Zmiany klimatu. Mark Maslin

klimatu w przeszłości, wyjaśnienie dlaczego ich stężenie rośnie począwszy od rewolucji przemysłowej, oraz określenie przyczyn postrzegania jako niebezpiecznych zanieczyszczeń. Zostaną również wskazane państwa odpowiedzialne za największe emisje GHG oraz sposób w jaki się zmieniały emisje wraz z szybkim rozwojem ekonomicznym. Rozdział podejmie także kwestię Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu i jego regularnej oceny najnowszych danych świadczących o zmianach klimatu.

      Naturalne gazy cieplarniane występujące na Ziemi

      Temperatura Ziemi determinowana jest przez równowagę pomiędzy energią słoneczną i jej stratami do przestrzeni kosmicznej. Większość słonecznego promieniowania krótkofalowego (głównie ultrafiolet i światło widzialne) przechodzi przez atmosferę bez zakłóceń (rysunek 1). Jedynym wyjątkiem jest ozon, który z pożytkiem dla nas, absorbuje wysokoenergetyczne promieniowanie UV, szkodliwe dla komórek i DNA organizmów żywych. Około jednej trzeciej energii słonecznej jest odbijane bezpośrednio do przestrzeni kosmicznej. Pozostała energia absorbowana jest zarówno przez lądy jak i oceany. To powoduje ich ogrzanie, a następnie oddanie uzyskanego ciepła w formie promieniowania długofalowego, inaczej promieniowania cieplnego. Gazy atmosferyczne jak para wodna, dwutlenek węgla (CO₂), metan (CH₄) i podtlenek azotu (N₂O) znane są jako gazy cieplarniane, gdyż mogą absorbować część wspomnianego promieniowania długofalowego, ocieplając tym samym atmosferę. Zjawisko to zostało przebadane w atmosferze i może być odtworzone w laboratorium. Jest ono niezbędne, ponieważ gdyby nie istniało, Ziemia byłaby co najmniej o 35°C chłodniejsza, czyli średnia temperatura w tropikach wynosiłaby –10°C.

      Od początku rewolucji przemysłowej wykorzystujemy paliwa kopalne (ropę, węgiel, gaz naturalny) zgromadzone miliony lat temu, uwalniając ponownie do atmosfery węgiel jako CO₂ i CH₄, zwiększając tym samym „efekt cieplarniany” i podnosząc temperaturę Ziemi. W efekcie palimy zwęglone światło słoneczne.

      1. Efekt cieplarniany

      Klimat w przeszłości

      Zmiany klimatu zrekonstruowano na podstawie licznych geologicznych dowodów m.in. osadów mórz i jezior, rdzeni lodowych, osadów jaskiniowych czy pierścieni drzew. Te różne zapisy wskazują, że w okresie ostatnich 50 mln lat klimat Ziemi ochładza się, ewoluując od tzw. „stanu cieplarni” eocenu o ciepłych i delikatnych warunkach do zimniejszego i bardziej dynamicznego współczesnego „stanu chłodni”. Może wydawać się dziwne, że w kategoriach geologicznych nasza planeta jest niezwykle chłodna, gdy tymczasem ta książka podnosi problem szybkiego ocieplania się planety. Wynika to z faktu, że ogromne pokrywy lodowe na Antarktyce i Grenlandii oraz prawie nierozmarzający Ocean Arktyczny czynią klimat globalny bardzo wrażliwym na zmiany poziomu GHG w atmosferze.

      Długookresowe oziębienie Ziemi rozpoczęło się od zlodowacenia Antarktyki około 35 mln lat temu oraz od wielkich zlodowaceń Półkuli Północnej, które rozpoczęły się 2,5 mln lat temu. Od ery wielkich zlodowaceń północnych klimat globalny ewoluował od warunków, które przypominały obecne lub były nawet nieco cieplejsze do pełnych zlodowaceń, kiedy pokrywa lodowa osiągała grubość ponad 3 kilometrów i pokrywała większą część Ameryki Północnej i Europy. Pomiędzy 2,5 a 1 mln lat temu cykle zlodowaceń występowały co 41 tys. lat, natomiast od 1 mln lat co 100 tys. lat. Cykle zlodowaceń są konsekwencją zmiany orbity Ziemi względem Słońca. W rzeczywistości więc przez ok. 80% z ostatnich 2,5 mln lat świat był chłodniejszy niż obecnie. Trwający współcześnie interglacjał holoceński rozpoczął się 10 tys. lat temu i jest przykładem wyjątkowo ciepłych warunków występujących pomiędzy zlodowaceniami. Holocen rozpoczął się szybkim i dramatycznym zakończeniem ostatniej epoki lodowcowej: przez mniej niż 4 tys. lat temperatura globalna wzrosła o 6°C, względny poziom mórz podniósł się o 120 metrów, poziom CO₂ w atmosferze zwiększył się o jedną trzecią, a poziom metanu podwoił się. Pomimo to wskazane zmiany były i tak o wiele wolniejsze niż te obserwowane obecnie. James Lovelock w swojej książce The Ages of Gaia (Epoki Gai), sugeruje, że interglacjały, jak holocen, stanowią „stan gorączki” naszej planety, która ewidentnie przez ostatnie 2,5 mln lat preferuje niższe temperatury. Lovelock widzi obecne globalne ocieplenie jako stan, do którego ludzkość tylko się przyczynia. W mojej innej książce pt. Klimat: bardzo krótkie wprowadzenie (ang. Climate: A Very Short Introduction) bardziej szczegółowo opisuję owe wielkie zmiany globalnego klimatu.

      Zmiany poziomu dwutlenku węgla w przeszłości

      Wcześniejsze badania nad zmianami klimatu udowodniły, że CO₂ jest istotnym czynnikiem kontroli klimatu na kuli ziemskiej. Dowody zmian poziomu gazów cieplarnianych i temperatury pochodzą m.in. z rdzeni lodowych uzyskanych w Antarktyce i Grenlandii. Spadający śnieg jest lekki i puszysty i zawiera bardzo dużo powietrza. Prasowany stopniowo tworzy lód, w którym uwięzionych jest bardzo wiele pęcherzyków powietrza. Właśnie przez badanie tych pęcherzyków naukowcy mogą dokonać pomiaru poziomu gazów cieplarnianych z przeszłości. Naukowcom udało się dowiercić do pokładów lodu Grenlandii i Antarktydy sięgających ponad 3 km w głąb, co dało możliwość oceny poziomu gazów cieplarnianych z ostatnich 500 tys. lat. Poprzez pomiar izotopów tlenu i wodoru w zamrożonej wodzie, tworzącej rdzeń lodowy, możliwe jest określenie temperatury powietrza ponad pokrywą lodową, kiedy woda zamarzła po raz pierwszy. Rezultaty są jednoznaczne, gdyż przez ostatnie 800 tys. lat poziom stężenia gazów cieplarnianych, takich jak CO₂ i metan, zmienia się wraz z temperaturą (rysunek 2). Cykliczne zmiany klimatu od zlodowaceń do okresów interglacjalnych mają swoje odzwierciedlenie zarówno w wartościach temperatury jak i zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze. Ta zależność potwierdza tezę, że gazy cieplarniane i globalna temperatura są współzależne, co oznacza, że wzrost stężenia CO₂ i metanu przyczynia się do wzrostu temperatury i vice versa.

      2. Zmiany koncentracji gazów cieplarnianych i temperatury w ciągu ostatnich ośmiu cykli glacjalnych według zapisu z rdzeni lodowych

      Pierwsi rolnicy

      Dowody wysokiej jakości, pochodzące z rdzeni lodowych Grenlandii i kontynentalnych krańców Antarktydy, pokazują również, że poziom gazów cieplarnianych w atmosferze wzrósł w niewielkim stopniu przed rewolucją przemysłową w XVIII w. Bill Ruddiman, profesor paleoklimatologii z Uniwersytetu w Wirginii zasugerował, że wczesne rolnictwo spowodowało odwrócenie naturalnego cyklu spadku stężenia CO₂ w atmosferze ok. 7 tys. lat temu i metanu ok. 5 tys. lat temu. Koncepcja ta wzbudziła wiele kontrowersji, lecz pomimo licznych prób, nie została obalona. Mówi ona, że już wczesny, przedindustrialny wpływ człowieka na środowisko był w stanie zatrzymać przyjście kolejnej epoki lodowcowej, która w przeciwnym razie rozpoczęłaby się nieuchronnie w ciągu kolejnego tysiąca lat.

      Rewolucja przemysłowa

      Jest wiele dowodów świadczących o tym, że poziom atmosferycznego CO₂ wzrasta od początku rewolucji przemysłowej. Pierwsze pomiary koncentracji CO₂ w atmosferze rozpoczęły się w 1958 r., na szczycie hawajskiej góry Mauna Loa na wysokości ok 4 tys. metrów n.p.m. Wybrano to miejsce ze względu na oddalenie od źródeł zanieczyszczeń. Dokonane pomiary jednoznacznie wskazują, że od 1958 r. poziom stężenia CO₂ rośnie co roku. Średnie stężenie ok. 316 cząsteczek na milion (ang. parts per meter, ppm) w 1958 r. wzrosło obecnie do ponad 400 cząsteczek na milion (rysunek 3). Coroczne różnice w pomiarach na Mauna Loa wynikają z pochłaniania CO₂ przez rośliny. Absorpcja jest największa na Półkuli Północnej podczas okresu wiosennego, gdyż właśnie wtedy można zaobserwować spadek stężenia CO₂, który niestety nie wystarcza