streda, 19. februára 2014

Nekontrolovateľný skleníkový efekt na Zemi – realita alebo science fiction?

Ako dlho bude planetárny termostat schopný podporovať život na Zemi?

V poslednom storočí pozorujeme na Zemi významné a z historického pohľadu aj veľmi rýchle otepľovanie atmosféry a oceánov. Toto otepľovanie, ktoré je v prevažnej miere výsledkom ľudskej činnosti a stalo sa dominantným znakom vývoja klimatického systému minimálne v posledných 60 rokoch, však nie je jediným dlhodobým trendom jasne rozpoznateľným v historicky rekonštruovaných radoch globálnej či hemisférickej teploty. Ak sa na vývoj teploty pozrieme zo širšej historickej perspektívy, napríklad za posledných ~ 65 miliónov rokov, zaujme nás skutočnosť, že v priebehu tohto dlhého obdobia Zem nastúpila na trajektóriu postupného, no vo všetkých smeroch dosť zásadného ochladzovania, čoho dôsledkom bolo nakoniec aj to, že pred približne 3 milión rokmi planéta vstúpila do „éry“ ľadových dôb (Obr. 1). 


Obr. 1: Vývoj globálnej teploty (hore) a koncentrácie oxidu uhličitého (dole) v období posledných 65 miliónov rokov na základe výskumu morských a jazerných sedimentov, ľadovcových jadier, atď.   (Zdroj)

Vďaka komplexnému paleoklimatologickému výskumu dnes už tušíme, prečo k tomuto dlhodobému ochladeniu došlo. Popri zmene konfigurácie oceánov a pevnín, ktorá do veľkej miery podmienila aj zmeny oceánskych prúdov a obmedzila tak transport tepla z oblasti rovníka k zemským pólom (predovšetkým na južnej pologuli), za jednu z hlavných príčin kenozoického ochladzovania možno označiť dlhodobý pokles koncentrácie oxidu uhličitého (CO2) v zemskej atmosfére. V dôsledku zvetrávania hornín a zvýšeného záchytu uhlíka biosférou sa jeho množstvo v priebehu posledných ~ 500 miliónov rokov znížilo z hodnoty ~ 5 000 ppmv na predindustriálnych 280 ppmv (detaily sú uvedené v článku: Posledné veľké otepľovania). 

Na mieste je teda otázka, akým smerom sa bude globálna klíma vyvíjať v horizonte ďalších desiatok až stoviek miliónov rokov, teda dlho po tom, ako odznejú aj posledné „stopy“ ľuďmi zosilneného hypertermálneho interglaciálu? Vráti sa Zem k dlhodobému ochladzovaniu, ktoré by eventuálne mohlo vyvrcholiť nejakou globálnou ľadovou dobou, alebo našu planétu čaká iný osud? 


Obr. 2: Umelecká predstava ďalekej budúcnosti - Slnko a povrch Zeme o niekoľko miliárd rokov (Zdroj)

Zatiaľ to síce so stopercentnou istotou povedať nedokážeme, no podľa toho, čo dnes vieme o vývoji slnečnej sústavy a jej centrálnej hviezdy zdá sa, že o osude našej planéty a života na jej povrchu rozhodne už o jednu miliardu rokov práve Slnko. To od doby svojho vzniku zvýšilo žiarivý výkon o približne 30 % a tempom 1 % za 100 miliónov rokov bude v tomto trende veľmi pravdepodobne pokračovať aj ďalej. Čo to teda znamená pre Zem? Vďaka svojim termoregulačným mechanizmom (oceány, biosféra, uhlíkový a hydrologický cyklus, globálna tektonika, atď.), si klimatický systém na Zemi zatiaľ dokázal poradiť so stále výkonnejším Slnkom, no ako sa hovorí, nič netrvá večne. Ako bude naša hviezda stále horúcejšia, globálna teplota atmosféry a oceánov porastie neustále vyššie a vyššie. Od určitého obdobia už oceány nebudú schopné ochladzovať Zem dostatočne efektívne, ale naopak intenzívnejším výparom vody zo svojho povrchu budú dotovať atmosféru obrovským množstvom vodnej pary, čím sa ešte viac zvýrazní skleníkový efekt atmosféry. Atmosféra sa tak začne doslova nekontrolovateľne otepľovať (čím vyššia teplota, tým intenzívnejší výpar a väčšie množstvo vodnej pary v atmosfére, ktoré bude podporovať ďalšie otepľovanie, atď.). Nakoniec dôjde k vypareniu všetkej vody v pozemských oceánoch a zo zemskej atmosféry sa stane hustá zmes plynov, v ktorej bude dominovať oxid uhličitý a vodná para. V tomto „super-skleníkovom“ svete už nebude priestor pre život a planéta Zem sa postupne zmení na planétu podobnú dnešnej Venuši (podrobnosti v článku Venušin syndróm).


Obr. 3: (vľavo) Priemerná globálna teplota a (vpravo) globálna radiačná bilancia pre prípad súčasného žiarového výkonu Slnka (a) a stavu pred spustením nekontrolovateľného skleníkového efektu zemskej atmosféry (b; Zdroj)

Problémom tohto scenára však nie je to, či k nemu dôjde, ale to, kedy sa tak stane. Zhoda v tomto ohľade neexistuje a odhad časového horizontu závisí najmä od toho, ako komplexný model budúceho vývoja atmosféry použijete. Nedávna štúdia autorského tímu Ravi Kopparapu z Pensylvánskej štátnej univerzity uviedla, že k naplneniu podobného scenára bude stačiť, ak sa slnečný výkon zvýši o ďalších 6 %, čo by znamenalo, že Zem by sa mohla začať nekontrolovateľne ohrievať už o 600 až 700 miliónov rokov. Autori pritom ale ďalej uvádzajú, že už približne o 150 miliónov rokov bude život na Zemi možný len v oceánoch (vzhľadom na vysoké teploty, deštrukciu ozonosféry, atď.). Ale nie tak rýchlo!

Ďalší výskum publikovaný na začiatku tohto roka zverejnil výsledky, ktoré takto rýchlemu vývoju zásadne odporujú. Komplexnejší model navrhnutý Ericom Wolfom z Colorádskej univerzity v Boulderi počíta s pomalšou odozvou klimatického systému na rast výkonnosti Slnka, a to najmä v dôsledku zakomponovania vplyvu globálnej oblačnosti a nerovnomerného zvyšovania vlhkosti atmosféry (v hre sú však aj ďalšie faktory). Podľa Erica Wolfa by tak Zem mohla podporovať život ešte ďalších 1 až 1,5 miliardy rokov. Tieto závery nakoniec podporuje ešte jedna štúdia z decembra 2013 (Leconte et al., 2013, Obr. 3), ktorá uvádza, že nekontrolovateľné otepľovanie by sa nemalo na Zemi objaviť skôr ako za jednu miliardu rokov. Jediným „menším“ problémom uvedených štúdií je ale to, že všetky scenáre počítajú s rovnakým (nemenným) množstvo CO2 v zemskej atmosfére, čo vzhľadom na predpoklad pomaly sa ohrievajúcej atmosféry nie je celkom reálne – zintenzívňovanie hydrologického cyklu a zvetrávania hornín bude mať za následok rýchlejší záchyt CO2 do hornín, čo nakoniec môže pôsobiť proti zrýchľovaniu otepľovania.  

Avšak je tu jedno veľké „ALE“. A tým je neodškriepiteľný vplyv človeka na súčasný vývoj globálnej klímy. Ďalšou otázkou teda je, či ľuďmi podmienené emisie CO2 (a ďalších skleníkových plynov) by mohli spustiť procesy vedúce až k nekontrolovateľnému otepľovaniu planéty?  Známy americký klimatológ, James Hansen, ktorý sa pôvodne  zaoberal  výskumom atmosféry Venuše a jej superskleníkového efektu si myslí, že určitá, pomerne veľká pravdepodobnosť existuje najmä v tom prípade, ak ľudia spália v priebehu nasledujúcich dvoch až troch storočí všetky fosílne palivá na Zemi (vrátane ropných pieskov, atď.). Sú jeho obavy ale na mieste? 

Spálením všetkých v súčasnosti známych rezerv fosílnych palív (podľa GEA, 2012) by sme dokázali zvýšiť koncentráciu CO2 o minimálne ďalších 1 400 ppmv (dnes je v atmosfére takmer 400 ppmv), pričom tento predpoklad nepočíta s príspevkom prírodných zdrojov CO2 a CH4 (metánu). Ak by sme brali do úvahy aj tie, celkom určite musíme počítať s ďalšími minimálne 1 400 ppmv. Dovedna je to teda viac ako 3 200 ppmv, čo je podľa Kastinga a Ackermana (1986) stále dosť málo na to, aby došlo k spusteniu nekontrolovateľného otepľovania (podľa ich predpokladov by muselo byť v atmosfére minimálne 10 000 ppmv CO2). 

Ako však uvádza aj Colin Goldblatt vo svojej štúdii, Hansenov scenár, nech je už akokoľvek pesimistický, nie je celkom nereálny. A to z jednoduchého dôvodu. Zatiaľ nám nie sú známe všetky pozitívne a teda zosilňujúce spätné väzby, ktoré môžu do atmosféry „dopraviť“ ďaleko väčšie množstvá skleníkových plynov, než len tie, o ktorých uvažujeme pri fosílnych palivách či prírodnom metáne. A okrem toho, o fyzike „vlhkej“ atmosféry toho vieme dosť málo na to, aby sme s istotou mohli Hansenov scenár úplne zavrhnúť. Predstavuje teda existencia nekontrolovateľného skleníkového efektu na Zemi reálnu hrozbu, alebo ide len o teoretický scenár veľmi vzdialenej budúcnosti?


Zdroje

The Runaway Greenhouse: implications for future climate change, geoengineering and planetary atmospheres 
http://arxiv.org/pdf/1201.1593v1.pdf
How Likely Is a Runaway Greenhouse Effect on Earth?  
http://www.technologyreview.com/view/426608/how-likely-is-a-runaway-greenhouse-effect-on-earth/
What If We Burn All The Fossil Fuels?  
http://mahb.stanford.edu/library-item/what-if-we-burn-all-the-fossil-fuels/
Increased insolation threshold for runaway greenhouse processes on Earth-like planets  
http://www.nature.com/nature/journal/v504/n7479/full/nature12827.html
Habitable zones around main-sequence starts: new estimates
http://iopscience.iop.org/0004-637X/765/2/131/
Earth Won't Die as Soon as Thought  
http://news.sciencemag.org/climate/2014/01/earth-wont-die-soon-thought
Delayed onset of runaway and moist greenhouse climates for Earth
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2013GL058376/abstract
Venušin syndróm  
http://climatemap.blogspot.cz/2013/03/venusin-syndrom.html
Tropical runaway greenhouse provides insight to Venus
http://www.nasa.gov/centers/ames/news/releases/2002/02_60AR.html
Tropical Thermostats and Global Warming
http://www.skepticalscience.com/tropical_thermostat.html
Venus doesn't have a runaway greenhouse effect  
http://www.skepticalscience.com/Venus-runaway-greenhouse-effect.htm

pondelok, 17. februára 2014

Stratosféra nás chráni pred UV-žiarením, ale aj stratou vody

... ale aj k tomu, prečo sa stratosféra ochladzuje

Zemská atmosféra sa vo vertikálnom smere člení na päť základných vrstiev, pričom v dvoch najspodnejších, troposfére a stratosfére, sa sústreďuje viac ako 99 % všetkej hmoty vzduchového obalu Zeme. Práve tieto dve vzduchové vrstvy, navzájom oddelené pomerne výraznou teplotnou hranicou (tropopauza), ovplyvňujú náš život asi najzásadnejšie. Zatiaľ čo v troposfére vznikajú všetky procesy a deje, ktoré súvisia s počasím a klímou a chemické zloženie je tu viac-menej rovnaké vo všetkých smeroch, stratosféra predstavuje diametrálne odlišný svet. Chráni svoju nižšie ležiacu „susedku“ nie len pred zničujúcim pôsobením zhubného ultrafialového (UV) žiarenia, ale aj pred stratou drahocennej vody.


Obr. 1: Raketoplán Endeavour na nízkej obežnej dráhe okolo Zeme na pozadí s tromi najnižšími vrstvami zemskej atmosféry - oranžovo sfarbená je troposféra (sfarbenie je výsledkom rozptylu slnečného žiarenia na molekulách vodnej pary a časticiach prachu); nad ňou leží takmer biela stratosféra a potom modrá mezosféra (Zdroj: NASA)

Vlastný termín "stratosféra" sa odvodzuje od latinského slova stratus alebo stratum, čo znamená vrstva. Tento názov už ani nemôže byť výstižnejší. Stratosféra sa totiž na rozdiel od troposféry vyznačuje tým, že vzduch je tu vo vertikálnom smere usporiadaný do termodynamicky stabilných vrstiev, ktoré sa navzájom premiešavajú len minimálne (a ak vôbec, tak je to spôsobené najmä vynútenými výstupnými pohybmi vzduchu z troposféry, predovšetkým v oblasti rovníka). Vzduch sa v tejto vrstve pohybuje najmä v horizontálnom smere, pričom prevažuje pohyb smerom od rovníka k pólom.

Ďalšou charakteristickou črtou stratosféry je to, že v nej teplota vzduchu s rastúcou výškou neklesá. V porovnaní s troposférou, hlavne jej horným okrajom vo výške 7 až 18 km, kde teploty klesajú až k -55 °C v miernych šírkach a k -80 °C v blízkosti rovníka, stratosféra sa javí ako relatívne teplejšia vrstva. V dôsledku tejto teplotnej izotermii inverzii (teplota s výškou sa nemení alebo rastie, to znamená, že nad chladnejšou vrstvou leží teplejšia; poznámka – k podobnej situácii dochádza u nás v zime pri ranných hmlách a inverziách) stratosféra blokuje akékoľvek ďalšie výstupné pohyby vzduchu z troposféry. V praxi to znamená napríklad aj to, že letné búrky, vznikajúce ako priamy dôsledok zohrievania zemského povrchu slnečným žiarením a teda aj existencie výstupných pohybov vzduchu v troposfére, by v podmienkach neexistujúcej stratosféry rástli nekontrolovateľne do výšky desiatok kilometrov a Zem by takto pravdepodobne prišla v priebehu niekoľkých stoviek tisíc až miliónov rokov o takmer všetku vodu sústredenú na zemskom povrchu.


Obr. 2: Vertikálny profil stratosféry (Zdroj: Wikipedia)

Zatiaľ sme sa ale nezmienili, prečo je stratosféra teplotne takto odlišná od troposféry. Príčina je jednoduchá – je ňou prítomnosť ozónu. Ten nielenže pohlcuje UV žiarenie a chráni tak zemský povrch pred jeho nebezpečným pôsobením, ale uplatňuje sa aj ako silný skleníkový plyn. Teplo šíriace sa z nižších vrstiev atmosféry a tiež teplo vznikajúce pri absorpcii UV žiarenia molekuly ozónu pohlcujú a takto zahriate ohrievajú vzduch vo svojom okolí. Vo výškach okolo 27 až 35 km tak dosahujú teploty vzduchu až 10 °C, čo je v porovnaní s teplotou v hornej troposfére rozdiel priam kolosálny.


Obr. 3: Mesačné odchýlky priemernej stratosférickej teploty v období rokov 1979-2012 [v K] v štyroch vertikálnych vrstvách podľa pozorovaní NOAA (červená), Met Office (modrá) a RSS (zelená) a podľa výstupov modelov CCM (Coupled Chemistry Climate Model; Zdroj)

Stratosféra však podobne ako troposféra podlieha zásadným teplotným zmenám. V dôsledku nie len výraznej redukcie ozónu v oblasti oboch zemských pólov v posledných 30 rokoch, ale aj stále silnejšieho skleníkového efektu troposféry, teplota v stratosfére klesá, a to dosť podstatne. Za posledných 30 rokov sa napríklad spodná stratosféra ochladzovala o približne 0,5 až 0,7 °C za desaťročie (prízemná troposféra sa naopak otepľovala o 0,2-0,4 °C). Ako vidieť aj na Obr. 3, pokles teploty je vo vyšších častiach stratosféry ešte výraznejší. V prospech tvrdenia, že za stratosférickým ochladzovaním možno vidieť hlavne silnejší skleníkový efekt planéty hovorí aj to, že k ochladzovaniu dochádza aj vo vrstvách ležiacich nad stratosférou. Napríklad v mezosfére (50-80 km nad povrchom) dosiahlo ochladzovanie v rovnakom období až o 5-10 °C (vo výškach okolo 350 km až o 17 °C). Ochladzovanie stratosféry v posledných troch dekádach je jedným z hlavných argumentov, ktoré podporujú teóriu o ľuďmi podmienenej klimatickej zmene.
 

piatok, 14. februára 2014

Čakajme neočakávateľné

Realita dopadov extrémov počasia

Nárast extrémnosti počasia na celej Zemi v období posledných dvoch dekád nie je ani zďaleka len o subjektívnom pocite ľudí. Dnes už mnohé odborné štúdie analyzujúce meteorologické merania zo všetkých kontinentov prichádzajú k záveru, že niektoré typy extrémneho počasia – vlny horúčav, povodne, extrémne zrážky či sucho – prichádzajú skutočne nie len častejšie, ale sú aj výraznejšie vo svojich prejavoch či dopadoch na ekonomiku, zdravie a úmrtnosť ľudskej populácie alebo stabilitu prírodných spoločenstiev. Niektoré závery klimatológov idú dokonca ešte ďalej a poukazujú na to, že nebyť globálneho otepľovania, k mnohým týmto extrémom by nedošlo alebo by sa neprejavili v tak výraznej forme.


Obr. 1: Záber z meteorologickej družice Meteosat na výraznú a hlbokú tlakovú níž (cyklónu) približujúcu sa k pobrežiu Veľkej Británie dňa 13.2.2013 (Zdroj: EUMETSAT)

Tí z vás, ktorí ešte stále krútite neveriacky hlavou a odmietate akceptovať realitu toho, že klimatická zmena nie je ani zďaleka len o zvyšovaní globálnej teploty, ale má žiaľ aj celý rad menej príjemných dôsledkov, skúste sa ešte pred tým, ako si o tomto probléme vytvoríte vlastný názor, pozrieť na celosvetové štatistiky počtu poistných udalostí či klimatologických analýz extrémnych anomálií počasia (viaceré zdroje sú uvedené tu). Už pri prvom pohľade do týchto materiálov vám musí byť jasné, že to nie je „len“ dôsledok zvýšeného záujmu médií o extrémy v posledných rokoch, lepších možností pozorovania extrémov v stále dostupnejších oblastiach planéty alebo rastúcej komplexnosti a rozsahu našej spoločnosti, ktorá sa čoraz častejšie dostáva do priamej interakcie s extrémnymi hydro-meteorologickými fenoménmi. Prejavy a dôsledky extrémneho počasia sa evidentne zhoršujú všade na Zemi, a preto ak sa v priebehu tohto storočia nepokúsime priebeh klimatickej zmeny zmierniť zásadným odklonom našej spoločnosti od využívania fosílnych palív, extrémy počasia a najmä ich dôsledky veľmi pravdepodobne dosiahnu úroveň, na ktorej už akýkoľvek pokus o účinnú adaptáciu bude skôr pripomínať ilúziu ako reálnu možnosť.

Takmer učebnicový príklad situácie, kedy vzájomné pôsobenie viacerých extrémov znemožňuje akúkoľvek adaptáciu, sa nám v poslednom období ponúka priamo v Európe, len na skok od jej západného pobrežia. Veľká Británia už takmer dva mesiace bojuje s abnormálne extrémnym počasím. Od minuloročných Vianoc sa cez Britské ostrovy prehnalo už niekoľko veľmi výrazných a hlbokých cyklón (Obr. 1), ktoré priniesli obyvateľom ostrovov nie len veľmi veterné počasie, ale aj značné, a na toto ročné obdobie aj abnormálne množstvo zrážok. Výsledkom sú veľmi rozsiahle povodne, ktoré pomaly ale isto nadobúdajú historické proporcie (Obr. 3). A ako by toho nebolo dosť, frekvencia cyklón prichádzajúcich z Atlantického oceánu sa v priebehu februára 2014 zreteľne zvýšila, čo znamená pre britskú ekonomiku len jedno – čas na „zotavenie“ sa z extrémov sa neustále skracuje a rozsah škôd tak narastá (Obr. 2). 

Obr. 2: Morský príboj na pobreží juhozápadného Anglicka v blízkosti mesta Dawlish spôsobil vážne škody na miestnej infraštruktúre a dopravných systémoch

Pozoruhodný je tiež fakt, že štyri z piatich najdaždivejších rokov vo Veľkej Británii sa vyskytli od roku 2000, a v tom istom období klimatológovia zaznamenali aj sedem najteplejších rokov histórie. Táto „podivná“ zhoda okolností žiaľ nie je ani zďaleka len obyčajná náhoda. Vzťah medzi vyššou teplotou atmosféry a intenzívnejšími zrážkami potvrdzujú nie len empirické merania na celom svete, ale vyplývajú aj z jednoduchého fyzikálneho zákona. A ten hovorí, že s rastúcou teplotou rastie aj maximálny obsah vodnej pary v atmosfére, a to exponenciálne, čo znamená, že pri vhodných poveternostných podmienkach môže pri vyššej teplote spadnúť na zemský povrch väčšie množstvo vody (ak berieme do úvahy všetky relevantné fyzikálne veličiny, môže to byť aj o 50 % viac). Vyšší obsah vodnej pary však vedie v atmosfére k ešte jednému fenoménu – všetky procesy, súvisiace najmä s fázovými zmenami vody a premenou energie, sú dynamickejšie. Prejavuje sa to hlavne väčšou dynamikou tlakových níží (cyklón), čo nakoniec vedie k vyšším rýchlostiam vetra a intenzívnejším zrážkam. V kombinácii s rastúcou hladinou Atlantického oceánu, predovšetkým v oblasti prielivu La Manche, môžu byť dôsledky v podobe záplav pobrežných oblastí, ale aj povodní vo vnútrozemí, veľmi závažné. A príkladom je aj tohtoročná zima (Obr. 3). (Ak ale „zalistujete“ vo svojej pamäti, určite si spomeniete aj na to, že podobné problémy má Veľká Británia už niekoľko rokov, a to nie len v zime)


Obr. 3: Rozsah povodní v oblasti JZ Anglicka (Burrowbridge, juhozápadne od Bristolu) je v priebehu tohtoročnej zimy mimoriadny (Zdroj)

O extrémy nie je ale núdza ani u nás v strednej Európe. Tohtoročná zima na Slovensku či v Českej republike sa celkom určite zaradí medzi najteplejšie v histórii meteorologických pozorovaní. Ak to trochu preženieme, možno si na toto obdobie budeme pamätať ako na rok, kedy „neprišla zima“. Mohli by sme ale menovať aj ďalšie regióny sveta – USA, Austrália, Brazília, Filipíny či Argentína – či už je to extrémne sucho, extrémne zrážky alebo mimoriadne teplo, mnohé z týchto situácií sa nedejú len tak – ich výskyt, ale aj extrémnosť sa vyznačujú veľkým množstvom spoločných znakov. A okrem toho sú natoľko zriedkavé, že ich výskyt je zo štatistického pohľadu „možný“ väčšinou len raz za niekoľko 100 až 500 rokov. Problémom je teda to, že takto zriedkavé udalosti registrujeme v posledných dvoch dekádach v jednotlivých regiónoch viac ako by bolo normálne. (Niektoré typy extrémov, ktoré sa ešte pred 50 rokmi vyskytovali s dobou opakovania raz za 100 rokov, sa dnes vyskytujú raz 50, či dokonca 20 rokov) A čo s týmto problémom môžeme robiť?


Okrem toho, že sa na častejšie extrémy a napríklad aj na vyššie teploty v priebehu zimy či leta môžeme adaptovať (otázkou je, či aj úspešne), bolo by nakoniec rozumne sa „zamyslieť“ aj nad príčinami súčasného stavu, ktorý sa zdá byť z dlhodobého hľadiska doslova neudržateľný. Od polovice 20. storočia vzrástla globálna teplota o 0,7 °C (!). Zdá sa vám to akosi málo? Omyl! Ide o zatiaľ jednu z najrýchlejších, ako nie vôbec najrýchlejšiu zmenu globálnej klímy v známej geologickej histórii Zeme. Dnes je už tiež viac ako kedykoľvek v priebehu posledného storočia jasnejšie, že toto rýchle otepľovanie sme si spôsobili predovšetkým my, ľudia. A ak v tomto ovplyvňovaní celosvetovej klímy nepoľavíme, je celkom reálne, že sa ešte v priebehu tohto storočia dožijeme ďalšieho, dokonca ešte rýchlejšieho oteplenia o minimálne 4 °C. Ak by sa nakoniec oteplilo len o polovicu tejto hodnoty, planéta sa „teplotne“ vráti o približne 115 000 rokov nazad, do obdobia predposlednej medziľadovej doby, kedy hladiny oceánov boli o minimálne 5 metrov vyššie ako dnes a podstatná časť grónskeho ľadovca bola „rozpustená v severnom Atlantiku“. Takéto oteplenie (o 2 °C) by sme však mohli zažiť už niekedy na začiatku druhej polovice tohto storočia. Čo je ale ešte podstatnejšia informácia, takto rýchle otepľovanie so sebou prinesie veľmi vážne problémy, ktoré budú ďaleko presahovať hranice národných štátov – masovú migráciu obyvateľstva z najviac postihnutých oblastí, vojenské konflikty o vodu, zdroje a potraviny, atď.

Ďalšou veľkou hrozbou pre nás je aj reálna možnosť tzv. náhlej zmeny klímy (abrupt climate change). Ako nakoniec vieme aj z paleoklimatologického výskumu, globálna klíma nemala takmer nikdy tendenciu pri prechodoch z jedného termálneho stavu do druhého meniť sa pomaly a postupne, ale naopak rýchlo a náhle. História je doslova plná takýchto náhlych skokov v klimatických podmienkach. Pokiaľ k takejto situácii v priebehu tohto storočia dôjde, adaptovať sa na ňu bude pre našu komplexnú spoločnosť veľmi problematické. Máme skutočne v tomto zmysle očakávať neočakávateľné? Viac ukazuje nasledujúce video.


Riešení, ako prebiehajúcu klimatickú zmenu zmierniť a ako sa jej prispôsobiť je hneď niekoľko a rozhodne nie všetky sa dotýkajú "len" samotnej adaptácie. Znižovanie našej závislosti na využívaní fosílnych palív cez efektívne a rozumné znižovanie spotreby energie, na osobnej ako aj národnej či globálnej úrovni by malo byť tým prvým zásadným krokom. Ďalším prístupom je zavádzanie nízkouhlíkových technológií vo všetkých oblastiach hospodárstva, dopravy či služieb. Potenciál zavádzania takýchto systémových zmien tu je, stačí už len politická vôľa ich presadiť a presvedčenie už bežných ľudí, že podobné kroky majú zmysel a dokonca sa vyplatia aj z ekonomického, nie len ekologického, hľadiska. O tomto všetkom trochu komplexnejšie pojednáva aj komentár Nikolasa Sterna na stránkach The Guardian.  

streda, 5. februára 2014

Rok 2013 v klimatológii – žatva zaujímavých objavov

Súčasné otepľovanie je v historickom kontexte bezprecedentné a jeho spomalenie v posledných 15 rokoch je menšie, ako sa pôvodne myslelo

Rok 2013 máme "úspešne" za sebou a možno povedať, že bol opäť veľmi zaujímavý. Okrem toho, že sa zaradil medzi najteplejšie roky v období moderných prístrojových meraní, rok 2013 bol pozoruhodný aj z pohľadu klimatologického výskumu. Popri tom, že svetlo sveta uzrela ďalšia hodnotiaca správa IPCC, ktorá dosť zásadne spresnila to, čo mnohí klimatológovia vedia už nejakú tú dobu – a to, že hlavnou príčinou otepľovania v období od druhej polovice 20. storočia je človek – rok 2013 priniesol aj niekoľko prelomových štúdií, ktoré dokázali zarezonovať aj vo svetových médiách. Žiaľ, niektoré z nich sa stali terčom útokov "klimaskeptikov", keďže svojimi výsledkami dokázali vyvrátiť viaceré nekorektné pseudoargumenty, ktoré zástupcovia tohto tábora držali dlhé roky pri živote v nespočetných diskusných „prestrelkách“. 


Obr. 1: Posledné výskumy potvrdzujú minimálny vplyv Slnka na súčasné otepľovanie atmosféry a oceánov, a naopak naznačujú, že oblaky globálne otepľovanie budú v budúcnosti zosilňovať

Zatiaľ čo ale vedecký výskum napredoval míľovými krokmi dopredu, odkaz vedcov prinášajúci zreteľný obraz o alarmujúcich zmenách globálneho klimatického systému medzi politikmi a rádovými občanmi rezonoval len minimálne. Posun v riešení a zmierňovaní ľudského príspevku k súčasnej zmeny klímy je zatiaľ minimálny, čo sa jasne odzrkadlilo aj v neúspechu medzivládnych rokovaní na konferencii COP vo Varšave. Pochopiteľne, že existujú aj pozitívne príklady iniciatív národných vlád či lokálnych komunít pokúšajúcich sa zmierniť, prípadne adaptovať sa na dôsledky už prebiehajúcej zmeny, no bez záštity globálnej zmluvy o redukcii emisií skleníkových plynov, budú akékoľvek parciálne aktivity, nech sú už akokoľvek prínosné pre daný región alebo komunitu, z globálneho pohľadu len málo efektívne.

Poďme sa ale pozrieť na niekoľko kľúčových a vo všetkých smeroch prínosných vedeckých prác, ktoré skutočne urobili v minulom roku takpovediac „dieru do sveta“.

Prvá z nich výrazne naštrbila rozšírený mýtus o spomalení či dokonca zastavení globálneho otepľovania v období posledných 15 rokov. Dvojica autorov Cowtan a Way v novembri publikovala článok v časopise Quarterly Journal of Royal Meteorological Society, v ktorom poukázala na významné podhodnotenie trendu globálnej teploty počítaného z údajov CRU (HadCRU4). Použitím vylepšenej interpolačnej metódy dokázali v oblastiach s riedkym alebo absolútnej žiadnym pokrytím staničnej siete vyplniť existujúce údajové „biele mieste“, čo sa následne prejavilo v tom, že výsledné tempo rastu globálnej teploty je v posledných 15 rokoch minimálne 2,5-krát rýchlejšie, ako sa pôvodne predpokladalo. Výsledky tak potvrdili, že tzv. „pauza“ v globálnom otepľovaní je z veľkej časti len údajovým artefaktom, vyplývajúcim z nedostatočného priestorového odhadu teploty v dnes najrýchlejšie sa otepľujúcom regióne na Zemi – v Arktíde (video). 


Na problém „spomalenia“ rastu globálnej teploty sa zameralo aj niekoľko ďalších štúdií, ktoré sa pokúsili – väčšinou úspešne – vysvetliť tento fenomén v kontexte globálnej výmeny tepla medzi atmosférou a oceánmi. Okrem „štatistického“ a „údajového“ vysvetlenia sa teda ponúka aj iné, viac fyzikálne

Štyri nezávisle štúdie z minulého roku ukázali, že „pauza“ v otepľovaní nie je ničím iným ako len prechodnou epizódou, pravdepodobne spôsobenou zvýšenou absorpciou tepla oceánmi. Watanabe (2013) vo svojom príspevku ukázal, že miera tejto absorpcie sa v období posledného desaťročia minimálne zdvojnásobnila v porovnaní s predošlými dekádami, čo je v celkovej zhode s ďalšou štúdiou Balmaseda et al. 2013, ktorá analyzovala to, ako rýchlo sa svetové oceány ohrievali v priebehu posledných 50 rokov. Výsledky oboch štúdií sú zároveň konzistentné so zisteniami Meehl et al. 2013, ktoré boli založené na modelovaní tokov tepla medzi atmosférou a oceánmi. A nakoniec, ako ukazuje aj štúdia Kosaka & Xie (2013), za rýchlejším ukladaním tepla do oceánov, predovšetkým do ich hlbších častí, môžu hlavne cirkulačné zmeny v oblasti Tichého oceánu (intenzívnejšia morská ako aj atmosférická cirkulácia urýchľuje „dopravu“ tepla do hlbších vrstiev Pacifiku). 

Zdá sa, že uvedený fyzikálny mechanizmus, vyplývajúci z prirodzenej variability klimatického systému, je popri zníženej slnečnej aktivitevyššiemu množstvu prachových aerosólov v zemskej atmosfére (v dôsledku aktívnejšej sopečnej činnosti v poslednej dekáde), hlavnou príčinou mierneho spomalenie otepľovania, ktoré ale podľa Cowtana a Waya nie je nakoniec natoľko výrazné, ako sa predpokladalo. A aby sme v tomto ohľade boli úplní, Otto et al. 2013 poukázal aj na to, že súčasné „spomalenie“ nemá žiadny vplyv na veľkosť tzv. klimatickej citlivosti. Koniec koncov, ako prezentovala aj posledná správa IPCC, súčasný vývoj globálnej teploty sa aj napriek tejto fluktuácii stále drží v rozsahu pôvodných modelových scenárov klimatickej zmeny (Obr. 2). 


Obr. 2: Priebeh globálnej teploty podľa NASA (modrá čiara), NOAA (žltá čiara) a CRU (zelená čiara) a podľa scenárov z Prvej (žltý baner, FAR), Druhej (zelený baner, SAR), Tretej (modrý baner, TAR) a štvrtej (červený baner, AR4) IPCC správy (Zdroj: AR5 IPCC)

Poďme ale ďalej. Niekoľko nasledujúcich článkov z roku 2013 podporilo tvrdenie klimatológov, že súčasné otepľovanie (dlhodobý trend) nemá nič spoločné s prirodzeným vývojom klímy, a to minimálne v období od skončenia poslednej ľadovej doby pred 10 000 rokmi. Okrem príspevku Johna Abrahama, ktorý zásadne spochybnil tvrdenie, že súčasná veľmi teplá perióda je len akýmsi návratom (kompenzáciou) globálnej klímy do normálu po predošlom, relatívne chladnom období „Malej doby ľadovej“, to bol predovšetkým článok Marcott et al. 2013, ktorý priniesol zatiaľ najkomplexnejšiu rekonštrukciu zmien teploty na Zemi v období od konca posledného glaciálu. Marcotova analýza pokrýva obdobie posledných 11 300 rokov a ukazuje, že otepľovanie v poslednom storočí je skutočne bezprecedentne najrýchlejšie a má ďaleko do „prirodzenosti“ (Obr. 3). Pozornosť si zaslúži aj príspevok Marka Richardsona, ktorý vo svojej analýze ukazuje, že za významným nárastom koncentrácie CO2 v atmosfére v modernej dobe možno vidieť predovšetkým ľudské aktivity.    


Obr. 3: Porovnanie rôznych metód identifikácie zmien teploty v období posledných 2000 (vľavo), resp. 11 300 rokov (vpravo; Zdroj: Marcott et al. 2013)

K rozhodujúcemu prelomu došlo aj v oblasti výskumu spätných väzieb v klimatickom systéme. Aby sme ale boli konkrétni, na prelome rokov 2013/14 bol zverejnený v časopise Nature článok Sherwood et al. 2014, ktorý presnejšie kvantifikoval odozvu oblačnosti na otepľovanie oceánov v tropických oblastiach. Spätná väzba zo strany oblačnosti patrí medzi najväčšie neistoty spojené so scenármi budúceho vývoja globálnej teploty. Doteraz sa presne nevedelo, či oblačnosť zosilní alebo naopak utlmí otepľovanie planéty. Sherwood, žiaľ, na základe analýzy tak empirických, ako aj modelových údajov došiel k záveru, že oblačnosť v rozsiahlej oblasti trópov bude veľmi pravdepodobne hrať v „prospech“ ďalšieho otepľovania (teda jeho signál ešte zvýrazní). Výsledky tejto štúdie nevyznievajú preto veľmi optimisticky – Sherwood (video) totižto odhadol, že pri zdvojnásobení koncentrácie CO2 v zemskej atmosfére, v porovnaní s predindustriálnou hodnotou (280 ppm), sa globálna teplota zvýši o minimálne 3 °C, čo by znamenalo oteplenie o až 4 °C do konca tohto storočia

Na záver tohto blogu doporučujem pozrieť nasledujúce krátke video o stave súčasného poznania klimatickej zmeny:




Pozri tiež
Fyzikálne príčiny „spomalenia“ atmosférického otepľovania 
Dočkáme sa ďalšieho otepľovania (?) 
Citlivosť klímy – dôležitý pojem našej budúcnosti 
Oceány „maskujú“ skutočný rozsah globálneho otepľovania 
Záhada (ne)pokračujúceho globálneho otepľovania leží hlboko v oceánoch
Počasie v roku 2013 očami meteorologických družíc

Literatúra
Marcott, S. A. et al., (2013) A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11,300 Years. Science, DOI:10.1126/science.1228026,
Balmaseda, M. A., Trenberth, K. E. & Källén, E. (2013) Distinctive climate signals in reanalysis of global ocean heat content. Geophysical Research Letters, DOI:10/1002/grl.50382,
Otto, A. et al., (2013) Energy budget constraints on climate response. Nature Geoscience, DOI:10.1038/ngeo1836,
Cowtan, K. & Way, R.G. (2013) Coverage bias in the HadCRUT4 temperature series and its impact on recent temperature trends. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, DOI: 10.1002/qj.2297.

Zdroje
2013 was a good year for climate science, but a mixed bag for climate policy
http://www.theguardian.com/environment/climate-consensus-97-per-cent/2013/dec/31/2013-climate-change-science-policy-review
Real Skepticism About the New Marcott 'Hockey Stick'
http://skepticalscience.com/marcott-hockey-stick-real-skepticism.html
What has global warming done since 1998?
http://www.skepticalscience.com/global-warming-stopped-in-1998-intermediate.htm
Global warming since 1997 more than twice as fast as previously estimated, new study shows
http://www.theguardian.com/environment/climate-consensus-97-per-cent/2013/nov/13/global-warming-underestimated-by-half
Comment on “The phase relation between atmospheric carbon dioxide and global temperature” by Humlum, Stordahl and Solheim
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818113000908 
Strengthening of ocean heat uptake efficiency associated with the recent climate hiatus
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50541/abstract  
Distinctive climate signals in reanalysis of global ocean heat content
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/grl.50382/abstract
Externally Forced and Internally Generated Decadal Climate Variability Associated with the Interdecadal Pacific Oscillation
http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JCLI-D-12-00548.1
Recent global-warming hiatus tied to equatorial Pacific surface cooling
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature12534.html
IPCC model global warming projections have done much better than you think
http://www.theguardian.com/environment/climate-consensus-97-per-cent/2013/oct/01/ipcc-global-warming-projections-accurate
Not so slow “slowdown”? New paper says warming in last 15 years may be double what scientists thought
http://www.carbonbrief.org/blog/2013/11/not-so-slow-%E2%80%9Cslowdown%E2%80%9D-new-paper-says-warming-in-last-17-years-may-be-double-what-scientists-thought/
Spread in model climate sensitivity traced to atmospheric convective mixing
http://www.nature.com/nature/journal/v505/n7481/full/nature12829.html
Planet likely to warm by 4C by 2100, scientists warn
http://www.theguardian.com/environment/2013/dec/31/planet-will-warm-4c-2100-climate?CMP=twt_gu
Global warming is being caused by humans, not the sun, and is highly sensitive to carbon, new research shows
http://www.theguardian.com/environment/climate-consensus-97-per-cent/2014/jan/09/global-warming-humans-not-sun
Magical climate contrarian thinking debunked by real science
http://www.theguardian.com/environment/climate-consensus-97-per-cent/2013/sep/23/climate-science-magical-thinking-debunked-by-science
Climate Change 2013: The Physical Science Basis
http://ipcc.ch/report/ar5/wg1/#.UvK3T_tPqub

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

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