Nebezpečná rýchlosť klimatickej zmeny

Čaká nás najrýchlejšia klimatická zmena za posledných 65 miliónov rokov?

Súčasná globálna klimatická zmena je jednou z najrýchlejších, aké dokážeme vôbec v historických a geologických záznamoch identifikovať. Nelineárnosť odozvy všetkých komponentov klimatického systému na iniciálne otepľovanie atmosféry a oceánov je zdrojom nielen veľkých neistôt, ale aj stále väčších obáv z toho, že klimatická zmena, ktorá nás v priebehu nasledujúceho storočia čaká, môže byť až príliš rýchla na to, aby sme sa jej dokázali prispôsobiť. A nielen my, ľudia. Veľkému ohrozeniu bude pravdepodobne čeliť aj celá planetárna biosféra. Problémom pritom nie je len samotná zmena klímy, ale aj bariéry, ktoré živým organizmom staviame do cesty. Zem je totiž dnes úplne iným miestom, než akým bola pred niekoľkými storočiami či tisícročiami – nie je to už ani zďaleka planéta, na ktorej by sa život dokázal rýchlym zmenám efektívne prispôsobiť, napríklad migráciou. Globálny rozsah našej civilizácie a environmentálne problémy z toho vyplývajúce sa stávajú čoraz väčšou prekážkou pre udržateľnosť vhodných životných podmienok na tejto planéte.

Obr. 1: (hore) Odchýlka globálnej teploty vzduchu v roku 2012 od priemeru 1981-2010 (Zdroj: NOAA); (dole) vývoj globálnej teploty prízemných vrstiev troposféry v období 1880-2012 (Zdroj)

"Planéte Zem sa aj naďalej otepľuje, pričom v akumulácii tepla pokračujú predovšetkým oceány. Snehová pokrývka na severnej pologuli a plávajúci morský ľad v Arktíde zmenšujú svoj rozsah, spodná stratosféra pokračuje v ochladzovaní a koncentrácie všetkých hlavných skleníkových plynov aj naďalej rastú". To sú len niektoré zo záverov zatiaľ poslednej výročnej správy Americkej meteorologickej spoločnosti (AMS) o stave globálnej klímy za rok 2012, pripravenej v spolupráci s 384 vedcami z 52 krajín sveta. Aj keď rok 2012 nepatril medzi rekordne teplé, zaradil sa medzi 10 najteplejších rokov v rámci obdobia 1880-2012 (Obr. 1). Po prvý krát za niekoľko posledných rokov neovplyvňoval globálnu teplotu atmosféricko-oceánsky fenomén El Niño alebo La Niña. 

Obr. 2: (hore) Vývoj tepelného obsahu oceánov vo vrchných 700 metroch vodného stĺpca v roku 2012 podľa údajov NOAA - porovnanie s priemerom za obdobie 1993-2012 (oranžové a modré odtiene indikujú rast alebo pokles tepelného obsahu o minimálne 4 gigajoule na meter štvorcový - ide o množstvo energie, ktoré by dokázalo 100-wattovú žiarovku napájať jeden rok); (dole) odchýlky povrchovej teploty oceánov v roku 2012 [°F] v porovnaní s priemerom za obdobie 1981-2010 na základe údajov NOAA (Zdroj)

Minulý rok bol z pohľadu meteorológie a klimatológie plný zaujímavých, a žiaľ aj extrémnych fenoménov a situácií, ktoré však veľmi dobre korešpondujú s dlhodobými trendmi sledovaných indikátorov atmosféry, kryosféry, hydrosféry či oceánov a vytvárajú tak konzistentný obraz o prebiehajúcej zmene klímy. Atypickosť či mimoriadnosť stavu globálnej klímy z pohľadu výskytu extrémnych poveternostných a klimatických extrémov v poslednom desaťročí (2001-2010) nedávno potvrdila aj ďalšia správa, zverejnená tento krát Svetovou meteorologickou organizáciou (WMO). 

A aby toho nebolo málo, nedávno vyšla ďalšia štúdia, ktorá priniesla rozsiahle zhrnutie najnovšieho výskumu projekcií budúcej globálnej klímy. Výsledky a interpretácie zverejnené v uvedenej štúdií rozhodne nemožno považovať za optimistické, keďže, ako sa uvádza v príspevku, pokračujúce emisie CO₂ môžu planétu Zem doviesť k najrýchlejšej klimatickej zmene za posledných 65 miliónov rokov. Vedci taktiež už niekoľko desaťročí diskutujú o možnosti kedysi čisto hypotetickou, a to, či by očakávaná klimatická zmena mohla v budúcnosti viesť až k nekontrolovateľnému otepľovaniu planéty (tzv. „runaway greenhouse effect“).

Obr. 3: Vývoj výšky hladiny svetových oceánov na základe meraní troch satelitov - TOPEX/Poseidon (od roku 1992), Jason-1 (od roku 2001) a Jason-2 (od roku 2008) - v období rokov 1993-2013 (Zdroj)

Stav globálnej klímy v roku 2012
Globálne bol minulý rok 8. až 9. najteplejší od roku 1880. Medzi desiatimi najteplejšími rokmi sa  umiestnil aj v prípade, ak uvažujeme len o teplote pevnín. Teploty povrchu oceánov síce nevykazovali v období 2000-2012 žiadny významnejší trend, čo je pravdepodobne dôsledkom dominantného vplyvu fenoménu La Niña, no hlbšie časti oceánov (hlavne v hĺbkach pod 700 metrov) pokračujú v bezprecedentne rýchlej akumulácii tepla. Hladina svetových oceánov pokračuje, po kratšej prestávke na začiatku roka 2011, vo svojom raste (Obr. 3). Aj napriek skôr priemernej aktivite tropických cyklón, v roku 2012 sa vyskytli dve pozoruhodné tropické cyklóny – hurikán Sandy a super tajfún Bopha. Oba si vyžiadali nielen obrovské materiálne škody (65 mld., USD v prípade Sandy), ale aj značné straty na ľudských životoch (Bopha zanechal na Filipínach za sebou viac ako 1000 mŕtvych). Pozornosť svetových médií v minulom roku však zaujala predovšetkým rekordne nízka plocha morského ľadu v Arktíde (Obr. 4) a nezvyčajne rýchle a veľkoplošné topenie grónskeho ľadovca v júli 2012. Zaujímavé novinky však prišli aj z ďalekej Antarktídy. V septembri 2012 dosiahla plocha morského ľadu okolo ľadového kontinentu rekordne najvyššiu hodnotu od roku 1978 a stratosférická ozónová diera bola druhá najmenšia v období posledných dvoch desaťročí. 

Obr. 4: Hustota (koncentrácia) morského ľadu (v %) a minimum rozsahu zaľadnenie v septembri 2012 - v porovnaní s rozsahom v roku 2007 (žltá) a priemernym rozsahom v období 1979-2000 (čierna; Zdroj)

Žiaľ, nové historické maximá dosiahli aj antropogénne emisie CO₂ pochádzajúce zo spaľovania fosílnych palív a produkcie cementu. Po miernom spomalení v rokoch 2009-2010, spôsobenom globálnou hospodárskou recesiou, sa emisie CO₂ opäť dostali do svojich pôvodných „koľají“, pričom v posledných dvoch rokoch dosiahli nové rekordné hodnoty (množstvá vyjadrené v mld. ton čistého uhlíka: 9,5 ± 0,5 Gt C v roku 2011 a 9,7 ± 0,5 Gt C v roku 2012). V roku 2012 stúpla priemerná koncentrácia CO₂ v atmosfére o 2,1 ppmv a dosiahla tak hodnotu 392,6 ppmv. (Len na okraj pripomíname, že v tomto roku sa na krátky čas koncentrácia dostala slabo nad úroveň 400 ppmv).  

 

Obr. 5: Vývoj odchýlok teploty vzduchu v spodnej stratosfére v období 1958-2012 s vyznačením troch veľkých sopečných erupcií v uvedenom období (Zdroj)

Predpoklady vývoja klímy v 21. storočí
Už vieme, že globálna teplota od začiatku 20. storočia vzrástla o necelý 1 °C (~ 0,8 °C; len na okraj pripomíname, že rozdiel medzi najchladnejšími obdobiami doby ľadovej a súčasnou príjemnou klímou je len "nepatrných" 5 °C) a približne od konca 70. rokov rastie teplota nad pevninami dvojnásobne rýchlejšie ako nad oceánmi. Klimatologický výskum tiež prináša stále presvedčivejšie dôkazy o tom, že oteplenie za posledných minimálne 60 rokov je z viac ako 80 % zapríčinené zvyšujúcimi sa emisiam skleníkových plynov. To, ako sa v najbližšom storočí globálna teplota bude nakoniec vyvíjať, nebude ale závisieť len od budúcich emisií CO₂. Už teraz je v zemskej atmosfére dostatok CO₂ na to, aby sa v najbližších desaťročiach oteplilo o ďalších minimálne 0,5 až 0,8 °C. Inak povedané, budúce oteplenie bude podmienené aj celkovou citlivosťou klimatického systému Zeme na už existujúcu radiačnú nerovnováhu v zemskej atmosfére. Potrebné je však poznamenať, že veľkou neznámou stále zostáva zhodnotenie príspevku zo strany spätných väzieb ostatných skleníkových plynov, predovšetkým metánu a vodnej pary (predovšetkým zo strany oblačnosti). 

Obr. 6: Pozorované a modelované (projektované) zmeny teploty vzduchu a množstva atmosférických zrážok v období 1956-2005 (podľa údajov CRU, hore), resp. pre obdobia 2046-2065 (v strede) a 2081-2100 (dole): (úplne hore) dlhodobé zmeny teploty (vľavo) a zrážok (vpravo) počítané ako rozdiel medzi obdobiami 1956-1975 a 1986-2005; (v strede) projektované zmeny teploty a zrážok pre emisný scenár RCP8.5 v období 2046-2065 v porovnaní s období 1986-2005; (dole) to isté, len pre obdobie 2081-2100 (Zdroj: Diffenbaugh a Field, 2013)

Výstupy najnovšej generácie ensemblových globálnych modelov CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project), ktorých jednotlivé behy sa uskutočňujú v predpokladanom rozsahu emisných scenárov RCPs (Representative Concentration Pathways), ponúkajú rôzne alternatívy vývoja globálnej klímy v 21. storočí – najčastejšie ale podľa emisného scenára RCP8.5, ktorý veľmi dobre vystihuje vývoj emisií CO₂ od roku 2000 a ktorý do budúcnosti (r. 2100) počíta so zosilnením radiačného účinku skleníkových plynov (vrátane aerosólov) zo súčasných ~ 1,6 W.m^-2 na 8,5 W.m^-2 (RCP8.5 predpokladá globálnu koncentráciu CO₂ v roku 2100 na úrovni 925 ppmv). 

Už pre obdobie 2046-2065 počítajú modely CMIP5 (Obr. 6) s veľmi významným oteplením všetkých pevnín, a to v priemere o minimálne 2 °C v porovnaní s referenčným obdobím (RO) 1986-2005 (teda o ~ 3 °C v porovnaní s predindustrálnou hodnotou). Výraznejšie sa pritom oteplí predovšetkým na severnej pologuli (Európa, Severná Amerika, atď.), resp. v Arktíde, a to o 3 °C, resp. 4 °C v porovnaní s RO. Do konca 21. storočia by sa v Európe mohlo ďalej otepliť až o 5-6 °C (niektoré oblasti Arktídy aj o viac ako 10 °C) v porovnaní s RO. Pre Slovensko to bude znamenať asi to, že napríklad taký Poprad sa o necelých 100 rokov bude môcť "tešiť" z podobných klimatických podmienok, aké majú teraz niekde v južnom Maďarsku. 

Z pohľadu atmosférických zrážok by k podstatným zmenám v Európe malo dôjsť hlavne v regióne Stredomoria, kde sa očakáva ich výraznejší pokles (aj o viac ako 40 % do roku 2100). V strednej Európe k zásadnejším zmenám ročného množstva zrážok pravdepodobne nedôjde, prípadne sa očakáva len mierny nárast (do 10 %). Z globálneho pohľadu sa rast zrážok predpokladá najmä v polárnych oblastiach a v niektorých kontinentálnych regiónoch Ázie a Afriky (Obr. 6). Dnes vlhké oblasti sa stanú ešte vlhkejšími a suché ešte suchšími.  

Obr. 7: (vľavo hore) Frekvencia [% rokov] výskytu sezónnej maximálne teploty (extrémy z obdobia 1986-2005) v letnom období (Jún-Júl-August: JJA) projektovaná pre obdobie 2046-2065; (vľavo dole) frekvencia [% rokov] výskytu sezónnych miním zrážok - suché obdobia - v období JJA projektovaná pre obdobie 2080-2099; (vpravo dole) frekvencia [% rokov] výskytu miním vodného ekvivalentu snehovej pokrývky v marci na severnej pologuli projektovaná pre obdobie 2070-2099 a emisný scenár RCP8.5; (vpravo hore) podiel územia severnej časti Južnej Ameriky postihnutý nadnormálnymi teplotami v sezóne JJA v období 1970-2009 (Zdroj: Diffenbaugh a Field, 2013)

Klimatické extrémy budúcnosti
Ako uvádza aj štúdia Diffenbaugh a Field 2013, v novom teplotnom režime bude potrebné počítať s častejším výskytom extrémneho počasia. Najextrémnejšie vlny horúčav z posledných 20 rokov (najmä z rokov 2003 a 2010) sa pravdepodobne už koncom tohto storočia stanú novým normálom pre väčšiu časť kontinentálnej Európy (pre viac ako 80 % rokov v období 2080-2099, Obr. 7). Modelové projekcie tiež počítajú s významným nárastom výskytu sucha, a to predovšetkým v južne časti Európy, ako aj výrazným poklesom množstva snehu na jar v prevažnej časti severnej Európy. Očakávajú sa tiež zásadnejšie zmeny výskytu extrémov hydrologického cyklu – a to predovšetkým rast intenzity extrémnych zrážok, ktoré môžu v kombinácii s predlžovaním obdobia sucha prehlbovať v mnohých vnútrozemských regiónoch zrážkový deficit (navyše podporený aj zvyšujúcou sa teplotou a intenzívnejšou evapotranspiráciou).

Akokoľvek sa zdajú byť uvádzané scenáre budúcich extrémov nereálne, mnohé z nich už čiastočne možno doložiť pozorovanými údajmi z mnohých oblastí sveta. V priebehu posledných troch desaťročí významne vzrástol počet a extremita vĺn horúčav, a to prevažne v letnom období. Rovnako rastie aj intenzita a frekvencia extrémnych zrážok, aj keď globálny obraz už nie je tak „kompaktný“ ako v prípade teplotných extrémov. Globálne taktiež dochádza k častejšiemu výskytu sucha a rastie aj jeho extrémnosť.

Obr. 8: Rekonštrukcie koncentrácie CO₂ v atmosfére za posledných 22 miliónov rokov (úplne vľavo); za posledných 800 tisíc rokov na základe analýzy ľadových jadier v Antarktíde (vľavo v strede); scenáre koncentrácie CO₂ pre jednotlivé RCPs do konca 21. storočia (vpravo v strede); scenáre koncentrácie CO₂ v časovom horizonte najbližších 1000 rokov v prípade spálenia všetkých rezerv fosílnych palív (úplne vpravo; zdroj: Diffenbaugh a Field, 2013)

Rýchlosť klimatickej zmeny
Čo je však oveľa dôležitejšie než absolútna veľkosť samotného oteplenia, je rýchlosť klimatickej zmeny do konca 21. storočia (prípadne aj ďalej). Veľmi pravdepodobne pôjde o najrýchlejšiu zmenu globálnej klímy za posledných 65 miliónov rokov. A to dokonca aj pre prípad, že sa naplní „len“ najmenej pesimistický scenár vývoja globálnej teploty (podľa emisného scenára RCP2.6 s úrovňou koncentrácie CO₂ v roku 2100 okolo 450 ppmv, Obr. 8). Očakávané oteplenie do roku 2100 podľa RCP2.6 by bolo približne 10-krát rýchlejšie ako počas PETM (oteplenie o ~ 5 °C za menej ako 10 000 rokov), v prípade scenára RCP8.5 by išlo dokonca o zmenu 100-krát rýchlejšiu. A aby nezostali nepovšimnuté ani významne klimatické zmeny v posledných približne 20 000 rokoch, na okraj možno uviesť, že oteplenie pozorované v rokoch 1880-2005 je niekoľkonásobne rýchlejšie než napríklad to, ktoré ukončilo poslednú dobu ľadovú alebo „naštartovalo“ Stredoveké teplotné optimum (MCA – Medieval Climate Anomaly).

Zrejme ani netreba veľmi dlho uvažovať nad tým, ako zásadne táto bezprecedentne rýchla zmena klímy môže ovplyvniť stabilitu a biodiverzitu rastlinných a živočíšnych spoločenstiev na pevninách a v oceánoch už v priebehu nasledujúcich desaťročí. Približnú predstavu o rozsahu týchto dôsledkov možno vidieť na planéte už dnes. Teplomilné spoločenstvá migrujú do vyššie položených oblastí alebo bližšie k zemským pólom. Rýchlosť, s akou druhy migrujú a ako sa prispôsobujú novým klimatickým podmienkam, bude pritom postupne narastať (Obr. 9). Aj napriek očakávanej mimoriadnej rýchlosti zmeny klímy, väčšia časť druhov má potenciál sa jej prispôsobiť. Avšak, ako vieme, potenciál ani zďaleka ešte neznamená úspech. Globálna biosféra je dnes vystavená aj ďalším stresujúcim faktorom, ktoré môžu v budúcnosti jej celkovú adaptačnú schopnosť výrazne limitovať.

Obr. 9: (hore) Rýchlosť klimatickej zmeny [v km/rok] pre CMIP5 RCP8.5 scenár a pre obdobie 2081-2100 počítaná metódou identifikácie najbližšej lokality s budúcou teplotou porovnateľnou s referenčným stavom (starou klímou); (dole) rýchlosť klimatickej zmeny [km/rok] pre staršiu generáciu modelov CMIP3 a scenár SRES A1B počítaná metódou teplotných gradientov a trendov  (Zdroj: Diffenbaugh a Field, 2013)

Ľudstvo prinieslo na Zem fenomény, s ktorými sa planetárna biosféra vyrovnáva len s veľkými problémami. Znečisťovanie ovzdušia a oceánov, degradácia pôdneho fondu, odlesňovanie, strata vody v krajine, ničenie ekosystémov, rozširovanie technickej infraštruktúry, úbytok prírodného prostredia a v konečnom dôsledku aj samotné globálne otepľovania nútia všetky ostatné životné formy k ústupu do krajne izolovaných prírodných enkláv, odkiaľ už nieto takmer úniku. Dnes už vieme, že v minulosti sa živočíšne ale aj rastlinné druhy dokázali prispôsobiť aj pomerne rýchlym klimatickým zmenám (napr. počas udalosti PETM spred 55 milión rokmi), a to najmä vďaka migrácii. Dnes je takýto spôsob adaptácie, zvlášť pre suchozemské živočíchy, omnoho ťažší – žiaľ, vďaka všadeprítomnej ľudskej infraštruktúre – diaľnice, cesty, urbanizované oblasti, apod. Jediným prostredím, kde migrácia je zatiaľ ako-tak možná, je oceán (no vzhľadom na jeho značné znečistenie je aj táto skutočnosť trochu diskutabilná).

Rýchla zmena klímy v kombinácii s celým radom veľmi vážnych ekologických problémov už dnes vedie k vymieraniu, ktoré je približne 10 000-krát rýchlejšie než „dlhodobý normál“. A ako ukazuje výskum, najrýchlejšie je práve v izolovaných ostrovoch dosiaľ zachovanej prírodnej biosféry (napr. tropické pralesy v Kostarike či v JV Brazílii, atď.). Áno, hádate správne – komplexné formy života by si dokázali poradiť aj dnešnou mimoriadne rýchlou zmenou globálnej klímy, no už nie vo svete, ktorý sme tak zásadné pretvorili my, ľudia.

Literatúra

Diffenbaugh NS, Field CHB, 2013: Changes in Ecologically Critical Terrestrial Climate Conditions. Science, vol. 341, no. 6145, pp. 486-492. DOI: 10.1126/science.1237123. 
IPCC, in Climate Change 2007: The Physical Science Basis: Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, S. Solomon et al., Eds. (Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK and New York, 2007), pp. 1–21.

Zdroje

http://news.stanford.edu/news/2013/august/climate-change-speed-080113.html
http://library.wmo.int/opac/index.php?lvl=notice_display&id=15110
http://www.metoffice.gov.uk/news/releases/archive/2012/global-temperatures-2012
http://www.noaanews.noaa.gov/stories2013/20130806_stateoftheclimate.html
http://www.upi.com/Science_News/2013/07/29/New-study-highlights-possibility-of-runaway-greenhouse-effect-on-Earth/UPI-71421375131058/