zmianę

60

http://www.tinyurl.com/yg74tje

34


wymuszania radiacyjnego o -12 W/m2, o rząd wielkości więcej niż te związane ze Słońcem czy ułożeniem kontynentów[61]. Dlaczego jednak tak wielkie zmiany koncentracji dwutlenku węgla miały miejsce? Tak wielkie ilości węgla nie mogły pochodzić z „szybkiego” cyklu węglowego jak podczas epok lodowcowych – pozwoliłoby to co najwyżej na zmiany rzędu 100 ppm, a nie 1000 ppm. I tu do gry włączają się wulkany i wietrzenie skał. Na początku rozpatrywanego okresu Indie przemieszczały się na północ, wywołując erupcje wulkaniczne w rejonie, do którego rzeki Azji od milionów lat zrzucały osady węglowe pochodzenia organicznego. W wyniku działania wulkanów do atmosfery trafiała nadmiarowa ilość dwutlenku węgla, który się w niej kumulował – więc temperatura planety rosła. Gdy 50 milionów lat temu płyta indyjska uderzyła w Azję, wsunęła się pod nią, prowadząc do wypiętrzenia Himalajów i Wyżyny Tybetańskiej, a więc odsłonięcia wielkich pokładów niezwietrzałych skał. Równocześnie wzmożona aktywność wulkaniczna ustała, i rozpoczął się trwający miliony lat trend zmniejszania się ilości dwutlenku węgla w atmosferze. W miarę jak ilość dwutlenku spadała, słabł też efekt cieplarniany i obniżała się temperatura planety. Gdy 34 miliony lat temu koncentracja dwutlenku węgla spadła do poziomu około 450 ppm, Antarktyda zaczęła pokrywać się czapą lodową (przyczyniło się też do tego oddzielenie się Antarktydy od Ameryki Południowej). Poziom 450 ppm dwutlenku węgla był więc granicą pomiędzy wolnym od lodu światem z poziomem wody wyższym o 75 metrów, a Antarktydą pokrytą grubym lądolodem[ 62]. Policzyliśmy wcześniej kiedy osiągniemy ten poziom przy kontynuacji naszej obecnej drogi. W latach 30-tych obecnego stulecia. Oczywiście lądolód Antarktydy nie stopi się z dnia na dzień, jednak gdy proces ten już się rozpocznie, nie będziemy w stanie go zatrzymać. A jak ma się to do stwierdzeń sceptyków (i poglądu wielu zwyczajnych ludzi), że naturalne zmiany klimatu są wielkie w porównaniu z naszymi działaniami? Owszem, naturalne czynniki potrafią zmieniać ilości gazów cieplarnianych w atmosferze i klimat w radykalnym stopniu. Przyjrzyjmy się jednak skalom czasowym. Gdy Indie sunęły na północ przez ocean, koncentracja dwutlenku węgla rosła o 0,0001 ppm rocznie, czyli o 1 ppm w ciągu 10 tysięcy lat. Na skumulowanie się w atmosferze dodatkowych 100 ppm dwutlenku węgla potrzeba było miliona lat. Dziś, spalając paliwa kopalne, zwiększamy koncentrację dwutlenku węgla o 2 ppm rocznie (a proces wciąż przyspiesza). Nasze emisje są o rzędy wielkości większe od naturalnych, podobnie tempo zmiany wymuszania radiacyjnego. To my kontrolujemy dziś klimat Ziemi, choć „kontrolujemy” to niewłaściwe słowo – wsiedliśmy raczej do rollercoastera i pędzimy przed siebie, przeprowadzając eksperyment na klimacie planety[ 63]. Temperatura stopniowo spadała dalej. Kilka milionów lat temu zaczęła zamarzać Arktyka, a następnie Ziemia weszła w okres cykli epok lodowcowych, którym już się przyjrzeliśmy. 55 milionów lat temu, zanim jeszcze Indie zderzyły się z Azją, doszło do bardzo dziwnego zdarzenia, które określamy mianem PETM – paleoceńsko-eoceńskiego maksimum termicznego – gwałtownego wzrostu temperatury o 5-9°C (to 61

http://www.tinyurl.com/yg74tje http://www.tinyurl.com/yg74tje 63 http://www.tinyurl.com/yg74tje 62

35


właśnie podczas PETM nad brzegami Oceanu Arktycznego rosły bananowce i mieszkały krokodyle). Do atmosfery trafiło wtedy 3 000 miliardów ton węgla – ilość porównywalna z całymi zasobami ropy, węgla i gazu. Wiemy, że był to węgiel pochodzenia organicznego – świadczy o tym gwałtowny wzrost ilości lekkiego węgla 12C względem cięższego węgla 13C (podobnie jak obecnie, gdy wrzucamy do cyklu węglowego węgiel z paliw kopalnych)[64]. Najbardziej prawdopodobnym źródłem tak wielkiej ilości węgla są hydraty metanu, które poznałeś w rozdziale 10. Ich pokłady są stabilne w warunkach wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury. Wzrost temperatury w okresie 60-55 milionów lat temu doprowadził do ogrzania się głębin oceanów o 2-3°C i destabilizacji pokładów hydratów. Niewielkie ilości wyzwalanego metanu mogą rozpuszczać się w wodzie, wychwytują go bakterie, reaguje też z tlenem zmieniając się w dwutlenek węgla. Jednak kiedy proces ucieczki metanu zacznie się nasilać, zmniejszenie ciśnienia gazu w złożu może spowodować jego gwałtowną destabilizację i wydostanie się metanu do atmosfery. Metan jest silnym gazem cieplarnianym, a po utlenieniu się do dwutlenku węgla może istnieć w atmosferze przez tysiące lat, co prowadzi do wzmocnienia efektu cieplarnianego i dalszego nagrzewania się atmosfery i oceanów. W tych warunkach postępowała destabilizacja złóż hydratów – proces ten trwał około tysiąca lat. Cykl węglowy został nasycony tak wielką ilością węgla, że powrót do stanu wyjściowego trwał około 100 tysięcy lat – dokładnie taką skalę czasową pochłaniania zbliżonej emisji z paliw kopalnych przewidują modele. Jeśli więc wpuścimy do atmosfery tysiące miliardów ton węgla, musimy liczyć się z tym, że klimat nie powróci do znanego nam stanu w żadnej dającej się wyobrazić przyszłości[ 65]. Podczas PETM wymarła blisko połowa mieszkających w głębinach oceanicznych gatunków otwornic, jednak ponieważ wzrost temperatury trwał około 1000 lat, zwierzęta i rośliny miały czas na adaptację – zdecydowana większość gatunków lądowych przetrwała te zmiany, migrując tysiące kilometrów w kierunku biegunów. To dość pocieszająca wiadomość. Jednak obecnie zamieszkujące Ziemię gatunki znajdują się w znacznie trudniejszej sytuacji. Już teraz poddane są wyjątkowej presji z naszej strony, a ich miejsca życia są pofragmentowane, co znacznie utrudni, a wielu gatunkom wręcz uniemożliwi migrację. Ponadto wywoływane przez nas obecne ocieplenie będzie zachodzić znacznie szybciej, nie będzie więc czasu na adaptację genetyczną. Podczas PETM do atmosfery trafiła ilość dwutlenku podobna węgla do tej, którą wyemitujemy jeśli spalimy większość paliw kopalnych. Oprócz skali czasowej – obecnie znacznie krótszej – jest jeszcze jedna istotna różnica. Podczas PETM doszło do ocieplenia wywołanego prawdopodobnie przez hydraty metanu, nałożonego na trwający miliony lat trend ocieplający. Dziś jesteśmy na drodze do trwającego zaledwie stulecie wpompowania do atmosfery tysięcy miliardów ton węgla z paliw kopalnych, które samo w sobie podniesie temperaturę o kilka stopni, a na to gwałtowne ocieplenie dodatkowo nałoży się destabilizacja istniejących dziś pokładów hydratu metanu. A są one, po trwającym dziesiątki milionów ochładzaniu się klimatu, bardzo obfite – szacuje się, że zawierają one 500 do 10 000 miliardów ton węgla[ 66].

64

http://www.tinyurl.com/yg74tje http://www.tinyurl.com/yg74tje 66 http://www.tinyurl.com/6dt5wcd 65

36


Aby znaleźć analogię takiej sytuacji, musimy cofnąć się jeszcze dalej w przeszłość – do przełomu permu i triasu, 250 milionów lat temu.

Wielkie wymieranie Na przełomie permu i triasu doszło do największego w historii Ziemi wymierania gatunków. Zginęło wtedy ponad 90 procent zamieszkujących Ziemię gatunków, co oznacza eksterminację prawie wszystkich zamieszkujących Ziemię istot. Otrząśnięcie się życia z tego szoku i powrót do normalności zajęło kilka milionów lat. Jak do tego doszło? Badając to zdarzenie stwierdzono ślady gwałtownego ocieplenia, podwyższonych koncentracji dwutlenku węgla, zwiększonej ilości lekkich izotopów węgla, podniesienia się poziomu oceanów, odtlenienia wód oceanicznych i wzrostu ich kwasowości, masowego rozkwitu fotosyntetyzujących bakterii siarkowych, intensywnej aktywności wulkanicznej na Syberii oraz śladu uderzenia dużej asteroidy[67]. Cała masa atrakcji. Jak ułożyć je w spójną całość? Katastrofa ta miała miejsce bardzo dawno temu, nie wiemy więc z absolutną pewnością, jak dokładnie przebiegały zdarzenia, ale mogło to wyglądać tak… Wyobraź sobie, że jesteś nad Ziemią. Błękitna planeta unosi się w kosmosie, nad jej oceanami i kontynentami unoszą się chmury. Na powierzchni planety i w jej oceanach kwitnie życie.

Układ kontynentów jest inny niż dziś - to Ziemia sprzed 250 milionów lat. Świat jej mieszkańców właśnie się kończy – zginie ponad 90 procent zamieszkujących Ziemię gatunków. Spoglądając w bok widzisz zmierzający w kierunku Ziemi asteroid. Duży asteroid, wielkości 50 kilometrów. Jest tak wielki, że kiedy wbija się w skorupę ziemską, jego tył wciąż znajduje się na wysokości ziemskiej stratosfery. Przez chwilę nic nie widać – jasny błysk powoduje chwilową utratę wzroku. W miejscu uderzenia wszystko natychmiast wyparowuje. Uderzenie termiczne, deszcz wyrzuconych w górę skał i trzęsienia ziemi dewastują kontynent. Do atmosfery unosi się pył, który na lata przyćmiewa światło Słońca. Cały kontynent został praktycznie wymieciony przez uderzenie. Ale to był dopiero początek historii zagłady.

67

http://www.tinyurl.com/6h5qzlh

37


Fale sejsmiczne rozchodzą się z miejsca uderzenia, skupiając się po przeciwnej stronie globu. Skorupa ziemska pęka, z wnętrza Ziemi wylewa się magma, tworząc na obszarze milionów kilometrów kwadratowych potężne pola wulkanów. Olbrzymie ilości pyłów i aerozoli wulkanicznych dołączają do pyłu wyrzuconego podczas zderzenia. Nastaje wszechogarniająca zima. Zatrzymuje się fotosynteza roślin, giną roślinożercy, potem mięsożercy i padlinożercy. Wyrzucone przez wulkany tlenki siarki powodują kwaśne deszcze, które dodatkowo niszczą roślinność. Głód wędruje w górę łańcucha pokarmowego. Wielkie wymieranie będzie miało trzy etapy. To pierwszy z nich. Wieloletniej zimy, zmiany klimatu i braku pożywienia nie przetrwa wiele gatunków lądowych. Na razie życie w morzach przygląda się temu w miarę spokojnie. Nie wie, że następna przewracająca się kostka domina przygniecie je najciężej. Wulkany wpompują do atmosfery olbrzymie ilości dwutlenku węgla. Gaz cieplarniany powoli robi swoje – temperatura rośnie o kilka stopni, podnosi się poziom oceanów, szybko rośnie też ich kwasowość. Wzrost temperatury na biegunach powoduje zatrzymanie się krążenia oceanicznego i wyłączenia mechanizmów usuwania CO2 z atmosfery, a co gorsza – dotleniania głębokich warstw oceanów. Ogrzanie się powierzchniowych warstw oceanu zmniejsza ich gęstość i dodatkowo utrudnia mieszanie się natlenionej wody z powierzchni z chłodnymi wodami głębin. Ciepła atmosfera prowadzi do stopniowego ogrzewania się oceanów – ciepło przenosi się do coraz głębszych warstw wody, prowadząc do zmniejszenia natlenienia wód oceanicznych. Dochodzi do odwrócenia się krążenia prądów oceanicznych – zamiast opadania zimnej wody w wysokich szerokościach geograficznych (jak obecnie), tonie na niskich szerokościach geograficznych woda ciepła lecz silnie zasolona w wyniku intensywnego parowania. Docierająca na dno oceaniczne ciepła woda destabilizuje złoża hydratów metanu w osadach dennych. Z początku metan wyzwala się stopniowo – wychwytują go bakterie, reaguje też z tlenem w wodzie. Prowadzi to do dalszego odtlenienia się oceanów, czemu z zainteresowaniem i niecierpliwością przyglądają się bakterie siarkowe. Ale ich pora nadejdzie później... Kiedy proces ucieczki metanu zaczyna się nasilać, zmniejszenie ciśnienia gazu w złożu powoduje jego gwałtowną destabilizację. Do atmosfery trafiają w ten sposób miliardy ton metanu, który ma okazję wykazać się jako silny gaz cieplarniany. Temperatura rośnie o kolejne kilka stopni. W sumie wzrost temperatury wynosi 10°C lub nawet więcej. Niejako przy okazji mają miejsce eksplozje naturalnych bomb paliwowo-powietrznych. Po wymieszaniu z powietrzem, przy stężeniu 5-15% metan tworzy mieszaninę wybuchową. Zapłon metanu uwolnionego nawet z relatywnie niewielkiego złoża wyzwala energię równą eksplozji setek największych bomb wodorowych. Badając zachodzące wtedy zdarzenia odkrywamy duże ilości substancji pochodzących od fotosyntetyzujących bakterii siarkowych. Dziś występują one w beztlenowych środowiskach słonowodnych, na przykład w pewnych rejonach bezodpływowych słonych jezior czy w Morzu Czarnym. Prawdopodobnie to bakterie siarkowe były ostatecznym narzędziem zagłady. Odtlenienie oceanów postępowało. Drzemiące dotychczas w przydennych warstwach oceanów i mórz beztlenowe bakterie siarkowe zaczęły się mnożyć i wytwarzały ogromne ilości siarkowodoru. Ten rozpuszczał się w wodzie, a w miarę jak jego stężenie rosło, przenosił się ku powierzchni przesuwając chemoklinę (granicę między 38


wodami utlenionymi, a zdominowanymi przez siarkowodór) w stronę powierzchni oceanu. W końcu chemoklina sięgnęła powierzchni. W takich warunkach zaczęły masowo ginąć oddychające tlenem organizmy morskie. Natomiast doskonale funkcjonowały w nich fotosyntetyzujące bakterie siarkowe, które otrzymawszy dostęp do światła słonecznego mogły namnażać się już na samej powierzchni beztlenowego oceanu. Teraz ogromne ilości trującego siarkowodoru mogły już bez przeszkód trafiać do atmosfery. Powietrze tak bardzo nasyciło się siarkowodorem, że zabijał on zarówno zwierzęta jak i rośliny, szczególnie, że wraz z temperaturą rośnie toksyczne działanie tego gazu. Siarkowodór nie był jednak jedynym zabójcą, a przynajmniej nie bezpośrednim – gaz ten spowodował zniszczenie powłoki ozonowej w górnych warstwach atmosfery ziemskiej, chroniącej żywe organizmy przed promieniowaniem ultrafioletowym. Zabijało to nie tylko organizmy lądowe, ale także morskie, w tym plankton. A gdy pierwszy składnik łańcucha pokarmowego przestawał istnieć, w niedługim czasie zagłada spotkała również kolejne organizmy. Przedstawiony scenariusz jest oczywiście pewnym uproszczeniem. Opisanym zjawiskom towarzyszyło wiele innych, pomniejszych procesów, wpływających na przebieg katastrofy. Jednak opisana historia, chociaż uproszczona, prawdopodobnie dobrze oddaje zachodzące wtedy na Ziemi wydarzenia. Wiele mniejszych i większych wymierań zdarzało się w tym samym czasie, co okresy globalnego ocieplenia. Opisana sekwencja wydarzeń pasuje nie tylko do śladów z końca permu. Obecność biomarkerów i skał osadowych charakterystycznych dla środowiska beztlenowego wskazuje, że taka sama gigantyczna katastrofa ekologiczna mogła wydarzyć się pod koniec triasu, środkowej kredy i dewonu. Powiązanie wysokiej koncentracji gazów cieplarnianych z wymieraniem istot żywych potwierdza obecność siarki na wszystkich stanowiskach oraz pomiary izotopowe węgla wykazujące, że koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze gwałtownie rosła tuż przed początkiem wymierania i utrzymywała się na wysokim poziomie przez setki tysięcy, a nawet kilka milionów lat. Dowodzi to, że wielkie wymierania związane są z okresowo powtarzającym się w historii Ziemi ociepleniem klimatu[68].

68

http://www.tinyurl.com/8p8wfg, http://www.tinyurl.com/6h5qzlh, http://www.tinyurl.com/6f98x35, http://www.tinyurl.com/yg74tje

39

http://www.tinyurl.com/6ek2z99,


Sekwencja prowadząca do wielkiego wymierania W wyniku działania dwutlenku węgla rośnie temperatura atmosfery, a w konsekwencji oceanów ↓ W ogrzanych oceanach następuje destabilizacja pokładów hydratów metanu ↓ Metan trafia do atmosfery, przemienia się w trwały dwutlenek węgla ↓ W wyniku działania dwutlenku węgla i metanu rośnie temperatura, spada natlenienie wód oceanów ↓ Powstają korzystne warunki dla przydennych bakterii beztlenowych produkujących siarkowodór ↓ Chemoklina przesuwa się w górę aż do powierzchni oceanu ↓ Powstają warunki dla rozwoju fotosyntetyzujących bakterii siarkowych ↓ W oceanach brakuje tlenu, w wodzie rośnie ilość siarkowodoru ↓ Giną organizmy morskie ↓ Siarkowodór trafia do atmosfery, znika powłoka ozonowa ↓ Giną rośliny i zwierzęta lądowe

Opisane zdarzenia miały miejsce dawno temu, jednak powiązanie z dzisiejszą sytuacją jest aż nadto wyraźne. Zastąpmy emisję dwutlenku węgla z wulkanów syberyjskich spalaniem paliw kopalnych, a całą resztę zostawmy bez zmian. Wulkany wyemitowały do atmosfery kilkanaście tysięcy miliardów ton węgla. Zajęło im to jednak aż setki tysięcy lat, przez co emitowany dwutlenek węgla był w większości usuwany z atmosfery, a wzrost temperatury był powolny[69]. Jak ma się to do naszej obecnej działalności? Spalając wszystkie dostępne zasoby paliw kopalnych (co wielu ludzi uznaje za oczywistość) wpompujemy do atmosfery 5000 miliardów ton węgla, a zrobimy to w czasie tysiące razy krótszym – zupełnie niewystarczającym na zadziałanie mechanizmów usuwających nasze emisje z atmosfery[ 70]. Czy uda nam się powtórzyć scenariusz wielkiego wymierania na skalę podobną do tej z przełomu permu i triasu? Nie wiemy tego. Szacuje się, że długotrwały wzrost temperatury Ziemi o 3°C doprowadzi do wyzwolenia 85% metanu z hydratów[ 71]. Nie jesteśmy jednak pewni, przy jakich dokładnie warunkach może dojść do opisanego przejścia fazowego, odtlenienia oceanów, destabilizacji pokładów hydratu metanu tej skali i rozkwitu bakterii siarkowych. Wiemy za to, że kiedy rozpoczęty cykl zagłady stanie się dostrzegalny, nie będzie już możliwości zatrzymania go i 69

http://www.tinyurl.com/6f98x35 http://www.tinyurl.com/6a66pqv 71 http://www.tinyurl.com/6cja8l5 70

40


powrotu do wcześniejszego stanu. Owszem, tak jak wcześniej, Ziemia najprawdopodobniej znów powróci do stanu sprzed wielkiego wymierania. Ale nastąpi to po setkach tysięcy lub nawet milionach lat zagłady obecnego życia. Miejmy nadzieję, że nie będziemy mieli przyjemności obserwować tego spektaklu. Ze sceny. Ponura wizja, prawda? Już chyba nic gorszego nie może nas spotkać. Cóż, skoro pytasz… Niestety, może – a przyczyną tego są: bardzo mała skala czasowa naszego impulsu węglowego i Słońce.

Syndrom Wenus Wenus to bliska siostra Ziemi – jej średnica wynosi 95 procent średnicy Ziemi, powstała z tego samego obłoku materii, z podobnym składem atmosfery. U zarania Układu Słonecznego Słońce świeciło o 30 procent słabiej niż dzisiaj, prawdopodobnie więc na powierzchni Wenus znajdowały się oceany. Jednak nie przetrwały do naszych czasów. W miarę jak jasność Słońca rosła, oceany parowały w coraz wyższej temperaturze. Po przekroczeniu krytycznej koncentracji pary wodnej (będącej przecież gazem cieplarnianym) temperatura zaczęła rosnąć w sposób niepohamowany, powodując odparowanie jeszcze większej ilości wody. W końcu oceany Wenus wyparowały całkowicie. Wysokoenergetyczne promieniowanie Słońca przez miliony lat, przy braku chroniącego Wenus pola magnetycznego, rozbijało cząsteczki wody. Lekki wodór uciekał w przestrzeń kosmiczną, a tlen połączył się z węglem tworząc istniejącą dzisiaj atmosferę z dwutlenku węgla.

Wenus. Źródło: Celestia Solar System Simulator

Rozbuchany efekt cieplarniany uczynił z Wenus miejsce, które przypomina piekło. Dziś atmosfera Wenus jest 100 razy gęstsza od ziemskiej i w ponad 96% składa się z dwutlenku węgla. Efekt cieplarniany podnosi temperaturę do ponad 460°C. Pierwsze sondy kosmiczne, mające wylądować na planecie, nie docierały do powierzchni planety, lecz ulegały zniszczeniu wysoko w jej atmosferze[72].

72

http://www.tinyurl.com/5su2ccl

41


Na Wenus doszło do efektu rozbuchanej szklarni. Czy Ziemię mógłby spotkać podobny los? Oczywiście tak. Gdybyśmy magicznie przenieśli Ziemię na orbitę Wenus, naszą planetę spotkałby taki sam los – oceany wyparowałyby, a powierzchnia Ziemi zamieniłaby się w wypaloną, gorętszą od wnętrza piekarnika pustynię. Ze stanu Ziemi-śnieżki nasza planeta potrafi się wydostać dzięki akumulacji gazów cieplarnianych w atmosferze. Ze stanu Ziemi-Wenus nie ma już ucieczki – to ostateczny mechanizm niszczący życie na planecie. Oczywiście nie przesuniemy Ziemi na orbitę Wenus. Ale wzrost mocy Słońca miałby ten sam skutek. To zresztą nastąpi – za około miliard lat Słońce będzie świecić o 10 procent silniej niż dziś – będzie to tożsame dodatkowemu wymuszaniu radiacyjnemu równemu mniej więcej 25 W/m2. To w zupełności wystarczy, żeby wywołać stan rozbuchanej szklarni. Prawdopodobna granica, za którą on się znajduje, wynosi kilkanaście, może 20 W/m2 względem stanu obecnego. W przeszłości koncentracja dwutlenku węgla sięgała prawdopodobnie nawet kilku tysięcy ppm[73] – nie mamy szans doprowadzić do tego stanu nawet gdybyśmy spalili wszystkie paliwa kopalne. Jeśli naprawdę się postaramy, może nam się udać co najwyżej zwiększyć ilość atmosferycznego dwutlenku węgla do 2 000 ppm. Oznacza to trzy podwojenia względem epoki przedprzemysłowej (280 → 560 → 1040 → 2080 ppm), czyli dodatkowe wymuszanie radiacyjne 12 W/m2. Czyli powinniśmy być bezpieczni, prawda? Niestety niezupełnie. W ciągu ostatnich 250 milionów lat jasność Słońca wzrosła o 2,5%, co odpowiada dodatkowym 6 W/m2. Podniesienie atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla do poziomu sprzed 250 milionów lat, oznaczałoby więc osiągnięcie przez Ziemię temperatury odpowiadającej wymuszaniu radiacyjnemu o 6 W/m2 wyższemu niż podczas rekordowego ocieplenia na przełomie permu i triasu. Odpowiadające temu podniesienie temperatury Ziemi o 4°C powyżej ówczesnego poziomu mogłoby już wystarczyć do przerzucenia klimatu Ziemi do stanu, w jakim jest Wenus[ 74]. Ponadto nasze zaburzenie jest wyjątkowo szybkie – wyrzucenie do atmosfery tysięcy miliardów ton węgla (czyli kilkunastu tysięcy miliardów ton dwutlenku węgla) w ciągu stulecia byłoby znacznie szybsze od skali czasowej emisji tego gazu przez wulkany syberyjskie czy naturalnie destabilizujące się hydraty metanu. Do naszych emisji dojdzie wyjątkowo szybka destabilizacja bardzo obfitych złóż hydratów metanu. Zachodzące powoli procesy pozwalały wtedy na zadziałanie ujemnych sprzężeń zwrotnych – teraz nie będą miały czasu, żeby efektywnie zadziałać. Możliwe, że mylimy się w tych prognozach. Nasza wiedza o odległej przeszłości jest wciąż uboga. Nie wiemy jednak, w którą stronę się mylimy. Wróćmy na chwilę do PETM. Badania głębinowych osadów węglanowych prowadzą do wniosku, że podczas PETM nie mogło wyzwolić się więcej niż 3 000 mld ton węgla, co odpowiada wzrostowi atmosferycznej koncentracji CO2 o 700 ppm[ 75]. I tu napotykamy paradoks – jeśli początkowa koncentracja CO2 wynosiła około 1 000 ppm, to nastąpił wzrost do 1 700 ppm – czyli niecałe podwojenie. Powinno to podnieść temperaturę o około 2°C. A temperatura

73

http://www.tinyurl.com/3dwapw http://www.tinyurl.com/yg74tje 75 http://www.nature.com/ngeo/journal/v2/n8/full/ngeo578.html 74

42


wzrosła o 5-9°C. Czyżby więc czułość klimatu była znacznie wyższa, a więc i Ziemia była znacznie bliżej rozbuchanej szklarni, niż nam się wydaje? Ale może początkowa koncentracja CO2 była niższa – na poziomie 500 ppm? Wtedy wzrost atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla o 700 ppm oznaczałby zmianę z 500 ppm do 1 200 ppm, czyli więcej niż podwojenie, co przekładałoby się na wzrost temperatury o 4°C. Ale ponieważ wzrost temperatury był wyższy, wciąż znaczyłoby to, że czułość klimatu była wtedy wyższa, a ponadto ilość dwutlenku węgla w atmosferze mogłaby zostać podniesiona przez naszą emisję do naprawdę rekordowego poziomu, co przy znacznie jaśniejszym Słońcu mogłoby okazać się fatalne w skutkach[76]. Gramy w grę, której zasada do końca nie znamy, nie wiedząc też, o jaką stawkę – być może jest nią nawet istnienie całego życia na naszej planecie, z nami włącznie. W całej przeszłej historii Ziemi nie znajdujemy dobrego precedensu obecnie przeprowadzanego przez nas eksperymentu polegającego na szybkim wzmocnieniu mechanizmów powodujących wzrost temperatury. Nie wiemy też, jak bliskie destabilizacji są pokłady metanu w wiecznej zmarzlinie i hydratach. To jednak pytanie „kiedy”, a nie „czy”. Jeśli spalimy wszystkie paliwa kopalne, bez wątpienia stopimy całe czapy lodowe, a poziom oceanów wzrośnie o 75 metrów, co w większości nastąpi już w najbliższych stuleciach. Pokłady hydratów metanu są dziś bardziej obfite niż w czasie PETM. Nie ma też co liczyć, że pozostaną one stabilne gdy oceany się nagrzeją. W tym przypadku na nasze emisje i ocieplenie związane ze spalaniem paliw kopalnych nałoży się ocieplenie spowodowane wyzwoleniem się hydratów metanu. Kiedy znikną stabilizujące wzrost temperatury czapy lodowe, nie będziemy w stanie zrobić nic, żeby przeciwdziałać przemianie Ziemi w drugą Wenus. Niektórzy mówią, że groźne zmiany klimatu już mają miejsce, więc nie ma co myśleć o redukcji emisji, lecz skupić się na adaptacji do zmieniającego się klimatu, poziomu i kwasowości oceanów. To bardzo groźne podejście, bo to co się zdarzy, zależy od czułości klimatu i jego sprzężeń zwrotnych, ale przede wszystkim od tego, jak dużo spalimy paliw kopalnych. W najlepszym razie możemy powiedzieć, że przeprowadzamy bezprecedensowy eksperyment geoinżynieryjny na skalę globalną, nie mając pojęcia co właściwie robimy. Jakie są więc scenariusze dalszego rozwoju sytuacji?

Scenariusze przyszłej zmiany klimatu Za granicę bezpieczeństwa można uznać poziom wzrostu temperatury o 2°C. Jak pamiętamy, obecna koncentracja gazów cieplarnianych, przy wyłączeniu wpływu aerozoli i daniu oceanom czasu na podniesienie temperatury już wystarcza do przekroczenia tej wartości. Dlaczego poziom 2°C jest tak istotny? Ponieważ takie temperatury panowały stosunkowo niedawno – w interglacjale eemskim 120 tysięcy lat temu. Żeby napotkać wyższe temperatury, musimy cofnąć się o 3 miliony lat i więcej[77]. Jednym słowem – jeśli podkręcimy nasz planetarny termostat ponad te 2°C, to ryzykujemy wyzwoleniem gazów z wiecznej zmarzliny i hydratów metanu, które zbierały 76 77

http://www.tinyurl.com/yg74tje http://www.tinyurl.com/3dwapw

43


się od setek tysięcy i milionów lat. O innych atrakcjach, takich jak zalanie nisko leżących obszarów, czy przekroczenie punktów krytycznych biosfery (np. stepowienia Amazonii) nie wspominając. Trzeba bardzo wyraźnie podkreślić, że nie liczy się jak szybko będziemy spalać paliwa kopalne – czy zamrozimy tempo ich spalania na obecnym poziomie, czy zwiększymy je dwukrotnie lub obetniemy o połowę. Z punktu widzenia rezultatu końcowego naszego „eksperymentu” nie ma to znaczenia. Liczy się przede wszystkim to, jak wiele dodatkowego węgla wpuścimy do atmosfery i przez to do cyklu węglowego. Zastąpienie paliw wiążących się z dużą emisją dwutlenku węgla (na przykład węgla) paliwami dającymi tę samą ilość energii przy mniejszej emisji (na przykład gazem) brzmi dobrze. Jednak to, że sięgamy po kolejne nieplanowane wcześniej złoża paliw kopalnych – takie jak gaz łupkowy – prowadzi do zwiększania całkowitej puli możliwych do spalenia paliw kopalnych (nawet nie wspominając o tym, że przy uwzględnieniu metanu wydzielającego się do atmosfery przy wydobyciu i transporcie emisja gazów cieplarnianych związana z eksploatacją gazu łupkowego jest w najlepszym razie zbliżona do tej ze spalania węgla, a w najgorszym kilkukrotnie większa[78]). A to z punktu widzenia zmian klimatu bardzo zła wiadomość. W miarę jak stajemy się coraz bardziej zdesperowani w naszej pogoni za energią, nasza kreatywność pozwala nam sięgać po złoża o eksploatacji których wcześniej nawet nie myśleliśmy. Sięgamy po piaski roponośne, łupki bitumiczne i gaz łupkowy. Do pewnego stopnia deklarowany spadek rezerw węgla jest związany z nieopłacalnością eksploatacji jego trudniejszych złóż przy konkurencji płytkich kopalni odkrywkowych, takich jak w amerykańskim Wyoming czy australijskim Queensland. W związku z presją Chin na zasoby węgla rozpoczyna się światowe katalogowanie złóż węgla, dotychczas uznawanych za zbyt kosztowne w eksploatacji. Przykładem tego trendu może być mała Botswana, której oficjalne rezerwy węgla wynoszą 17 mld ton. W związku z rozbudową elektrowni węglowych Botswana przeprowadziła dokładne badania swoich złóż węgla, stwierdzając, że złoża mogą zawierać nawet 200 mld ton, co nawet Chinom wystarczyłoby na pół wieku obecnego zużycia węgla – nic dziwnego więc, że Pekin zaczął mocno interesować się tym krajem[ 79]. Nie można wykluczyć przełomu technologicznego, opartego na niekonwencjonalnych techniki wydobycia węgla, takie jak na przykład jego podziemne zgazowywanie (ang. Underground Coal Gasification, UGC), co pozwoli nam wykorzystać większą część zasobów węgla. Amerykańskie rezerwy są obecnie szacowane na 240 miliardów ton, ale całość znanych zasobów jest rzędu 1600 miliardów ton, zaś całość amerykańskich złóż węgla może być nawet rzędu 8000 miliardów ton[ 80].

78

https://motherjones.com/files/04-11shale_gas_footprint_fulltextpdf.pdf http://www.tinyurl.com/65c3p5m 80 http://www.tinyurl.com/6y2ftl4, http://www.tinyurl.com/68vhxhv, http://www.tinyurl.com/678c6mh 79

44


Rys. Zasoby i rezerwy węgla w USA. Źródło USGS. Dane z http://www.groundtruthtrekking.org/Graphics/HowMuchCoal.html

Nawet wydobycie zaledwie połowy tych zasobów (jakkolwiek niezbyt realne z punktu widzenia obecnych technologii) oznaczałoby spalenie 4000 miliardów ton węgla i emisję 8000 miliardów ton dwutlenku węgla. Tak wysoka skuteczność wydobycia praktycznie zagwarantowałaby Scenariusz Wenus. Nawet gdybyśmy spalili ten węgiel z wykorzystaniem technologii jego wychwytu i składowania (CCS), dającej możliwość przejęcia do 80% emisji, to i tak do atmosfery trafiłoby 1600 mld ton CO2. Nie żebym wierzył w to, że CCS to coś więcej niż miraż. Niewątpliwie w związku z wyczerpywaniem się ropy i wzrostem zapotrzebowania na energię wkrótce dowiemy się, jakie zasoby węgla możemy wydobyć i spalić. Trwa perwersyjnie fascynujący wyścig między wyczerpywaniem się paliw kopalnych, a zmianami klimatu. Może się okazać, że będziemy w stanie utrzymać nasz obecny, oparty na spalaniu paliw kopalnych model gospodarczy przez kolejne dekady (choć raczej nie dłużej). Jednak cena utrzymania energetyki kopalnej będzie wysoka. Od początku Rewolucji Przemysłowej do 2010 roku wpuściliśmy do atmosfery 1330 mld ton dwutlenku węgla (czyli 363 miliardów ton węgla – GtC). Emisja pierwszej połowy zajęła nam czas od początku rewolucji przemysłowej do 1984 roku, na drugą połowę wystarczyło nam już tylko ostatnie 25 lat[81]. Te 1330 mld ton dwutlenku węgla, które na razie wpuściliśmy do atmosfery, to prawdopodobnie dopiero jakieś 10 procent tego, co musielibyśmy wyemitować, żeby doprowadzić do najczarniejszego scenariusza. To dobra wiadomość. Z drugiej strony, jeśli okażemy się wystarczająco zdeterminowani i sprytni, żeby kontynuować wykładniczy wzrost zużycia paliw kopalnych, to pamiętajmy, że 3 minuty przed dwunastą bakterie też przegryzły się dopiero przez 12% zasobów. Może więc nie powinniśmy się cieszyć, że możemy spalić jeszcze tak wiele, lecz raczej przyjąć do wiadomości, że to już ostatni dzwonek na zmianę kursu. Jeśli nie chcemy dopuścić do wzrostu temperatury przekraczającego 2°C, nie możemy wpuścić do atmosfery w sumie więcej niż 2000 miliardów ton dwutlenku węgla, stabilizując stężenie CO2 na poziomie do maksymalnie 350 ppm 81

http://www.tinyurl.com/69dczvl

45


(obecnie mamy już blisko 400 ppm!). Oznacza to, że musimy jak najszybciej pozbyć się nałogu uzyskiwania energii ze spalania paliw kopalnych. Jak szybko? Skalę niezbędnych cięć widzimy na poniższym wykresie. Rysunek ten przedstawia trzy być-może-bezpieczne scenariusze dotyczące redukcji emisji, dające 67% szans, że wzrost temperatury nie przekroczy 2°C[82].

40

Światowe emisje dwutlenku węgla pozwalające zatrzymać wzrost temperatury na poziomie 2°C 2020

35

światowa emisja CO2 [mld ton]

2015 30

2011

25

20

15

10

5

0 2005

2010

2015

2020

2025

2030

Maksymalne tempo redukcji emisji

2035

2040

2045

2050

3,7% na rok 5,3% na rok 9% na rok

Rys. Światowa emisja dwutlenku węgla dająca 67% szans na zapobieżenie wzrostowi średniej temperatury na świecie o 2°C w porównaniu do stanu sprzed rewolucji przemysłowej. Źródło

Te być-może-bezpieczne scenariusze wymagają zredukowania światowej emisji o 70 czy nawet 85 procent do lat 30tych obecnego wieku i praktycznie do zera niewiele później. Jest to tak ogromna zmiana, że jedynym sposobem, aby ją osiągnąć jest przyjęcie dewizy żadnej energii z paliw kopalnych więcej.

Uwaga: nie mówimy tu o ograniczeniu emisji o 10%, ale do 10% obecnego poziomu. A do końca wieku zupełnej ich eliminacji.

I to w bezprecedensowym tempie. Zielony scenariusz zakłada najłagodniejszy spadek emisji o 3,7% rocznie. Jednocześnie ekonomiści mówią, że zdrowa światowa gospodarka powinna rosnąć w tempie 3,5% rocznie (jeśli

nie będzie zdrowa, to trudno będzie liczyć na działania mające na celu ochronę klimatu). Jednym słowem, ilość emisji na jednostkę PKB powinna spadać o ponad 7 procent rocznie. Biorąc pod uwagę, że czas transformacji światowego systemu energetycznego to całe dekady i w związku z tym w najbliższych latach nie uda się znacząco zmienić światowego miksu energetycznego, w którym wciąż dominować będą paliwa kopalne, oznaczałoby to konieczność poprawy efektywności energetycznej o ponad 7 procent rocznie. Świat na dobre zaczął sobie uświadamiać problem rosnącej emisji gazów cieplarnianych w latach 90-tych. W tym okresie emisje rosły średnio o 1 procent rocznie, przy wzroście światowego PKB o 3 procent rocznie – emisje CO2 przypadające na jednostkę PKB spadały więc w tempie 2 procent rocznie. Politycy i ekonomiści, uznający wzrost gospodarczy za absolutny priorytet, przyjęli tę drogę za jedyną akceptowalną.

82

http://www.tinyurl.com/yfo96cp

46


Raporty IPCC nie przewidywały, że świat cofnie się do ery gospodarki opartej na węglu – a ma to teraz miejsce. Jeśli ekstrapolować ten trend, to zmierzamy prosto do katastrofy[83] Gernot Klepper, ekonomista Kiel Institute W grudniu 1997 roku został wynegocjowany Protokół z Kioto, mający służyć ograniczeniu emisji, a w wielu krajach uruchomiono programy poprawy efektywności energetycznej i rozwoju odnawialnych źródeł energii. Jednak stało się coś nieoczekiwanego –emisje dwutlenku węgla, zamiast spadać, zaczęły rosnąć coraz szybciej – w latach 2000-2004 światowa emisja CO2 rosła w tempie ponad 2 procent rocznie, a w następnych latach roczny wzrost emisji przekroczył 3%. W 2009 roku światowa recesja spowodowała lekki spadek emisji względem rekordowego 2008 roku. Jednak już w 2010 roku wielkość emisji ustanowiła nowy rekord[84].

W ostatniej dekadzie emisje CO2 rosły szybciej od PKB. Okazało się, że przenoszenie produkcji do krajów o niższej efektywności energetycznej, sięganie po coraz trudniejsze w eksploatacji złoża (np. piaski roponośne i gaz łupkowy) oraz coraz większy udział energii z węgla niweczą wszelkie wysiłki odseparowania wzrostu PKB od wzrostu emisji. Szanse na redukcję emisji gazów cieplarnianych przy jednoczesnym dalszym wykładniczym wzroście gospodarczym wyglądają wręcz gorzej, niż dekadę temu. Przyjrzyjmy się skrajnym scenariuszom emisji rozważanym przez IPCC w raporcie AR5 z 2013 roku. Co będzie, jeśli skutecznie uprzemy się spalić wszystko, co się da, na przykład realizując scenariusz emisji RCP8.5 (podkręcamy emisję CO2 z obecnych ponad 30 mld ton rocznie do 100 mld i utrzymujemy tak długo, dopóki nie wydobędziemy i spalimy wszystkich paliw kopalnych? 83 84

http://www.tinyurl.com/6xp4gs8 http://www.tinyurl.com/3l9um8h

47


Emisje CO2 w dwóch scenariuszach - spalenia wszystkich paliw kopalnych (RCP 8.5) oraz ograniczenia wzrostu temperatury do 2°C (RSP3-PD). W skrajnie optymistycznym scenariuszu RCP3-PD emisje są szybko ograniczane już teraz, a w II połowie XXI wieku spadają poniżej zera, co oznacza olbrzymi wysiłek i wydatki społeczeństwa (za życia naszych dzieci) w celu wychwytu wprowadzonego przez nas do atmosfery dwutlenku węgla i usuwania go z cyklu węglowego. Meinshausen i in., 2011.

Tak wysokie emisje jak w scenariuszu RCP8.5 wprowadzą do cyklu węglowego ilość węgla wystarczającą do podniesienia średniej temperatury powierzchni Ziemi o ponad 4°C od dziś do końca obecnego stulecia... i o 8°C kolejne sto lat później (Meinshausen i in., 2011). Jeśli chcemy na poważnie myśleć o ograniczeniu wzrostu temperatury poniżej 2°C, to powinniśmy zrealizować skrajnie optymistyczny scenariusz RCP3-PD, w którym emisje w II połowie XXI wieku spadają poniżej zera (to znaczy, że będziemy aktywnie i na wielką skalę prowadzić działania w celu usuwania CO2 z atmosfery).

Wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi dwóch scenariuszach - spalenia wszystkich paliw kopalnych (RCP 8.5) oraz ograniczenia wzrostu temperatury do 2°C (RSP3-PD). Warto zwrócić uwagę na bezwładność klimatu i powolne reakcje na zmianę emisji. O ile rezultat

48


końcowy w obu scenariuszach jest dramatycznie różny, o tyle wpływ (bardzo szybkiej i głębokiej) redukcji emisji na temperaturę zaczyna być (w granicach błędu) odróżnialny dopiero od początku drugiej połowy XXI wieku. Meinshausen i in., 2011.

Patrząc na ten wykres, można powiedzieć, że istnieje wielki stopień niepewności. Jednak główna niepewność jest związana z tym, co zrobi ludzkość. Jeśli zdecydujemy się spalić wszystkie paliwa kopalne, do 2300 roku temperatura wzrośnie prawdopodobnie o około 8°C. Owszem, możemy mieć szczęście – być może czułość klimatu okaże się mniejsza i wzrost temperatury wyniesie tylko 6°C. Ale może się okazać, że mylimy się w drugą stronę, a średnia temperatura powierzchni Ziemi wzrośnie o kilkanaście stopni. Czekając, automatycznie wybieramy scenariusz RCP8.5, a nie scenariusz mniejszych emisji gazów cieplarnianych (i wzrostu temperatury). W scenariuszu emisji RCP3-PD, nawet gdyby czułość klimatu okazała się najwyższa z możliwych, wzrost temperatury w 2300 roku i tak nie przekroczyłby 1,7°C. Aby zobaczyć, na ile to, co robimy, jest istotne, warto porównać obecną, antropogeniczną, zmianę klimatu ze zmianami klimatu w przeszłości Ziemi. Spalając wszystkie paliwa kopalne, zrealizujemy scenariusz jak poniżej:

Zmiany temperatury w ostatnich 22 000 lat. Źródła:

Shakun 2012 (linia zielona), Marcott 2013 (linia niebieska), HadCRUT4,

przedłużenie w przyszłość w oparciu o scenariusz RCP8.5 Meinshausen 2011 (linia czerwona).

W takim wypadku w przeciągu dwóch stuleci temperatura powierzchni Ziemi wzrośnie o 8°C. Katapultujemy się ze stabilnego klimatu Holocenu, po drodze miniemy maksymalne temperatury ciepłych okresów interglacjalnych z

49


ostatniego miliona lat (+1,5°C), klimat Pliocenu z ostatnich kilku milionów lat (+3°C), klimat z eocenu (+4°C) i nawet ten z ery dinozaurów (+5°C). Wbrew temu, co piszą profesorowie Leszek Marks i Lucjan Piela nasze działania robią różnicę. Ze względu na bezwładność systemu klimatycznego, im dłużej czekamy, tym poważniejsze konsekwencje będą – działać trzeba jak najszybciej. Na rysunku 7 pokazane są dwa – radykalnie różne scenariusze emisji. W scenariuszu RCP8.5 wykładniczo zwiększamy spalanie paliw kopalnych, a w scenariuszu RCP3-PD natychmiast podejmujemy radykalne działania. Tymczasem, z punktu widzenia wzrostu temperatury, ich następstwa stają się rozróżnialne dopiero w połowie XXI wieku. Recepta „czekajmy, aż zmiana klimatu stanie się ewidentnie groźna” jest przepisem na poważne problemy. Nasz eksperyment, w zależności od czułości klimatu oraz ilości spalonych paliw kopalnych (i tylko w minimalnym od tempa ich spalania) może zakończyć się na kilka sposobów. Patrząc na obecny rozwój sytuacji, scenariusz „Zwyciężył rozsądek” zakładający szybkie ograniczenie emisji i spadek atmosferycznej koncentracji gazów cieplarnianych (aby zapobiec przekroczeniu progu 2°C), jest raczej mało realny. Negocjacje klimatyczne posuwają się do przodu w tempie sunącego lodowca. Wygląda na to, że zanim dotrą do sensownego punktu, to lodowców już nie będzie. O ile negocjacje te w ogóle dadzą jakiś realny skutek, bo obrany kierunek nie rokuje nic ponad usmażenie planety. Jeśli nawet wszystkie kraje, które po konferencji klimatycznej w Kopenhadze złożyły deklaracje ograniczenia swoich emisji gazów cieplarnianych dotrzymają swoich zobowiązań, to wzrost temperatury do końca stulecia przekroczy nie 2, lecz 4 stopnie. W zasadzie jedyny realistyczny scenariusz, w którym pozostajemy poniżej progu 2 stopni, to szybkie i gwałtowne załamanie gospodarcze. Przyjrzyjmy się więc innym scenariuszom. Za drugi scenariusz rozwoju sytuacji „Klasyczna katastrofa klimatyczna” możemy uznać przekroczenie progu 2°C, ale bez wyzwolenia hydratów metanu. W takim scenariuszu zdołamy się zaadaptować do zmian klimatu, lecz nie ominą nas „konwencjonalne” problemy związane z przesuwaniem się stref klimatycznych, suszami i pustynnieniem, katastrofami klimatycznymi, zakwaszaniem oceanów, zanikiem lodowców, podnoszeniem się poziomu oceanów i migracjami setek milionów ludzi.

Jeśli coś miało już miejsce w historii, to bez wątpienia jest to możliwe.

Trzeci scenariusz „PETM 2” to destabilizacja hydratów metanu powiązana z relatywnie „niewielkimi” (rzędu 1 000 mld ton węgla), emisjami z paliw kopalnych. To scenariusz zbliżony do PETM, w

którym poziom oceanów rośnie o 75 metrów, strefy klimatyczne przesuwają się o tysiące kilometrów, a w Oceanie Arktycznym goszczą krokodyle (o ile jakieś przetrwają naszą presję). Liczbę uchodźców będziemy liczyć w miliardach, nasza cywilizacja i jej stabilność zostaną wystawione na wielką próbę, stracimy też wszystkie miasta nadbrzeżne wraz z ich skarbami architektury. W tym scenariuszu dzisiejsze miasta portowe, a nawet wiele odległych dziś od morza jak Paryż czy Berlin, stają się atrakcją dla nurków. Warszawa staje się miastem nadbrzeżnym, leżącym nad Zatoką Bałtycką (bo Dania i Niemcy Północne znikną pod wodą). Biosferę czeka hekatomba. Czwarty scenariusz „Wymieranie permskie 2” to destabilizacja hydratów metanu nałożona na wysokie emisje ze spalenia całości (lub prawie całości) paliw kopalnych. To scenariusz zbliżony jakościowo do wymierania permskiego, 50


podczas którego zginęło ponad 90 procent gatunków. Mając nawet wysokie mniemanie o naszych możliwościach adaptacyjnych, jednak w tym scenariuszu trzeba uznać, że mogłyby one zostać wystawione na zbyt ciężką próbę. Przetrwanie naszej cywilizacji, a nawet ludzkości, stałoby pod wielkim znakiem zapytania. No i piąty scenariusz – „End game”, w którym związane ze skumulowaną emisją z szybkiego spalenia całości paliw kopalnych (w skali czasowej działania ujemnych sprzężeń zwrotnych cyklu węglowego) i emisji z hydratów metanu wymuszanie radiacyjne przekracza próg rozbuchanej szklarni. To ostateczny koniec znanego nam obecnie życia na Ziemi. Możliwości adaptacji? Lepiej przenieść się na Marsa.

W przypadku trzech ostatnich scenariuszy nie podałem związanych z nimi granic emisji – po prostu nie są one znane. To nie są scenariusze, które chcielibyśmy rozważać i brać za nie odpowiedzialność przed naszymi wnukami. Większość klimatologów uważa, że nie spalimy wszystkich istniejących na Ziemi paliw kopalnych i że do skrajnego scenariusza Wenus nie dojdzie. Jeśli jednak nie mają racji i nie ograniczymy ich spalania, to gdzie jest granica? W opinii Jamesa Hansena, klimatologa i dyrektora Instytutu Badań Kosmicznych NASA im. Goddarda:

„[…] jeśli spalimy całość zasobów ropy, gazu i węgla, istnieje możliwość, że zainicjujemy nieodwracalny już efekt rozbuchanej szklarni. Jeśli zaś spalimy piaski roponośne i łupki bitumiczne, to myślę, że mamy tego gwarancję. To byłby ostateczny faustowski pakt z szatanem. Za wspaniałe chwile i dobrobyt osiągnięty dzięki paliwom kopalnym, zapłacilibyśmy cenę najwyższą nieodwracalnie niszcząc całe życie na Ziemi [85].”

85

http://www.tinyurl.com/yg74tje

51


Kącik sceptyka Po lekturze tego rozdziału rozumiesz już, że wszystkie pytania z quizu umieszczonego na początku rozdziału na które odpowiedź była twierdząca, wcale nie prowadzą do wniosku, że zmiany klimatu nie są problemem. Znasz już kluczowe mechanizmy i powiązania – choć w żadnym razie nie wyczerpaliśmy tematu. Trudno powiedzieć, że klimatologia jest tylko gałęzią nauki – to całe drzewo, pełne konarów, gałęzi i gałązek. Mam nadzieję, że po przeczytaniu tego rozdziału masz już spójny obraz zmian klimatu, a wiele Twoich wątpliwości zostało wyjaśnionych. Sceptycy często stwierdzają, że zmiany koncentracji dwutlenku węgla są naturalne. Myślę, że wiesz już, że nie są – ilość dwutlenku węgla w atmosferze nie była na równie wysokim poziomie od milionów lat. Przeczy temu także zmiana składu izotopowego węgla w atmosferze i oceanach, a także ich zakwaszanie się. Sceptycy twierdzą, że dwutlenek węgla wcale nie działa ocieplająco, a jeśli nawet, to wywoływane przez niego zmiany są małe w porównaniu do innych czynników, choćby Słońca. Wiesz już, że tak nie jest. Wiesz jaka była rola gazów cieplarnianych w kształtowaniu klimatu epok lodowcowych i wcześniejszego klimatu. Wiesz też, że istniejąca od dawna korelacja między ilością otrzymywanej przez Ziemię energii od Słońca a temperaturą powierzchni naszej planety skończyła się w latach 70-tych XX wieku. Sceptycy twierdzą również, że zmiany klimatu miały miejsce zawsze, a więc i teraz są naturalne. Wiesz, że wprowadziliśmy do równania nowy, potężny i szybko narastający czynnik. To, że pożary lasów zdarzały się naturalnie, nie znaczy, że nie możemy zaprószyć ognia. Sceptycy twierdzą również, że zmiany klimatu to teoria, której nie potwierdzają obserwacje. Akurat... Z dekady na dekadę temperatura Ziemi rośnie. Pokazują to stacje lądowe, pomiary na powierzchni i w głębinach mórz oraz satelitarne.

Odchylenie temperatury od średniej z okresu 1951-1980. Źródło NASA.

Najszybciej rosną temperatury w Arktyce i w głębi kontynentów. Ostatnia dekada była najcieplejszą w historii pomiarów, a być może nawet najcieplejszą od czasów interglacjału eemskiego 125 tysięcy lat temu. Rok 2010 był (na 52


równi z 2005) najcieplejszym w całej historii pomiarów – pomimo najniższej w historii pomiarów satelitarnych aktywności słonecznej i panującej w drugiej połowie roku obniżającej temperaturę Ziemi anomalii La Niña. Jeśli za okres odniesienia przyjąć 30 lat w okresie 1951-1980 i za „zimne” w tym przedziale uznać 10 najchłodniejszych lat, za „ciepłe” 10 najgorętszych, a za „normalne” pozostałe 10 lat, to obecnie temperatury typowe dla „ciepłych” lat będzie mieć już nie raz na trzy lata, lecz dwa razy na trzy lata[86]. Jednak to, co jest istotne z punktu widzenia roślin i zwierząt, to nie tyle średnia temperatura, co maksymalna temperatura, która może wpływać na istnienie gatunków, szczególnie, jeśli zmiany zachodzą tak szybko, że rośliny lub zwierzęta nie są w stanie migrować dość szybko, by utrzymać się w przedziale tolerowanych przez siebie temperatur. Jak więc wygląda sytuacja z ekstremalnie wysokimi temperaturami, powiedzmy, odpowiadającymi rekordom „raz na pół wieku”? Otóż takie ekstremalnie ciepłe lata, które wcześniej zdarzały się „raz na pół wieku”, w ostatnich latach mają miejsce mniej więcej co 3 lata, a w rekordowo ciepłym 2010 roku objęły ponad połowę powierzchni lądów[ 87]. Nie tylko sam wzrost temperatury przy powierzchni ziemi świadczy o tym, że klimat ociepla się i jest to związane z wzmożonym działaniem gazów cieplarnianych. Potwierdzają to pomiary wzrostu ilości promieniowania podczerwonego płynącego ku powierzchni ziemi, spadku ilości promieniowania opuszczającego Ziemię, zgodne z przewidywaniami klimatologów ochładzanie się górnej atmosfery i jej kurczenie się.

Ludzkie odciski palców na Zmianie Klimatu. Źródło: NOAA, za pośrednictwem Przewodnik Naukowy do Sceptycyzmu Globalnego Ocieplenia.

Kurczą się lodowce i pokrywa śnieżna, kurczą się pokrywy lodowe, granice drzew przesuwają się w kierunku biegunów i w górę, podobnie migrują zwierzęta, wiosna przychodzi szybciej, rośnie zawartość ciepła i poziom wody w oceanach.

86 87

http://www.tinyurl.com/3olfkwn http://www.tinyurl.com/3olfkwn

53


Oznaki ogrzewającego się świata. Źródło: NOAA, za pośrednictwem Przewodnik Naukowy do Sceptycyzmu Globalnego Ocieplenia.

Skoro tak wiele faktów jednoznacznie wskazuje na zachodzące zmiany klimatu, skoro tak rozbudowana teoria jest tak spójna i przewiduje zdarzenia, które po jakimś czasie faktycznie zachodzą, to skąd tak ostre głosy krytyki? Przemysł Sfabrykowanych Wątpliwości W miarę jak naukowcy ujawniali coraz więcej szkodliwych następstw działalności wielkiego przemysłu, ten zaczął postrzegać naukę jako zagrożenie dla swojej działalności. Pierwsza wielka bitwa została stoczona na polu szkodliwości palenia papierosów. Na początku latach ’50-tych XX wieku przemysł tytoniowy zorientował się, że ma poważny problem. Kolejne opracowania naukowe coraz mocniej wiązały raka płuc z paleniem. Wyniki badań były szeroko nagłaśniane w największych amerykańskich gazetach. W obliczu narastającego zaniepokojenia społecznego wpływem palenia na zdrowie, przemysł tytoniowy musiał podjąć zdecydowane działania, aby chronić swoje zyski i zatrzymać narastającą falę coraz bardziej niepokojących raportów naukowych. Koncerny tytoniowe zwróciły się o pomoc do jednej z największych firm public relations Hill and Knowlton. Ta zaś opracowała genialną kampanię PR mającą przekonać społeczeństwo, że palenie nie jest szkodliwe.

Społeczeństwo nie jest w stanie rozróżnić dobrej i złej nauki. Łatwo jest więc sfabrykować alternatywne „fakty naukowe”.

Podstawą strategii było założenie, że społeczeństwo nie jest w stanie rozróżnić dobrej i złej nauki – należy więc dostarczyć

alternatywnych

„faktów

naukowych”,

świadczących na rzecz palenia. Specjaliści od PR zachęcili więc przemysł tytoniowy do założenia swojej własnej organizacji badawczej – Rady Badania Tytoniu (Council for Tobacco Research), która miała przedstawiać wyniki badań naukowych korzystne dla przemysłu, podkreślać wątpliwości w badaniach wiążących palenie z rakiem płuc i kwestionować wszelkie niezależne badania i naukowców, których wyniki nie odpowiadały interesom firm tytoniowych.

54


W 1969 roku jeden z dyrektorów firmy tytoniowej napisał: „Naszym produktem są wątpliwości, bo jest to najskuteczniejszy sposób na konkurowanie z 'dowodami rzeczowymi', które istnieją w świadomości ogółu społeczeństwa. To także sposób na stworzenie kontrowersji.[88]".

Plakat "Lekarze najchętniej palą Camele"! Źródło.

Strategia okazała się skuteczna. Rada Badania Tytoniu działała bardzo efektywnie przez dziesięciolecia, znacząco opóźniając i ograniczając regulacje na rynku produktów tytoniowych[89]. Przemysł Sfabrykowanych Wątpliwości dorasta Gdy sukces kampanii Sfabrykowanych Wątpliwości stał się ewidentny, również inne gałęzie przemysłu wytwarzające niebezpieczne produkty sięgnęły po tę strategię. W 1967 roku Hill and Knowlton pomógł koncernowi Johns-Manville, gigantowi przemysłu azbestowego, założyć Związek Informacji o Azbeście (Asbestos Information Association). Wyglądające bardzo oficjalnie AIA produkowało „wiarygodną naukę”, kwestionującą powiązanie azbestu i chorób płuc (według Światowej Organizacji Zdrowia, azbest nawet dziś zabija 90 000 ludzi rocznie[ 90]). Producenci ołowiu, chlorku winylu, berylu i dioksyn również wynajęli Hill and Knowlton, aby opracować strategie obrony swoich produktów i zwalczać liczne badania naukowe pokazujące, że ich produkty są szkodliwe dla zdrowia. Do lat ’80-tych XX wieku przemysł Sfabrykowanych Wątpliwości został stopniowo zdominowany przez bardziej wyspecjalizowane firmy „obrony produktów”. Zatrudnieni w nich naukowcy walczą teraz z agencjami regulującymi użycie innych produktów – działają na rzecz producentów benzenu, berylu, chromu, MTBE, nadchloranów, ftalanów i praktycznie każdego innego toksycznego związku chemicznego, o którym możemy usłyszeć w wiadomościach. Kwestie zdrowia publicznego nie leżą w kręgu zainteresowania tych firm. To nauka do wynajęcia. Do tego jej uprawianie jest bardzo lukratywne. Do wyspecjalizowanych firm „obrony produktów” dołączyły niektóre „think tanki”, otrzymujące pieniądze od producentów niebezpiecznych produktów, a w zamian wytwarzające i rozpowszechniające „wiarygodną naukę” wspierającą produkty ich sponsorów, zwykle w imię wolności przedsiębiorstw i wolnego rynku. Fundacja George C. 88

http://www.defendingscience.org/Doubt_is_Their_Product.cfm http://www.tinyurl.com/5uwe8l 90 azbest nawet dziś zabija 90 000 ludzi rocznie 89

55


Marshalla, Competitive Enterprise Institute, Heartland Institute, czy SEPP (Science and Environmental Policy Project) i podobne im think tanki od dziesięcioleci są aktywnymi graczami w przemyśle Sfabrykowanych Wątpliwości, produkując dezinformującą naukę i fałszywe kontrowersje, aby chronić profity swoich klientów, którzy wytwarzają niebezpieczne produkty. Bitwa o dziurę ozonową W 1975 roku przemysł chlorofluorowęglowodorów (CFC) zorientował się, że ma poważny problem. Rok wcześniej Sherwood Rowland i Mario Molina, chemicy z Uniwersytetu Kalifornijskiego, opublikowali raport naukowy ostrzegający, że wytwarzane przez ludzi freony, po przedostaniu się do stratosfery, zostaną rozłożone przez promieniowanie ultrafioletowe na związki chloru i fluoru, mogące poważnie zaszkodzić powłoce ozonowej Ziemi. Ostrzegli, że utrata ozonu może znacząco zwiększyć ilość docierającego do powierzchni Ziemi uszkadzającego komórki ultrafioletu UV-B, w szczególności znacząco zwiększając liczbę przypadków raka skóry i katarakt. Chociaż nie zaobserwowano jeszcze wtedy utraty ozonu stratosferycznego, naukowcy stwierdzili, że stosowanie freonów powinno zostać zakazane. Problem był tym pilniejszy, że już w roku 1970 brytyjski naukowiec James Lovelock wykazał, że praktycznie wszystkie wpuszczone przez nas do atmosfery związki CFC wciąż się w niej znajdują, nie ma więc żadnego skutecznego mechanizmu ich usuwania – a więc w końcu cyrkulacja atmosferyczna wprowadzi je do stratosfery. Co zrobił przemysł CFC? Wynajął Hill and Knowlton, aby przygotowało kontratak. Kluczowym krokiem w każdej kampanii Sfabrykowanych Wątpliwości jest znalezienie szanowanego naukowca, który miał firmować te działania. Hill and Knowlton znalazł brytyjskiego naukowca Richarda Scorera, byłego redaktora International Journal of Air Pollution i autora kilku książek poświęconych zanieczyszczeniom. Jeszcze w 1975 roku, za pieniądze Stowarzyszenia Wytwórców Związków Chemicznych (Chemical Specialties Manufacturer’s Association), Scorer ruszył w objazd po Stanach rzucając gromy na Molinę i Rowlanda, nazywając ich „prorokami zagłady”, i mówiąc, że „jedyne, co dotychczas zebraliśmy, to masa teorii.” Wspierając wysiłki Scorera, Hill and Knowlton uruchomiło swój standardowy pakiet trików wypracowanych przez dziesięciolecia pracy na rzecz przemysłu tytoniowego[91]: • • • • • • • •

91

Uruchom kampanie PR podając w wątpliwość dowody. Przewiduj poważne konsekwencje ekonomiczne, ignoruj korzyści gospodarcze. Wykorzystuj nierecenzowane publikacje naukowe i finansowanych przez przemysł naukowców, którzy nie publikują recenzowanych prac naukowych do wspierania swojego punktu widzenia. Rozgłaszaj bezwartościowe badania i mity wspierające Twój punkt widzenia, jako fakty naukowe. Wskazuj na znaczącą niepewność badań naukowych, a także pewność strat gospodarczych, jeśli podjęte zostaną zdecydowane działania. Używaj wybranych lokalnych danych potwierdzających Twoje poglądy, ignoruj dowody światowe. Dyskredytuj naukowców mówiąc, że przedstawiają wątpliwe prognozy zagłady po to, aby otrzymać pieniądze na badania. Dyskredytuj organizacje ochrony środowiska mówiąc, że bezsensownie rozdymają problemy środowiskowe po to, aby realizować swoje cele ideologiczne.

http://www.tinyurl.com/6j6zxch

56


• • •

Narzekaj, że to nie w porządku, aby podejmować działania regulacyjne tylko w kraju czy regionie, bo wywoła to spadek konkurencyjności względem reszty świata. Upieraj się, że zanim zostaną podjęte jakieś działania, potrzeba więcej badań. Twierdź, że życie z konsekwencjami jest tańsze niż przeciwdziałanie.

Kampania zadziałała, a regulacje emisji freonów zostały opóźnione o wiele lat, czym Hill and Knowlton chwaliło się w swoich dokumentach wewnętrznych. Specjalistom od PR udało się ograniczyć do minimum negatywną opinię społeczeństwa o wykorzystywaniu freonów, a także wpłynąć na poglądy przedstawiane w materiałach redakcyjnych wielu gazet. W końcu zapowiadana przez naukowców dziura ozonowa stała się obserwowanym faktem, któremu nie dało się już dłużej zaprzeczać. Po wielu latach, w 1989 roku, w życie wszedł Protokół Montrealski zakazujący używania freonów, a Molina i Rowland w 1995 roku zostali nagrodzeni Nagrodą Nobla. W uzasadnieniu nagrody można było przeczytać, że „pomogli ocalić Ziemię przed potencjalną katastrofą środowiskową”. Bitwa o Zmiany Klimatu W latach ’80-tych przemysł paliw kopalnych zorientował się, że ma poważny problem. Rosła liczba raportów naukowych ostrzegających przed zagrożeniami wywoływanymi przez spowodowane przez ludzi zmiany klimatu i konkludujących, że zużycie paliw kopalnych musi zwolnić. Rzecz jasna przemysł paliw kopalnych przeprowadził kontratak, rozpoczynając szeroko zakrojoną kampanią PR, trwającą po dziś dzień i prowadzoną przez te same „think tanki”, które ciężko pracowały nad zdyskredytowaniem teorii niszczenia warstwy ozonowej przez freony. Fundacja George C. Marshalla, Competitive Enterprise Institute, Heartland Institute oraz SEPP grały kluczową rolę w obu kampaniach. Wielu tych samych ekspertów, którzy trudzili się nad zdyskredytowaniem nauki wiążącej raka płuc z paleniem, zagrożenia powodowanego przez freony dla warstwy ozonowej oraz niebezpieczeństw dla zdrowia wynikających z używania masy toksycznych chemikaliów, zabrało się do dyskredytowania recenzowanej nauki zajmującej się wywoływanymi przez ludzi zmianami klimatu. Jak w każdym przypadku kampanii Sfabrykowanych Wątpliwości, potrzebni byli szanowani naukowcy, którzy firmowaliby kampanię. Jedną z takich osób był dr Frederick Seitz – fizyk, który w latach 60-tych XX wieku przewodniczył najbardziej prestiżowej organizacji naukowej na świecie – Akademii Nauk USA. Seitz w 1978 roku przyjął stanowisko płatnego konsultanta w koncernie tytoniowym R.J.Reynolds, miał więc doświadczenie w sztuce Sfabrykowanych Wątpliwości. Przez 10 lat Seitz był odpowiedzialny za przekazanie 45 milionów dolarów z firm tytoniowych badaczom, którym nigdy nie udawało się znaleźć najmniejszego powiązania między paleniem a szkodami dla zdrowia. Za swoje wysiłki Seitz otrzymał ponad 900 000 dolarów. Później Seitz został założycielem Fundacji George C. Marshalla, używał też swoich dawnych powiązań z Akademią Nauk USA dla uwiarygadniania swoich ataków na naukę o zmianach klimatu, aż do śmierci w 2008 roku. To właśnie Seitz uruchomił słynną Petycję Oregońską, zawierającą ponad 34 000 podpisów osób popierających twierdzenie, że globalne ocieplenie jest naturalne i nie stanowi problemu[92].

92

http://www.tinyurl.com/ycyomxw

57


Petycja była produktem kampanii Sfabrykowanych Wątpliwości podważającej teorię, że to człowiek jest przyczyną ocieplania się klimatu. W petycji znalazła się informacja, że organizacją macierzystą jest Oregoński Instytut Nauki i Medycyny (Oregon Institute of Science and Medicine). Instytut ten to w rzeczywistości stodoła znajdującą się jakieś trzy kilometry od Cave Junction w Oregonie. Nie prowadzi badań, nie ma studentów, a jak się okazuje, dwóch spośród siedmiu wymienianych przez nią członków już nie żyje. Petycja została przesłana do podpisu wraz z dwunastostronicowym opracowaniem wyglądającym łudząco podobnie do oficjalnych materiałów czasopisma „Proceedings of the National Academy of Sciences”. Petycji i opracowaniu towarzyszył list Seitza, który jest wyraźnie określony jako były przewodniczący Akademii Nauk USA. Rzecz jasna wielu odbiorców tego zestawu pomyślało, że są to oficjalne dokumenty z Akademii Nauk i podpisało petycję[93]. Akademia Nauk Stanów Zjednoczonych opublikowała oświadczenie wyjaśniające, że nie ma z tą petycją nic wspólnego, a jej stanowisko względem globalnego ocieplenia jest dokładnie przeciwne do tego, co znalazło się w petycji. Odezwa nie zawiera żadnych danych kontaktowych podpisujących ją osób, weryfikacja była więc bardzo utrudniona. Ale taka weryfikacja została przeprowadzona. Okazało się, że większość jej sygnatariuszy w ogóle nigdy nie miała nic wspólnego z badaniami klimatu, a nawet nic wspólnego z jakimikolwiek badaniami – wśród sygnatariuszy byli pediatrzy, księgowi, stolarze i kręgarze. Co więcej, nawet według oficjalnych informacji autorów petycji zaledwie 40 – z 34 tysięcy osób – określiło się jako klimatolodzy[ 94]. O kampanii Sfabrykowanych Wątpliwości toczonej przeciw klimatologii i globalnemu ociepleniu można napisać setki stron. To prawdopodobnie najszerzej zakrojone i najkosztowniejsze takie działanie w historii. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, przeczytaj np. „Merchants of Doubt” Naomi Oreskes oraz „Climate Cover-up” Jamesa Hogana. Niektóre korporacje w swoich działaniach są nadzwyczaj otwarte. Na przykład Western Fuels Association w swoich dorocznych raportach stwierdza, że należy dokładać wszelkich starań, aby opóźnić i osłabić związane z ochroną klimatu regulacje, które mogłyby negatywnie wpłynąć na jej działalność biznesową. Zazwyczaj padają jednak subtelniejsze argumenty. Jak powiedział wiceprezydent koncernu węglowego Peabody Energy Fred Palmer: „Owszem, troska o zmiany klimatu jest uzasadniona. Jednak każdy, komu leży na sercu dobro ludzkie, powinien przyznać, że ograniczanie emisji jest niemożliwe, bo na świecie żyją miliardy ludzi nie mających dostępu do nowoczesnych źródeł energii, a eliminacja ubóstwa jest przecież dla wszystkich najwyższym priorytetem. Ze względu na dobro tych ludzi pozostawienie węgla pod ziemią byłoby w najwyższym stopniu niemoralne.[ 95]” Aż łza się w oku kręci, jacy to dobrzy ludzie. Historia przemysłu Sfabrykowanych Wątpliwości daje nam klarowną lekcję względem określenia poprawności merytorycznej takich ataków na recenzowane badania naukowe. Możemy mieć absolutną pewność, że takie „think tanki” i sprzymierzeni „sceptyczni” blogerzy nie będą przekazywać wiarygodnych naukowo faktów, lecz informacje odpowiednio spreparowane, by chronić interesy i zyski przemysłu paliw kopalnych. Owszem, są doświadczeni naukowcy ze znaczącym dorobkiem badawczym, których te „think tanki” wykorzystują do wspierania celów swojej działalności, jednak naukowcy ci porzucili obiektywizm i pracują jako lobbyści. Nie chcę nazywać ich sceptykami, bo 93

http://www.tinyurl.com/ycyomxw http://www.tinyurl.com/ycyomxw 95 http://www.tinyurl.com/37dxp2y 94

58


wszyscy dobrzy naukowcy powinni być sceptyczni. Raczej należy ich określić mianem zaprzeczaczy, koncentrujących się na zdyskredytowaniu akceptowanego przez środowisko naukowe dorobku badawczego w imię korzyści najbogatszych i najbardziej wpływowych korporacji w historii. Praktycznie nic z tej „wiarygodnej nauki”, którą rozpowszechniają, nie miałoby szans na przejście sita recenzji rzetelnych czasopism naukowych – bo i też zaprzeczacze nie są badaczami. Są lobbystami. Wielu z nich uważa, że ich taktyka jest usprawiedliwiona, bo toczą słuszną wojnę przeciwko nadmiernym regulacjom i chcącym zniszczyć gospodarkę ekooszołomom. Argumenty są niespójne. Czasem słyszymy, że wcale się nie ociepla. Czasem, że owszem, ale to nie przez nas. Innym razem usłyszymy, że owszem, działalność ludzka ma jakiś wpływ, ale to nie jest specjalny problem. Jest tylko jeden element wspólny przekazu: nic nie róbmy! Czekajmy! Potrzeba więcej badań. Naukowcom trudno jest temu przeciwdziałać. Jeśli nie wejdą w polemikę, oddają pole sceptykom. Jeśli spotkają się z nimi w studio telewizyjnym, też znajdują się w trudnej sytuacji. Metoda naukowa wymaga informowania o niepewnościach i czynienia właściwych zastrzeżeń uwzględniających stan wiedzy. Nauka stała się jednak tak złożona, że większość ludzi nie jest w stanie zrozumieć argumentów merytorycznych, więc jeśli naukowiec zaczyna wyjaśniać mechanizmy, staje na przegranej pozycji, tracąc zainteresowanie większości słuchaczy. Sceptyk przeciwnie, jako adwokat bez cienia wątpliwości „broni swojego klienta” rzucając słuchaczom proste i chwytliwe stwierdzenia. Sceptycy to osoby medialne, po szkoleniach z wystąpień publicznych, mające opanowane techniki retoryczne, wyćwiczoną mowę ciała i swobodnie sterujące rozmową, co zapewnia im przewagę w dyskusji. Spotykając się z nieprawdziwymi stwierdzeniami czy manipulacjami jak te o wydychaniu dwutlenku węgla przez Chińczyków, czy znikomości naszych emisji w porównaniu z naturalnymi, trzeba się zastanowić dlaczego ludzie przedstawiający się jako eksperci, mówią takie rzeczy. Czy nie zadali sobie nawet nieco trudu, by zapoznać się z funkcjonowaniem cyklu węglowego i zrozumieć go? Czy też rozumieją, ale i tak świadomie posługują się fałszywą, lecz chwytliwą argumentacją? W pierwszym przypadku oznaczałoby to zupełny brak kompetencji, w drugim zaś celową dezinformację odbiorców. Pamiętasz może osławioną aferę Climategate, która trafiła do mediów w przeddzień konferencji klimatycznej w Kopenhadze? Sceptycy na podstawie wykradzionych przez hakerów maili zarzucili klimatologom kłamstwa i manipulowanie danymi. Szczególnie nagłośniony został cytat z maila klimatologa Phila Jonesa, szefa Jednostki Badania Klimatu Uniwersytetu Wschodniej Anglii: „Właśnie skończyłem tę sztuczkę z danymi Mike'a dla Nature, o prawdziwej temperaturze za ostatnie 20 lat i z danymi od 1961 roku, (…) żeby ukryć spadek (temperatury)”. Cytatowi towarzyszył soczysty komentarz sceptyków o oszustwach i manipulacjach klimatologów. Na tym kończyła się wiedza Kowalskiego, który oczywiście nie pofatygował się sprawdzić o co chodziło. A o co właściwie chodziło? Grubość słojów drzew zależy od temperatury, jest to jeden ze sposobów określania temperatury w dawnych czasach, kiedy jeszcze nie było stacji meteorologicznych i satelitów. Zależność pomiędzy temperaturą a grubością słojów kalibrujemy w oparciu o okres od połowy XIX wieku, dla którego mamy zapisy temperatury. Zgodność jest świetna, jednak psuje się w latach 70-tych XX wieku, kiedy to mierzone temperatury rosną, ale słoje drzew wcale nie stają się większe. 59


Ta kwestia jest otwarcie dyskutowana w literaturze naukowej. Warunki środowiskowe w drugiej połowie XX wieku zmieniły się w wyniku naszej działalności i mogą wpływać na wzrost drzew. Mogą być za to odpowiedzialne zmiany koncentracji dwutlenku węgla, zmiany opadów, zaburzenie cyklu azotowego, aerozole siarkowe i szereg innych czynników związanych z naszą działalnością. Co więc takiego zrobił Phil Jones? Tworząc wykres temperatur zastosował „trik” innego klimatologa Michaela Manna, kończąc wykresy rekonstrukcji temperatur na podstawie danych o grubości słojów drzew w 1960 roku, a dalej ciągnąc wykres temperatur w oparciu o (niewątpliwie dokładniejsze) bezpośrednie pomiary instrumentalne. Owszem, powinien lepiej opisać wykres, ale żadnego oszustwa tu nie było[96]. To najmocniejszy argument sceptyków z całej tzw. Climategate. Z serwerów mailowych wielkiego ośrodka badawczego wykradziono tysiące e-mali, pochodzące z 10 lat korespondencji klimatologów. Po ich przeczesaniu sceptycy nie znaleźli żadnych argumentów na spisek czy oszustwa klimatologów, podkolorowali więc co tylko się dało i wypuścili w świat wiedząc, że jak już się wrzuci błoto w medialny wentylator i odpowiednio go rozkręci, to błoto się przyklei, bo prawie nikt nie pofatyguje się sprawdzić doniesień mediów (łącznie z samymi mediami), że „klimatolodzy fałszowali pomiary”. Sceptykom wystarczyło jedno zdanie. Ja do jego wyjaśnienia potrzebowałem trzech paragrafów. Ilu telewidzów wysłuchałoby z uwagą takich wyjaśnień? A sceptycy rzucają tysiące takich grud błota. Aby ustalić czy doszło do jakichkolwiek wykroczeń ze strony oskarżanych w Climategate naukowców, sześć niezależnych komisji z Anglii i USA badało wykradzione e-maile. Wszystkie komisje oczyściły naukowców z zarzutów[ 97].

Powrót do teraźniejszości Zmiany zachodzą na naszych oczach. Przesuwają się strefy klimatyczne (określane nie tylko temperaturami, ale też opadami, wiatrami, prądami strumieniowymi i koncentracją ozonu), rozpadają się lody Arktyki (rekordowo mała powierzchnia i objętość lodu), znikają liczące tysiące lat lodowce na całym świecie (od Kanady i USA, przez kraje Andów, Alp i Himalajów po tropikalne lodowce Afryki i Indonezji), przedłużają się rekordowe susze (jak na Bliskim Wschodzie czy w Australii), rośnie ilość pary wodnej w atmosferze, intensyfikują się powodzie spowodowane gwałtownymi opadami, podnosi się poziom oceanów, lądolody Antarktydy i Grenlandii coraz szybciej tracą masę, roztapia się „wieczna” zmarzlina (na Syberii, w Kanadzie, na Alasce i w Tybecie), giną rafy koralowe, padają kolejne rekordy huraganów (od pierwszego huraganu na południowym Atlantyku w 2004 roku po rekordową liczbę huraganów z 2005 roku), przesuwają się pory roku, strefy występowania zwierząt i uprawy roślin – co stwierdzają nie tylko klimatolodzy, ale również ornitolodzy i ogrodnicy. Na nasz wpływ wskazują także subtelniejsze sygnały jak zmiany rozkładu temperatury w funkcji szerokości geograficznej i wysokości (szczególnie ochładzanie się stratosfery), stanowiące dowód na to, że za ocieplenie dolnej warstwy atmosfery nie odpowiada wzrost aktywności Słońca, lecz gazy cieplarniane. Trzeba naprawdę dużo samozaparcia, żeby mówić, że to wszystko przypadek. 96

http://www.tinyurl.com/5v7wpao http://www.tinyurl.com/6znxw87, http://www.tinyurl.com/3x95bfl, http://www.tinyurl.com/623uwe7, http://www.tinyurl.com/5tdmpam, http://www.tinyurl.com/5syjmf4, http://www.tinyurl.com/2bz4bo6 97

60


A wszystko to jest skutkiem ocieplenia o zaledwie 0,75°C, czyli 1/3 całości wpływu gazów cieplarnianych. Gdyby nie chłodzący wpływ aerozoli i powolne nagrzewanie się oceanów, zmiany byłyby znacznie większe. Obecna koncentracja gazów cieplarnianych odpowiada warunkom sprzed kilku, a może nawet kilkunastu milionów lat[98], kiedy poziom oceanów był wyższy o 25-35 metrów. Kiedy proces rozpadu lądolodów się rozpędzi, będzie za późno, żeby go powstrzymać. Problem

Inercja klimatu i powolność jego zmian to wcale nie nasi sprzymierzeńcy, lecz koń trojański za sprawą którego zanim dostrzeżemy problem i zareagujemy, zmiany klimatu mogą stać się nieodwracalne.

w

tym,

że

mechanizmy

maskujące

i

opóźniające zmiany klimatu utrudniają zrozumienie powagi sytuacji przez społeczeństwo i decydentów. Liczona w dekadach skala procesu, choć gwałtowna w skali historii planety, jest dla nas zbyt powolna, byśmy ją dostrzegali i potraktowali jako poważne zagrożenie. Jeśli

będziemy czekać zbyt długo, uspokojeni powolnym wzrostem temperatury wynikającym z silnego maskowania wpływu gazów cieplarnianych przez aerozole, to bez żadnego ostrzeżenia przekroczymy punkty krytyczne koncentracji gazów cieplarnianych, zupełnie nie zdając sobie z tego sprawy. Wielu nie dostrzega faktu, że gazy cieplarniane nie są po prostu jeszcze jedną formą zanieczyszczeń; znaczny odsetek ludzi sądzi, że można je usunąć z powietrza z tą samą łatwością jak substancje, które wywołują kwaśne deszcze. Inercja klimatu powstrzymująca wzrost temperatury i włączanie się dodatnich sprzężeń zwrotnych to wcale nie nasz sprzymierzeniec, lecz koń trojański – zanim się połapiemy jak poważna jest sytuacja, sprawy zajdą już bardzo daleko. Próby działania podejmowane wtedy, gdy zmiany klimatu będą już ewidentne, będą przypominać próbę zmiany kursu rozpędzonego Titanica na sekundy przed zderzeniem. Nakłada się na to inercja naszej infrastruktury bazującej na paliwach kopalnych. Kiedy wreszcie uświadomimy sobie konieczność wprowadzenia zmiany wymiana elektrowni, fabryk i środków transportu zajmie dekady. W tym czasie wciąż będziemy wpuszczać do cyklu węglowego dalsze miliardy ton dwutlenku węgla.

98

http://www.tinyurl.com/5uxjcnl

61

STdDK - Klimat i jego uwarunkowania - M. Popkiewicz  

Co to jest klimat i czym różni się od pogody? Czy klimat zmieniał się zawsze? Jakie czynniki kształtują klimat naszej planety i jak wpływa n...