spájame ľudí, ktorí menia svet
Životné prostredie | PUBLICISTIKA
aktuálne  |  fórum  |  kalendár  |  adresár  |  inzeráty  |  poznámkový blok  |  fotoblokkampane!
Syndróm Venuše
18.1.2013 | James Hansen |

James Hansen, špičkový vedec a riaditeľ Goddardovho inštitútu NASA, napísal pred niekoľkými rokmi knihu o klimatických zmenách a ich dôsledkoch pre naše deti a vnukov. Dal jej meno "Búrky našich vnúčat". Na prahu roka 2013 a po skončení toho predošlého, ktorý bol po extrémnych suchách dovŕšený hurikánom Sandy a devastáciou častí New Yorku a New Jersey, je možno vhodné ponúknuť čitateľom a čitateľkám so záujmom o budúcnosť našich detí a planéty Zem preklad jednej z kapitol Hansenovej knihy. Napriek vábnemu názvu, nečakajte erotiku. Kapitola pojednáva o riziku takzvaného "runaway" otepľovania v dôsledku silných pozitívnych väzieb v procese otepľovania. Na ich konci môžu byť pomery na Zemi podobné pomerom na Venuši. Ako veľké je riziko že sa tak stane?


James Hansen:

Búrky mojich vnúčat:
Pravda o prichádzajúcej klimatickej katastrofe a našej poslednej šanci zachrániť ľudstvo

(Storms of My Grandchildren:The Truth about Coming Climate Catastrophe and Our Last Chance to Save Humanity, Bloomsbury Press, 2009)


Kapitola 10
Venušin syndróm

V decembri 2008 som mal česť predniesť Bjerknesovu prednášku, hodinovú reč na výročnom stretnutí Americkej geofyzikálnej únie v San Franciscu. Cena nesie meno Vilhelma Bjerknesa, nórskeho fyzika a meteorológa ktorý bol zakladateľom modernej predpovede počasia. Moju reč som nazval „Klimatická hrozba pre planétu“.

Uvedomil som si, že na dôvažok k zhrnutiu súčasného chápania prebiehajúcej klimatickej zmeny by som mal pridať aj pohľad na Zem z planetárnej perspektívy. „Planéta v ohrození“ sa stalo populárnou frázou, ale zdalo sa mi, že ľudia ktorí ju používajú nechápu plné dôsledky.

Začínal som si tiež klásť otázky o základných predpokladoch obsiahnutých v mojej prvej komplexnej práci „Dopad stúpajúceho atmosférického oxidu uhličitého na klímu“ (Climate Impact of Increasing Atmospheric Carbon Dioxide), uverejneného v Science v roku 1981. Táto práca ukázala dominantnú úlohu uhlia v budúcej zmene podnebia a predpovedala, že globálna klimatická zmena prevýši  do konca 20. storočia úroveň prirodzenej variability klímy. Predpokladal som, že tak, ako bude realita klimatickej zmeny čoraz zjavnejšia, začnú sa racionálnym smerom uberať aj vládne politiky. Odvtedy sa stali jasnými dva trendy naznačujúce, že moje predpoklady by mohli byť katastrofálne chybné.

Po prvé, záujmové skupiny boli pozoruhodne úspešné v prevencii toho, aby široká verejnosť pochopila situáciu. Výsledkom je rastúca priepasť medzi tým, čo chápe relevantná vedecká komunita o ľuďmi spôsobenej zmene klímy, a čomu verí verejnosť.

Po druhé sa stalo jasným, že zelené vymývanie (greenwash) sa stalo skoro univerzálnou  odpoveďou politikov na tému klimatických zmien. So zeleným vymývaním som sa dôverne zoznámil prostredníctvom komunikácie s niekoľkými guvernérmi ktorú sumarizuje list „Drahý guvernér Greenwash“ ( Dear Governor Greenwash) na mojej webovej stránke. Všimol som si tiež, že média sa uspokojili s fingovaným environmentalizmom politikov. Čo je najdôležitejšie, stávalo sa zjavným že  ďalší medzinárodný krok nasledujúci po neúčinnom Kyótskom protokole, by mohla byť ďalšia neúčinná dohoda o cap-and-trade. A zdalo sa, že niekoľko krajín, vrátane Spojených štátov, bez zaváhania napreduje s plánmi na výrobu palív skvapalňovaním uhlia a na využitie nekonvenčných fosílnych palív, bez ohľadu na dlhodobé dôsledky.

Čo môže človek urobiť v takej situácii? Nezdalo sa, že by písanie vedeckých prác, prednášanie, písanie komentárov malo vo Washingtone či v iných hlavných mestách akýkoľvek efekt.  Vo Washingtone sú tisícky ropných, plynárenských a uhoľných lobistov. Títo lobisti sú vynikajúco platení. Niet divu, že politika vlády je taká ústretová k priemyslu fosílnych palív.

Vzhľadom na túto situáciu sa zdalo celkom pravdepodobné, že neprejdú žiadne strategické zmeny vo využívaní fosílnych palív. Stanovovanie cieľov, cap-and-trade a offsety – iným slovami biznis ako obyčajne – môže pokračovať. Takže je najvyšší čas skúmať, čo sa môže stať ak planétu posunieme za jej bod zvratu (tipping point).

Svoju prednášku som začal diskusiou o syndróme Venuše a ukázaním „Goldilockinho“ obrázku (obr. 29), ktorý som už použil pri svojej prednáške v Iowe v roku 2004. Zem je jediná z troch terestriálnych planét, ktorá je „akurát“ vhodná pre existenciu života. Mars je príliš chladný. Venuša je príliš horúca. Teploty týchto planét sú dané ich vzdialenosťou od Slnka a ich planetárnym albedom, časťou slnečného žiarenia ktoré odrážajú do vesmíru. Ale ich povrchové teploty sú tiež silne ovplyvnené množstvom skleníkových plynov v ich atmosfére.

Mars má v atmosfére tak málo skleníkových plynov, že ich skleníkový efekt je zanedbateľný a priemerné povrchové teploty na ňom sú okolo – 50 stupňov Celzia. Skleníkové plyny ohrievajú povrch Zeme o asi 33 stupňov Celzia a povrchová teplota Zeme je vďaka nim okolo 15 stupňov Celzia. Venuša má v atmosfére toľko oxidu uhličitého, že ju skleníkový efekt ohrieva o niekoľko stoviek stupňov - jej povrchová teplota 450 stupňov je dostatočná na roztavenie olova.

Venuša je skoro tak veľká ako Zem, jej priemer je asi 95 percent priemeru Zeme. Venuša a Zem počas formovania slnečnej sústavy skondenzovali z toho istého medzihviezdneho plynu a prachu a museli začínať s podobným zložením atmosféry. To znamená, že ranná atmosféra Venuše obsahovala značné množstvo vodnej pary. Slnko bolo v tom čase o 30 percent temnejšie, takže Venuša bola zrejme dosť chladná na to, aby mala na povrchu oceány. Nevydržali však dlho. Ako Slnko zvyšovalo jas, povrch Venuše sa zohrieval, voda sa vyparila a silný skleníkový efekt vodnej pary otepľovanie znásoboval. Nakoniec došlo k „runaway“ (vykypiacemu, nekontrolovateľne silnému) skleníkovému efektu s vriacimi oceánmi a ich vyparením do atmosféry. Povrch sa stal tak horúci, že všetok oxid uhličitý v kôre bol „vypečený“ do atmosféry. V kôre bolo tak veľa uhlíka, že sa atmosférou stal prevažne oxid uhličitý.  Atmosféra Venuše dnes pozostáva zo skoro 97 percent oxidu uhličitého a povrchový tlak na Venuši je 90 barov, čo je 90 krát viac ako na povrchu Zeme – to znamená okolo 95 kilogramov na centimeter štvorcový povrchu. Rozdrvil by každého ľudského návštevníka, ak by nebol ešte skôr upečený.

Voda z Venuše nakoniec unikla do vesmíru. Ultrafialové žiarenie rozkladá molekuly vodných pár v atmosfére na vodík a kyslík. Molekuly a atómy sú v atmosfére v neustálom pohybe. Po rozklade sú ľahké atómy vodíka schopné uniknúť z gravitačného poľa planéty. Zostávajúci kyslík sa zlučuje s inými látkami a napríklad s uhlíkom vytvára oxid uhličitý. Takto prišla Venuša o „svoju“ vodu.

Môžeme obhájiť tento výklad prečo dnes Venuša nemá žiadnu vodu, hoci ju v čase svojho vzniku musela mať? Áno. Dnes máme k dispozícii merania izotopov vodíka v atmosfére Venuše. Deutérium, ťažký izotop vodíka s dvomi neutrónmi, sa na Venuši vyskytuje v porovnaní s normálnym vodíkom desaťnásobne viac ako na Zemi a na Slnku, hoci Venuša, Zem a Slnko vznikli z tej stej prvotnej hmloviny. Obohatenie Venuše ťažkým vodíkom je meradlom straty ostatného vodíka, pretože ľahší, normálny vodík dokáže z gravitačného poľa planéty uniknúť ľahšie ako ťažké deutérium. Dáta súhlasia s predpokladom, že ranná Venuša bola vlhká.

Takže Venuša prežila runaway skleníkový efekt. Mohol by postihnúť aj Zem? Samozrejme vieme, že áno. Otázka je skôr o koľko musí stúpnuť množstvo oxidu uhličitého (alebo nejaký iný klimatický forcing) aby došlo k runaway efektu.

Jedna možnosť ako sa pozrieť na túto otázku je cez klimatické modely. Už som spomínal, že klimatické modely musíme brať s určitou dávkou skepticizmu, ale ak berieme do úvahy ich predpoklady a limity a nájdeme spôsoby ako ich testovať oproti skutočnosti, môžu našim analýzam pomôcť. V mojej Bjerknesovej prednáške som ukázal graf na obrázku 30, ktorý som vybral zo svojej práce „Účinnosť radiačných činiteľov na klímu “ (Efficacy of Climate Forcings) uverejnenej s tímom spoluautorov v roku 2005. Tento graf ukazuje vypočítanú zmenu globálnej teploty na konci 100 ročnej modelovej simulácie rozdelenej podľa druhu klimatického radiačného pôsobenia. Iným slovami, graf ukazuje ako senzitívna je klíma či už na negatívne (ľavá strana grafu) alebo na pozitívne radiačne pôsobenie (pravá strana). Ukazuje však len čiastočnú odpoveď, jednak kvôli krátkosti simulácie, jednak kvôli vylúčeniu pomalých spätných väzieb akou je napríklad zmena zaľadnenia. Obrázok 30 ilustruje výsledky experimentov s len dvomi rozličnými činiteľmi : meniacou sa koncentráciou CO2 a meniacim sa jasom Slnka.

Klimatická citlivosť modelu začína prudko rásť či už s veľkým negatívnym, alebo veľkým pozitívnym radiačným pôsobením. Kvalitatívne ide o správanie, o ktorom vieme, že sa musí stať: dostatočné pôsobenie negatívnych radiačných činiteľov vedie k nekontrolovateľnej premene Zeme na snehovú guľu  (snowball Earth) s mrazom na celej planéte, kým naopak pozitívne pôsobenie radiačných faktorov spôsobuje nekontrolovateľne silný skleníkový efekt. Vieme, že táto U – krivka je správna. Otázka je, pri akých hodnotách radiačného pôsobenia dôjde k ostrým vzostupom smerom ku krajne nekontrolovateľným podmienkam.

Môžeme pripustiť problémy s modelom a nepresnosti v reprezentácii klimatických procesov, ktoré by mohli spôsobiť prudké vzostupy v senzitivite už pri príliš malom radiačnom pôsobení. Avšak tá najväčšia neistota, ktorú dokážeme identifikovať pracuje v opačnom smere. Model použitý na výpočet grafu 30 bral do úvahy fixnú rozlohu ľadovcov. Ak by sme dovolili ľadovcom rásť pri negatívnom radiačnom pôsobení a naopak roztápať sa pri pozitívnom, a ak by sme modelu dali dosť času na roztápanie, k ostrým vzostupom na U krivke by došlo už pri menších hodnotách radiačných činiteľov. Limitované empirické dôkazy tiež naznačujú, že pri zohrievaní planéty majú sklon rásť aj množstvá stopových skleníkových plynov, na dôvažok k oxidu uhličitému a k vodnej pare.

Tieto úvahy a výsledky modelov naznačujú, že radiačné pôsobenie  potrebné na dosiahnutie snehovej Zeme alebo runaway skleníkových podmienok nemusia byť silnejšie ako 10 až 20 wattov na meter štvorcový, keď ako radiačné pôsobenie definujeme zmenu slnečnej žiarivosti a koncentrácie oxidu uhličitého. Zmena potrebná na Zem - snehovú guľu je samozrejme negatívne radiačné pôsobenie.

Tento výsledok môžeme artikulovať aj iným spôsobom, ktorý je možno jednoduchšie pochopiť. Okolo ktorejkoľvek hviezdy, napríklad aj Slnka, je len limitovaný interval vzdialenosti, v ktorom bude mať planéta „obývateľnú“ povrchovú teplotu s tekutou vodou na povrchu. Ak je planéta k svojmu slnku bližšie, skleníkový efekt spôsobí odparenie všetkej vody do atmosféry. Ak je planéta príliš vzdialená od svojho slnka, všetka voda na nej bude zamrznutá až po rovník.

Táto limitovaná obývateľná zóna bola po desaťročia zdrojom údivu pre planetárnych vedcov. Nazývali ju paradoxom „ bledého mladého slnka“ („faint young sun“). Ako sa Zem vyhla skĺznutiu do podmienok permanentnej snehovej gule v rannej histórii, keď bolo Slnko omnoho temnejšie? A ako prežil život na Zemi – snehovej guli?  Prvý jednoduchý klimatický model energetickej bilancie vypracovaný v 60-tych rokoch ruským klimatológom Michailom Budykom zistil, že ak by ľad postúpil smerom k rovníku po 30. rovnobežku, zosilňujúca spätná väzba planetárneho albeda by spôsobila náhly postup ľadovcov až po rovník. Výsledná ľadom pokrytá Zem by odrážala väčšinu slnečného žiarenia, takže jej klíma by zostala v podmienkach snehovej gule stabilná aj keby slnečný jas stúpol o niekoľko percent.

Riešenie tohto paradoxu sa stalo zjavné v 90-tych rokoch, keď sme už mali celkom detailné geologické poznatky o histórii Zeme.  V skutočnosti Zem niekoľko krát upadla do stavu snehovej gule, kedy sa ľadovce rozprestieral až po rovník. Chyba v uvažovaní v 60-tych rokoch bola, že by sa Zem zo stavu snehovej gule nedostala. V roku 1992 Joseph Kirschvink a vo väčšej hĺbke Paul Hoffman a Daniel Schrag  navrhli vysvetlenie, že zvetrávací proces, ktorý odoberá oxid uhličitý z ovzdušia by sa na Zemi – snehovej guli zastavil.  Ale pohyb kontinentov a vulkanické erupcie pokračovali.  Preto koncentrácia CO2 v atmosfére stúpala až bol skleníkový efekt dosť silný aby sa začal na rovníku topiť sneh. V tom momente pozitívna spätná väzba tmavšieho oceánu nahrádzajúceho ľad spôsobila rýchle topenie ľadovcov a ďalšie globálne otepľovanie.

Iná chyba v myslení 60-tych rokov bola spôsobená jednoduchosťou Budykovej kalkulácie energetickej bilancie.  Ukazuje sa, že realistickejší trojrozmerný klimatický model zahrňujúci dynamku oceánov a sezónne a denné variácie slnečného žiarenia nevedie k vytvoreniu nevľúdnej snehovej gule s oceánmi pokrytými všade hrubou vrstvou hrubého a pevného ľadu. V skutočnosti bola snehový guľa skôr guľou z blata a snehu. Oblasti otvorenej vodnej hladiny nám uľahčujú chápať ako život prežil tento stav.

Zdá sa, že život bol hlboko ovplyvnený posledným stavom snehovej gule, ku ktorému došlo pred asi 600 miliónmi rokov. Pred týmto časom tie najzložitejšie organizmy na Zemi boli jednobunkové prvoky a vláknité riasy – inými slovami jediný život na planéte bola zelená žaburina. Po poslednej snehovej guli takmer okamžite nasledovala náhla explózia života v kambriu. Eukaryotá, bunky s membránovými jadrami, rapídne expandovali do jedenástich evolučných línií.  Týchto jedenásť živočíšnych kmeňov (phyla) stále zahrňuje všetky živočíchy, ktoré kedy obývali Zem.

Na konci posledne doby snehovej gule bola jasnosť Slnka do 6 percent nižšia ako dnes. Zo Zeme už nikdy nebude ďalšia snehová guľa, pretože Slnko je čoraz jasnejšie. S ľuďmi na planéte vlastne už nikdy nebude žiadna doba ľadová. Nerád odpútavam vašu pozornosť  ale potrebuje vyjasniť jeden bod, ktorý je relevantný pre dnešnú diskusiu.

Niektorí geológovia naďalej rozprávajú, akoby očakávali, že Zem bude pokračovať v ďalšom glaciálnom cykle tak akoby tomu bolo bez ľudí. Taká doba ľadová by začala s ľadovcom ktorý by začal rásť v severnej Kanade. Ale prečo by sme takému ľadovcu dovolili rásť a rozpínať sa a eventuálne rozdrviť veľké mestá, keď by sme tomu mohli zabrániť chlórofluórouhľovodíkmi z jedinej továrne? Ľudia sú dnes „zodpovední“ za budúcu klímu.   Zabrániť negatívnemu klimatickému forcingu, ktorý by planétu posunul do doby ľadovej (podmienky na ľavej strane obrázku 30) je triviálna úloha. Ale ako sme diskutovali, nie je jednoduchou úlohou nájsť spôsob ako zastaviť rast atmosférických skleníkových plynov, osobitne CO2 , ktoré posúvajú podmienky doľava na obrázku 30.

Ako bude pokračujúca slnečná evolúcia meniť klímu Zeme z dlhodobého pohľadu? Naše Slnko je veľmi bežná stredne veľká hviezda. Má okolo 4.6 miliardy rokov a jadrovou fúziou v slnečnom jadre stále „spaľuje“ vodík a vyrába hélium, uvoľňujúc v procese energiu. Pomaly sa stáva jasnejším. Keď sa vodíkové palivo vyčerpá a zanechá v jadre inertné hélium, Slnko bude enormne expandovať do štádia Červeného giganta spaľujúceho vodík vo svojom vonkajšom obale. Expandujúce Slnko o zhruba 5 miliárd rokov upečie a eventuálne pohltí Zem. Nič, čím by ste sa vy a vaše deti mali znepokojovať. Ak bude vtedy ľudstvo ešte stále existovať, ľudia vzdialení od nás 200 miliónov generácií môžu mať technológie na uniknutie do iných solárnych systémov.

Ľudstvo bude musieť vymyslieť ako kontrolovať klímu dlho predtým ako sa naše Slnko dostane do stavu červeného obra. O miliardu rokov bude Slnko o 10 percent jasnejšie ako dnes. Radiačné pôsobenie Slnka na úrovni 25 wattov na meter štvorcový bude bezpečne stačiť na to, aby posunul Zem do fázy nekontrolovateľne silného skleníkového efektu, vyparil oceány a vyhubil všetok život na planéte. Ale vy a vaše deti sa nemusíte znepokojovať z týchto dlhodobých zmien slnečného jasu, pretože vplyv tejto zmeny je zanedbateľný v porovnaní s tým, čo robia ľudia pridávaním skleníkových plynov do ovzdušia. Okrem toho dlho predtým ako slnečný jas stúpne o 10%, ľudia zistia, že ak chcú pokračovanie života tak ako ho poznáme, budú musieť Slnko trochu zatieniť. Vyžadované „geonžinierstvo“ by bolo jednoduchého, priameho druhu spočívajúce na odraze časti dopadajúceho žiarenia späť do vesmíru – úloha, ktorej riešenie by pre civilizáciu prežívajúcu do budúcich tisícročí nemala byť ťažká. Za predpokladu, že prežije.

Táto poznámka o geoinžinierstve si vyžaduje ešte jednu odbočku k odpovedi na nevyhnutnú otázku: Prečo nepoužiť taký geoinžiniersky trik na riešenie dnešného problému globálneho otepľovania a tak sa vyhnúť potrebe stlačiť oxid uhličitý na menej ako 350 ppm? Existuje niekoľko dôvodov.  Po prvé, CO2 musí byť pod 350 ppm aby sme sa vyhli problémom s acidifikáciou oceánov. Po druhé, zatienenie Slnka je dnes omnoho drahšie a ťažšie uskutočniteľné, než racionálne alternatívy ako sú energetická účinnosť, obnoviteľná energia a jadrové elektrárne. Po tretie, je vo všeobecnosti zlý nápad vyrovnávať dôsledky jedného znečistenia tým, že zavedieme ďalšie - je pravdepodobné, že taký prístup by mal mnoho vedľajších nezamýšľaných dôsledkov. Je ťažké prekonať prírodu. Lepšie je držať zloženie atmosféry a solárne ožarovanie na úrovni, na ktorú sú ľudstvo a príroda adaptované.

Dovoľte mi trochu rozviesť druhý z dôvodov, prečo dnes nedáva použitie geoinžinierskych metód zmysel. Geoinžinierstvo stojí peniaze. Naopak, niektoré z atraktívnejších alternatív by viac ako zaplatili vlastné náklady. Zaplatenie vlastných nákladov je napríklad realitou pri úsporách energie a jadrovej elektrine, prinajmenšom pri spôsobe akým by jadrová energia bola využívaná v krajinách ako sú India a Čína, kde možno predpokladať uplatnenie modulárnych dizajnov a obmedzenie protijadrových aktivistov a byrokratickej letargie a tým predísť spomaľovaniu výstavby a rastu cien.  Prvé jadrové elektrárne tretej a štvrtej generácie budú v porovnaní s uhoľnými bez záchytu emisií CO2 drahé, ale krajiny ktoré sa rozhodnú predísť zdržovaniu výstavby by mali byť schopné produkovať skoro bezuhlíkovú jadrovú energiu ekonomickým spôsobom. Niektoré obnoviteľné energie sú v porovnaní s fosílnymi palivami drahé, ale sú prípady, kde je obnoviteľná energia už cenovo efektívna a tieto prípady by mali narastať s budúcim rastom odvetvia (economies of scale). Hoci by priorita mala byť daná energetickej účinnosti, obnoviteľným a jadrovým energiám, má význam pokračovať v geoinžinierskom výskume, aby boli definované možné opatrenia pre prípad, že pokračovanie energetických politík „business-as-usual“ povedie k planetárnej kríze vyžadujúcej rýchlu reakciu.

A teraz sme sa dostali k dôležitej časti – k pokusu zistiť ako blízko sme k hodnotám radiačného pôsobenia, ktoré budú viesť k vzniku nekontrolovateľne silného skleníkového efektu. Až do nedávna ma táto otázka veľmi neznepokojovala. Prečo? Pretože som vedel že v minulosti boli doby, keď bolo v ovzduší omnoho viac oxidu uhličitého ako dnes, zrejme niekoľko tisíc častíc na milión. Ani spálenie všetkých fosílnych palív neprekročí také množstvo, takže by sme mali byť v bezpečí, že áno?

Bohužiaľ nie. Ukazuje sa, že sú tri faktory alebo okolnosti, ktoré tento obraz menia a každý z nich pôsobí zlým smerom.

Okolnosť 1 nie je najvýznamnejšia, ale začnem ňou, pretože je zásadne dôležité, aby sme ju správne pochopili. V dávnych časoch, keď bolo v atmosfére viac CO2 bolo Slnko temnejšie. Napríklad pred 250 miliónmi rokov bol jas Slnka o 2 percentá nižší ako dnes. Dvojpercentná zmena slnečného žiarenia je ekvivalentom zdvojnásobenia množstva oxidu uhličitého v atmosfére. Takže ak odhadujeme, že pred 250 miliónmi rokov bolo v atmosfére 2000 ppm CO2, dnes by na vznik rovnako horúcej klímy stačilo 1000 ppm CO2, samozrejme za predpokladu že sa ostatné faktory nezmenili. (Ako už bolo vysvetlené skôr, 2-precentná zmena slnečného žiarenia a zdvojnásobenie oxidu uhličitého sú rovnaké radiačné pôsobenia, každé asi 4 watty na meter štvorcový). Inými slovami, fakt, že niektorí vedci odhadli že v skoršej histórii Zeme bolo v atmosfére omnoho viac CO2 - možno dokonca niekoľko tisíc častíc na milión - neznamená, že by sme dokázali také množstvá CO2 dnes tolerovať dnes bez prechodu do nekontrolovateľne silného skleníkového stavu.

Okolnosť 2 je „meranie“, alebo odhad, koncentrácií CO2 v minulosti. V skutočnosti máme priame merania historických koncentrácií CO2 len za posledné glaciálne a interglaciálne obdobia, teda za obdobie pokryté ľadovcovými jadrami – v zásade ide  o posledný milión rokov. Maximálne koncentrácie CO2 v tomto období dosahovali 300 ppm, až kým ľudia nezačali spaľovať fosílne palivá. Odhady za skoršie obdobia sú založené na nepriamych (proxy) metódach, ale takéto nepriame metódy sprevádzajú veľké neurčitosti.  Výsledky mnohých rozličných metód sú porovnané v dodatku k našej práci z roku 2008 „Cieľový atmosférický CO2“ (Target Atmospheric CO2). Niektoré metódy vedú v rannej kenozoickej ére pred 65 až 50 miliónmi rokov k hodnotám až 2000 ppm, ale iné metódy naznačujú, že maximálne množstvo CO2  v atmosfére bolo vtedy nižšie ako 1000 ppm.

Určité metódy odhadovania pradávnych koncentrácií oxidu uhličitého explicitne vychádzajú z predpokladu aké veľké množstvo CO2 by bolo potrebné na to, aby spôsobilo zaznamenanú zmenu klímy. Inými slovami, tieto metódy závisia od predpokladanej klimatickej senzitivity. Napríklad pri použití štandardnej predpokladanej klimatickej senzitivity bolo odhadnuté, že rozmrazenie „tvrdej“ Zeme - snehovej gule - teda Zeme s oceánmi solídne zmrznutými do hĺbky jedného kilometra alebo viac - by vyžadovalo obrovské množstvo CO2.  Dnes však predpokladáme , že tvrdá ľadová guľa nebola realistickým obrazom podmienok na Zemi v štádiu snehovej gule. Tiež platí, že prechodná fáza rozmrazovania Zeme - snehovej gule nie je priamo relevantná pre určenie klimatického radiačného pôsobenia potrebného pre nekontrolovateľný (runaway) skleníkový efekt. Inými slovami, hoci množstvo oxidu uhličitého v ovzduší tesne pred a počas planetárneho roztápania mohlo byť veľké, v priebehu procesu topenia by množstvo CO2 dramaticky kleslo dávno predtým ako by planéta mohla dosiahnuť runaway skleníkové podmienky.

Obdobie kenozoika je najlepšie obdobie na získanie empirického hodnotenia ako blízko môže byť Zem k runaway podmienkam dnes. Poskytuje nám presnejšie dáta ako skoršie obdobia, a zahrňuje omnoho teplejšie obdobia ako dnešok, vrátane obdobia planéty bez ľadu. Navyše kenozoikum obsahuje termálne maximum Paleocén – Eocén (PETM), udalosť rapídneho otepľovania, ktorá je osobitne relevantná pre budúcnosť našej planéty. Zvlášť nová analýza PETM od Richarda Zeebe-a, Jamesa Zachosa a Geralda Dickensa publikovaná v polovici roku 2009 v Nature Geoscience, podľa mňa obsahuje hlboké závery pre život na planéte.

Pre pochopenie významu novej analýzy PETM a jej relevantnosti pre runaway skleníkový efekt, sa potrebujeme vrátiť k obrázku 13 (strana 106), ktorý ukazuje teploty v hĺbkach oceánu počas uplynulých 65 milión rokov. V práci „Target Atmospheric CO2“ sme použili túto teplotnú krivku na základe veľmi jednoduchého predpokladu o klimatickej senzitivite na odhad množstva oxidu uhličitého počas obdobia 65 milión rokov. Konkrétne sme predpokladali, že počas celých 65 milión rokov  bola klimatická senzitivita „rýchlej spätnej väzby“ 3 stupne Celzia (na zdvojnásobenie CO2).Celková klimatická senzitivita bola v dôsledku pomalých spätných väzieb, zvlášť zmeny rozsahu zaľadnenia,  počas posledných 34 milión rokov vyššia.  Pri zdôvodňovaní predpokladu o 3-stupňovej senzitivite planéty bez ľadu sme poukazovali na fakt, že dnešná klíma sa zdá byť uprostred plochej časti (rýchlo spätno-väzbovej) krivky klimatickej senzitivity na obrázku 30. Tiež sme sa domnievali, že kým nie sú k dispozícii lepšie informácie, najlepšie je použiť najjednoduchší predpoklad. Za predpokladu 3-stupňovej klimatickej senzitivity sme usúdili, že maximálne množstvo CO2 bolo pravdepodobne medzi 1000 až 1400 ppm.

Obrázok 30 naznačuje, že horúcejšie klímy môžu mať vyššiu klimatickú citlivosť a, samozrejme, že dnešná klíma nie je príliš ďaleko od runaway situácie. Toto je však výsledok modelu – iné modely môžu viesť k iným výsledkom. Empirické výsledky dávajú lepší zmysel. Práca Zeebe-Zachos-Dickens nám ponúka práve empirický výsledok.  Na základe analýzy hĺbok do ktorých oceán acidifikoval a rozpúšťal uhličitanové sedimenty v nej ukázali, že vzostup uhlíka ktorý spôsobil teplotný vrchol PETM predstavoval najviac 3000 gigaton uhlíka. Ich záver je, že atmosférický CO2 to zodvihlo o asi 700 ppm, z východiskového stavu 1000 ppm na asi 1700 ppm. Takýto vzostup CO2 – menší ako zdvojnásobenie – by za predpokladu 3 stupňovej klimatickej senzitivity zodvihol globálnu teplotu o asi 2 stupne Celzia Zeebe, Zachos a Dickens dospevajú k záveru „ Naše výsledky implikujú fundamentálnu trhlinu v našom chápaní amplitúdy globálneho otepľovania v spojitosti s veľkými a náhlymi klimatickými poruchami“

Ich závery sú z vedeckej perspektívy správne. Myslím si, že ich môžeme posunúť ešte o krok ďalej k tvrdeniu, že ich analýza dokazuje, že klimatická senzitivita v teplom rannom kenozoiku bola vyššia ako 3 stupne na zdvojnásobenie oxidu uhličitého. Vyhovuje to aj nižšej hodnote pre množstvo CO2 v rannom kenozoiku.  Oba úsudky (že úrovne CO2 v rannom kenozoiku mohli byť nižšie ako sa všeobecne predpokladalo a že klimatická senzitivita v rannom kenozoiku bola vyššia ako dnes) sú dôvodom pre väčšie znepokojenie z dlhodobých dôsledkov spálenia všetkých fosílnych palív. Výsledky PETM by sme chápali ľahšie, keby východiskový CO2 pred oteplením PETM bol bližšie k 500 ppm. Ale aj tak mohutnosť PETM  oteplenia implikuje klimatickú senzitivitu zdvojnásobenia oxidu uhličitého vyššiu ako 3 stupne Celzia.

Môj záver ohľadom Okolnosti 2 je, že súčasné údaje naznačujú že množstvá CO2 v minulosti neboli až tak vysoké ako sme sa kedysi domnievali. Tieto paleoklimatologické údaje tiež naznačujú, že klimatická senzitivita bola vyššia keď bola planéta teplejšia. Konzistentne, že svet býval bližšie k runaway skleníkovým podmienkam, keď boli vyššie množstvá oxidu uhličitého.

Okolnosť 3 sa týka časových rámcov klimatických radiačných pôsobení  a odpovedí na ne. Oxid uhličitý, ktorý spôsobil klimatické zmeny počas dejín Zeme sa do atmosféry dostával omnoho pomalšie ako počas súčasných výkyvov spôsobených ľuďmi. Pomalší rast umožňoval, že do hry mohli vstupovať negatívne (tlmiace) spätné väzby uhlíkového cyklu.  V časových mierkach tisícročí pohlcuje uhlík ešte aj solídna Zem. Negatívne spätné väzby sú príčinou, prečo sa po rapídnej injekcii metánu (ktorý rýchlo oxiduje na oxid uhličitý) v období PETM, množstvá CO2 aj globálne teploty vrátili nazad v geologickej mierke veľmi rýchlo (obrázok 18 na strane 153).

Pokiaľ sa rozhodneme spáliť všetky fosílne palivá, ľudská „injekcia“ CO2 z fosílnych palív do atmosféry sa udeje veľmi rýchlo, v rozpätí jedného – dvoch storočí, takže negatívna spätná väzba uhlíkového cyklu nebude mať čas vstúpiť do hry. Ak spálime všetky fosílne palivá, ich  radiačné pôsobenie  bude prinajmenšom porovnateľné s PETM, ale bude spustené najmenej 10 krát rýchlejšie. Čas potrebný na to, aby na takéto radiačné pôsobenie  reagoval oceán sú len storočia. Preto znižujúce spätné väzby uhlíkového cyklu významne nezredukujú zohrievanie oceánu. Možno očakávať, že ohrievajúci sa oceán ovplyvní stabilitu hydrátov metánu rýchlosťou, ktorá by mohla predstihnúť situáciu počas PETM, keď bola rýchlosť zmeny určovaná rýchlosťou klimatickej spätnej väzby hydrátov metánu a nie skoro okamžitej emisie všetkého fosílneho uhlíka.

Dovoľte mi v rýchlosti uviesť pár faktov o PETM, ktorý sme pokryli v kapitole 8. Početné štúdie naznačujú, že oteplenie o 5 až 9 stupňov Celzia počas PETM bolo spôsobené injekciou odhadovaných 3 gigaton (3000 miliárd ton) uhlíka, hoci niektoré odhadujú že šlo len o asi polovičné množstvo. Práca Zeebe-Zachos-Dickensa zvyšuje dôveryhodnosť názoru, že uhlíková injekcia PETM neprekročila 3 gigatony a priťahuje pozornosť k nesúladu takej (miernej!) emisii uhlíka s 5 až 9 stupňovým vzostupom globálnej teploty, pokiaľ by klimatická senzitivita v tej dobe bola len 3 stupne na zdvojnásobenie CO2. Tri gigatony je približne množstvo uhlíka obsiahnuté v celkovom dnes dostupnom objeme ropy, plynu a uhlia.  Uhlík v dobe PETM však nemohol pochádzať z fosílnych palív, keďže v tom čase neexistoval plauzibilný mechanizmus na odkrytie a spálenie všetkých fosílnych palív. Samozrejme z izotopového podpisu vieme – ako sme vysvetlili v kapitole 8 – že PETM emisia bola spôsobená topením metán hydrátov. Počas PETM došlo k dramatickým zmenám v cirkulácii oceánov, s posunom hlbokých morských prúdov z okolia Antarktídy na južnej hemisfére na severnú pologuľu. Zdá sa byť pravdepodobné, že teplejšia hlboká voda privedená touto zmenou prúdenia spustila destabilizáciu metán hydrátov. 

Časový rámec na veľkú reakciu teploty oceánov na radiačné pôsobenie sú len storočia. Ale pokiaľ ľudia spália všetky fosílne palivá, začnú sa rozpadať kontinentálne ľadovce, dočasne ochladzujúc  oceány vo vysokých zemepisných šírkach a odďaľujúc plnú klimatickú reakciu na radiačné pôsobenie . Ochladenie vo vysokých zemepisných šírkach bude mať v 21. storočí významné dôsledky, ktoré preberieme v kapitole 11. Chladiaci efekt ľadovcov však signifikantne nepredĺži čas potrebný na to, aby sa globálny oceán v dôsledku spálenia všetkých fosílnych palív ohrial. Chce to len v planetárnom priemere menej ako 10 watt-rokov energie, aby sa rozpustilo dosť ľadu na zvýšenie hladiny oceánu o jeden meter a zvýšenie teploty rozpúšťanej vody na priemernú teplotu vody na hladine oceánu. Keď sa raz začnú ľadovce rýchlo rozpadať, planetárna energetická nerovnováha zrejme dosiahne niekoľko wattov. Takže aj na to, aby sa aj celý objem ľadu na planéte – ekvivalent asi 75 metrov hladiny oceánov – vylial do oceánu , by planetárna energetická nerovnováha poskytla dosť energie  zhruba behom jedného storočia.

Môj záver týkajúci sa Okolnosti 3 - časového rámca – je, že  v prípade, ak by sme mienili spáliť všetky fosílne palivá, pracoval proti nám. Negatívne spätné väzby uhlíkového cyklu, ktoré zohrali významnú úlohu pri zabránení runaway skleníkovému efektu počas paleoklimatických udalostí globálneho otepľovania, pravdepodobne nebudú tak účinné pri redukovaní atmosférického CO2 v prípade veľmi rýchleho spálenia fosílnych palív ľudstvom. Tepelná zotrvačnosť oceánov spomaľuje globálne otepľovanie a umožňuje tak akumulovať viac skleníkových plynov skôr, ako si verejnosť stihne všimnúť zmenu klímy, ale väčšina klimatickej odozvy na emisie z fosílnych palív sa udeje v priebehu storočí, mnohé z nich už počas života našich detí a vnúčat.

Paleoklimatologické záznamy nám nedávajú príklad  radiačných pôsobení  takej mohutnosti a rýchlosti ako sa stane, ak spálime všetky fosílne palivá. Modely nie sú ani zďaleka blízko stavu, v ktorom by mohli spoľahlivo predpovedať kedy začne dezintegrácia veľkých ľadovcov. Nevieme ani ako blízko sme k nestabilite metán hydrátov. Ale toto sú otázky kedy, nie či.  Ak spálime všetky fosílne palivá, kontinentálne ľadovce sa skoro s istotou úplne rozpustia, s konečným vzostupom hladiny morí o 75 metrov. Väčšina z toho sa zrejme stane v časovej škále storočí. Je pravdepodobné, že metán hydrátov je dnes v oceánoch viac sú zraniteľnejšie ako boli v rannom kenozoiku. Je ťažké predstaviť si ako by metán hydráty mohli prežiť, keď bude mať oceán čas na to, aby sa zohrial. V takom prípade by oteplenie na spôsob PETM mohlo nasadnúť na oteplenie spôsobené fosílnymi palivami.

Keď bude po ľade, vydá sa Zem na cestu k syndrómu Venuše, k runaway skleníkovému efektu ktorý by zničil všetok život na planéte, možno navždy. Hoci je ťažké tvrdiť to na základe súčasných informácií, môj záver je, že ak spálime všetky zásoby ropy, plynu a uhlia, existuje podstatné riziko že spustíme runaway zmenu klímy.. Ak spálime aj ropné piesky a bridlice, som presvedčený že Venušin syndróm je smrteľná istota.


Preklad: Juraj Mesík, december 2010





» Vaše reakcie (0)
» Verzia pre tlač
» Poslať e-mailom
» Pridať na Facebook
» Pridať na vybrali.sme


Súvisiace témy
Veda a výskum, Životné prostredie



[17953]




REKLAMA



CHANGENET.SK | občiansky denník, © 1996 - 2014, ChangeNet, ISSN 1336-2534
kontakt | reklama | info | služby | RSS