nedeľa, 31. marca 2013

Teplejší Atlantik zvýši riziko hurikánov v západnej Európe


K tomuto záveru dospela jedna z posledných štúdií analyzujúca zmeny podmienok vzniku a vývoja tropických cyklón v oblasti Atlantického oceánu, predovšetkým však v jeho východnej časti, v blízkosti pobrežia západnej Európy (More hurricanes to hit Western Europe due to global warming). 


Obr. 1: Modelovanie TC a ich vnútornej dynamiky si vyžaduje globálne cirkulačné modely s veľkým rozlíšením (Zdroj)

Hurikány, alebo všeobecnejšie tropické cyklóny (TC), sú veľmi hlboké tlakové poruchy, prevažne menšieho horizontálneho rozsahu (priemer ~100 až 1000 km), ktoré sa vytvárajú nad teplými tropickými oceánmi v dôsledku veľmi intenzívnej konvekcie, najčastejšie od druhej polovice leta až do konca jesene (august-november). V Atlantickom oceáne väčšina z týchto cyklón putuje najskôr od západného pobrežia Afriky a Kapverdských ostrovov smerom na západ okolo južného okraja Azorskej tlakovej výše. Pokiaľ neskončia nad Karibským morom, výškové prúdenie tlakovej výše ich trajektóriu postupne stáča po parabole najskôr smerom na severozápad, sever a neskôr na severovýchod až východ. V prípade, že sa TC udržia v „dobre kondícii“ a teda zachovajú si svoju silu a štruktúru aj po prechode cez rozsiahly Atlantik miernych šírok, môžu skončiť až pri pobreží Britských ostrovov, prípadne kontinentálnej západnej Európy (ZE). Počet vznikjúcich TC, ako aj ich maximálna intenzita (sila) závisia od veľkého počtu faktorov, najmä však od teploty povrchových vrstiev oceánu a charakteru výškového prúdenia vzduchu. Preto podobne ako teplotné charakteristiky oceánov a atmosféry, aj ročný počet TC v Atlantiku podlieha pomerne veľkej časovej premenlivosti. Aby ste si o nej vytvorili akú-takú predstavu, pozrite si graf na Obr. 4, kde sú vidieť dlhodobé zmeny ročného počtu TC v Atlantickom oceáne v období 1878-2006 (Zdroj: Vecchi a Knutson 2008). 


Obr. 2: Trajektórie atlantických tropických cyklón simulované od augusta do októbra pre dve periódy, 2002-2006 (vľavo) a 2094-2098 (vpravo) - intenzita TC je reprezentovaná farbou trajektových línií (TC stupňa hurikánu je znázornená červenou farbou; BF > 12) - teplota SST je vynesená v pozadí, pričom prahová hodnota 27 °C je zvýraznená čiernou líniou (Zdroj)

Keďže však teplota povrchu oceánu v oblasti centrálneho Atlantiku postupne klesá až pod prahovú hodnotu 27 °C, ktorá je nevyhnutná pre podporu existencie TC, hurikány na ceste do Európy postupne slabnú, cez štádium tropickej búrky až do štádia tzv. mimotropickej cyklóny. Preto, aj keď takto hlboká tlaková níž západnú Európu zasiahne, vo väčšine prípadov sa už nejedná o skutočný hurikán, ale skôr o jeho pozostatok, ktorý však v niektorých základných rysoch hurikán ešte stále pripomína. Predovšetkým z pohľadu intenzívnych zrážok a silného vetra. A práve na tieto prípady sa zameral aj posledný výskum kolektívu autorov Haarsma et al. 2013


Obr. 3: Rozdiely modelovanej priemernej rýchlosti vetra v období augusta až októbra medzi obdobím 2002-2006 a 2094-2098 [m.s-1] (Zdroj)

Použitím veľmi podrobného globálneho klimatického modelu s horizontálnym rozlíšením 25 × 25 km autori simulovali klimatický výskyt hurikánom podobných cyklón v oblasti Severného mora, Biskajského zálivu, Britských ostrovov a západného pobrežia Nórska pre časový horizont 2094-2098. Šesť modelových simulácií pre obdobie konca 21. storočia bežalo v podmienkach predpokladaných vyšších koncentrácii CO2 (podľa scenára RCP 4.5, počíta s koncentráciami na úrovni 650 ppm) a vyššej priemernej teploty povrchu Atlantického oceánu. Výsledky porovnali so simuláciami súčasného stavu z obdobia 2002-2006, ako aj pozorovaným výskytom a intenzitou cyklón v priestore východného Atlantiku. Výstupy modelov a závery z nich vyplývajúce sú veľmi zaujímavé. Z porovnania súčasného stavu, kedy sa v priestore ZE vyskytnú na konci leta a v priebehu jesene v priemere „len“ dve hlboké cyklóny tropického pôvodu, s predpokladaným scenárom pre koniec 21. storočia vyplýva, že ich výskyt by sa mohol zvýšiť až na 13 ročne, pričom nárast je najvýraznejší v oblasti Biskajského zálivu (25-násobné zvýšenie, Obr. 2). Výsledky očakávaného výskytu TC celkom dobre korešpondujú aj s predpokladanými zmenami priemernej rýchlosti vetra pri brehoch ZE (Obr. 3), ktorá by mohla vzrásť v niektorých oblastiach aj o viac ako 12 m.s-1. 

Za hlavnú príčinu tohto možného vývoja autori štúdie považujú najmä významný nárast teploty povrchových vrstiev Atlantického oceánu (SST Sea Surface Temperature), a to nielen v oblasti pobrežia ZE, ale aj v priestore tropického Atlantiku pri brehoch Afriky. Už v dnešnej dobe možno v tropickej oblasti východného Atlantiku pozorovať častejší vznik TC a ich rýchly vývoj až do štádia hurikánu. Treba si aj uvedomiť, že čím bližšie k Európe hurikány vznikajú, tým väčšie riziko pre obyvateľov ZE predstavujú. To pochopiteľne existovalo aj v minulosti. Veď v období 1960-2010 zasiahlo ZE celkovo 23 veľmi hlbokých tlakových porúch, ktorých pôvod bol v 21 prípadoch v hurikánoch a 2 prípadoch v tropických búrkach. Scenáre klimatickej zmeny však pre koniec 21. storočia predpokladajú v tropickej oblasti východného Atlantiku ďalšie zvyšovanie SST až na hodnotu prevyšujúcu prahovú teplotu potrebnú pre vývoj TC, teda 27 °C. Keďže doterajší výskyt pozostatkov TC v ZE bol takmer vždy sprevádzaný značnými škodami spôsobenými tak intenzívnymi zrážkami ako aj silným vetrom,  výsledky tejto štúdie nie sú pre obyvateľov Britských ostrovov, Nórska, Portugalska či Francúzska v žiadnom prípade povzbudzujúce. 


Obr. 4: Dlhodobý vývoj ročného počtu TC v Atlantickom oceáne v období 1878-2006 (čierna línia) - červená čiara je 5-ročný kĺzavý priemer; sivý baner v pozadí je 95 % interval spoľahlivosti korekcie údajov, modrá čiara v spodnej časti grafu reprezentuje celkový počet doplnených údajov, vzhľadom na výpadky pozorovaní TC (Zdroj)

Klimatický výskyt veľmi silných tlakových porúch tropického pôvodu pri brehoch západnej Európy je veľmi pekne zhrnutý v publikácii The Impact of Hurricanes on the Weather of WesternEurope (autor: Dr. Kieran Hickey). Ďalšie informácie o možnom prepojení výskytu a intenzity TC, a hlavne hurikánov v priestore Atlantického oceánu, môžete nájsť aj predošlom článku: Keď sa z hurikánov stávajúsuper-búrky, prípadne aj na stránke Geofyzikálneho laboratória dynamiky kvapalín (Hurricanes and Climate Change a Has Global Warming Affected Atlantic Hurricane Activity?)


Literatúra

sobota, 30. marca 2013

Motivované odmietanie a spochybňovanie vedy

Výsledky vedeckej práce smerujúce k odhaľovaniu skutočného stavu vecí v tomto zložitom svete nikdy neboli, až na pár výnimiek, veľmi populárne, či už v zástupoch „obyčajných“ ľudí alebo v kruhoch vládnucej elity. Bolo tomu tak v minulosti, a je tomu tak, žiaľ, aj v dnešnej uponáhľanej dobe.

Má to samozrejme svoje „opodstatnené“ dôvody, ktoré podobne ako dobre vyladený hodinový stroj fungujú takmer dokonalo už celé stáročia. Pre obyčajných ľudí sú vedecké výsledky často krát nielen príliš zložité a v obrovskom nápore informácií aj neprehľadné, ale aj ťažko aplikovateľné v bežnom živote. A prečo? Bez sprostredkovaného a prívetivého manuálu ako spracovávať, ale najmä ako využívať nadobudnuté informácie v bežnom živote, je získavanie tzv. „veľkého obrazu“ alebo nadhľadu v danej oblasti ťažká drina, vyžadujúca si tak dostatok času, ako aj prístup k hodnoverným a serióznym informačným zdrojom. Problémom je jedno aj druhé, no nielen to. Ak už aj nejakým zázrakom dôjde k preniknutiu ku skutočnému obrazu reality, často krát to skončí len pri apatickom pokrčení ramien a vyrieknutí frázovej otázky „Čo s tým Ja sám môžem robiť?“, prípadne hľadaní stráviteľných a zdôvodniteľných argumentov utvrdzujúcich nás o opaku. 


Obr. 1: Spôsoby argumentácie klimaskeptikov sú niekedy až zarážajúce - na obrázku je animácia toho, ako sa na nárast globálnej teploty pozerajú popierači globálneho otepľovania (modrý trend) a ako ho vnímajú klimatológovia (červený trend; Zdroj)

Áno, musíme si to priznať, pravda môže byť niekedy dosť nepríjemná a problémy súvisiace s realitou, ktoré sa veda snaží objasniť a nájsť pre ne adekvátne a zmysluplné riešenia, si od nás, bežných ľudí, vyžadujú aj čosi viac, než len zaužívané spôsoby myslenia v už „vychodených chodníčkoch“ dennej rutiny a všednosti.

Dozaista tento vzorec chovania väčšinovej populácie vyhovuje aj vládnucej elite, ktorej nie sú cudzie ani rôznorodé praktiky, ako čo najrýchlejšie a najefektívnejšie „udusiť“ náznaky pokrokovejšieho a otvorenejšieho kritického myslenia. Akékoľvek objektívne referovanie o problémoch a navrhovaných riešeniach, ktoré ohrozujú plynulé fungovanie systému založeného na princípoch neo-liberalizmu a voľného trhu a zaváňajú určitými reguláciami, je pre elitu zväčša neprípustné, a ohrozujúce predovšetkým ich stabilitu. Jedným z nástrojov, ktoré elita má k dispozícii, je systematické spochybňovanie a odmietanie výsledkov vedeckej práce.

Tento druh motivovaného spochybňovania však nemá nič spoločné s vedeckým a zdravým skepticizmom. Je cielene namierené proti konkrétnym oblastiam výskumu, či dokonca vybraným osobnostiam daného odboru, ktoré si dovolili „vystrčiť“ hlavu a upozorňovať na to, že niečo nie je v poriadku. Učebnicovým príkladom tohto prístupu je aj spochybňovanie výskumu klimatickej zmeny. To zvlášť v dnešnej dobe internetu nadobudlo takého rozsahu, že klimatológia má naozaj čo robiť, aby uhájila svoj status serióznej vedy a vyvracanie mýtov a konšpiračných teórií o globálnom otepľovaní sa stalo hlavnou obsahovou náplňou blogov mnohých popredných odborníkov na klimatický systém Zeme. 

Obr. 2: Video prináša komentár k jednému z najčastejšie šíreným mýtom o zastavení globálneho otepľovania po roku 1998 (Zdroj)

Viac ako 97 % odborníkov z oblasti klimatológie, ktorí pravidelne publikujú v impaktových časopisoch je presvedčených, že planéta sa nielenže otepľuje, ale že tomuto fenoménu významne napomáhajú najmä ľudské aktivity. Aj napriek tomuto, široko prijímanému vedeckému konsenzu, sa väčšinová populácia stavia k tomuto zisteniu zväčša odmietavo a považuje objektívne výsledky klimatologického výskumu sa stále nedostatočné či nedôveryhodné. Z čoho toto pochybovanie ale vyplýva? Z toho, že sa nám zdajú byť výsledky výskumu nejasné alebo že vedci dodnes nedokážu so stopercentnou istotou ukázať na skutočnú príčinu klimatickej zmeny? Myslím, že tým to nebude. Odpoveď veľmi pravdepodobne súvisí s tým, že existuje veľké množstvo alternatívnych teórií, ktoré nám ponúkajú zväčša alibistický pohľad na realitu globálneho otepľovania. Teda tú realitu, ktorá je pre nás príjemnejšia a stráviteľnejšia. Ponúkajú najčastejšie koncept, ktorý vychádza z tvrdenia, že ak sa aj planéta otepľuje, my ľudia s tým máme len pramálo spoločného. Väčšia časť tohto informačného balastu je založená na predstave, alebo skôr viere v to, že človek je na tejto planéte príliš „bezvýznamný“ na to, aby dokázal ovplyvňovať niečo tak obrovské, ako je podnebie Zeme. Aby som však nebol príliš kritický, je potrebné si priznať, že na celý problém správnej percepcie klimatickej zmeny je možné sa pozerať aj z trochu iného uhla pohľadu, a to z pohľadu samotnej vedy, klimatológie.

Ide o to, že časť problému je možné vidieť aj na strane samotných klimatológov, z ktorých väčšina má určitý problém s dostatočne efektívnym a zrozumiteľným odkomunikovaním toho, v čom je skutočný problém klimatickej zmeny a ako by bolo možné tento problém riešiť. Chýba tejto časti odborného spektra dostatočný prehľad na to, aby to dokázali? Nie je to vylúčené, no o skutočných dôvodoch radšej nebudem ani špekulovať. 


Aby som sa tu ale nepúšťal do zdĺhavého vysvetľovania toho, ako sa veci v tejto oblasti majú, rovno vás odkážem na jeden zaujímavý článok, ktorého názov hovorí asi za všetko: 


A k tomu všetkého určite odporúčam si prečítať aj jeden z najnovších textov amerického meteorológa Jeffa Mastersa, ktorý píše o zneužívaní štatistického rozboru meteorologických údajov pre dosiahnutie nepravdivého obrazu o klimatickej zmene (How to Abuse Statistics: Claim Global Warming Stopped in 1998).


Doporučené zdroje informácií

piatok, 29. marca 2013

Vulkanické erupcie a globálna klíma

Aj malé vulkanické erupcie dokážu významne ochladzovať planétu


Ako sme uviedli v jednom z posledných článkov, priemerná globálna teplota v poslednom desaťročí sa zvyšovala o niečo pomalšie ako predpokladali globálne cirkulačné modely, založené na náraste koncentrácií skleníkových plynov v atmosfére. Okrem zrýchlenej akumulácie tepla v hlbších častiach oceánov, prostredníctvom ktorej možno vysvetliť časť „chýbajúceho tepla“ získaného v dôsledku silnejšieho skleníkového efektu atmosféry, ďalšou príčinou je veľmi pravdepodobne nárast množstva síranových aerosólov v stratosfére ako následok vulkanickej činnosti. Doposiaľ sa však myslelo, že ochladzujúci vplyv na globálnu klímu majú len veľké, kataklizmatické erupcie tropických vulkánov (napr. Mt. Pinatubo z roku 1991 alebo Mt. Agung z roku 1963), no najnovšia štúdia publikovaná v Geophysical Research Letters (Recent anthropogenic increases in SO2 from Asiahave minimal impact on stratospheric aerosol) naznačuje, že zásadný vplyv na radiačnú bilanciu Zeme môžu mať aj menšie, ale zato pravidelnejšie vulkanické erupcie (Obr. 1).


Obr. 1: (hore) Vulkanická erupcia sopky Sarychev na Kurilských ostrovoch 12. júna 2009, tak ako ju videli astronauti z paluby ISS (Zdroj); (dole) Filipínska sopka Mayon na ostrove Luzón patrí medzi najaktívnejšie sopky na svete

Doterajší výskum v oblasti atmosférických aerosólov síce predbežne zistil, že od roku 2000 sa množstvo síranových aerosólov v zemskej stratosfére, vo výške od 20 do 30 km, ročne zvýšovalo v intervale 4-10 %, no o zdroji jeho pôvodu sa doteraz viedli intenzívne diskusie. Jedna štúdia prišla s tvrdením, že zdrojom môžu byť antropogénne emisie aerosólov pochádzajúce prevažne z Indie Číny, a nielen to. V interpretácii sa tiež uvádzal aj spôsob, akým sa častice aerosólov pravdepodobne dostávajú vysoko do stratosféry. Pomôcť tomu mali ázijské monzúny, prostredníctvom intenzívnej atmosférickej konvekcie počas letného obdobia. Konvekcia, teda organizované výstupné pohyby vzduchu, mala doslova „nasávať“ obrovské množstvá prachových častíc a vynášať ich do stratosférických výšok. Boli to však len teoretické predpoklady, ktoré, ako ukazujú výsledky v štúdii Neely et al. 2013, nemajú zrejme nič spoločné s realitou. Neely a jeho kolektív, v ktorom nechýbala ani uznávaná odborníčka S. Solomon, na základe modelových výstupov (aerosólové mikrofyzikálne modely) a satelitných meraní v období 2001-2010 dospeli k záveru, že hlavným zdrojom pozoruhodného zvýšenia koncentrácií stratosférických aerosólov po roku 2000 sú časté a pravidelné erupcie malých a stredne veľkých sopiek. Ich spoločný ochladzujúci účinok na globálne teplotné pomery sa odhaduje až 25 % z očakávaného oteplenia v poslednom desaťročí.

Ako ale ukazuje jedna z ďalších štúdií zverejnená v časopise Nature Geoscience, výstupy klimatických modelov z druhej polovice 90. rokov 20. storočia, dokázali, aj napriek pomalšiemu tempu otepľovania v poslednej dekáde, celkom presne odhadnúť vývoj globálnej teploty v uvádzanom období (Obr. 2). Viac podrobností k výsledkom možno nájsť na stránkach Guardianu alebo Nature.


Obr. 2: Dva vybrané modely globálnej teploty zverejnené v roku 1999 (plná a prerušovaná čierna čiara), namerané hodnoty v jednotlivých rokoch sú naznačené žltými bodmi, 10-ročný kĺzavý priemer meraní globálnej teploty je prezentovaný červenou čiarou (Zdroj)

Vráťme sa však ešte k samotným sopečným erupciám a ich vplyvu na globálnu klímu. V jednom z predošlých článkov sme pripomenuli jednu z posledných známych erupcií, ktorá sa odohrala doslova na prahu Európy. V súvislosti s touto, viac-menej len priemernou erupciou sa najmä v laických kruhoch začalo špekulovať o tom, či výbuch Eyjafjöll (skrátený názov pre Eyjafjallajökull) mohol ovplyvniť vývoj globálnej teploty vzduchu. V dobe jej erupcie a v období krátko po nej dosah a dôsledky tejto erupcie na klímu pravdepodobne nevedel presne doceniť nikto. Ako ale ukazuje nová štúdia Neely et al. 2013, je možné, že aj Eyjafjallajökull z roku 2010 prispel nejakou svojou časťou. Aký efekt na globálnu klímu skutočne majú teda sopečné erupcie? Závisí to nielen od charakteru vulkanických produktov, ich chemického zloženia a sily erupcie, ale aj od geografickej polohy aktívnej sopky.

Dôvod, prečo si erupciu Eyjafjallajökullu len málokto spájal s vývojom globálnej klímy, bol vcelku jednoduchý a vychádzal z toho, čo sme o vulkanických erupciách a ich vplyve na klímu dovtedy vedeli. Čo do sily výbuchu (3. stupeň VEI Index sopečnej explozivity) a množstva vyprodukovaného popola, prachu a lávy sa erupcia sopky Eyjafjöll nemohla ani zďaleka rovnať s takou udalosťou, akou bola napríklad erupcia filipínskej sopky Mt. Pinatubo z júna 1991 (Obr. 3). Počas tejto pamätnej erupcie sa dostalo do atmosféry sto násobne väčšie množstvo sopečného popola a prachu (10 km3), ktoré dokázalo v nasledujúcich, minimálne troch rokoch ovplyvniť (ochladiť) klímu na celej Zemi (pokles globálnej teploty až o 0,5 °C). Dôsledky výbuchu bolo možné v zemskej atmosfére ľahko pozorovať ešte sedem rokov po výbuchu. 


Obr. 3: Prvá zo série veľkých erupcií Mt. Pinatubo 12. júna 1991 - na obrázku, ktorý bol zachytený z americkej vojenskej základne Clark, vidieť 18 km vysoký oblak popola a prachu stúpajúci z krátera sopky. O tri dni neskôr, 15. júna, došlo k hlavnej kataklizmatickej erupcii, ktorá sopečnú tefru vyvrhla do výšky takmer 40 km - emisie síranových aerosólov ochladili globálnu klímu o 0,5 °C v priebehu nasledujúcich 2 rokov (Zdroj)

Sopky hrajú pri utváraní globálneho obrazu klímy, a najmä jeho premenlivosti dôležitú úlohu. Materiál v podobe prachových častíc a plynov, ktorý vyvrhujú pri svojej pravidelnej aktivite do vyšších vrstiev atmosféry, dokáže ovplyvniť chemické, radiačné a dynamické vlastnosti zemskej atmosféry. To, ako významne konkrétny vulkán klímu skutočne aj ovplyvní závisí hneď od niekoľkých faktorov. Popri sile samotného sopečného výbuchu a geografickej polohy sopky sú to predovšetkým chemické zloženie a množstvo vyprodukovaných častíc ako aj ich vertikálne rozloženie a koncentrácia v jednotlivých vrstvách atmosféry. Z tohto pohľadu je dôležité, aby sa vyvrhovaný materiál dostal do čo možno najväčších výšok a mal vysoký podiel zlúčenín na báze síry. Prítomnosť sopečných aerosólov vo výškach nad 15-20 km dokáže ovplyvniť klímu aj na niekoľko rokov.

Trochu z histórie
Deň po veľkej erupcii Vezuvu v roku 79 n.l. si Plínius Mladší povšimol, že slnko v dôsledku veľkej koncentrácie sopečného popola, prachu a plynov znížilo svoju svietivosť na úroveň, aká je bežne vídaná pri zatmeniach Slnka. Tento efekt bol pravdepodobne len lokálny a obmedzoval sa na oblasť Neapolského zálivu. Bol to však až Benjamin Franklin, ktorý ako prvý vedec rozpoznal súvislosť medzi výskytom neobvyklej, suchej hmly vo Francúzsku v lete roku 1783 ako aj mimoriadne chladnou zimou na prelome rokov 1783/84, a veľkou sopečnou erupciou. Vtedy ešte nevedel, že išlo o legendárnu erupciu sopky Laki na Islande. Súdobé chemické rozbory tejto hmly dokázali identifikovať látku, ktorú v súčasnosti poznáme pod názvom kyselina sírová (H2SO4). Aby sa však tento problém dostal do širšieho povedomia muselo ubehnúť ešte ďalších 100 rokov.


Obr. 4: Anak Krakatoa počas jednej z erupcií v roku 2008 (Zdroj)

Bola to práve známe indonézska sopka Krakatoa, ktorej erupcia a najmä jej globálne dôsledky vzbudili celosvetovú pozornosť tak médií ako aj bežných ľudí. Nezvyčajne sfarbené západy a východy Slnka a Mesiaca neunikli pozornosti aj tých, ktorí sa obyčajne na oblohu nepozerajú. Medzi hlavné príčiny, ktoré mali mať na svedomí tieto nezvyčajné javy bol zaradený aj kremičitý sopečný prach a plyny obsahujúce zlúčeniny síry. Len na margo týchto udalostí môžeme pripomenúť, že v pamäti vtedajších ľudí sa ešte črtali spomienky na obdobné úkazy, spôsobené dokonca ešte masívnejšou vulkanickou erupciou. Reč je o mimoriadne ničivom vulkanickom výbuchu Tambory z roku 1815 (Obr. 6; pozn.: výbuch Tambory, VEI 7, bol však asi 10-násobne slabší ako najväčšia erupcia za posledných 25 miliónov rokov - Toba). Po sérii troch silných erupcií v Karibiku v roku 1902 a predovšetkým najsilnejšej erupcii 20. storočia, aljašskej sopky Katmai (Novarupta) z roku 1912, dospeli dvaja vedci (C. G. Abbot a W. J. Humphreys), nezávisle jeden od druhého, k záveru, že sopečná aktivita môže viesť k dočasnému hemisférickému až globálnemu ochladeniu klímy. Neskoršie vedecké štúdie ako aj priame pozorovania a merania zo zeme, lietadiel a vesmíru potvrdili, že sa tento efekt zvýrazňuje najmä po mimoriadne silných erupciách sopiek nachádzajúcich sa prevažne v tropickom pásme. Tieto závery boli doložené najmä empirickými údajmi po mimoriadnej sopečnej aktivite vulkánov Agung (Indonézia, 1963), Mt. St. Helens (USA, 1980), El Chichón (Mexiko, 1982) a Mt. Pinatubo (Filipíny, 1991).


Obr. 5: Simulovaný ochladzujúci efekt kolosálnej vulkanickej erupcie Toby (pred 74 tisíc rokmi) odhadnutý pomocou klimatických modelov - keby Toba vybuchla dnes, väčšia časť povrchu pevnín by sa pravdepodobne ochladila o minimálne 12 °C v priebehu prvého roka po erupcii. Sila erupcie Toby je odhadovaná na VEI 8 - išlo o najsilnejšiu sopečnú erupciu za posledných 25 miliónov rokov (Zdroj)


Obr. 6: Odhadovaný ochladzujúci účinok erupcie Tambory z roku 1815 - na mapke sú znázornené odchýlky letnej priemernej teploty v Európe od normálu 1971-2000, rok 1816 je tiež známy ako "Rok bez leta" (Zdroj)

Klimatický efekt sopečných erupcií
Keďže aj po mimoriadne silných erupciách zotrvávajú prachové a popolové častice v atmosfére rádovo len niekoľko týždňov, prípadne mesiacov, sú to práve plyny a medzi nimi najmä SO2, CO2, H2O, N2, H2S a HCl, ktoré odrážajú alebo pohlcujú v stratosférických výškach časť priameho slnečného žiarenia a ochladzujú tak dostatočne výrazne prízemné vrstvy troposféry (najnižšie ležiaca vrstva atmosféry). Pre vulkanológov a predovšetkým klimatológov je zaujímavý najmä oxid siričitý (SO2, Obr. 10), ktorý vo voľnej atmosfére veľmi ľahko reaguje s vodnou parou, pričom vznikajú drobné aerosólové kvapôčky kyseliny sírovej (H2SO4). Vrstva kyseliny sírovej veľmi účinne zabraňuje prenikaniu krátkovlnnej a viditeľnej časti slnečnej radiácie k zemskému povrchu (Obr. 8), ktorý sa následne ochladzuje. Naopak vrstva samotná sa vplyvom zvýšeného pohlcovania energie slnečného žiarenia a tepelnej radiácie zemského povrchu a oblačnosti ohrieva. Z tohto vyplýva, že čím výraznejšie sú v sopečných aerosóloch zastúpené práve plynné zlúčeniny síry, tým výraznejší dopad to v konečnom dôsledku môže mať na globálnu klímu.


Obr. 7: Schematické znázornenie klimatického účinku veľkej sopečnej erupcie na rozptyl a pohlcovanie žiarenia, na povrchovú teplotu vzduchu a iné procesy v zemskej atmosfére a na zemskom povrchu (Zdroj)

To však nie je ani zďaleka všetko. Ako sme už spomenuli v úvode, jedným z najdôležitejších faktorov je aj geografická poloha konkrétnej sopky. Oblasti s výskytom aktívnych vulkánov nie sú na zemskom povrchu rozmiestnené rovnomerne, avšak ani náhodne. Až na niektoré výnimky sa ich výskyt obmedzuje na kontaktné zóny litosférických dosiek. Jedna z najvýraznejších takýchto línii ohraničuje Tichý oceán a nazýva sa tiež „Ohnivý prstenec“. Jeho súčasťou sú napríklad sopky v Chile, Peru, Ekvádore, Mexiku, USA, na Aljaške, Aleutských a Kurilských ostrovoch, v Japonsku a na Filipínach. Klimatológovia si pre účel svojich analýz rozdelili sopky na dve skupiny, a to na vulkány tropické (do 30° j. a s. g.š.) a mimotropické (nad 30° j. a s. g.š.). Pre globálnu klímu majú význam najmä tie tropické, ktorých prachové a plynné aerosóly dokáže stratosférické (aj troposférické) prúdenie v nízkych zemepisných šírkach rozniesť rovnomerne okolo celého rovníka do 2 až 3 týždňov po erupcii. Šírenie vulkanických aerosólov do vyšších zemepisných šírok je však už o niečo pomalšie, pretože naráža na niekoľko bariér, ktorých priechodnosť závisí najmä od ročného obdobia. Ale aj napriek tomu to sopečnému oblaku netrvá zväčša ani jeden rok, aby sa prepracoval až k pólom. Mimotropické vulkány sa globálne presadzujú neporovnateľne ťažšie a väčšinou sa im to ani nepodarí. Aerosóly vulkanických erupcií vo vyšších zemepisných šírkach sa pod 30° šírky jednoducho nedostanú a tak je im tropické pásmo, kde by ich vplyv bol výraznejší, odoprené. K takejto situácii došlo dokonca aj po tak výnimočne silných erupciách, akými boli napríklad Laki z roku 1783 a Katmai zo začiatku 20. storočia (1912).

 

Obr. 8: Redukcia priameho slnečného žiarenia sopečnými erupciami zaznamenaná na observatóriu na Mauna Loa - Hawaii (Zdroj)

Okamžitý klimatický efekt (Obr. 7) v podobe ochladenia prízemných vrstiev atmosféry sa objavuje zväčša už mesiac po erupcii a pretrváva po dobu troch až šiestich mesiacov. Následné mierne oteplenie je v prvom roku po erupcii opäť vystriedané ochladzovaním, ktoré môže v závislosti od rozsahu sopečného výbuchu pretrvať až 5 rokov. V prípade mimotropických erupcií zvykne byť už prvá zima danej pologule mimoriadne chladná a nasledujúce letá výrazne vlhké (došlo k tomu napríklad po erupcii sopky Laki). Efekt tropických erupcií v mimotropických šírkach je však diametrálne odlišný. Zatiaľ čo sa trópy výrazne ochladzujú, kontinentálne oblasti vyšších zemepisných šírok sú dočasne teplejšie, najmä v zime. Je to dôsledok výraznejšieho prúdenia teplého oceánskeho vzduchu (v dôsledku intenzívnejšieho zonálneho prúdenia pozdĺž rovnobežiek) nad kontinenty danej pologule. Celkovým výsledkom je však globálne ochladzovanie, a to predovšetkým kvôli väčšej rozlohe tropického pásma. 

Okrem ochladzujúceho efektu, ktorý sa prejavuje v časovom horizonte 1-3 rokov, majú sopky aj opačný účinok na globálnu klímu. Tento otepľujúci efekt sa však prejavuje v oveľa dlhších časových periódach. Ako určite vieme, vulkány sú, okrem iného, aj významným zdrojom CO2. Ročne je na zemskom povrchu aktívnych 50-60 sopiek a odhaduje sa, že celkovo dodajú do atmosféry približne 0,132 a 0,319 mld. ton (gigaton = Gt) CO2 za rok (Zdroj). V porovnaní s antropogénnymi emisiami (> 37 Gt/rok) je to síce relatívne málo, ale tento príspevok je pomerne stabilný, a už niekoľko miliónov rokov udržuje koncentrácie tohto plynu na celkom "znesiteľných" hodnotách. Z geologickej histórie sú však známe aj prípady, kedy dlhodobo zvýšená vulkanická činnosť spôsobila významné otepľovanie (v priebehu jury, kriedy alebo PETM pred 55 milión rokmi).   


 Obr. 9: Erupcia sopky Eyjafjallajökull z apríla 2010 (Zdroj)

V prípade sopky Eyjafjöll (Obr. 9) sa v priebehu prvých 72 hodín erupcie dostalo do atmosféry 140 milión m3 popola a prachu. Popri relatívne slabej erupcii však potenciál Eyjafjöllu znevýhodňovala aj jej poloha vo vysokých zemepisných šírkach severnej pologule. Aby sopka dokázala zásadných spôsobom ovplyvniť globálnu klímu, je najlepšie ak sa nachádza v tropickom pásme, v blízkosti rovníka, kde prúdenie v atmosfére dokáže veľmi efektívne rozniesť sopečné aerosóly takmer rovnomerne po celej Zemi a účinne tak znížiť intenzitu prichádzajúceho slnečného žiarenia. Ak sa však vulkán nachádza vo vyšších zemepisných šírkach a jeho erupcia nie je výnimočne silná, jeho vplyv sa obmedzuje len na pologuľu, na ktorej sa nachádza. To znamená, že v prípade dokonca aj silnejšej erupcie Eyjafjöllu (viac ako 3. stupeň VEI), prípadne inej islandskej sopky, by sa jej vplyv obmedzil len na severnú pologuľu. 


Obr. 10: Množstvo síranových emisií vyvrhnutých do atmosféry počas vybraných erupcií v období 1979-2004 v tisícoch tonách (Zdroj)

Island a jeho „ľadovcové“ vulkány
Island je skutočnou krajinou sopiek, pretože okrem Eyjafjöllu sa tu nachádza ďalších 29 vulkánov aktívnych v období zatiaľ poslednej geologickej periódy, Holocénu. Niektoré z nich sú pre Islanďanov oveľa nebezpečnejšie než Eyjafjöll, a to nielen kvôli svojej častej a pravidelnej aktivite (Hekla), ale aj preto, že ležia pod mohutnými ľadovcami (Katla, Grímsvötn), takže v prípade erupcie môžu vyvolať ničivé povodne (v miestnom jazyku tiež nazývané jökulhlaups). K takýmto nebezpečným situáciám dochádza pomerne často najmä v prípade sopky Grímsvötn (naposledy v novembri 2004) ležiacej pod 200 metrov hrubou vrstvou ľadu v centrálnej časti najväčšieho islandského ľadovca, Vatnajökull. Povodne z roku 2004, prípadne z roku 1996 boli mimoriadne závažné, no našťastie sa vyhli oblastiam, kde žijú ľudia. Niet sa preto čomu čudovať, že obavy vulkanológov v posledných dňoch smerujú k mohutnému, aj keď nie až tak vysokému vulkánu Katla, ktorý sa rozprestiera východne od Eyjafjöllu a pokrýva ho rozsiahly, miestami až 500 metrov hrubý ľadovec Myrdalsjökull, štvrtý najväčší na Islande. V prípade, že by sa Katla prebudila k životu, jej erupcia by bola pravdepodobne nielen silnejšia (4. až 5. stupeň VEI), ale hrozila by roztopiť značnú časť ľadovca neporovnateľne väčšieho objemu, ako je to v prípade ľadovca Eyjafjallajökull.

Ďalším kandidátom na prípadnú erupciu je aj v 20. storočí oveľa aktívnejšia sopka Hekla, nachádzajúca sa severne od Eyjafjöllu, v tesnej blízkosti východnej vetvy Stredoatlantickej riftovej zóny, ktorá oddeľuje západne ležiacu Severoamerickú litosférickú dosku od Euroázijskej, ktorá sa pomaly posúva na východ. Hekla bola v 20. storočí aktívna hneď sedem krát, aj keď je pravda, že jej erupcie zväčša dosahovali len druhý, prípadne tretí studeň intenzity. Jej aktivita sa najčastejšie prejavuje vytekaním lávy pozdĺž 5,5 km dlhej trhliny Heklugjá. Naposledy dala Hekla o sebe vedieť vo februári roku 2000.   

Poobhliadnutie sa za Laki
Súčasná vulkanická aktivita je však len slabým odvarom toho, čo zažili Islanďania počas ôsmich mesiacov v rokoch 1873 až 1874, kedy došlo k najväčšej známej lávovej erupcii v historickej dobe. Od júna 1783 do februára 1874 sa láva s neustávajúcou intenzitou vylievala z 27 km dlhej trhliny Laki (Obr. 11), na ktorej vzniklo dovedna až 130 sopečných kráterov. Celkový objem lávy, ktorý Laki vyprodukovala bol ohromný. Takmer 15 km3 roztavených bazaltov pokrylo v priebehu erupcie vyše 550 km2 územia (približne rozloha okresu Svidník). Ide o bezkonkurenčne najväčší lávový prúd zaznamenaný v historickej dobe na Zemi. Aby sme si objem tohto lávového prúdu vedeli predstaviť v reálnych dimenziách Slovenska, skúsme použiť parametre Liptovskej Mary, našej, objemovo najväčšej priehrady. Laki by ju bez problémov naplnila takmer 45-krát! Mimoriadne bolo aj množstvo plynov, najmä oxidu siričitého, emitovaných do atmosféry. Sopka Pinatubo by musela vybuchnúť 6-krát (!) v priebehu 8 mesiacov, aby sa vyrovnala Laki, ktorá do atmosféry vychrlila 120 miliónov ton SO2.  


Obr. 11: Erupcia Laki výrazne poznačila charakter krajiny aj vo vzdialenejšom okolí. Jej dopad bol citeľný takmer vo všetkých kútoch severnej pologule (vľavo); vulkán Grímsvötn (vpravo) je najčastejšie vybuchujúcou sopkou na Islande, jej erupcie sú, vzhľadom na jej polohu pod ľadovcom Vatnajökull, vždy sprevádzané katastrofálnymi povodňami jökulhlaups

Následky erupcie Laki sa vymykajú bežnej skúsenosti nielen vulkanológov, ale aj bežných ľudí. Pre Islanďanov bola Laki nepredstaviteľnou katastrofou, ktorá dokázala v nasledujúcich rokoch, najmä v dôsledku strašného hladomoru, zredukovať počet obyvateľov ostrova o celú pätinu. Dôsledky sa však nevyhli ani oblastiam mimo Islandu. Modravý oblak plynov, pripomínajúci smog, visel nad celou Európu dlhé štyri mesiace a slnečné žiarenie bolo tak slabé, že sa ľudia mohli pozerať do slnka bez obáv, že by ich oslepilo. Nepriazeň počasia a veľká neúroda v nasledujúcich rokoch postihla takmer celú Európu, kde napríklad vo Francúzsku viedli až k sociálnym nepokojom, ktoré napokon vyústili do Francúzskej revolúcie v roku 1789. A aby toho nebolo málo, zima na prelome rokov 1783/84 patrila v Európe medzi najtuhšie za posledných 500 rokov! Ešte šťastie, že erupcie ako Laki sú dokonca aj v globálnej perspektíve veľmi zriedkavé. 


Obr. 12: Erupcia vulkánu Grímsvötn na Islande v roku 2011 (Foto: Egill Adalsteinsson/EPA)

Ak by Laki vybuchla v súčasnosti, čo sa samozrejme tak ľahko nestane a skutočne to ani nehrozí, dôsledky pre Európu a celú severnú pologuľu by boli nepredstaviteľne horšie ako v prípade vulkánu Eyjafjallajökull, ktoré sa našťastie obmedzili len na dočasne prerušenie leteckej dopravy v severoatlanticko-európskeho priestoru. Chladnejšieho leta či dokonca zimy, prípadne veľkej neúrody zapríčinenej sopečnou erupciou sa v nasledujúcom období zatiaľ obávať nemusíme.


Literatúra
Sigurdsson, H., 1982. Volcanic pollution and climate--the 1783 Laki eruption: American Geophysical Union, EOS Transactions, v. 10 August 1982, p. 601-602.
Rampino, M. R., and Self, S., 1982. Historic eruptions in Tambora (1815), Krakatau (1883), and Agung (1963), their stratospheric aerosols, and climatic impact: Quaternary Research, v. 18, p. 127-143.
Self, S., Zhao, Jing-Xia, Holasek, R.E., Torres, R.C., and King, A.J., 1996. The atmospheric impact of the 1991 Mount Pinatubo eruption, in Newhall, C.G., Punongbayan, R.S. (eds.), 1996, Fire and mud: Eruptions and lahars of Mt. Pinatubo, Philippines, Philippine Institute of Volcanology and Seismology, Quezon City and University of Washington Press, Seattle, 1126 p.
McGee, K.A., Doukas, M.P., Kessler, R. and Gerlach, T., 1997. Impacts of volcanic gases on climate, the environment, and people: U.S. Geological Survey Open-File Report 97-262, 2 p.
Jones, G.S., et al., 2005. "An AOGCM simulation of the climate response to a volcanic super-eruption", Climate Dynamics, 25, Numbers 7-8, pp 725-738, December, 2005.
Read, W.G., L. Froidevaux and J.W. Waters, 1993. "Microwave Limb Sounder measurements of stratospheric SO2 from the Mt. Pinatubo eruption", Geophysical Research Letters 20 (1993), pp. 1299-1302.
Zielinski, G.A. et al., 1996. "Potential Atmospheric Impact of the Toba Mega-Eruption 71,000 Years Ago", Geophysical Research Letters, 23, 8, pp. 837-840, 1996.

Zdroje
http://www.wunderground.com/climate/volcanoes.asp?MR=1 

Klimatologické zhodnotenie zimy 2012/2013

Aktualizované zhodnotenie zimy 2012/2013

Zima 2012/2013 (december-február) bola ako celok na Slovensku teplotne normálna, relatívne najchladnejší bol december so zápornou odchýlkou -2 až 0 °C, mesiace január a február boli teplotne nadpriemerné s kladnými odchýlkami 0 až +2 °C. Počas zimy neboli zaznamenané výraznejšie vpády studeného arktického vzduchu z vysokých zemepisných šírok, aj preto zima skončila prevažne s kladnou teplotnou odchýlkou od dlhodobého priemeru 1901-2000, ako aj normálu 1961-1990. Z tohto dôvodu neboli počas zimy zaznamenané silnejšie mrazy - absolútne teplotné minimum zimy bolo namerané v Oravskej Lesnej, kde 8.12. klesla minimálna teplota na -22,8 °C.

Relatívne teplejšia bola zima na východe Slovenska, kde teplotná odchýlka dosiahla hodnotu okolo +1 °C, na západe krajiny to bolo okolo +0,5 °C. Uvedené teplotné odchýlky boli tak v rámci teplotného normálu. Posledná zima so zápornou teplotnou odchýlkou od dlhodobého priemeru v Hurbanove bola zima 2010/2011, ale aj tá skončila ako teplotne normálna. Teplotne podnormálna zima bola naposledy pred 10 rokmi. Kým zima 2002/2003 dosiahla priemernú teplotu v Hurbanove -1,4 °C, tohtoročná bola o 2 °C teplejšia. Veľmi studená zima bola naposledy v roku 1985, jej priemerná teplota mala v Hurbanove hodnotu -3,6 °C (Obr.1).


Obr. 1: Odchýlky priemernej teploty zím od dlhodobého priemeru (1901-2000) v Hurbanove. Šípkou je vyznačená priemerná teplota zimy 2012/2013

Tohtoročná zima však bola zaujímavá najmä z hľadiska atmosférických zrážok, pričom za zimu spadlo asi 120 až 190 % zrážkového normálu (Obr. 6-7). Pretože teploty sa pohybovali okolo bodu mrazu, zrážky často vypadávali vo forme sneženia. Týkalo sa to najmä krajného juhozápadu Slovenska a malokarpatskej oblasti, kde bola uplynulá zima veľmi bohatá na sneh. Podrobnejšie informácie o snehovej pokrývke a snežení možno nájsť na stránke Slovenského hydrometeorologického ústavu.

Výdatné zrážky počas tohtoročnej zimy boli podmienené najmä prevládajúcimi cirkulačnými procesmi. V oblasti Stredomoria sa vytvárali tlakové níže, ktoré potom svojím zrážkovým pásmom zasahovali najmä juhozápadné časti Slovenska. To môžeme pozorovať aj na mapkách prízemného tlakového poľa (Obr. 2-3). Takéto situácie, pri ktorých viac sneží na juhozápade Slovenska než na severe, sú dôsledkom cirkulačných anomálií. Dlhšie pretrvávajúca negatívna fáza severoatlantickej oscilácie (NAO) v chladnom polroku v kombinácii s nadpriemerne teplými povrchovými vodami severozápadného a severného Atlantiku (vrátane európskej časti Arktídy; odchýlky až do 2 °C) viedli k zoslabovaniu zonálneho prúdenia vzduchu. Prejavilo sa to častými prienikmi studeného vzduchu zo severu Európy a Atlantiku do Stredomoria. V dôsledku týchto podmienok sa v priebehu tohtoročnej zimy v priestore nad západným a centrálnym Stredozemným morom často vytvárali výrazné tlakové níže (cyklóny). Tie sa po obvyklých dráhach smerom na severovýchod, cez Taliansko a Balkán následne presúvali až nad naše územie, a najmä na juhozápade a východe Slovenska viedli k nadnormálne vysokým úhrnom zrážok, prevažne vo forme sneženia.


Obr. 2-3: (vľavo) Priemerné rozloženie prízemného tlaku vzduchu (hPa) počas zimy 2012/2013 (Zdroj: NOAA); (vpravo) Odchýlka prízemného tlaku vzduchu od DP počas zimy 2012/2013 (Zdroj: NOAA)

Oblasť centrálnej a východnej Arktídy mala túto zimu výraznú kladnú teplotnú odchýlku od dlhodobého priemeru (DP) (Obr. 4). To sa prejavilo aj na cirkulačných procesoch. V oblasti Severného ľadového oceána a priľahlej oblasti sa v zime prehlbuje polárny vortex (vír). V situácii, keď dochádza k rýchlemu otepľovaniu prízemnej atmosféry (ale aj oceánu), môže byť polárny vortex alternovaný tlakovou výšou, ktorá dokáže celý vír destabilizovať a rozdeliť na niekoľko častí. Dôsledkom toho potom je studený arktický vzduch zo svojho pôvodného regiónu vytláčaný teplým vzduchom smerom do miernych zemepisných šírok. Väčšinou sa pri týchto situáciách „vyleje“ buď nad kontinentálnu oblasť Severnej Ameriky alebo priamo do Európy či Ázie (Rusko, Sibír). Aj preto boli pozorované kladné odchýlky tlaku vzduchu od DP práve v tých oblastiach (Obr.5), kde boli zaznamenané aj veľké kladné teplotné odchýlky. Naopak v oblasti centrálneho Stredomoria a Balkánu boli odchýlky tlaku vzduchu od DP záporné (Obr.3), čo bolo dôsledkom studeného vzduchu, ktorý do mediterálnej oblasti prúdil od severu cez západnú Európu. 


Obr. 4-5: (vľavo) Odchýlky priemernej teploty zimy 2012/2013 v porovnaní s DP 1901-2000 (Zdroj: NASA); (vpravo) Odchýlky tlaku vzduchu nad severnou hemisférou v januári a februári v hladine 850 hPa (Zdroj: NOAA)

Na základe analýz globálnej povrchovej teploty pevnín a oceánov boli všetky tri zimné mesiace teplotne nadnormálne, pričom december bol 18., január 13. a február 9. najteplejší za posledných 133 rokov. Väčšia časť severnej hemisféry mala kladnú odchýlku vzduchu od DP 1901-2010 (Obr. 4). V Spojených štátoch skončila zima 2012-13 ako 20. najteplejšia. Celé obdobie od decembra 2012 do konca februára 2013 bolo 12. najteplejším od roku 1880 (s odchýlkou +0,51 °C od dlhodobého priemeru). Ako vidieť aj na Obr. 4 výrazne chladná teplotná anomália vznikla v decembri 2012 nad veľkou časťou Euroázie, kde miestami dosiahla hodnotu až -5 °C (v miernejšej forme sa udržala aj v priebehu januára a dokonca aj februára 2013). Rusko tak zaznamenalo najchladnejší začiatok zimy od roku 1938 s teplotami v niektorých oblastiach až 10-15 °C pod normálom (v niektorých regiónoch Sibíri klesali už v tomto období teploty pod -50 °C). 


Obr. 6-7: (hore) Úhrn atmosférických zrážok na Slovensku v januári 2013 (hore) a februári 2013 (dole) v % normálu 1961-1990 (Zdroj: SHMÚ)

Mgr. Pavel Matejovič, Ph.D., Mgr. Jozef Pecho (prevzaté z: www.nun.sk: http://www.nun.sk/zima2013.htm)

Zdroje
Bulletin meteorológia a klimatológia (vydáva SHMÚ Bratislava)
Klimatický archív SHMÚ
Zborníky prác SHMÚ

pondelok, 25. marca 2013

Záhada (ne)pokračujúceho globálneho otepľovania leží hlboko v oceánoch


Otepľovanie planéty sa nezastavilo, naopak neustále sa zrýchľuje

Ak ste sa niekedy pozerali na krivku globálnej teploty (Obr. 1), priemerujúcu nielen teplotné pomery pevnín, ale aj oceánov, zrejme ste si všimli niekoľko zaujímavých rysov. Popri medziročnej premenlivosti, ktorá sa prejavuje „skákaním“ alebo kolísaním hodnôt hore-dole okolo určitej strednej hodnoty, ste celkom určite dokázali rozpoznať aj dlhodobý trend, ktorý je najmä od 70. rokov 20. storočia zreteľne rastúci. Problémom tejto krivky je ale to, že v sebe zahŕňa tak vplyvy prírodného, ako aj antropogénneho charakteru. A prečo si myslím, že je to problém? Pre laika môže byť obraz zmien klímy, ktorý sa mu ponúka pri pohľade na takýto priebeh globálnej teploty od roku 1880 (prípadne od roku 1850) trochu mätúci a nič nehovoriaci o príčinách tohto vývoja. Ak im chceme trochu viac porozumieť, potrebujeme sa dostať trochu viac pod povrch, aby sme neinterpretovali len prvotný „dojem“ z tejto, celkom určite najpopulárnejšej a najdiskutovanejšej krivky posledných rokov. Jedna z najčastejších chýb, ktorej sa dopúšťajú tak laici, ako aj "klimaskeptici", súvisí s vývojom globálnej teploty v posledných 15 rokoch. 


Obr. 1: Priemerná globálna teplota v období 1850-2012 podľa troch svetových databáz: Met Office Hadley Centre/Climatic Research Unit HadCRUT4, NASA GISS and NOAA NCDC (Zdroj)

O čom je reč? Ako vidieť z Obr. 1, po pomerne strmom náraste teploty od 70. rokov minulého storočia sa tempo po roku 1998 akosi zvoľnilo. Budí to dojem, akoby sa otepľovanie takmer úplne zastavilo. Skutočne je tomu tak? Krivka je, ako sme uviedli už vyššie, priemerom teplôt prízemných vrstiev troposféry, tak nad pevninami ako aj nad oceánmi. Vzduch však podlieha pomerne veľkým teplotným zmenám a ani zďaleka nemá porovnateľnú tepelnú kapacitu ako napríklad voda, v tomto zmysle pozemské oceány. A keďže oceány pokrývajú viac ako 70 % zemského povrchu a ich priemerná hĺbka je o niečo viac ako 3000 metrov, niet pochýb o tom, že predstavujú pre globálny klimatický systém Zeme najväčší rezervoár tepla. Ak sa zemská atmosféra z nejakého dôvodu začne ochladzovať, napríklad kvôli poklesu aktivity Slnka, oceány veľmi efektívne toto ochladzovanie pomerne dlhú dobu brzdia tým, že do atmosféry uvoľňujú teplo, akumulované v dobách, kedy sa planéta naopak otepľovala. Presne takto to funguje s oceánmi aj dnes, len s tým rozdielom, že sme presne v opačnej situácii. Zemská atmosféra sa v dôsledku zvýšeného množstva radiačne aktívnych plynov otepľuje a takmer všetko prebytočné tepla ukladá práve do oceánov (viac ako 93 %, Obr. 2). Avšak, už aj tá malá časť tepla, ktorá zostáva v atmosfére sa prejavuje v podobe výrazne rastúceho trendu globálnej teploty. 


Obr. 2: Vizualizácia podielu prebytočného tepla smerujúceho do jednotlivých subsystémov globálneho klimatického systému - hodnoty vypočítané za obdobie 1993-2003 (Zdroj)

Celkom určite vám teraz napadla otázka, aké veľké by otepľovanie bolo, nebyť oceánov. Určitú predstavu získate, ak sa pozriete na globálny trend vývoja obsahu tepla v oceánoch (Obr. 3). Niektorí klimatológovia celkom opodstatnene tvrdia, že ak chceme vidieť reálny obraz globálneho otepľovania, stačí sa pozrieť do oceánov. A skutočne. Vývoj obsahu tepla v rôznych hĺbkach podlieha len minimálnej premenlivosti, zato ale celkový trend je pozoruhodne výrazný – rastúci, a dokonca ani v posledných rokoch nezaznamenal odklon od tohto vývoja. Práve naopak, ako ukazuje aj jedna z posledných štúdií, zameraná na analýzu dlhodobých trendov tepelného obsahu oceánov, akumulácia tepla globálnym klimatickým systémom sa neustále zrýchľuje. Článok bol uverejnený v impaktovom časopise Geophysical Research Letters (Distinctive climate signals inreanalysis of global ocean heat conten; autori: Balmaseda, Trenberth, a Källén). 


Obr. 3: Porovnanie vývoja tepelného obsahu vrstiev oceánov v hĺbkach 0-700 m (svetlomodrá) a 700-2000 m (tmavomodrá) s mierou oteplenia v atmosfére (červená) v období 1961-2008 (Zdroj)
 
Jeho závery nielenže jednoznačne vyvracajú populárny mýtus o tom, že planéta Zem sa od roku 1998 už neotepľuje, ale poskytuje aj vysvetlenie príčiny toho, prečo krivka globálnej teploty nerastie v poslednom desaťročí v zhode so scenármi globálnych cirkulačných modelov, založených na náraste koncentrácií CO2 v atmosfére. Príčina je dnes už zrejmá. Analyzovaním teplotných údajov pochádzajúcich z batytermografov a morských bójí systému AGRO (údaje poskytlo Európske centrum pre strednodobé predpovede – ECMWF) v rôznych hĺbkach autori zistili, že približne 30 % z celkového oteplenia oceánov sa v poslednom desaťročí uložilo do hlbších vrstiev oceánov, ležiacich v hĺbkach viac ako 700 metrov. To ale nie je všetko. Vývoj akumulácie tepla vo všetkých analyzovaných úrovniach oceánu poukazuje ešte na jeden, oveľa závažnejších fakt, a to, že práve intenzívnejšie ukladanie tepla do väčších oceánskych hĺbok stojí za spomalením otepľovania atmosféry v poslednej dekáde (Obr. 4). 

Spomalenie trendov otepľovania v atmosfére by nám preto nemalo dodávať pocit falošného optimizmu z toho, že sa klimatická zmena spomalila alebo úplne zastavila, a že sa de facto nič tak dramatické nedeje. Toto je takpovediac až fatálny omyl


Obr. 4: Tepelný obsah oceánov vo hĺbkach od 0 do 300 m (sivá), do 700 m (modrá) a v celej hĺbke oceánov (fialová) získaný zo simulácií modelov a reanalýz ECMWF (ORAS4) - časové rady predstavujú hodnoty mesačných odchýlok (od priemeru 1958-1965) zhľadených 12-mesačným kĺzavým priemerom. Vertikálne banery zvýrazňujú obdobia s ochladzujúcim účinkom troch veľkých sopečných erupcií (Agung v r. 1963, El Chichon v r. 1982, Mt. Pinatubo v r. 1991) a otepľujúcim účinkom El Niña z rokov 1997/1998 (Zdroj)
 
Zem nielenže v akumulácii tepla pokračuje, ale ako naznačujú aj vyššie popísané závery, deje sa tak v stále rýchlejšom tempe. Dosiahnuté výsledky sú navyše konzistentné s predošlými analýzami vývoja tepelného obsahu oceánov (napr.: Nuccitelli et al. (2012); Levitus et al. (2012); Von Schuckmann & Le Traon (2011)).


Obr. 5: Percentuálny podiel antropogénnych a prírodných faktorov na otepľovaní v období posledných 50-65 rokov podľa viacerých zdrojov: Tett et al. 2000 (T00, tmavomodrá), Meehl et al. 2004 (M04, červená), Stone et al. 2007 (S07, svetlozelená), Lean and Rind 2008 (LR08, purpurová), Huber and Knutti 2011 (HK11, svetlomodrá), Gillett et al. 2012 (G12, oranžová), Wigley and Santer 2012 (WS12, tmavozelená), and Jones et al. 2013 (J12, ružová). (Zdroj)

Ďalším pozoruhodným príspevkom je analýza príčin súčasného otepľovania od autorského kolektívu Jones, Stott a Christidis (všetci pracujúci v MetOffice vo Veľkej Británii). Autori využili pre analýzu výstupy globálnych klimatických modelov projektu CMIP5 (World Climate Research Programme’s Coupled ModelIntercomparison Project Phase 5), založených na náraste koncentrácií skleníkových plynov v atmosfére a porovnali ich s nameranými hodnotami globálnej teploty. 

Zatiaľ, čo reálne namerané údaje vykazovali v období posledných 60 rokov (1951-2010) celkový trend oteplenia na úrovni 0,6 °C, modelové simulácie CMIP5 dávali pre tú istú časovú periódu oteplenie o niečo vyššie (0,6 až 1,2 °C). Tento, na prvý pohľad rozpor, je v prípade reálnych údajov spôsobený ochladzujúcim účinkom aerosólov (do 0,5 °C). Percentuálny podiel jednotlivých faktorov vplývajúcich na globálnu teplotu (skleníkové plyny, aerosóly, vulkanické erupcie a slnečná aktivita) bol vypočítaný na základe čiastkových behov modelov zahrňujúcich vždy len jeden z uvedených faktorov (nakoniec bol model pustený so zahrnutím všetkých). 

Treba na okraj poznamenať, že modely celkovo nadhodnocujú súčasné otepľovanie. Je to spôsobené hlavne tým, že do modelov doposiaľ nedokážeme dostatočne zahrnúť vplyvy, ktoré stoja za spomalením otepľovania atmosférickej časti klimatického systému v poslednej dekáde (ako už vieme, príčinou bola zvýšená akumulácia tepla do oceánov), Toto nadhodnocovanie sa prejavilo napríklad aj tým, že súčet percentuálnych podielov účinku jednotlivých faktorov vychádza takmer vždy viac ako 100 % (Obr. 5). 


Obr. 6: Priemerná ročná globálna teplota (ako odchýlka od priemeru 1880-1919) zo simulácií CMIP3 (modrá) CMIP5 (červená) so zahrnutím všetkých faktorov ovplyvňujúcich teplotu; čierne línie predstavujú pozorovanú globálnu teplotu podľa štyroch svetových databáz. Všetky modelové a merané výstupy majú rovnaké priestorové pokrytie ako  HadCRUT4 (Zdroj)


Obr. 7: To isté ako na Obr. 6, ale s tým rozdielom, že výstupy zo simulácií CMIP3 (modrá) CMIP5 (červená) počítajú výlučne len s účinkom prírodných faktorov (Zdroj)


Obr. 8: Ročná priemerná globálna teplota (odchýlka od priemeru 1880-1919) podľa výstupov simulácií CMIP5 (červená - so započítaným účinkom len skleníkových plynov) a nameraných údajov zo štyroch svetových databáz (čierne línie) (Zdroj)

Hlavným záverom tohto príspevku je zistenie, že súčasné otepľovanie, pozorované v období posledných 60 rokov, nie je možné vysvetliť pôsobením žiadneho z prírodných faktorov (ako vidieť na Obr. 7, ich spoločný účinok je ochladzujúci), či dokonca vnútornou variabilitou klimatického systému (napr. pôsobením El Niña). Naopak vplyv radiačného pôsobenia skleníkových plynov, a to predovšetkým CO2, je výrazne dominantný (na oteplení sa podieľal z 100-200 % - tento podiel bol čiastočne znížený ochladzujúcimi účinkami antropogénneho pôvodu – napr. aerosólami). 


Obr. 9: Atmosférické otepľovanie síce vďaka pôsobeniu vnútornej variability klimatického systému v poslednom desaťročí mierne spomalilo, no oceánska čast systému sa otepľuje stále rýchlejšie (čiastočne môže za to aj takmer permanentná chladná fáza ENSO - La Niña, ktorá dominovala v období 2000-2010 veľmi výrazne)


Pozorované trendy otepľovania a prejavy klimatickej zmeny
 
Meteorologické pozorovania poukazujú na to, že priemerná teplota zemského povrchu je o takmer 0,8 °C vyššia ako bola pred 100 rokmi. Od polovice 70. rokov sa oteplilo o 0,6 °C. V priebehu posledných 25 rokov rástli globálne teploty vzduchu rýchlosťou približne 0,2 °C za desaťročie, čo je vo veľmi dobrej zhode s predpoveďami založenými na náraste množstva skleníkových plynov. Dokonca aj napriek poklesu intenzity slnečného žiarenia, trend otepľovania pokračuje a nielen to. Zatiaľ posledná správa Medzivládneho panelu o zmene klímy (Intergovernmental Panel on Climate Change - IPCC) uvádza, že 12 najteplejších rokov v histórii meteorologických pozorovaní sa vyskytlo od začiatku 90. rokov 20 storočia


Obr. 9: Globálna teplota zemského povrchu v období 1850-2006. Teplota je uvádzaná v odchýlkach od dlhodobého priemeru 1961-1990. Lineárne trendy sú vypočítané pre časové obdobia 150 (0,045 °C ± 0,012 °C), 100 (0,074 °C ± 0,018 °C), 50 (0,128 °C ± 0,026 °C) a 25 (0,177 °C ± 0,052 °C) rokov – trendy jednoznačne potvrdzujú zrýchľovania otepľovania) (Zdroj: IPCC AR4 2007).

Zatiaľ posledná hodnotiaca správa IPCC z roku 2007 (AR4) predstavila celkom jednoznačný obraz o prebiehajúcom otepľovaní globálnej klímy. Za posledných 30 rokov je teplotný trend v rámci obdobia do roku 2006 0,177 °C ± 0,052 °C oteplenia za desaťročie. Ak toto obdobie aktualizujeme o roky 2007 a 2008, získame trend 0,187 °C ± 0,052 °C za desaťročie. Na nižšie uvedenom grafe v obr. 3, ktorý zachytáva vývoj globálnej teploty zemského povrchu od roku 1850 do roku 2006, je možné identifikovať dve hlavné fázy otepľovania v 20. storočí, a to v  obdobiach 1910-1940 a neskôr 1975-2006. Lineárne trendy označené farebnými čiarami potvrdzujú zrýchľovanie otepľovania ku koncu 20. storočia a na začiatku 21. storočia. 

Najdôležitejšie prejavy zmeny klímy je možné na základe záverov IPCC zhrnúť do nasledujúcich bodov:
  • Zvýšenie priemernej globálnej teploty vzduchu v dôsledku interakcie prírodných faktorov  a ľudských aktivít o 0,74 °C za sto rokov (1906-2005).
  • Zvýšenie teploty oceánov minimálne do hĺbky 3 000 m a povrchu oceánov o 0,6 °C, vzostup hladiny oceánov o 0,12-0,22 m v priebehu 20. Storočia.
  • Topenie horských a kontinentálnych ľadovcov vo všetkých významných horských oblastiach sveta, v Grónsku a Antarktíde.
  • Zvýšenie frekvencie a intenzity extrémnych prejavov počasia, vzrast častosti výskytu a intenzity extrémnych maxím meteorologických a hydrologických prvkov na celom svete – napr. intenzívnejšie zrážky; prehĺbenie extrémnych meteorologických a hydrologických miním – častejší výskyt sucha, atď. (okrem minimálnej teploty vzduchu).
  • Zvýšenie maximálnych teplôt vzduchu, zvýšenie častosti výskytu tropických dní (maximálna denná teplota ≥ 30 °C), predlžovanie a rast extrémnosti vĺn horúčav, zvýšenie častosti výskytu období bez zrážok, zvýšene minimálnych denných teplôt vzduchu, zníženie frekvencie mrazových dní na všetkých kontinentoch.
  • Zvýšenie častosti výskytu extrémnych zrážok, najmä vo vlhkých oblastiach, rast intenzity, zvýšenie častosti výskytu a maximálnych prietokov povodní.
  • Významný nárast zrážok vo východných častiach Severnej a Južnej Ameriky, severnej Európy a severnej a centrálnej Ázie, pokles zrážok v Stredomorí, Sahelu, južnej Afrike a južnej Ázii.
  • Zmenšenie rozsahu snehovej pokrývky, najmä na severnej pologuli, v jarnom a letnom období o 5 % (1966-2005); skrátenie obdobia s výskytom trvalej snehovej pokrývky, výrazný ústup trvalo zamrznutej pôdy (permafrostu) na severnej pologuli.
  • Zmeny vzdušného prúdenia, posun cirkulačných systémov smerom ku geografickým pólom (rozširovanie cirkulácie tropických šírok smerom na sever, resp. na juh od rovníka), zosilnenie západných vetrov v miernych zemepisných šírkach.
  • Zvýšenie časti výskytu silných hurikánov a tajfúnov, nárast ich deštruktívnej sily.
  • Predlženie vegetačného obdobia vo vyšších geografických šírkach.
  • V dôsledku rastu teploty vôd dochádza k jej zvýšenej eutrofizácii, čo vedie k zvýšeniu frekvencie výskytu vodných (morských) rias, vrátane toxických druhov.  

Literatúra

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

Je príčinou klimatickej zmeny a globálneho otepľovania vysušovanie krajiny? V súvislosti s príčinami globálneho otepľovania a klimatick...