pondelok, 29. júla 2013

Klimatická zmena – trochu viac ako len vedecký problém

Mozaika dôkazov ale aj riešení globálnej klimatickej zmeny

Klimatická zmena často krát trivializovaná a zjednodušovaná pojmom globálne otepľovanie patrí spolu s veľmi rýchlym rastom svetovej populácie, rastom chudoby, znečisťovaním a degradáciou životného prostredia, ako aj potravinovou či energetickou bezpečnosťou ku kľúčovým výzvam 21. storočia. Existuje veľa dôvodov, prečo si myslieť, že prvá veta tohto blogu nie je ani zďaleka len nadnesenou frázou.


Obr. 1: Ľadový medveď sa stal symbolom ohrozenia, ktorému globálna biosféra zo strany klimatickej zmeny v súčasnosti čelí

Navyše v prípade klimatickej zmeny sa dimenzia a komplexnosť celého problému zväčšuje tým očividnejšie, čím viac si uvedomíme, že už nejde len o problém odborný či prísne vedecký, ale zasahuje aj do ďalších významných oblastí fungovania spoločnosti – ekonómie, sociológie, geopolitiky, ľudský práv, národnej a lokálnej politiky, či zdravotníctva (Obr. 2). Má však cenu sa problémom klimatickej zmeny vôbec zaoberať v situácii, kedy ľudstvo stojí pred možno ešte závažnejšími krízami? Malo by nás vôbec trápiť, čo sa bude diať s klímou o nejakých 50-100 rokov? Určite malo! A keď už pre nič iné, tak predovšetkým preto, že klimatická zmena má tú „nepríjemnú vlastnosť“ všetky ostatné, predovšetkým tie krátkodobejšie problémy, zhoršovať!  
 

Obr. 2: Klimatická zmena je problém presahujúci vedeckú klimatológiu, či ďalšie vedy o Zemi (Zdroj)

Človekom spôsobený problém
Poďme si teda rozobrať, v čom tkvie základný problém ovplyvňovania globálnej klímy človekom. S čím ale začať? Určite s tým, ako zásadne človek dokázal v posledných približne 150 rokoch zmeniť množstvo na prvý pohľad bezvýznamných, no radiačne aktívnych plynných zložiek zemskej atmosféry (ide o tzv. skleníkové plyny ako CO2, CH4, N2O, atď.). V rukách máme veľa presvedčivých dôkazov o tom, že ľudské aktivity skutočne chemizmus atmosféry menia, a to veľmi rýchlo. Od začiatku priemyselnej revolúcie sme spaľovaním uhlia, ropy, zemného plynu, odlesňovaním či zmenou využívania krajiny dokázali do atmosféry dopraviť viac ako 570 Gt čistého uhlíka, čo je niečo viac ako 2 000 Gt CO2. Necelá polovica tohto množstva bola dodnes pohltená pevninskou biosférou (~1/4) alebo sa rozpustila v oceánoch (~1/4), čo sa žiaľ prejavuje v zvyšovaní kyslosti morskej vody a napríklad aj destabilizácii ekosystémov koralových útesov. Druhá, väčšia polovica našich emisií uhlíka zostáva aj naďalej v atmosfére a prispieva k veľmi rýchlemu rastu koncentrácie nielen CO2 (Obr. 3) ale napr. aj CH4



Obr. 3: (hore vľavo) Paleoklimatologická rekonštrukcia atmosférických koncentrácií CO2 získaná z vrtných ľadových jadier z oblasti Dome C vo východnej Antarktíde za posledných 800 tisíc rokov (Zdroj) - súčasná koncentrácia je vyznačená v pravom hornom rohu grafu; (hore vpravo) koncentrácia CO2 v období 1700-2013 (Zdroj); (dole) kumulatívne emisie CO2 - červená krivka dole - vs. atmosférická koncentrácia CO2 v Gt za posledných približne 1000 rokov (Zdroj)

Priame merania CO2 máme síce len od roku 1958 (Mauna Loa, Havajské ostrovy, približne 4000 m n.m.), no za necelých 55 rokov sme zvýšili priemerné koncentrácie tohto plynu o ~ 85 ppmv (parts per million per volume). Na prvý pohľad ide o malú bezvýznamnú zmenu, no na základe analýzy chemického rozboru vzduchových bubliniek zo starých vrstiev ľadovcovAntarktídeGrónsku dnes vieme, že koncentrácie CO2 za posledných minimálne 800 tisíc rokov nikdy neboli na Zemi tak vysoké ako sú práve dnes (Obr. 3 hore). Dokonca aj v priebehu jednotlivých cyklov ľadových a medziľadových dôb jej hodnoty kolísali len v rozpätí od 100 ppmv po maximálne 280 ppmv, pričom vyššie hodnoty boli vždy spojené s obdobiami vyššej globálnej teploty. Paleoklimatologický výskum ešte starších geologických období nám poodhalil dokonca aj to, že náš zásah do globálneho uhlíkového cyklu predstavuje najzásadnejšiu (v tomto zmysle najrýchlejšiu) zmenu chemizmu atmosféry za posledných minimálne 55 miliónov rokov.  


Obr. 4: Vývoj globálnej teploty (odchýlky od dlhodobého priemeru 1951-1980) podľa štyroch svetových databáz v období 1880-2012 (NASA, NOAA, Met Office, JMA; Zdroj)

Dnes medzi klimatológmi (ako aj na úrovni IPCC) panuje všeobecný konsenzus v tom, že za posledných 150 rokov je vplyv rastúcich koncentrácií skleníkových plynov na globálnu klímu nepopierateľný. Za toto obdobie globálny priemer teploty sa zvýšil o takmer 0,8 °C (Obr. 4), pričom otepľovanie akceleruje predovšetkým v posledných 30 rokoch, hladina svetových oceánov vzrástla o 22 cm, došlo k zásadnému ústupu morského zaľadnenie v Arktíde, ústupu horských ľadovcov, zmenila sa frekvencia a amplitúda extrémov teploty a zrážok, a došlo k posunu klimatických zón bližšie k zemským pólom

S pokrokom monitorovania všetkých zložiek klimatického systému Zeme, predovšetkým z obežnej dráhy Zeme, stále viac pribúdajú dôkazy aj o tom, že ľudské aktivity sú nesporne hlavnou, aj keď nie jedinou, príčinou veľmi rýchleho otepľovania planéty. Jeden z najrukolapnejších dôkazov nám ponúkajú práve satelitné merania množstva dlhovlnnej radiácie (tepla), ktoré opúšťa zemskú atmosféru a uniká do medziplanetárneho priestoru. Toky tepla smerujúce do kozmu sa nielen zmenšujú, ale najviac sú pohlcované práve na vlnových dĺžkach absorpčných pásov CO2 a ďalších skleníkových plynov. Keďže intenzita slnečného žiarenia prichádzajúceho od Slnka sa dlhodobo nemení, či dokonca klesá, fyzikálny mechanizmus zosilneného skleníkového efektu je jediný spôsob, akým dnes dokážeme zmeny tokov dlhovlnnej radiácie a zvyšovanie troposférickej teploty vysvetliť.  



Obr. 5: (hore) Dlhodobý vývoj vplyvu prírodných (modrá) a antropogénnych (červená) činiteľov na globánu simulovanú troposférickú teplotu - reálne namerané údaje sú vyznačené čiernou krivkou; (dole) príspevok jednotlivých faktorov (forcingov) na zmenu globálnej teploty (v °C) pre vybrané tri časové obdobia (Zdroj: Huber a Knutti 2011)

Váha dôkazov a objektívnych faktov
Teória ľuďmi podmienenej klimatickej zmeny by nikdy nebola zmysluplnou teóriou nebyť detailných empirických meraní, pozorovaní, ale aj fyzikálnych experimentov a výstupov klimatických modelov (Obr. 5), ktoré jednoznačne potvrdzujú jej správnosť a náležitý význam. Aby sme však dokázali odhadnúť a zhodnotiť približný rozsah a dôsledky klimatickej zmeny v najbližšej budúcnosti, pre tento účel je nevyhnutné rozpoznať a správne interpretovať trendy, ako aj fyzikálne mechanizmy identifikované na základe meraní základných stavových veličín klimatického systému Zeme. Kvôli prehľadnosti ich uvedieme v nasledujúcom zozname:

  1. kontinuálne merania chemického zloženia atmosféry, ako aj analýzy vrtných ľadových jadier v Antarktíde a Grónsku poukazujú na významný rast koncentrácie skleníkových plynov, predovšetkým oxidu uhličitého (CO2) a metánu (CH4) v období posledných 200-250 rokov;
  1. z laboratórnych, ako aj satelitných meraní vieme, že vyššie koncentrácie vybraných skleníkových plynov vedú k intenzívnejšiemu zadržiavaniu dlhovlnnej radiácie (tepla) v prízemných vrstvách atmosféry;
  1. merania a analýzy globálnej troposférickej teploty a hladiny svetových oceánov poukazujú na významný nárast ich hodnôt počas 20. a 21. storočia; s veľkou istotou vieme povedať, že nárast je bezprecedentný za posledných minimálne 1500 rokov (Obr. 6), na intenzívnejší skleníkový efekt ako hlavnú príčinu zvyšovania troposférickej teploty poukazuje aj jej významný pokles vo vyšších vrstvách atmosféry (hlavne spodná stratosféra);

Obr. 6: Dlhodobý vývoj priemernej globálnej teploty vzduchu na základe prístrojových meraní a historickýh rekonštrukcií v období posledných 1500 rokov (Zdroj)

  1. popri atmosfére, pozorujeme fyzikálne zmeny na úrovni všetkých ďalších subsystémov klimatického systému Zeme – kryosféra (zmenšovanie plochy morského ľadu v Arktíde, zmenšovanie objemu kontinentálnych a horských ľadovcov, zmenšovanie plochy výskytu trvalej snehovej pokrývky, topenie permafrostu); hydrosféra (zvyšovanie teploty oceánov – rast tepelného obsahu, rast kyslosti morskej vody, zintenzívňovanie a skracovanie hydrologického cyklu na pevninách), biosféra (posun rozšírenia rastlinných a živočíšnych druhov, vymieranie druhov, pokles biodiverzity v dôsledku globálneho otepľovania), pedosféra (pokles pôdnej vlhkosti v dôsledku zmien režimu zrážok a rastu teploty);
  1. v globálnom rozsahu pozorujeme zmeny režimu počasia, ale predovšetkým nárast jeho extrémnosti, významne zmeny výskytu extrémnych poveternostných fenoménov (silné búrky, tropické cyklóny, vlny horúčav, atď.), významné zmeny cirkulačných podmienok (monzúny, západné prúdenie v miernych geografických šírkach, expanzia tropickej cirkulácie, atď.), významný nárast intenzity zrážok za posledných 60 rokov, atď.;
  1. analýzy vplyvu slnečnej činnosti a sopečných erupcií na režim meteorologických prvkov a ich dlhodobú premenlivosť nepotvrdili ich príčinnú súvislosť s celkovým globálnym rastom teploty za posledných 150 rokov – prírodné faktory, ako Slnko a vulkanická činnosť, významne síce ovplyvňujú krátkodobú premenlivosť, nevysvetľujú však dlhodobý trend globálnej teploty (Obr. 7);     

Obr. 7: Dlhodobý vývoj priemernej globálnej teploty vzduchu (podľa GISS NASA; červená) a intenzity slnečného žiarenia na hornej hranici atmosféry v období 1880-2009 (modrá; Zdroj)

Klimatická zmena v 21. storočí a jej dôsledky
Budúci nárast globálnej teploty bude závisieť najmä od množstva emisií skleníkových plynov (či už z ľudských alebo prírodných zdrojov) a od vývoja ich koncentrácií v atmosfére. Posledná správa IPCC (2007) uvádzala, že v priebehu 21. storočia by sa globálna teplota mohla zvýšiť o 1,1 až 6,0 °C, s najlepším odhadom medzi 1,8 až 4,0 °C (v závislosti od použitého emisného scenára). Ako vieme, antropogénne emisie CO2 v súčasnosti rastú tempom 2 ppmv ročne, a to aj napriek pokračujúcej ekonomickej a hospodárskej recesii (presne v súlade so scenárom „business as usual“). Do budúcna sa očakáva postupné zrýchľovanie tohto tempa (nelineráne), preto je dosť možné, že zdvojnásobnenie koncentrácie CO2 v porovnaní s predindustriálnou úrovňou dosiahneme ešte pred rokom 2040. Ak by sme po tomto období všetky naše emisie aj zastavili, čo je dosť nereálne, 2 × CO2 by dokázalo vygenerovať oteplenie o minimálne 3 °C (Obr. 8) do konca 21. storočia (horný odhad 4,5 °C). 

Prognostické klimatické modely pri tejto miere oteplenia počítajú s pomerne širokým rozsahom zmien hladiny svetových oceánov. Predpoklad poslednej IPCC správy o náraste medzi o 18 až 59 cm do roku 2100 sa zdá byť vo svetle pozorovaných zmien objemu grónskeho a antarktického ľadovca dosť nereálny a podhodnotený (aj v prípade započítania zvýšenej dynamiky topenia grónskeho a antarktického ľadovca, IPCC počíta s rastom len o 28 až 79 cm). Treba však pripomenúť, že modely zmien hladiny oceánov počítajú aj pre zvyšok 21. storočia „len“ s lineárnou odozvou polárneho zaľadnenia na rast globálnej teploty – čo je nereálne. Potrebné je preto počítať s vyšším nárastom – maximálne odhady v súčasnosti prevyšujú 2 metre do roku 2100


Obr. 8: Predpokladaný rozsah rastu globálnej teploty pre tri úrovne klimatickej citlivosti (červená) v porovnaní s historickou rekonštrukciou teploty pre obdobie holocénu podľa Marcott et al. 2013  (Zdroj) - ako vidieť, aj najnižší očakávaný scenár nás dovedie k najvyššej teplote za posledných 10 tisíc rokov

Prejavy a dôsledky klimatickej zmeny sa však nebudú obmedzovať len na rast teploty, zvyšovanie hladiny oceánov či pokračujúci ústup zaľadnenia okolo zemských pólov či na horách. Presne v intenciách súčasných trendov výskytu extrémnych hydrometeorologických javov, bude potrebné v teplejších atmosférických podmienkach počítať s častejším výskytom extrémnych zrážok, povodní, sucha, vĺn horúčav, ako aj silných búrok (konvektívne búrky, tropické cyklóny, silné zimné cyklóny, atď.). Klimatická zmena bude mať zásadné dôsledky aj pre ľudské zdraviecelkovú kondíciu spoločenského a ekonomického systému. Vidíme to každopádne už dnes – rok od roka vynakladáme (štát, poisťovne ale aj jednotlivci) stále väčšie finančné prostriedky na sanáciu škôd spôsobených extrémami počasia alebo klimatickými anomáliami (dlhotrvajúce sucho, častejší výskyt povodní v určitom regióne, atď.). 

Čo je však možno ešte horšie, v dôsledku zmeny klímy dochádza k rýchlym zmenám environmentálnych podmienok pre takmer všetky významné skupiny rastlín a živočíchov. Navyše v kombinácii s pokračujúcou urbanizáciou, znečisťovaním prostredia (vrátane oceánov) a zvýšenými nárokmi civilizácie na zabezpečenie potravy, globálna biosféra je vystavená jednej z najrozsiahlejších degradácií za posledných niekoľko miliónov rokov. Miera vymierania stavovcov je dnes asi 10 000-krát rýchlejšia ako kedykoľvek v zaznamenanej geologickej histórii Zeme. Nech už je však tejto degradácie akákoľvek, je jasné, že klimatická zmena, ako významný stresový faktor, dôsledky tohto procesu len zhoršuje a zhoršovať bude.      


Obr. 9: Scenáre vývoja globálnej teploty v závislosti od budúceho vývoja (a prijatých opatrení) emisií CO2 (Zdroj)

Aká je bezpečná úroveň oteplenia?
Je skutočne veľmi ťažké pri súčasnej miere našich (ne)vedomostí o povahe dôsledkov rýchlej klimatickej zmeny na komplexnú spoločnosť určiť, aká úroveň oteplenia, prípadne koncentrácie CO2, je pre nás ešte bezpečná. V prípade globálnej teploty sa väčšinou uvádza hodnota 2 °C (v prípade koncentrácie CO2 350-450 ppmv) v porovnaní s predindustriálnym priemerom (do konca 21. storočia by sa teplota mohla zvýšiť len o 1,2 °C). Buďme však úprimní. Aj keby sa nám oteplenie podarilo obmedziť na 2 °C, je celkom jasné, že to neprinesie „úľavu“ všetkým národom sveta. Určite nie tým, ktoré obývajú ostrovy v Pacifiku či Indickom oceáne. Dokonca aj v prípade vyspelých krajín sveta treba počítať s rozsiahlymi škodami, ktoré so sebou do mnohých regiónov prinesú extrémne prejavy počasia, prípadne zhoršujúce sa podmienky pre poľnohospodárstvo. Ak by sme aj chceli hovoriť o pozitívach – určite sa dostavia. Otázkou ale zostáva, ako dlho ich budeme môcť využívať

Vo svetle súčasných trendov rastu koncentrácie CO2 a neúspechov medzinárodných rokovaní o obmedzovaní jeho produkcie budú už onedlho (podľa niektorých sú nimi už dnes) akékoľvek diskusie o bezpečnej úrovni oteplenia skôr utópiou ako reálne dosiahnuteľným cieľom. Stále viac sa totiž zvyšuje pravdepodobnosť toho, že rast globálnej teploty míľovými krokmi hranicu 2 °C prevýši. V prípade, že svoj prístup k využívaniu planéty a produkcii CO2 nezmeníme nijak podstatne a budeme pokračovať v emisnom scenári „business as usual“, hodnotu 2 °C dosiahneme ešte pred rokom 2050 a podľa Sternovej správy z roku 2006 by nás „len“ adaptácia na dôsledky takto vzniknutej klimatickej zmeny mohli stáť ročne 5 až 20 % globálneho HDP.

Riešenia
Aj napriek krachu medzinárodných rozhovorov o obmedzovaní emisií skleníkových plynov, existujú aj krajiny, regióny, prípadne menšie komunity, ktoré berú klimatickú zmenu veľmi vážne a možno ich brať ako svetlý príklad toho, že existujú možnosti ako nielen jej priebeh zmierniť, ale predovšetkým ako sa na ňu pripraviť. Na úrovni mitigačných opatrení vyrukovala so samostatným planom redukcie emisií CO2 Veľká Británia, ku ktorej sa na jar 2012 pridalo aj Mexiko (plán je znížiť emisie o 80 % (UK), resp. 50 % (Mexiko) v porovnaní s úrovňou z roku 1990 do roku 2050). S obdobným, aj keď len krátkodobým plánom, operuje aj samotná EÚ (známy tiež pod názvom 20:20:20zníženie emisií CO2 o 20 %, zvýšenie energetickej efektívnosti o 20 % a zvýšenie podielu obnoviteľných zdrojov energie o 20 % do roku 2020). 


Obr. 10: Aj obnoviteľné zdroje majú svoje limity - ak ich budeme zavádzať do praxe bez súbežných opatrení zameraných na energetické úspory, ich efekt bude minimálny a naše energetické problémy v budúcnosti nevyriešia

Za zaujímavými a inšpiratívnymi projektmi však nemusíme chodiť len do zahraničia – o vybudovanie energeticky ako aj ekonomicky nezávislého regiónu, schopného lepšie reagovať na globálne výzvy a problémy (klimatická zmena, ropný zlom, energetická bezpečnosť, atď.) sa dlhodobejšie pokúša nezisková organizácia Priatelia Zeme – CEPA v oblasti regiónu Poľana. Adaptácia na klimatickú zmenu v mestskom prostredí, resp. na úrovni samospráv je náplňou niekoľkých projektov Karpatského rozvojového inštitútu.       
 
Niečo na záver
Aj napriek nesporným výhodám a pokroku, ktoré nám využívanie fosílnych palív v priebehu posledných 250 rokov prinieslo, v najbližších rokoch bude nevyhnutné, aby sme ich ďalšie používanie od základov prehodnotili a nahradili nízko-uhlíkovými zdrojmi energie (a to nielen elektrickej energie, ale aj pohonných látok, atď.), či už pôjde o obnoviteľné zdroje energie alebo iné technológie. Ďalším dôvodom prečo by sme k tomuto kroku mali čo možno najrýchlejšie dospieť je aj fakt, že čoskoro budeme konfrontovaní s ďalším vážnym problémom našej fosílnej spoločnosti – ropným zlomom (Obr. 11). Odklonom od fosílnych palív k obnoviteľným zdrojom sa dá nakoniec vyriešiť aj energetická (ne)závislosť komunít a jednotlivcov od veľkých centralizovaných zdrojov (a ako inak, sú s tým spojené aj finančné výhody). 


Obr. 11: Ropný zlom (vrchol) predstavuje okamžik, kedy produkcia ropy dosiahne svoj vrchol (maximum) a od tej doby bude už len klesať (Zdroj)

Aby sme však dokázali naše budúce energetické požiadavky vyriešiť, a to aj vzhľadom na rastúci dopyt zo strany „mladých“ kapitalistických ekonomík (Čína, India, Brazília, atď.), bude nevyhnutné vyriešiť ešte jeden, možno ďaleko významnejší problém – našu obrovskú (energetickú) spotrebu, a teda zamyslieť sa nad vhodnou alternatívou súčasnej konzumnej spoločnosti. A keďže všetci máme vlastné skúsenosti s tým, čo naši volení zástupcovia v národných či regionálnych „parlamentoch“ dokážu pre dobro tohto sveta a blaho našej planéty (ne)urobiť, na ťahu sme my, jednotlivci a komunity.  

Pozitívne príklady toho, ako obmedziť našu spotrebu (energie, tovaru, atď.) aj bez zásadnejšej zmeny životného štandardu prichádzajú z celého sveta – treba byť len správne informovaný a chcieť túto zmenu uskutočniť. Niektoré tipy možno nájsť aj v publikácii Davida MacKaya, prípadne v informačných letákoch Priateľov Zeme – CEPA (Zdroj).

Citácie a zdroje na pôvodné články sú uvedené priamo v texte blogu

sobota, 27. júla 2013

Príbeh Arktídy živí "odborný" bulvár, ale aj naše obavy

„Severný pól“ bez ľadu a metánová „bomba“ tikajúca pod povrchom

Média sa v interpretácii toho, čo sa skutočne na severnom póle deje naozaj trochu uponáhľali. Veď prečo neurobiť z už tak dosť dramatickej situácie v Arktíde ešte väčšie divadlo a senzáciu pre ľudí.

Arktída sa aj tento rok opäť dostala na titulné stránky svetových denníkov po tom, ako webové kamery na jednej z oceánskych bójí zaznamenali v oblasti severného pólu v posledných dvoch týždňoch veľmi rýchle topenie morského ľadu (Obr. 1). Podľa záberov zverejnených v médiách to na prvý pohľad pôsobilo skutočne dramaticky – morský ľad v priebehu necelých dvoch týždňov, počnúc 10. júlom, vystriedala otvorená voľná hladina oceánu (jazera). Po minuloročnom nezvyčajne rýchlom a rozsiahlom topení kontinentálneho ľadovca v Grónsku a rekordne malom rozsahu arktického morského ľadu to vyzerá na ďalší významný signál toho, že zmeny odohrávajúce sa v Arktíde prebiehajú skutočne až „šialene“ rýchlo. No ešte predtým, ako si o tejto záležitosti urobíte svoje vlastné závery, posúďte nasledujúce fakty.        


Obr. 1: (hore) Zábery webových kamier Polárneho observatória Washingtonskej univerzity (údajne v oblasti severného pólu) na vznikajúce jazero vody v období od 30. júna do 25. júla 2013 (jazero sa začalo vytvárať 10. júla; Zdroj); (dole) záber z 25. júla 2013 (Zdroj: NSF´s North Pole Environmental Observatory)


Ľad v pohybe
Po prvé, zábery, ktoré údajne popisujú zmeny na severnom póle, v skutočnosti z tejto oblasti vôbec nepochádzajú. Ako to? Bója, ktorá je každoročne na jar od roku 2002 umiestňovaná presne na miesto geografického severného pólu, nie je žiaľ pevne ukotvená na morské dno, ale pohybuje sa spolu s plávajúcim ľadom. Ten vplyvom morského prúdenia neustále putuje – najviac práve v letnom polroku, a to predovšetkým smerom na juh. Podľa mapky na Obr. 2 je jasne vidieť, že súčasná poloha bóje, z ktorej pochádzajú zverejnené zábery, je stovky kilometrov vzdialená od severného pólu, kdesi na 85. stupni s.š. Očakáva sa, že v priebehu niekoľkých nasledujúcich týždňov až mesiacov bója opustí oblasť Arktídy cez Dánsky prieliv (Fram Strait), oddeľujúci Island od Grónska. Je teda celkom prirodzené, že svojim postupom smerom na juh sa bója dostáva do stále teplejších oblastí, kde dochádza k rýchlejšiemu topeniu ľadu a vytváraniu jazier roztopenej vody na jeho povrchu. 


Obr. 2: Mapa zachytávajúca pohyb bójí Polárneho environmentálneho observatória v roku 2013 - trajektória bóje, z ktorej pochádzajú zábery, je vyznačená tmavou zelenou farbou - v súčasnosti sa nachádza SV od pobrežia Grónska (Zdroj: NSF´s North Pole Environmental Observatory)

Po druhé, keby sa bója stále na severnom póle aj nachádzala, situácia na záberoch by nebola ničím nezvyčajná dokonca ani v tejto chladnej oblasti Arktídy. Údaje zo satelitov, vojenských a výskumných ponoriek, ako aj zo samotných webkamier (od roku 2002) potvrdzujú, že k roztápaniu ľadu dochádza pomerne často, takmer každoročne, aj v oblasti 90. stupňa s.š. Situácia nie je teda neobvyklá. To, čo by nás ale malo rozhodne na celej tejto záležitosti znepokojovať je, že rozsah a rýchlosť vzniku otvorených vodných plôch, či už na severnom póle alebo v iných oblastiach Arktídy, sa v posledných rokoch skutočne povážlivo zväčšuje a zrýchľuje. Aj tento rok rýchlosť tohto procesu odborníkov prekvapila. Rovnako tak prekvapilo aj nezvyčajné zrýchlenie topenia arktického ľadu a pokles jeho plochy v celej Arktíde v posledných týždňoch (zdá sa, že najmä vplyvom cirkulačných podmienok, sa celý proces výrazne urýchlil najmä od polovice júna 2013 (Obr. 3), čo možno súviselo aj s tým, že tento mesiac sa zaradil medzi päť najteplejších júnov od roku 1880, podľa NASA aj NOAA).


Obr. 3: Plošný rozsah plávajúceho morského ľadu v Arktíde v roku 2013 (stav 26. júla 2013)  v porovnaní s dlhodobým priemerom 1980-2010 (Zdroj)


Obr. 4: Vývoj plochy a hrúbky morského ľadu (v metroch) na severnej hemisfére v období od 28. júna do 25. júla 2013 (Zdroj) 

Trendy morského ľadu v kontexte
Situáciu „na severnom póle“ je preto potrebné brať v kontexte dlhodobých zmien stavu a rozsahu morského zaľadnenia. A tie vypovedajú len o jednom. Vplyvom klimatickej zmeny, rastu teploty atmosféry a oceánov, ako aj zmeny cirkulačných podmienok v oblasti Arktídy sa rozsah  zaľadnenia zmenšuje. Od roku 1979 poklesla rozloha letného ľadu o takmer celú polovicu a v minulom roku – 2012 – dosiahol rekordne nízku úroveň (3,41 mil. km2). Ako sme uviedli už v predošlom blogu (Klimatická zmena v Arktíde prebieha doslova pred očami), satelitné merania od roku 1979 potvrdzujú, že plocha morského ľadu klesá rýchlosťou 12-13% za desaťročie a tento pokles sa stále zrýchľuje. Rýchla degradácia plochy ľadu súvisí s ešte rýchlejším poklesom jeho objemu a veku. V roku 1979 dosahovalo letné minimum objemu hodnotu 16 855 km3, no v roku 2012 to bolo len 3 261 km3 (pokles o 80 %; Obr. 5). Malý objem ľadovej hmoty je nakoniec aj priamym dôsledkom toho, že viacročný a teda objemnejší ľad nahradzuje jedno alebo dvojročný ľad, ktorý je na hladine oceánu navyše aj menej stabilný. Fakty sú v tomto zmysle neúprosné. Ešte v roku 1987 tvoril ľad s minimálnym vekom 5 rokov viac ako polovicu celého objemu morského ľadu (57 %). V roku 2007 to bolo už len 7 %, pričom, napríklad 9-ročný ľad nebol z družíc už takmer vôbec zaznamenaný. 


Obr. 5: Celkový objem morského ľadu v Arktíde v rokoch 1979 a 2012 monitorovaný družicou CryoSat-2 (Zdroj)

Kedy bude Arktída v lete bez ľadu?
Pokračujúce otepľovanie Arktídy celkom určite povedie k ďalšiemu ústupu morského zaľadnenia a k situácii, kedy nebude väčšia časť Severného ľadového oceánu v letnom období pokrytá žiadnym ľadom. Podľa poslednej správy IPCC by k tomuto scenáru malo dôjsť až v druhej polovici 21. storočia (jedna z posledných štúdií odhaduje tento stav na obdobie okolo rokov 2054-2058). Nájdu sa však aj odborníci (Prof. Peter Wadhams), ktorí s týmito predpokladmi nesúhlasia a domnievajú sa, že táto situácia môže nastať už v tomto desaťročí (okolo roku 2015). 

Nech už k tomu dôjde kedykoľvek v priebehu nasledujúcich desaťročí, letná Arktída bez ľadu skrýva v sebe viac, než len výhodu z otvorenia námorných ciest pre lodnú dopravu alebo prístupu k zatiaľ nevyužívaným ložiskám ropy alebo zemného plynu (Obr. 6). Na morskom dne a na priľahlých pevninách (Rusko, Kanada) sa totiž ukrývajú miliardy a miliardy ton metánu a organického uhlíka, uložené v depozitoch klatrátov metánupermafroste (Obr. 7). Výrazný ústup morského ľadu vedie bezprostredne k zvyšovaniu teploty morskej vody, ako aj podmorských a pevninských vrstiev permafrostu, čo zvyšuje riziko úniku metánu a uhlíka (v podobe CO2) do atmosféry. Pokiaľ by k tomu došlo, samotná spätná väzba zo strany metánu by do roku 2100 zvýšila globálnu teplotu minimálne o 1,5 °C. Ako vidieť, ide o veľmi silnú spätnú väzbu otepľovania, ktorá by nám mohla priniesť nielen obrovské ekonomické škody, ale navyše by viedla aj k nezvratným zmenám globálnej klímy.  


Obr. 6: Možné varianty námorných ciest v oblasti Arktídy v prípade výrazného úbytku rozlohy plávajúceho ľadu (Zdroj)


Obr. 7: Oblasti výskytu trvalo zamrznutej pôdy - permafrostu - na severnej pologuli (Zdroj)

Časovaná metánová bomba
Jedna z posledných štúdií uverejnených v časopise Nature prišla s odhadom ekonomických škôd v prípade, že by k tomuto scenáru nakoniec došlo. Analýza uvádza, že ak by sa v priebehu desaťročia 2015-2025 uvoľnilo z podmorských permafrostových vrstiev približne 50 mld. ton metánu (v oblasti Východosibírskeho arktického šelfu, možný nárast globálnej teploty vplyvom metánového impulzu je vidieť na Obr. 9), škody by mohli dosiahnuť až 60 biliónov  USD (ročné HDP všetkých štátov sveta bolo v roku 2012 70 biliónov USD), čím by mohli prevýšiť ekonomické benefity z ťažby ropy, zemného plynu, rybolovu a námornej dopravy až o niekoľko rádov. Pochopiteľne, medzi odborníkmi sa už našli aj kritici tohto odhadu, a napríklad klimatológ Gavin Schmidt argumentuje tým, že podobne vysoké úniky metánu do atmosféry v tak krátkom čase nie sú veľmi reálne.


Obr. 8: Satelitné zábery odhaľujúce topenie permafrostu v severnej Kanade - Liverpool Bay (Zdroj: NASA)

Uhlík viazaný v permafroste a klatrátoch metánu však pre planétu predstavuje aj dlhodobejší problém. Ten spočíva v tom, že jeho zásoby v permafroste sú jednoducho obrovské – len v samotných klatrátoch je podľa odhadov viazaných až 10 000 Gt čistého uhlíka, v permafroste to môže byť od 400 do 1 850 Gt (len pre porovnanie, od začiatku priemyselnej revolúcie človek vypustil do atmosféry spaľovaním fosílnych palív, produkciou cementu a odlesňovaním niečo viac ako 570 Gt uhlíka). V prípade samotného metánu je tu ďalší problém. V porovnaní s CO2 ide o skleníkový plyn, ktorý má v časovom horizonte 100 rokov asi 22-25 násobne čší otepľujúci potenciál (v horizonte 20 rokov je to dokonca 105 násobne viac), to znamená, že v budúcnosti môže podporiť otepľovanie planéty ešte výraznejšie ako naše emisie CO2.

Metán z Arktídy sa už v súčasnosti uvoľňuje do atmosféry a je preto len otázkou času, kedy začne výraznejšie prispievať k jej otepľovaniu. Dokladajú to aj družicové merania jeho koncentrácií nad rozsiahlymi nezaľadnenými časťami Severného ľadového oceánu, predovšetkým v oblasti Barentsovho a Nórskeho mora.


Obr. 9: Scenáre rastu globálnej teploty s (červená) a bez (modrá) metánového impulzu 50 Gt v priebehu rokov 2015-2025 (Zdroj)


Čo sa stane v Arktíde, nezostane len v Arktíde
Z dnešného pohľadu je oveľa závažnejším problémom zistenie, že rýchle otepľovanie Arktídy a nakoniec aj rýchly ústup morského zaľadnenia začínajú zásadne ovplyvňovať charakter počasia a jeho extrémnosť na celej severnej pologuli. Nedávno sa dokonca objavila štúdia, ktorá uvádza, že neobvyklé cirkulačné podmienky na severnej pologuli vedúce k bezprecedentnému topeniu grónskeho kontinentálneho ľadovca v júli 2012 boli zapríčinené práve výrazným ústupom morského zaľadnenia (v tomto roku je topenie ľadovca v Grónsku pomalšie). Do súvisu s rýchlymi zmenami v Arktíde sa dáva aj výskyt extrémnych vĺn horúceho a suchého počasia (ale aj iných, najmä teplotných extrémov) na JZ Spojených štátov amerických, či iných regiónoch sveta, vrátane Európy. Viac sa o tomto probléme môžete dočítať napríklad aj v článku: Klimatická zmena v Arktíde prebieha doslova pred očami.

Na záver tohto blogu by som ešte veľmi vrelo doporučil výbornú prednášku Dr. Jennifer Francis o fyzikálnom mechanizme arktického zosilneného otepľovania (Arctic amplification) a jeho prepojení s výskytom extrémneho počasia na severnej pologuli. Tých 30 minút stojí za to!



Zdroje

štvrtok, 25. júla 2013

Tropické cyklóny budú silnejšie a častejšie

Nová štúdia Kerryho Emanuela prináša zásadnú zmenu v očakávaných trendoch výskytu tropických cyklón (TC)


Tropické cyklóny (hurikány, tajfúny, atď.; ďalej len „TC“) patria medzi najkomplexnejšie a najničivejšie búrkové systémy na Zemi. Deštrukčnej sile ich účinku sú ročne vystavené milióny ľudí v pobrežných oblastiach tropických a subtropických regiónov. V priebehu roka vznikne nad tropickými teplými oceánmi viac ako 80 TC, a približne 12 % z tohto počtu má svoj pôvod v Atlantickom oceáne a v Karibiku. Keďže sú s ich postupom nad pevninu takmer vždy spojené značné ľudské straty a obrovské materiálne škody, informácie o dlhodobých zmenách a predpokladaných scenároch frekvencie ich výskytu, ako aj intenzity TC v meniacich sa klimatických podmienkach 20. a 21. storočia majú mimoriadny strategický význam. Doterajší výskum naznačoval, že vplyvom otepľovania atmosféry, ale najmä povrchových vrstiev oceánov sa bude ich sila (intenzita) zvyšovať, no ich celkový počet bude skôr mierne klesať, prípadne sa nebude meniť vôbec (okrem kategórie najsilnejších TC, kategórie 3 a viac). Predošlé projekcie TC pre 21. storočie tiež predpokladali výraznejší rast intenzity sprievodných fenoménov TC, a to hlavne priemernej rýchlosti vetra (ako aj okamžitých nárazov) a extrémnych zrážok.  


Obr. 1: (vľavo) Hurikán Elena zachytený nad Mexickým zálivom 1. septembra 1985; (vpravo) hurikán Irene v blízkosti súostrovia Bahamy 24. augusta 2011 (v tom čase hurikán 3. kategórie; Zdroj)

Nová štúdia Kerryho Emanuela z MIT (Downscaling CMIP5 climate models shows increased tropical cyclone activity over the 21st century) však prišla k diametrálne odlišnému záveru, najmä pokiaľ ide o očakávané zmeny celkového počtu TC. Hurikány a tajfúny sa podľa Emanuelových záverov stanú nielen silnejšími, ale celkovo aj častejšími, a to predovšetkým v oblasti severného Pacifiku (Obr. 2 a 4), kde ročné vznikne najviac TC na Zemi (v priemer 26-30 TC/rok). Veľmi podobný scenár zmien možno očakávať aj v Atlantickom oceáne. Celkový nárast počtu TC pre 21. storočie, získaný metódou dynamického downscalingu fyzikálnych premenných závislých napríklad aj od zmeny teploty oceánov (použitím globálnych a regionálnych modelov), nakoniec celkom dobre súhlasí so scenármi tzv. GPI indexu ("Genesis Potential Index", Obr. 5), ktorého výpočet od teploty oceánov závisí len málo alebo takmer vôbec (hodnota GPI závisí od termodynamický premenných atmosféry, potenciálnej vorticity, či vertikálneho strihu vetra).


Obr. 2: Zmeny ročného počtu TC interpolované z gridu 4 × 4 ° - priemer šiestich CMPI5 modelov - vypočítané ako rozdiel ročného počtu medzi obdobiami 1950-2005 a 2006-2100  (červenšie odtiene znamenajú nárast počtu; Zdroj


Obr. 3: Zmeny hodnoty PDI indexu interpolované z gridu 4 × 4 ° - priemer šiestich CMPI5 modelov - vypočítané ako rozdiel medzi obdobiami 1950-2005 a 2006-2100  (červenšie odtiene znamenajú nárast počtu; Zdroj)

Napriek tejto nekonzistentnosti s predošlým výskumom TC, Emanuelova práca prináša aj dva významne závery, zhodujúce sa so staršími štúdiami. Po prvé, potvrdila úzku previazanosť a pravdepodobne aj kauzálny vzťah medzi nárastom intenzity a frekvencie silných TC (kategórie 3 a viac) a zvyšovaním teploty tropických oceánov. Tento aspekt je veľmi dôležitý, keďže najväčší podiel škôd na pevninách spôsobujú práve TC 4. a 5. kategórie (s priemernou rýchlosťou vetra nad 250 km/h). Dobrým príkladom je rok 2005, kedy územie Spojených štátov zasiahli hneď tri ničivé hurikány kategórie 3 a 4, Katrina, RitaWilma, a úhrne spôsobili škody vo výšky minimálna 200 mld. USD. Na nárast intenzity silnejších TC poukazuje aj očakávané výrazne zvýšenie tzv. indexu PDI („Power Dissipation Index“, Obr. 3) až o 45 % v priebehu tohto storočia (celkový počet TC s kategóriou 3 a viac by sa mal zvýšiť asi o 40 %, Obr. 4). V budúcnosti bude však potrebné, okrem ničivých účinkov vetra a extrémnych zrážok, brať do úvahy aj potenciál rastu hladiny oceánov, ktorý predovšetkým pri silných TC povedie k rastu škôd v dôsledku vysokého morského príboja (príkladom môže byť aj slabší hurikán Sandy, ktorý zapríčinil značné škody v New Yorku; Video nižšie). Po druhé, štúdia tiež potvrdila predpokladaný nárastu intenzívnych zrážok, ktoré so sebou TC prinášajú (v dôsledku vyššieho výparu vody z hladiny oceánov a vyššej teploty atmosféry). 


Obr. 4: Dekádne zmeny celkového ročného počtu TC v období 1950-2100 simulovené modelmi CMIP5, pre obdobie 2006-2100 pomocou emisného scenára RCP8.5 (červené línie uprostred boxplotov predstavuju medián; Zdroj)


Obr. 5: Dlhodobé zmeny (1950-2005) a predpokladané scenáre (2006-2100) ročného počtu TC (zelená) a tzv. GPI indexu (Zdroj)

Prečo však Emanuelova štúdia prináša tak zásadne odlišný obraz zmien z pohľadu celkovej frekvencie TC? Odpoveď na túto otázku sa zrejme skrýva v použití novej generácie šiestich globálnych a regionálnych modelov (CMIP5 v podmienkach emisného scenára RCP8.5), ktoré sú schopené nielen presnejšie modelovať zmeny termodynamických vlastností centrálnych častí TC v nových podmienkach teplejšej atmosféry a oceánov (v porovnaní s modelmi CMIP3, ale počítať aj s vplyvmi, ktoré doposiaľ neboli v modelových simuláciách uvažované významnejšie – napr. vplyv množstva síranových aerosólov v zemskej atmosfére na podmienky vzniku TC. Práve tento vplyv sa podľa historických analýz ukazuje byť dosť zásadný, čoho príkladom môže byť globálne nižší počet TC v 70. a 80. rokoch 20. storočia, ktorý je dnes dávaný do súvisu s vyššími koncentráciami síranových aerosólov. Nárast celkového počtu TC v podmienkach 21. storočia preto Emanuel vidí najpravdepodobnejšie ako dôsledok predpokladaného poklesu koncentrácií týchto aerosólov v troposfére a stratosfére (pokles ich koncentrácie vedie k zvyšovaniu povrchovej teploty oceánov).

   

Video: Modelová simulácia NASA rýchlosti vetra na hladine 850 hPa hurikánu Sandy z roku 2012  (Zdroj: NASA's Goddard Space Flight Center and NASA Center for Climate Simulation. Video courtesy of NASA/GSFC/William Putman)


Obr. 6: Nad centrálnym Atlantikom smerom na západ postupuje tropická búrka a v tomto roku už 4. pomenovaná tropická porucha, Dorian. Bude to budúci hurikán? (Zdroj)


Súvisiace články 
Teplejší Atlantik zvýši riziko hurikánov v západnej Európe
Keď sa z hurikánov stávajú super-búrky


Zdroje

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

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