"Wszystko co chcielibyśmy wiedzieć o globalnym ociepleniu, ale boimy się zapytać".

DOSKONALE SZARE

„Doskonale Szare” to jedno z najchętniej czytanych miejsc o nauce w polskim Internecie. Od pięciu lat blog naukowy ”Doskonale Szare” popularyzuje wśród polskich internautów tematykę globalnego ocieplenia i zmian klimatycznych. Tekst ukazuje się w dziale #PieknoNauki prowadzonym na Wszystko Co Najwazniejsze przez Marcina Jakubowskiego.

Gdy tylko gdzieś na świecie spadnie śnieg, połowa Internetu zadaje sobie pytanie: gdzie się podziało globalne ocieplenie? Jak to możliwe, że w rzekomo cieplejszym świecie wciąż zdarzają się ujemne temperatury? Czy ich występowanie nie jest ostatecznym dowodem na to, że antropogeniczna zmiana klimatu to wymysł Komisji Europejskiej, której celem jest zniszczenie polskiego przemysłu i górnictwa?

Od dawna obserwuję publiczny dyskurs na temat zmian klimatu, i nieustannie zdumiewa mnie ogromna przepaść pomiędzy tym, co na temat globalnego ocieplenia mówi nauka, a publiczną percepcją tego zjawiska.

.Poniższy tekst ma w zamierzeniu choć trochę przybliżyć obecny stan badań nad klimatem. Zastrzegam, że na pewno z braku miejsca, nie odpowiem na wszystkie możliwe pytania, choć postaram się odnieść do najczęściej podnoszonych wątpliwości i najpopularniejszych mitów dotyczących globalnego ocieplenia.

Nieustannie zdumiewa mnie ogromna przepaść pomiędzy tym, co na temat globalnego ocieplenia mówi nauka, a publiczną percepcją tego zjawiska

Co to jest klimat i czym się różni od pogody?

.W popularnym ujęciu klimat oznacza „uśrednioną pogodę”, jest więc bytem po części abstrakcyjnym. Pogoda to zbiór rzeczywistych warunków i fenomenów, głównie atmosferycznych, takich jak temperatura powietrza, opady, prędkość i kierunek wiatru, wilgotność, zachmurzenie, panujących w danym miejscu i w danym czasie. Jak wszyscy doskonale wiedzą, pogoda potrafi być bardzo zmienna, jednak nawet w tej zmienności można dostrzec pewne regularności. Pojęcie klimatu wiąże się z opisem (zwykle statystycznym) tych regularności, dzięki czemu możemy wiedzieć jakie typowe warunki meteorologiczne panują zwykle w danym miejscu. Jak głosi popularne przysłowie, „klimat jest tym czego się spodziewamy, pogoda jest tym co dostajemy”.

Wraz z rozwojem nauk przyrodniczych naukowcom przestało wystarczać opisywanie, „jak” wygląda świat, i zaczęło ich też interesować „dlaczego” działa tak a nie inaczej. Tak narodziła się klimatologia fizyczna, badająca procesy decydujące o klimacie Ziemi (a także innych planet, z naszego Układu Słonecznego i spoza niego). Stało się to możliwe dzięki rozwojowi nauki po drugiej wojnie światowej, i takim wynalazkom jak cyfrowy komputer, technologie rakietowe i optyczne. Po raz pierwszy możliwe stało się obserwowanie zjawisk zachodzących na całej planecie, przetwarzanie danych pochodzących z tych obserwacji, a także modelowanie odpowiedzialnych za nie zjawisk.

Równocześnie jasne się stało, że klimat nie jest czymś stałym i może zmieniać się w różnych skalach czasowych i przestrzennych. Geolodzy odkryli dowody na to, że w odległej przeszłości Ziemi bywały okresy cieplejsze i chłodniejsze; istnienie wahań klimatu o mniejszej amplitudzie (choć wciąż o istotnych konsekwencjach) znaleźli też w dawnych źródłach historycy meteorologii. Niebawem powstała cała nowa gałąź nauki, zwana paleoklimatologią, zajmująca się badaniem i opisywaniem warunków panujących setki, tysiące i miliony lat temu.

.Piszę ten przydługi wstęp dlatego, że laicy wypowiadający się na tematy związane z klimatem często nie mają pojęcia o długiej historii klimatologii, jej narzędziach badawczych ani rzeczywistym stanie wiedzy w tej dziedzinie. Osoby takie lubią mówić, że „nie wiemy, co powoduje globalne ocieplenie” albo „nie potrafimy przewidywać zmian klimatu”, gdy tymczasem tak naprawdę opisują wyłącznie własny, zwykle bardzo skromny, zasób wiedzy.

Co zatem o globalnym ociepleniu wiedzą klimatolodzy, oraz skąd to wiedzą? Poniżej pokrótce naszkicuję łańcuch dowodowy łączący działalność człowieka z obserwowaną zmianą klimatu.

Jednym z głównych czynników regulujących klimat planety jest jej skład atmosfery

Główne składniki atmosfery, czyli azot i tlen (w sumie około 99% objętości) przepuszczają praktycznie całość zarówno nadfioletu, promieniowania widzialnego jak i podczerwieni. Gazy śladowe, zwane cieplarnianymi – takie jak para wodna, dwutlenek węgla, metan czy ozon – choć jest ich objętościowo niewiele, silnie pochłaniają emitowane przez powierzchnię Ziemi promieniowanie podczerwone, przepuszczając jednocześnie znaczną większość promieniowania słonecznego.

.Chodzi tu głównie (choć nie tylko) o tzw. efekt cieplarniany, czyli selektywną przezroczystość atmosfery na różnych długościach fal elektromagnetycznych. To skomplikowano sformułowanie (wyjaśnione w ramce obok) oznacza, że światło słoneczne, tak naprawdę ma wiele składników (nasze oczy widzą ich bardzo niewiele).

Gazy cieplarniane, podobnie jak pokrywka garnka, zatrzymują w atmosferze promieniowanie cieplne. Temperatura zupy w garnku podnosi się, gdy zakryjemy go pokrywką, podobnie jest z atmosferą, którą „przykrywamy” gazami cieplarnianymi. W efekcie pełnią rolę swoistej izolacji, utrudniając ucieczkę energii cieplnej w otaczającą Ziemię przestrzeń kosmiczną, i zwiększając temperaturę jej powierzchni. Warto w tym miejscu dodać, że podstawowe fakty dotyczące roli gazów cieplarnianych odkryto ponad sto lat temu.

Wzrost zawartości gazów cieplarnianych skutkuje ociepleniem globalnego klimatu

Trzeba dodać, że takie ocieplenie umożliwia powrót do równowagi energetycznej planety, gdyż ilość emitowanego promieniowania podczerwonego jest większa przy wyższych temperaturach. Zmiany pochłaniania promieniowania podczerwonego przy danym składzie atmosfery można z dużą dokładnością obliczyć (przy pomocy tzw. modeli transferu radiacyjnego, zasilanych danymi na temat milionów linii widmowych różnych gazów), wiadomo więc jaki jest wkład poszczególnych gazów w efekt cieplarnianych, i jak ten efekt będzie się zmieniał jeśli zawartość któregoś z gazów wzrośnie.

.Odpowiedzialny za to mechanizm fizyczny został opisany jeszcze w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Mianowicie, przy wzroście stężenia gazów cieplarnianych takich jak para wodna, dwutlenek węgla czy metan rośnie pochłanianie promieniowania cieplnego (dokładnie: podczerwonego) w dolnych warstwach atmosfery ziemskiej. Wskutek tego, planeta otrzymuje od Słońca trochę więcej energii niż może wypromieniować w kosmos, co prowadzi do wzrostu temperatury dolnych warstw atmosfery oraz powierzchni.

Globalne ocieplenie XX i początków XXI wieku w kontekście historycznym i geologicznym. Wykresy obrazują zmiany średniej globalnej temperatury w odniesieniu do średniej z okresu 1961-1990.

Obserwowane zmiany zawartości CO₂ w atmosferze w porównaniu do wahań zachodzących w okresie ostatnich 800 tysięcy lat.

Poprzez spalanie węgla, ropy i gazu ziemnego, oraz zmiany pokrywy roślinnej (przede wszystkim wylesianie), ludzkość powoduje wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze

.Fakt ten też bardzo często bywa przez laików kontestowany, mimo że od lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku nie budzi żadnych naukowych kontrowersji. Przyczyną jest nierozumienie funkcjonowania obiegu węgla w przyrodzie, o którym najlepiej myśleć jako o systemie zbiorników pomiędzy którymi przepływa węgiel w różnych formach: węgla kopalnego, węglowodorów, dwutlenku węgla, itp.

W skalach czasowych liczonych w stuleciach i tysiącleciach objętość tych zbiorników zmienia się w niewielkim stopniu – przykładowo, bardzo rzadko zdarza się, by większość węgla zawartego w biosferze uciekła do atmosfery (zdarzenie takie, jak czytelnik pewnie się domyśla, byłoby związane z ogromną globalną katastrofą). W przeciągu ostatnich 800 tysięcy lat, jak wiemy z analizy rdzeni lodowych, amplituda wahań dwutlenku węgla w atmosferze wynosiła tylko około 800 miliardów ton CO₂: stężenie tego gazu było trochę wyższe w cieplejszych okresach interglacjalnych, i trochę niższe w chłodniejszych glacjałach („epokach lodowych”).

Jednym z takich zbiorników jest atmosfera, w której jeszcze 250 lat temu znajdowało się 2,2 biliona ton CO₂. Od tego czasu ludzkość „podłączyła” do niej kolejny zbiornik węgla, dotychczas od niej dobrze odizolowany – paliwa kopalne. Przeliczając na czysty węgiel, spaliliśmy ich do tej pory prawie 400 miliardów ton, emitując w efekcie ponad 1,4 biliona ton węgla. Jeśli dodać do tego emisje z produkcji cementu oraz wylesiania, otrzymamy około 575 miliardów ton węgla albo 2,1 biliona ton CO₂ – prawie drugie tyle, ile w epoce przedindustrialnej znajdowało się w atmosferze. Oczywiście, istnieją też naturalne źródła emisji CO₂, jednak w normalnych warunkach są niemal idealnie zbilansowane przez procesy usuwające dwutlenek węgla z atmosfery.

Działalność człowieka ten naturalny bilans zaburza, zwiększając trochę emisję tak, że nie są już w całości równoważone przez pochłanianie. Z podanych powyżej liczb wynika, że dodaliśmy do 2,2 bilionów ton CO₂kolejne 2,1 biliona ton, zawartość tego gazu w atmosferze powinna zatem wzrosnąć o 95%. W rzeczywistości obserwujemy wzrost „tylko” o 42% – reszta została pochłonięta przez biosferę i oceany.

Podstawowe fakty dotyczące roli gazów cieplarnianych odkryto ponad sto lat temu

.Jak wynika z powyższego, już w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych ubiegłego wieku nauka dysponowała aparatem pojęciowym i narzędziami wystarczającymi do tego, by oszacować skutki spalania kopalin i wzrostu zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze. Globalne analizy temperatury powierzchni Ziemi umożliwiające przetestowani tej hipotezy pojawiły się w latach osiemdziesiątych, w następnej dekadzie klimatolodzy mogli ostrożnie ogłosić, że udało się zaobserwować wzmocniony efekt cieplarniany. Dzisiaj, choć w powszechnej świadomości pokutuje pogląd że „naukowcy wciąż spierają się o globalne ocieplenie”, przyczyny obserwowanego w ostatnich dekadach wzrostu temperatur nie są przedmiotem kontrowersji w środowisku naukowym, i niemal całe środowisko klimatologiczne akceptuje fizyczny mechanizm związany z gazami cieplarnianymi.

Hipotezy alternatywne nie wytrzymały konfrontacji z obserwacjami

Jeszcze w latach dziewięćdziesiątych powszechnie akceptowano pogląd, iż wielodekadowe wahania ilości docierającego do Ziemi promieniowania słonecznego są na tyle duże, by mogły spowodować zmiany temperatury rzędu 1°C. Dzisiaj na temat mechanizmów odpowiedzialnych za zmiany aktywności Słońca wiemy znacznie więcej, ilość promieniowania słonecznego jest precyzyjnie monitorowana, a badania paleoklimatyczne umożliwiły odtworzenie historii aktywności słonecznej w ostatnich stuleciach i tysiącleciach. Z badań tych wynika, że strumień promieniowania słonecznego jest znacznie bardziej stabilny niż niegdyś przypuszczano, a niewielki spadek – nie wzrost! – aktywności Słońca w ostatnich 3 dekadach powinien powodować nieznaczne ochłodzenie, a nie obserwowane ocieplenie.

.Dotychczasowe zmiany klimatu związane z działalnością człowieka są relatywne niewielkie, a w niektórych przypadkach wciąż nie można ich jeszcze odseparować od naturalnej zmienności systemu klimatycznego. Zmiany będą jednak tym większe, im więcej gazów cieplarnianych dodamy do atmosfery. Tym razem jednak zmiana składu atmosfery następuje w geologicznym mgnieniu oka, i spodziewamy się że tempo przemian klimatu i środowiska przekroczy możliwości adaptacyjne wielu ekosystemów na naszej planecie.
O ile 20 lat temu hipotezy tłumaczące znaczną część ówcześnie obserwowanego ocieplenia innymi, naturalnymi czynnikami były poważnie rozważane i dyskutowane w środowisku naukowym, późniejsze badania i nowe dane obserwacyjne taką możliwość wykluczyły z dużym prawdopodobieństwem.

Wszelkie alternatywne hipotezy mogą tylko uzupełniać, a nie zastępować mechanizm związany z gazami cieplarnianymi. Fizyka radiacyjna jest zbyt dobrze przetestowana empirycznie (również w dziedzinach niezwiązanych z badaniem klimatu), więc szansa na to że jutro ktoś nagle odkryje, iż dwutlenek węgla nie jest gazem cieplarnianym, jest znikoma.

Globalny klimat XXI wieku i kolejnych stuleci będzie zależał od antropogenicznych gazów cieplarnianych

.Dotychczasowe zmiany klimatu związane z czynnikami antropogenicznymi (nie tylko ocieplenie, ale też i zmiany ilości opadów, cyrkulacji atmosferycznej i oceanicznej, regresja lodowców i lądolodów, zmiany składu chemicznego oceanów) są relatywne niewielkie, a w niektórych przypadkach wciąż nie można ich jeszcze odseparować od naturalnej zmienności systemu klimatycznego.

Sama nauka nie potrafi dać odpowiedzi na pytanie: „Co należy robić?”

.Nawet jeśli zgodzimy się, że ważne decyzje powinniśmy podejmować według racjonalnych przesłanek (a jak wynika z historii ludzkości nie jest to takie oczywiste), nasze wybory są nierozerwalnie związane z wyznawanymi wartościami. Tak jest i też w przypadku globalnego ocieplenia: inaczej będzie chciał postępować ktoś, kto żyje w bogatym państwie uprzemysłowionym, i kogo interesuje tylko jego osobisty dobrobyt, inaczej osoba zatroskana losem swoich dzieci i wnuków, jeszcze inaczej ktoś, kto chciałby aby przyszłe pokolenia znały faunę i florę holocenu nie tylko ze źródeł historycznych i rekonstrukcji antycznego DNA.

Obecne stężenie dwutlenku węgla w atmosferze wynosi około 400 ppm (części na milion), czyli 120 ppm więcej niż 250 lat temu. Przy zachowaniu obecnego status quo i utrzymaniu wzrostu wydobycia kopalin, najpóźniej za 50 lat podwoimy zawartość CO₂ w stosunku do stanu przedindustrialnego. Taki poziom dwutlenku węgla nie występował na Ziemi od milionów lat, gdy nasza planeta była znacznie cieplejsza niż obecnie.

Nauka może natomiast pomóc nam poznać możliwe wersje przyszłości, zaproponować różne, zależne od naszych wyborów scenariusze, i wskazać środki i rozwiązania, które mogłyby do nich prowadzić.

W przypadku globalnego ocieplenia, jeśli chcemy uniknąć transformacji naszej planety do warunków, które nie występowały od milionów lat, najprostszym i najsensowniejszym rozwiązaniem jest zahamowanie wzrostu zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze, poprzez redukcję ich emisji. Nie ma na to jednego magicznego sposobu i jedynie słusznej ścieżki – aby tego dokonać w sensownym, liczonym w dekadach czasie, należałoby zastosować całe portfolio różnych rozwiązań (energetyka jądrowa, odnawialna, kogeneracja, poprawa efektywności produkcji i konsumpcji energii, sekwestracja węgla, zmiany zachowań konsumenckich itd.), z których część jest jak najbardziej dostępna, część jest w zasięgu ręki, a część będzie wymagać jeszcze wielu lat badań.

Części skutków globalnego ocieplenia już nie unikniemy – trzeba więc się do nich przygotować, by ograniczyć szkody i wykorzystać związane z nimi szanse. Najwyższy czas, by zacząć o tym rozmawiać, zamiast uparcie udawać, że problem nie istnieje.

Doskonale Szare

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 11 stycznia 2014