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

1 komentár:

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

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