Návrat do predhistorickej atmosféry

Za posledné 3 milióny rokov Zem nezažila tak vysoké koncentrácie CO₂ ako dnes

Keď v roku 1958 mladý doktor chémie, Charles David Keeling, prvýkrát zmeral na havajskom observatóriu pod vrcholom sopky Mauna Loa množstvo oxidu uhličitého vo vzduchu, pravdepodobne mu ani nenapadlo, že o 55 rokov neskôr bude jeho koncentrácia atakovať predhistorické hodnoty z doby pred 3 až 5 milión rokmi. Spektroskopické senzory, a to nielen na Havajských ostrovoch, totiž na začiatku mája 2013 zaregistrovali, že denné a hodinové koncentrácie tohto skleníkového plynu prvýkrát v histórii prekročili „magickú“ hodnotu 400 ppm (Obr. 2).

Obr. 1: (vľavo) Dr. Charles David Keeling (1928-2005, Zdroj); (vpravo) atmosférické (meteorologické) observatórium NOAA na hlavnom havajskom ostrove v nadmorskej výške 3397 metrov - miesto, na ktorom sa od roku 1958 vykonávajú najdlhšie nepretržité merania atmosférickej koncentrácie CO₂ na Zemi (Zdroj)

Oxid uhličitý (CO₂) patrí spolu s metánom (CH₄) a oxidom dusným (N₂O) k tým plynným zložkám atmosféry, ktoré sú schopné zadržiavať teplo emitované zemským povrchom, ktoré by inak bez úžitku uniklo späť do kozmického priestoru. Všetko by bolo v poriadku, keby ich koncentrácie boli dlhodobo viac-menej stabilné. Ale nie sú! Od roku 1958, kedy NOAA zriadila na havajskej sopke malé atmosférické observatórium, množstvo CO₂ dodnes vzrástlo o celých 83 ppm (parts per million – 83 molekúl na milión molekúl vzduchu), pričom v období od roku 2003 rastie jeho koncentrácia o 2,07 ppm ročne. Teda približne 100-krát tak rýchlo ako na konci poslednej doby ľadovej. Čo vlastne znamená pre nás tá „symbolická“ hodnota 400 ppm? Mali by nás tieto číslo vôbec znepokojovať?

Obr. 2: (hore) Denné a týždenné priemery koncentrácie CO₂ dosiahli začiatkom mája 2013 hodnotu 400 ppm - graf zachytáva hodnoty za posledný rok (Zdroj); (dole vľavo) koncentrácia CO₂ v období rokov 1958-2013 meraná na observatóriu na Mauna Loa (podľa CH. D. Keelinga, Zdroj); (dole vpavo) mesačné a sezónne priemery koncentrácie CO₂ za obdobie rokov 2009-2013 (Zdroj)

Určite mali! A to nielen kvôli tomu, že vyššia koncentrácia skleníkových plynov zásadne prispieva, a to najmä od druhej polovice 20. storočia, k nárastu globálnej teploty atmosféry a oceánov. Vyššie množstvo CO₂ v atmosfére začína totiž negatívne, ovplyvňovať aj samotnú biosféru a potravové reťazce na celej Zemi, prevažne v oceánoch. Nie je tiež dnes už žiadnym tajomstvom, a potvrdzuje to nakoniec aj výskum, že príčinou jeho rýchleho rastu je nielen spaľovanie fosílnych palív, ako ropy a uhlia, ale aj odlesňovanie a zmeny využívania krajiny. Ľudské aktivity ročne dopravia do atmosféry viac ako 36 miliárd ton (Gt) CO₂ (čo je asi 10 Gt čistého uhlíka), pričom od začiatku priemyselnej revolúcie, teda za posledných asi 250 rokov, sme celkovo do atmosféry vypustili približne také množstvo uhlíka, aké uchováva všetka vegetácia na našej planéte, teda približne 500 Gt. Len na okraj pripomíname, že viac ako polovica z tohto množstva je stále prítomná v atmosfére. 

Obr. 3: (hore) Paleoklimatologická rekonštrukcia atmosférických koncentrácii 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; (dole) koncentrácia CO₂ v období 1700-2013 (Zdroj)

Ak súčasné tempo zvyšovania koncentrácie CO₂ bude pokračovať aj v nasledujúcich desaťročiach, ďalší významný medzník, teda 450 ppm, dosiahneme ešte pred rokom 2040. Ide o hodnotu, ktorú by sme podľa mnohých vedcov a politikov nemali presiahnuť, ak sa chceme vyhnúť otepleniu o 2 °C do konca tohto storočia. Máme tak priestor na vypustenie ďalších približne 250 Gt uhlíka. Lenže, ako vieme, dosiahnutie akýchkoľvek dohôd o redukcii vypúšťaného CO₂ na globálnej úrovni je zatiaľ hudbou vzdialenejšej budúcnosti a je preto veľmi pravdepodobné, že budeme mať čo robiť, aby sme nepresiahli dokonca ešte vyššiu hranicu, teda 500 ppm a oteplenie o 3-4 °C do konca 21. storočia.

Globálna teplota je pritom na obsah CO2 v atmosfére veľmi citlivá. Nepotvrdzujú to len fyzikálne modely, ale aj paleoklimatologické analýzy. Tie poukazujú stále častejšie na skutočnosť, že pri podobne vysokých množstvách CO₂ bola Zem minimálne o 3 °C teplejšia a morská hladina bola vyššia aspoň o 5 metrov. Moderný človek druhu Homo sapiens sapiens takéto podmienky zatiaľ ešte nezažil. Aby sme sa mohli nadýchnuť vzduchu z približne rovnakej atmosféry, museli by sme sa vybrať v čase o nejakých 3 až 5 milión rokov naspäť, do obdobia tzv. pliocénu (presnejšie stredný pliocén). Grónsky ľadovec vtedy neexistoval, ten antarktický bol značne zredukovaný a lesy na severnej pologuli siahali až k pobrežiu Severného ľadového oceánu (dnes tu nájdeme len tundru). Podnebie bolo iné aj u nás, v strednej Európe. Rozkladali sa tu vlhké subtropické lesy, podobné tým aké by ste našli na Floride či v Louisiane pri Mexickom zálive. (Obraz o tom, ako to s teplotami počas tohto obdobia mohlo vyzerať si možno vytvoriť na základe rekonštrukcie teploty povrchu oceánov v rôznych regiónoch sveta, ktorú vidieť na Obr. 4, ide o výsledok spracovania viacerých geochemických proxy údajov z morského prostredia za posledných 5 miliónov rokov)

Obr. 4: Dlhodobé zmeny teploty povrchových vrstiev oceánov vo vybraných regiónoch za obdobie posledných 5 miliónov rokov (plné čiary predstavujú 400-ročné kĺzavé priemery, prerušované sú 600-ročné priemery T; Zdroj)

Poviete si, že je to celkom príjemná predstava. Nemali by sme však zabúdať na to, že cesta k nej bude pre nás a celú planétu veľmi ťažká, pretože v nasledujúcich desaťročiach a storočiach nás veľmi pravdepodobne čaká jedna z najrýchlejších klimatických zmien, akú kedy naša Zem zažila. A kľúčom k jej pochopeniu a koniec koncov aj zvládnutiu je fosílny uhlík, ktorý sme sa pred približne 250 rokmi rozhodli využívať!

Otepľovanie planéty a klimatickú zmenu celkom isto dnes už zvrátiť alebo úplne zastaviť nedokážeme. Jediné, čo môžeme a nevyhnutne aj musíme urobiť, aby sme aspoň znížili rýchlosť otepľovania a dokázali sa tak vyhnúť negatívnym dôsledkom rýchlej zmeny klímy, je prijať také opatrenia na národnej, komunálnej, ale aj osobnej úrovni, ktoré povedú k obmedzeniu produkcie skleníkových plynov. Dnes už vieme, ako na to (ďalší zdroj: Klimatická zmena - výzva pre lokálny rozvoj na Slovensku). Netreba ale pritom zabúdať, že každý systém, teda aj ten klimatický, má svoju zotrvačnosť. Čo to znamená? 

Aj keby sme hneď zajtra zastavili všetky emisie CO₂, metánu a niektorých ďalších skleníkových plynov, potrvá ešte niekoľko dlhých desaťročí, kým sa súčasná globálna teplota dostane do radiačnej rovnováhy s dnešnou koncentráciou skleníkových plynov, čo sa prejaví v tom, že otepľovanie bude pokračovať aj nasledujúcich storočiach (minimálne o 0,5 °C v priebehu nasledujúcich dvoch storočí). Otepľovanie by v takomto prípade bolo navyše podporené aj tepelnou zotrvačnosťou oceánov, ktoré sa v súčasnosti otepľujú dokonca rýchlejšie než samotná atmosféra. Nakoniec netreba zabúdať ani na účinok pozitívnych spätných väzieb, najmä tých zo strany ďalšieho silného skleníkového plynu, metánu, ktorý sa začína vo veľkých množstvách uvoľňovať z permafrostu a morských klatrátových sedimentov v Arktíde. Čím skôr však pochopíme, čo môžeme pre budúcu klímu a pre nás urobiť, tým lepšie a efektívnejšie zvládneme aj následnú adaptáciu na zmeny, ktoré nás čakajú. 

Na záver odporúčam pozrieť video s rozhovorom s Dr. Maureen Raymo, špecialistkou na výskum premenlivosti klimatického systému v historických dobách: http://1url.cz/qRXK.


Lietartúra
Allen, M. R., D. J. Frame, C. Huntingford, C. D. Jones, J. A. Lowe, M. Meinshausen, N. Meinshausen (2009). "Warming caused by cumulative carbon emissions towards the trillionth tonne." Nature 458(7242): 1163.
Schneider von Deimling, T., M. Meinshausen, A. Levermann, V. Huber, K. Frieler, D. M. Lawrence, V. Brovkin (2012). "Estimating the near-surface permafrost-carbon feedback on global warming." Biogeosciences 9(2): 649-665.
Matthews, H. D., Solomon, S., Pierrehumbert, R. (2012) Cumulative carbon as a policy framework for achieving climate stabilization. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 370, 4365-4379.
Solomon, S., Pierrehumbert, R., Matthews, H. D., Daniel, J. S. (2013). Atmospheric composition, irreversible climate change, and mitigation policy. WRCP Community White Paper, in press. 

Zdroje
http://co2now.org/Current-CO2/CO2-Trend/
http://www.iac.ethz.ch/people/knuttir/papers/allen09nat.pdf
http://www.newscientist.com/article/dn17051-humanitys-carbon-budget-set-at-one-trillion-tonnes.html 
http://cdiac.ornl.gov/epubs/ndp/global_carbon/carbon_documentation.html
http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch6s6-3-2.html
http://www.carbonbrief.org/blog/2013/05/new-study-tells-three-million-year-old-story-of-the-arctic
http://cdiac.ornl.gov/trends/co2/ice_core_co2.html
http://www.csmonitor.com/Science/2013/0509/Ancient-Arctic-was-warm-wet-and-green.-What-that-says-about-the-future
http://www.guardian.co.uk/environment/2013/may/10/carbon-dioxide-highest-level-greenhouse-gas
http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/weekly.html
http://researchmatters.noaa.gov/news/Pages/CarbonDioxideatMaunaLoareaches400ppm.aspx
http://www.sciencemag.org/content/340/6131/438.full.pdf?keytype=ref&siteid=sci&ijkey=X0PL7KHfd9%2FH6
http://skepticalscience.com/global-warming-not-reversible-but-stoppable.html
http://www.sciencemag.org/content/340/6131/438.short
http://www.carbonbrief.org/blog/2013/05/scientists-thoughts-on-400-parts-per-million
http://www.nature.com/nature/journal/v496/n7443/full/nature12003.html
http://www.skepticalscience.com/what-you-need-to-know-about-climate-sensitivity.html