Na ceste do pravekých treťohôr

Film Karla Zemana „Cesta do praveku“ má v sebe až ironickú nadčasovosť

Asi pred 17 miliónmi rokov sa na Zemi náhle oteplilo. Globálna teplota v priebehu niekoľkých tisícročí stúpla o 4 °C, hladina oceánov vzrástla o 40 metrov a zaľadnenie v Antarktíde ustúpilo natoľko, že pokrývalo len horské oblasti kontinentu. A aj napriek tomu, že paleoklimatológovia považujú toto oteplenie za rýchle, je len veľmi ťažko porovnateľné so súčasným, ľuďmi podmieneným globálnym otepľovaním, ktoré je minimálne 1000-krát rýchlejšie. Prečo nás ale toto obdobie tak zaujíma?

Obr. 1: Paleoklimatologická rekonštrukcia globálnej teploty v období posledných 65 miliónov rokov (Kenozoikum) podľa dostupných proxy údajov (jazerné a morské sedimenty, ľadovcové jadrá, atď.) - šípka ukazuje na náhle oteplenie v strednom miocéne, známe pod skratkou MMCO, ktoré na približne 3 milióny rokov zvrátilo dlhodobý trend ochladzovania (Zdroj)

Už je to celých 60 rokov, čo sa partia mladých chlapcov „na plátne kín“ rozhodla plaviť proti prúdu rieky a času do pradávnej histórie Zeme a postupne odhaľovať milióny rokov trvajúci vývoj, ktorým naša planéta prešla od svojho vzniku. Čím ďalej do minulosti výprava postupovala, tým bolo podnebie planéty teplejšie (názorné vysvetlenie toho, prečo to tak je, ponúka Obr. 1).

Karel Zeman možno vtedy ani netušil, ako nadčasovo jeho príbeh bude vyznievať dnes, kedy sa klíma Zeme v dôsledku ľudských aktivít rýchlo otepľuje. Pomyselne sa tým, podobne ako chlapci vo filme, akoby „vraciame“ do pradávnej histórie, s ktorou však už druh Homo sapiens sapiens nemá v podstate žiadnu bezprostrednú skúsenosť. A to je pre nás viac ako len problém.

Obr. 2: Pozorovaný (čierna) a očakávaný vývoj globálnej teploty podľa troch emisných scenárov do roku 2200 (Zdroj: AR5 IPCC)
 

Zvykne sa hovoriť, že história je kľúčom k porozumeniu budúcnosti. Asi by sme sotva našli vedecký odbor, v ktorom by sa tento výrok uplatnil viac ako v klimatológii. Nemalo by nás preto veľmi prekvapiť, že jednou z najdôležitejších úloh klimatológov, a hlavne paleoklimatológov, je pátrať po historických „klimatických“ analógoch – teda obdobiach s podobným charakterom globálnej (zmeny) klímy ako dnes – ktoré by nám ponúkli aspoň približnú predstavu o tom, čo možno očakávať od klimatických podmienok v prípade, že Zem sa bude v priebehu 21. storočia aj naďalej rýchlo otepľovať a globálna teplota bude nasledovať jeden z vyššie uvedených scenárov (Obr. 2).

V tejto súvislosti si tiež dovolím použiť jedno zjednodušenie: čím vyššie sa globálna teplota v budúcnosti nakoniec dostane, tým väčšiu prácu budeme musieť vynaložiť na to, aby sme v stále hlbšej minulosti nášli k tomuto otepleniu dostatočne vhodný analóg. O jednom z týchto časových analógov, ktorý by mohol byť z pohľadu celkového oteplenie (nie však z pohľadu rýchlosti zmeny) pre našu civilizáciu relevantný možno už o 150-200 rokov, sme písali v článku Posledné veľké otepľovanie (hyper-termálne obdobie známe pod skratkou PETM a nastalo pred 55 mil. rokmi; Obr. 1 a 3).

Obr. 3: Rekonštrukcia atmosférickej koncentrácie oxidu uhličitého na základe proxy údajov v období posledných 65 miliónov rokov - výrazný pokles množstva uhlíka v atmosfére od konca paleocénu bol zapríčinený vrásnením alpsko-himalájskej sústavy pohorí a intenzívnym chemickým zvetrávaním hornín, hlavne karbonátov (Zdroj)

K ďalšiemu podobnému, aj keď ani zďaleka nie tak kataklizmatickému otepleniu došlo uprostred geologickej éry zvanej miocén, pred približne 17 miliónmi rokov. Vtedy, v dôsledku veľmi intenzívnej vulkanickej činnosti, ktorá zasiahla veľkú časť severozápadu dnešných Spojených štátov amerických, vzrástla atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého (CO2) v priebehu asi 300 tisíc rokov z 400 na 500 ppm, to znamená asi 1200-krát pomalšie ako dnes. Celkové množstvo uhlíka, ktoré sa dostalo do atmosféry mohlo podľa odhadov dosiahnuť až 6 200 Gt (pre porovnanie, človek síce od začiatku priemyselnej revolúcie vypustil "len" 600 Gt uhlíka, no stihol to za neporovnateľne kratšiu dobu).

Dôsledky na seba nenechali dlho čakať. Globálne teplota sa zvýšila o približne 3 až 4 °C a hladina oceánov stúpla asi o 40 metrov. Pozoruhodné je aj to, že miocéne zvýšenie globálnej teploty pretrvalo minimálne 3 milióny rokov a prerušilo tak dlhodobý trend globálneho ochladzovania, zreteľného od začiatku eocénu. (Ako vidieť aj z Obr. 1 a 3, ochladzovanie počas prevažnej časti Kenozoika viedlo k celkovému ochladeniu o približne 16 °C a malo dve hlavné fázy - prvá, ktorá sa odohrala v eocéne a na začiatku oligocénu, bola spôsobená najmä postupným úbytkom uhlíka v atmosfére a prvým výrazným zaľadnením Antarktídy, druhá, ktorá nasledovala po skončení miocénnej teplej periódy a trvala až do holocénu, bola zapríčinená zmenami oceánskeho prúdenia - izoláciou Antarktídy a spojením Severnej a Južnej Americky v priestore Panamskej šije.)

Toto veľmi teplé obdobie, s teplotami o približne 5 °C vyššími ako dnes, sa zvykne označovať ako klimatické optimum stredného miocénu (angl. „Mid Miocene Climate Optimum“ – MMCO). Obdobie MMCO je pre súčasnosť minimálne rovnako dôležité ako hyper-termálna epizóda PETM, keďže z pohľadu koncentrácie CO2 sa začína súčasná atmosféra veľmi rýchlo približovať atmosfére stredného miocénu (Zdroj). To ale nie je všetko! Relevantnosť MMCO spočíva ale v tom, že niektoré z dnes akceptovaných scenárov IPCC počítajú v extrémnom prípade s oteplením o spomínaných 5 °C už do konca tohto storočia, čím by sme "hothouse" stredného miocénu mohli dosiahnuť niekoľko tisíc krát rýchlejšie ako počas MMCO. Fakty sú na stole a ako vidieť, aj v tomto prípade hrajú v náš neprospech.

Obr. 4: Predpokladaný vývoj atmosférickej koncentrácie CO2eq do roku 2100 (Zdroj: AR5 IPCC) 

Ako sme uviedli už vyššie, zásadný rozdiel medzi súčasným otepľovaním a MMCO je v rýchlosti zvyšovania množstva uhlíka v atmosfére. Ľudia dnes produkujú skleníkové plyny tempom, ktoré nemá v histórii Zeme obdobu. Ročne sa globálna koncentrácia CO2 zvyšuje o viac ako 2 ppm a dokonca aj veľmi optimistický emisný scenár RCP4.5 počíta s tým, že hodnotu 500 ppm dosiahneme už v polovici tohto storočia (podľa RCP8.5 by k tomu došlo ešte pred rokom 2040; ak ale berieme do úvahy aj vplyv ďalších skleníkových plynov, je potrebné počítať s oveľa skorším dosiahnutím 500 ppm - pravdepodobne už v období rokov 2020-2030; Obr. 4). To by jednoducho znamenalo, že atmosféru podobnú tej z miocénu veľmi pravdepodobne zažije ešte väčšina z nás!

Určite vás ale zaujíma aj to, ako napríklad klíma či prírodné prostredie počas obdobia stredného miocénu vyzerali povedzme v Európe. Niečo sme naznačili už vyššie, poďme sa ale teraz pozrieť na niekoľko detailov.

Obr. 5: Európa stredného miocénu - paleogeografická mapa Európy a priľahlej časti Afriky a Ázie zobrazuje rozloženie pevniny a morí v období pred 13 mil. rokmi (Zdroj) 

Európa sa v období MMCO už nachádzala približne v rovnakej pozícii a na rovnakej geografickej šírke ako dnes. Väčšia časť južného Slovenska bola zaliata teplým morom, ktoré k nám zasahovalo z dnešnej čiernomorskej oblasti. Ako ukazuje aj mapka na Obr. 5, pravdepodobne nebolo spojené so Stredozemným morom, ktoré bolo nielen väčšie ako to dnešné, ale naviac bolo prepojené aj s Indickým oceánom. (Zaliatie morom Slovensku síce nehrozí ani pri naplnení najhorších klimatických scenárov, no ak si uvedomíme, že počas MMCO na Zemi takmer neexistovalo kontinentálne zaľadnenie, a to dokonca ani v západnej Antarkríde či Grónsku, so zrýchľujúcim sa ústupom ľadovcov v polárnych oblastiach treba počítať už aj v priebehu tohto storočia.) 

Priemerná ročná teplota mohla byť v priestore strednej Európy o približne 8 až 12 °C vyššia ako dnes. Podobné klimatické podmienky by sme dnes našli napríklad na pobreží Mexického zálivu či na južnej Floride. Tomu odpovedal aj charakter vtedajšej fauny a flóry. Vzhľadom a vlhkú a teplú klímu prevládali u nás teplomilné a vlhkomilné subtropické lesy, podobné tým, aké by sme v súčasnosti našli v Louisiane na juhu USA alebo v južnej Číne či na Floride.

Obr. 5: Atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého na observatóriu Mauna Loa v období od apríla 2013 do marca 2015 - aj keď CO2 podlieha veľmi výrazným sezónnym zmenám, v jeho ročnom chode je nápadný veľmi rýchly rast maximálnych a minimálnych koncentrácií - v máji a júni tohto roku sa priblížime k 405 ppm, čo je už hodnota presahujúca prirodzenú premenlivosť množstva tohto plynu za posledných minimálne 5 miliónov rokov (Zdroj) 

Vieme si vôbec takto zásadnú a rýchlu zmenu klimatických a prírodných podmienok v rámci jediného storočia v Európe predstaviť? Ak aj áno, potom nevyhnutne treba počítať aj s ďalšími dôsledkami, ktoré takto rýchla zmena prinesie, zvlášť pre biosféru a ľudskú spoločnosť. Inak povedané, ak k tomuto rýchlemu otepľovaniu dôjde, pre veľkú časť rastlinných a živočíšnych druhov bude výsledná zmena environmentálnych podmienok jednoducho znamenať „konečnú“.

Dôvodov myslieť si to je hneď niekoľko. Prvým a celkom zásadným faktom je to, že súčasná zmena prebieha výrazne rýchlejšie ako tá v období MMCO, kedy biosféra mala dostatočný čas sa vhodne adaptovať na všetky prichádzajúce zmeny. Navyše, žiadne významné prekážky pre migráciu druhov v tom čase neexistovali, určite nie podobného charakteru ako dnes. Neexistovali žiadne mestá, diaľnice či železničné trate. Okrem toho, morský život nebol vystavený tak veľkému množstvu súčasne pôsobiacich stresových faktorov ako dnes (rybolov, znečistenie, rast kyslosti vody, atď.).

Obr. 6: Dokáže sa moderná civilizácia prispôsobiť veľkej rýchlosti klimatickej zmeny, ktorá nás veľmi pravdepodobne v priebehu 21. storočia čaká?

A čo ľudia a ich adaptabilita? V dnešnej dobe znižujúcej sa dostupnosti prírodných zdrojov a stále rastúcej svetovej populácie je takmer nemožné si predstaviť, že niekoľko miliárd ľudí budeme jednoducho schopní presťahovať do oblastí, kde sa bude dať žiť. Už v dnešnej dobe migruje v dôsledku klimatickej zmeny trojnásobne väčšie množstvo ľudí ako kvôli vojnovým konfliktom, čím sa problém klimatických utečencov stáva stále naliehavejším.

Ako vidieť, paleoklimatologický výskum nám stále častejšie pripomína, že nech už boli historické zmeny klímy akokoľvek náhle, tá súčasná je z hľadiska rýchlosti v porovnaní s predošlými stále o niekoľko krokov vpredu. Nemusíme ani polemizovať o tom, či ju Zem a biosféra prežijú. Dôležitejšou otázkou je, či ju nakoniec prežije ľudský druh. (Pozri nižšie video)
 

Zdroje
Why the Miocene Matters (and doesn’t) Today
http://www.skepticalscience.com/Why_the_Miocene_Matters.html
Európa a svet na prahu rýchlej zmeny klímy
http://climatemap.blogspot.cz/2015/03/europa-svet-na-prahu-rychlej-zmeny-klimy.html
Nekontrolovateľný skleníkový efekt na Zemi – realita alebo science fiction? 
http://climatemap.blogspot.cz/2014/02/nekontrolovatelny-sklenikovy-efekt-na.html
Entering the Middle Miocene — CO2 Likely to Hit 404 Parts Per Million by May
https://robertscribbler.wordpress.com/2015/03/11/entering-the-middle-miocene-co2-likely-to-hit-404-parts-per-million-by-may/ 
CO2 Now.org
http://co2now.org/
Paleoclimate vegetation maps
http://earlywarn.blogspot.cz/2012/01/more-paleoclimate-vegetation-maps.html 
Middle Miocene climate instability associated with high-amplitude CO₂ variability
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2014PA002653/abstract 
Miocene Climatic Optimum 
http://descentintotheicehouse.org.uk/tag/miocene-climatic-optimum/
Sea level and ice volume variations
http://www.tos.org/oceanography/archive/24-2_miller.pdf
A Faustian Bargain on the Short Road to Hell: Living in a World at 480 CO2e
https://robertscribbler.wordpress.com/2014/03/05/a-faustian-bargain-on-the-short-road-to-hell-living-in-a-world-at-480-co2e/ 

Čakajme neočakávateľné

Realita dopadov extrémov počasia

Nárast extrémnosti počasia na celej Zemi v období posledných dvoch dekád nie je ani zďaleka len o subjektívnom pocite ľudí. Dnes už mnohé odborné štúdie analyzujúce meteorologické merania zo všetkých kontinentov prichádzajú k záveru, že niektoré typy extrémneho počasia – vlny horúčav, povodne, extrémne zrážky či sucho – prichádzajú skutočne nie len častejšie, ale sú aj výraznejšie vo svojich prejavoch či dopadoch na ekonomiku, zdravie a úmrtnosť ľudskej populácie alebo stabilitu prírodných spoločenstiev. Niektoré závery klimatológov idú dokonca ešte ďalej a poukazujú na to, že nebyť globálneho otepľovania, k mnohým týmto extrémom by nedošlo alebo by sa neprejavili v tak výraznej forme.

Obr. 1: Záber z meteorologickej družice Meteosat na výraznú a hlbokú tlakovú níž (cyklónu) približujúcu sa k pobrežiu Veľkej Británie dňa 13.2.2013 (Zdroj: EUMETSAT)

Tí z vás, ktorí ešte stále krútite neveriacky hlavou a odmietate akceptovať realitu toho, že klimatická zmena nie je ani zďaleka len o zvyšovaní globálnej teploty, ale má žiaľ aj celý rad menej príjemných dôsledkov, skúste sa ešte pred tým, ako si o tomto probléme vytvoríte vlastný názor, pozrieť na celosvetové štatistiky počtu poistných udalostí či klimatologických analýz extrémnych anomálií počasia (viaceré zdroje sú uvedené tu). Už pri prvom pohľade do týchto materiálov vám musí byť jasné, že to nie je „len“ dôsledok zvýšeného záujmu médií o extrémy v posledných rokoch, lepších možností pozorovania extrémov v stále dostupnejších oblastiach planéty alebo rastúcej komplexnosti a rozsahu našej spoločnosti, ktorá sa čoraz častejšie dostáva do priamej interakcie s extrémnymi hydro-meteorologickými fenoménmi. Prejavy a dôsledky extrémneho počasia sa evidentne zhoršujú všade na Zemi, a preto ak sa v priebehu tohto storočia nepokúsime priebeh klimatickej zmeny zmierniť zásadným odklonom našej spoločnosti od využívania fosílnych palív, extrémy počasia a najmä ich dôsledky veľmi pravdepodobne dosiahnu úroveň, na ktorej už akýkoľvek pokus o účinnú adaptáciu bude skôr pripomínať ilúziu ako reálnu možnosť.

Takmer učebnicový príklad situácie, kedy vzájomné pôsobenie viacerých extrémov znemožňuje akúkoľvek adaptáciu, sa nám v poslednom období ponúka priamo v Európe, len na skok od jej západného pobrežia. Veľká Británia už takmer dva mesiace bojuje s abnormálne extrémnym počasím. Od minuloročných Vianoc sa cez Britské ostrovy prehnalo už niekoľko veľmi výrazných a hlbokých cyklón (Obr. 1), ktoré priniesli obyvateľom ostrovov nie len veľmi veterné počasie, ale aj značné, a na toto ročné obdobie aj abnormálne množstvo zrážok. Výsledkom sú veľmi rozsiahle povodne, ktoré pomaly ale isto nadobúdajú historické proporcie (Obr. 3). A ako by toho nebolo dosť, frekvencia cyklón prichádzajúcich z Atlantického oceánu sa v priebehu februára 2014 zreteľne zvýšila, čo znamená pre britskú ekonomiku len jedno – čas na „zotavenie“ sa z extrémov sa neustále skracuje a rozsah škôd tak narastá (Obr. 2). 

Obr. 2: Morský príboj na pobreží juhozápadného Anglicka v blízkosti mesta Dawlish spôsobil vážne škody na miestnej infraštruktúre a dopravných systémoch

Pozoruhodný je tiež fakt, že štyri z piatich najdaždivejších rokov vo Veľkej Británii sa vyskytli od roku 2000, a v tom istom období klimatológovia zaznamenali aj sedem najteplejších rokov histórie. Táto „podivná“ zhoda okolností žiaľ nie je ani zďaleka len obyčajná náhoda. Vzťah medzi vyššou teplotou atmosféry a intenzívnejšími zrážkami potvrdzujú nie len empirické merania na celom svete, ale vyplývajú aj z jednoduchého fyzikálneho zákona. A ten hovorí, že s rastúcou teplotou rastie aj maximálny obsah vodnej pary v atmosfére, a to exponenciálne, čo znamená, že pri vhodných poveternostných podmienkach môže pri vyššej teplote spadnúť na zemský povrch väčšie množstvo vody (ak berieme do úvahy všetky relevantné fyzikálne veličiny, môže to byť aj o 50 % viac). Vyšší obsah vodnej pary však vedie v atmosfére k ešte jednému fenoménu – všetky procesy, súvisiace najmä s fázovými zmenami vody a premenou energie, sú dynamickejšie. Prejavuje sa to hlavne väčšou dynamikou tlakových níží (cyklón), čo nakoniec vedie k vyšším rýchlostiam vetra a intenzívnejším zrážkam. V kombinácii s rastúcou hladinou Atlantického oceánu, predovšetkým v oblasti prielivu La Manche, môžu byť dôsledky v podobe záplav pobrežných oblastí, ale aj povodní vo vnútrozemí, veľmi závažné. A príkladom je aj tohtoročná zima (Obr. 3). (Ak ale „zalistujete“ vo svojej pamäti, určite si spomeniete aj na to, že podobné problémy má Veľká Británia už niekoľko rokov, a to nie len v zime)

Obr. 3: Rozsah povodní v oblasti JZ Anglicka (Burrowbridge, juhozápadne od Bristolu) je v priebehu tohtoročnej zimy mimoriadny (Zdroj)

O extrémy nie je ale núdza ani u nás v strednej Európe. Tohtoročná zima na Slovensku či v Českej republike sa celkom určite zaradí medzi najteplejšie v histórii meteorologických pozorovaní. Ak to trochu preženieme, možno si na toto obdobie budeme pamätať ako na rok, kedy „neprišla zima“. Mohli by sme ale menovať aj ďalšie regióny sveta – USA, Austrália, Brazília, Filipíny či Argentína – či už je to extrémne sucho, extrémne zrážky alebo mimoriadne teplo, mnohé z týchto situácií sa nedejú len tak – ich výskyt, ale aj extrémnosť sa vyznačujú veľkým množstvom spoločných znakov. A okrem toho sú natoľko zriedkavé, že ich výskyt je zo štatistického pohľadu „možný“ väčšinou len raz za niekoľko 100 až 500 rokov. Problémom je teda to, že takto zriedkavé udalosti registrujeme v posledných dvoch dekádach v jednotlivých regiónoch viac ako by bolo normálne. (Niektoré typy extrémov, ktoré sa ešte pred 50 rokmi vyskytovali s dobou opakovania raz za 100 rokov, sa dnes vyskytujú raz 50, či dokonca 20 rokov) A čo s týmto problémom môžeme robiť?

Okrem toho, že sa na častejšie extrémy a napríklad aj na vyššie teploty v priebehu zimy či leta môžeme adaptovať (otázkou je, či aj úspešne), bolo by nakoniec rozumne sa „zamyslieť“ aj nad príčinami súčasného stavu, ktorý sa zdá byť z dlhodobého hľadiska doslova neudržateľný. Od polovice 20. storočia vzrástla globálna teplota o 0,7 °C (!). Zdá sa vám to akosi málo? Omyl! Ide o zatiaľ jednu z najrýchlejších, ako nie vôbec najrýchlejšiu zmenu globálnej klímy v známej geologickej histórii Zeme. Dnes je už tiež viac ako kedykoľvek v priebehu posledného storočia jasnejšie, že toto rýchle otepľovanie sme si spôsobili predovšetkým my, ľudia. A ak v tomto ovplyvňovaní celosvetovej klímy nepoľavíme, je celkom reálne, že sa ešte v priebehu tohto storočia dožijeme ďalšieho, dokonca ešte rýchlejšieho oteplenia o minimálne 4 °C. Ak by sa nakoniec oteplilo len o polovicu tejto hodnoty, planéta sa „teplotne“ vráti o približne 115 000 rokov nazad, do obdobia predposlednej medziľadovej doby, kedy hladiny oceánov boli o minimálne 5 metrov vyššie ako dnes a podstatná časť grónskeho ľadovca bola „rozpustená v severnom Atlantiku“. Takéto oteplenie (o 2 °C) by sme však mohli zažiť už niekedy na začiatku druhej polovice tohto storočia. Čo je ale ešte podstatnejšia informácia, takto rýchle otepľovanie so sebou prinesie veľmi vážne problémy, ktoré budú ďaleko presahovať hranice národných štátov – masovú migráciu obyvateľstva z najviac postihnutých oblastí, vojenské konflikty o vodu, zdroje a potraviny, atď.

Ďalšou veľkou hrozbou pre nás je aj reálna možnosť tzv. náhlej zmeny klímy (abrupt climate change). Ako nakoniec vieme aj z paleoklimatologického výskumu, globálna klíma nemala takmer nikdy tendenciu pri prechodoch z jedného termálneho stavu do druhého meniť sa pomaly a postupne, ale naopak rýchlo a náhle. História je doslova plná takýchto náhlych skokov v klimatických podmienkach. Pokiaľ k takejto situácii v priebehu tohto storočia dôjde, adaptovať sa na ňu bude pre našu komplexnú spoločnosť veľmi problematické. Máme skutočne v tomto zmysle očakávať neočakávateľné? Viac ukazuje nasledujúce video.

Riešení, ako prebiehajúcu klimatickú zmenu zmierniť a ako sa jej prispôsobiť je hneď niekoľko a rozhodne nie všetky sa dotýkajú "len" samotnej adaptácie. Znižovanie našej závislosti na využívaní fosílnych palív cez efektívne a rozumné znižovanie spotreby energie, na osobnej ako aj národnej či globálnej úrovni by malo byť tým prvým zásadným krokom. Ďalším prístupom je zavádzanie nízkouhlíkových technológií vo všetkých oblastiach hospodárstva, dopravy či služieb. Potenciál zavádzania takýchto systémových zmien tu je, stačí už len politická vôľa ich presadiť a presvedčenie už bežných ľudí, že podobné kroky majú zmysel a dokonca sa vyplatia aj z ekonomického, nie len ekologického, hľadiska. O tomto všetkom trochu komplexnejšie pojednáva aj komentár Nikolasa Sterna na stránkach The Guardian.  

Klimatická zmena v Arktíde prebieha doslova pred očami

Metán z Arktídy je časovanou bombou klimatickej zmeny

Arktída ma za sebou nielen zaujímavý rok (2012), ale celkom určite aj ešte zaujímavejšiu zimu. Bola opäť nielen teplejšia ako dlhodobý normál, ale k jej koncu sme v mnohých častiach Arktídy zaznamenali niekoľko pozoruhodných fenoménov, ktoré nasvedčujú tomu, že klimatická zmena sa tu dostáva do svojej ďalšej fázy. Povedzme, že tej rýchlejšej. Podľa niektorých klimatológov a environmentalistov sa v Arktíde začínajú vypĺňať tie najhoršie možné scenáre, ktoré počítajú so zapojením všetkých doposiaľ známych pozitívnych spätných väzieb (ide o odozvy klimatického systému, ktoré majú tendenciu iniciálne otepľovanie zosilňovať). Najväčšie obavy v tomto smere vzbudzuje plyn, ktorý vzniká nielen pri topení permafrostu v tundre, ale, a to je ešte horšie, začína vo veľkých množstvách unikať aj z podmorských sedimentov klatrátov (hydrátov). Reč je samozrejme o metáne (CH₄). Na okraj len poznamenajme, že v prvej polovici marca 2013 dosiahlo množstvo unikajúceho metánu z kontinentálneho šelfu na euroázijskej strane Arktídy rekordné hodnoty. 

Obr. 1: Horiaci metán unikajúci spod ľadu jazera v sibírskej tajge (Foto: Todd Paris, Zdroj)

Obr. 2: Na konci februára a v priebehu marca 2013 došlo v oblasti severne od Aljašky a Kanady k rozsiahlemu odlamovaniu morského ľadu (Zdroj: NSIDC a Climate Central)

 

Rýchly ústup arktického zaľadnenia

S metánom, a nielen s ním, však súvisí aj ďalší problém, ktorého prejavy bolo možné na konci arktickej zimy sledovať doslova v „priamom prenose“ z meteorologických družíc. V druhej polovici februára a na začiatku marca 2013 začal inokedy kompaktný a solídny povrch morského ľadu praskať v celej rozsiahlej oblasti Beaufortovho mora severne od Aljašky a Kanady. Poviete si, náhoda. V priebehu marca sa však rozlamovanie rozšírilo na takmer celú zimnú plochu zaľadnenia, čo viedlo nakoniec k tomu, že celý obrovský blok siahajúci od pobrežia Kanady a Grónska až po náprotivnú stranu pri brehoch Sibíri sa začal otáčať v smere pohybu hodinových ručičiek, čo v tomto ročnom období nie je zvykom. Takto rozsiahle rozlamovanie ľadu, ešte pred samotným príchodom jari, nebolo doteraz v Arktíde pozorované, minimálne nie v období 1979-2012.

 

Obr. 3: K situácii v Beaufortovom mori (červený krúžok) došlo pravdepodobne aj kvôli absencii viacročného ľadu v blízkosti pobrežia severnej Aljašky - ten je jasne identifikovateľný počas troch predošlých zím (v modrých rámčekoch) - viacročný ľad v tejto oblasti vytváral nárazníkovú zónu pre teplejšie morské prúdy prichádzajúce z oblasti Pacifiku (Beringovho mora; Zdroj)

 

Obr. 4: Plocha morského zaľadnenia v septembri (mil. km²) podľa klimatických predpovedných modelov (CMIP-3) a skutočnosti (červená línia; Zdroj)

A prečo k tomu došlo? Odpoveď je celkom jednoduchá. Ak si odmyslíme cirkulačné alebo iné, skôr poveternostné faktory, rozhodujúcou mierou k tomu prispela najmä celková „kondícia“, alebo inak povedané, stabilita plávajúcej ľadovej masy, a tá je dosť závislá od veku ľadu. Čím je ľad starší, teda spravidla aj objemnejší a hrubší, tým má na vlniacej sa morskej hladine väčšiu stabilitu. Nedokážu ho rozbiť ani silné zimné cyklóny. Viacročného ľadu však v Arktíde rýchlo ubúda, a nahradzuje ho menej stabilný jedno, v najlepšom prípade dvojročný ľad. Ešte v roku 1987 tvoril ľad s minimálnym vekom 5 rokov viac ako polovicu celého objemu morského ľadu (57 %). V roku 2007 to bolo už len 7 %, pričom, napríklad 9-ročný ľad nebol z družíc už takmer vôbec detekovateľný. Väčšiu časť súčasnej Arktídy tak tvorí pomerné tenký a menej stabilný ľad, ktorý dokáže popraskať už po prechode prvej intenzívnejšej cyklóny.

Rýchle otepľovanie kontinentálnych okrajov Arktídy a výrazný úbytok podielu viacročného ľadu majú za následok aj ďalší, stále sa zrýchľujúci a oveľa nápadnejší trend - plošný ústup polárneho zaľadnenia. Satelitné merania od roku 1979 potvrdzujú, že plocha morského ľadu klesá rýchlosťou 12-13% za desaťročie a tento pokles sa stále zrýchľuje. Pritom rýchlosť s akou sa tak deje v posledných rokoch prekvapuje dokonca aj samotných vedcov. Ako sme uviedli už v jednom z predošlých textov bilancujúcich klimatické pomery minulého roku, plocha plávajúceho morského ľadu sa začiatkom septembra 2012 dostala na nové historické minimum (tou históriou sa myslí opäť obdobie 1979-2012). V porovnaní s uvedeným obdobím sa plocha zaľadnenie znížila o viac ako 50%, na 3,41 mil. km². K tomuto poklesu neprispeli len nadnormálne vysoké teploty v Arktíde, ale aj vcelku neštandardné cirkulačné podmienky v priebehu leta 2012.

Obr. 5: Arktický morský ľad v oblasti ostrova Ellsmere v severnej Kanade (Zdroj) 

Obr. 6: Satelitné zábery pohybu morského ľadu ukazujú, že ľad opúšťa Arkídu najmä cez Dánsky prieliv v priestore medzi Islandom a východným pobrežím Grónska (Zdroj)

Dlhodobé zmeny zaľadnenia v Arktíde

S pomerne vysokou istotou vieme povedať, že arktický plávajúci ľad v lete bol pomerne stabilný najmenej od začiatku minulého storočia. Priemerný rozsah ľadu v období leta (jún-september) bol približne 11 miliónov km² a v druhej polovici minulého storočia s pokračujúcim otepľovaním začala plocha ľadu klesať na dnešných približne 5-6 miliónov km². Výskum analyzujúci rozsah zaľadnenia za posledných 1450 rokov ukazuje, že plocha zaľadnenia sa v lete v tomto období pohybovala v rozmedzí 9 až 11 miliónov km² a tiež, že súčasný úbytok ľadu je minimálne za toto obdobie najrýchlejší a bezprecedentný. Okrem indikátorov, ktoré nám poskytujú informácie o zaľadnení Arktídy v minulosti, ako sú sedimenty na morskom dne a pri pobrežiach Arktídy a Grónska, pobrežná vegetácia, či samotné ľadovce, nepriamu informáciu o zaľadnení nám poskytujú aj teploty vzduchu v tejto oblasti. Posledná rekonštrukcia teploty v Arktíde ukazuje, že súčasné teploty sú o viac ako 1-1,51 °C vyššie, ako kedykoľvek v období za posledných najmenej 2 tisíc rokov.

Obr. 7: (a) Rekonštrukcie globálnej teploty podľa viacerých zdrojov pre obdobie Holocénu v rámci obdobia posledných 12 000 rokov (Zdroj); (b) odchýlky priemernej ročnej teploty vzduchu v oblasti severného Atlantiku od roku 1805 (Zdroj: Wood et al. 2010)

Najbližším kandidátom, kedy Arktída mohla byť v lete dlhodobejšie takmer bez zaľadnenia, sa zdá byť obdobie pred približne 6-7 tisíc rokmi. Analýza sedimentov na pobreží severného Grónska poukazuje na to, že v tomto období bolo teplejšie ako dnes a pobrežie obmývala v tom čase morská voda. Stále to však neposkytuje definitívny dôkaz o tom, že celá oblasť Arktídy bola v lete bez zaľadnenia. Ďalším najbližším kandidátom mohlo byť obdobie začiatku Holocénu, teda obdobie pred asi 10 tisíc rokmi, kedy bola v letnom období vyššia slnečná aktivita, ako dnes, avšak v zime bolo naopak chladnejšie.

Pri pokračovaní výpravnej cesty do minulosti sa najbližším kandidátom stáva posledná doba medziľadová pred približne 125 tisíc rokmi (Eemián), kedy boli globálne teploty vyššie približne o 1-2 °C a hladiny svetových oceánov boli vyššie približne o 4 až 8 metrov. Teploty v Severnom Grónsku boli v priemere o 5-8 °C vyššie. Ani tu však vedci zatiaľ nemajú definitívny dôkaz, že Arktída bola naozaj bez zaľadnenia. A ak by sme chceli hľadať ďalšieho najbližšieho kandidáta, museli by sme ísť až milión rokov do minulosti, keď doby medziľadové boli v priemere chladnejšie, ako počas Eemiánu. V istotou však vieme, že Arktída bola príliš teplá v strednom Pliocéne, teplom období pred 3,3 a 3 milión rokmi, kedy bol Severný ľadový oceán v letnom období teplejší o 10 až 18 °C. Ak sa vám tieto teploty zdajú so súčasnosťou neporovnateľné, opak je pravdou. Takéto teploty totiž môžu v Arktíde znovu panovať už do konca tohto storočia, ak bude pokračovať trend nárastu obsahu skleníkových plynov v atmosfére.

 

Obr. 8: Rekonštrukcia rozsahu morského zaľadnenia (červená) a povrchovej teploty v Arktíde v období posledných 1450 rokov podľa Kinnnard et al. 2011 (Zdroj)

Rýchlosťou, akou ubúda Arktický ľad dnes, sa každým rokom dostávame ďalej a ďalej do menej známej geologickej minulosti Zeme, s ktorou nemá druh Homo Sapiens skúsenosť. Ale nielen to. Rýchlosť, akou súčasné zmeny prebiehajú, takisto nemajú paralelu v známej minulosti Zeme.

Prečo sa Arktída otepľuje rýchlejšie

Vráťme sa ale na chvíľu ešte k samotnému nárastu teplôt. Jedným z hlavných problémom arktického klimatické systému je, že sa otepľuje rýchlejšie ako zvyšok sveta (Obr. 9). V priebehu druhej polovice 20. storočia sa niektorého jeho regióny, ako napr. severné pobrežie Aljašky, oteplili aj o viac ako 2 °C. A prečo tomu tak je? Môže za to jav známy tiež pod odborným označením Arktický/ Polárny zosilňujúci efekt (Arctic/Polar amplification effect - APAE), pri ktorom výsledný nárast priemernej teploty, na ktorého začiatku stojí iniciálne otepľovanie v dôsledku vyššej koncentrácie oxidu uhličitého (CO₂) v atmosfére, urýchľujú aj ďalšie fyzikálne mechanizmy, ako napríklad „albedo-efekt“ zemského povrchu (vysvetlíme nižšie). Klimatické modely všeobecnej cirkulácie atmosféry (GCMs) počítajú s tým, že po započítaní účinku APAE efektu sa prevažná časť Arktídy bude v 21. storočí aj naďalej otepľovať, a to dokonca ešte rýchlejšie ako doposiaľ. Stredný odhad predpokladá zvýšenie priemernej ročnej teploty až o 8°C. 

 

Obr. 9: (hore) Odchýlky ročnej priemernej teploty vzduchu vo vybraných regiónov Zeme za obdobie 1880-2012 podľa údajov GISS NASA (odchýlka priemernej T pre oblasť Arktídy podlieha najväčšej variabilite, no vykazuje aj najvýraznejší trend otepľovania; (dole) priemerná ročná teplota v Arktíde podľa GISTEMP a UAH

Len pre zaujímavosť pripomíname, že súčasné otepľovanie ukončilo v Arktíde asi 2000 rokov dlhé obdobie ochladzovania. A pre úplnosť ešte dodáme, že podobne výrazne otepľovanie bolo hlavne v euroatlantickom sektore Arktídy pozorované už v 20. rokoch minulého storočia (oteplenie bolo najvýraznejšie v oblasti Špicbergov). Jeho príčiny nie sú dodnes celkom uspokojivo vysvetlené, no výskum zatiaľ poukazuje na významnejšiu úlohu meniacej sa cirkulácie v priestore severného Atlantiku, ako radiačného pôsobenia CO₂. 

Obr. 10: Jedoduchá schéma jednej z pozitívnych spätných väzieb (Albedo-efekt; Zdroj)

Čo sa teda v Arktíde skutočne deje? Zdá sa, že okrem iniciálneho otepľovania kvôli rastúcej intenzite skleníkového efektu, tu pôsobia aj nejaké ďalšie fyzikálne procesy, ktoré zvyšovanie teploty urýchľujú (zosilňujú). Medzi najznámejšie zosilňujúce väzby patrí už spomínaný „albedo-effect“ (Obr. 10), ktorý možno jednoducho vysvetliť asi takto: otepľovanie vzduchu vedie k roztápaniu/ústupu snehu a ľadu. V prípade, že sneh alebo ľad pokrýva zemský povrch, jeho prirodzene vysoké albedo zabezpečuje, že prevažná časť slnečného žiarenia sa odrazí späť do atmosféry a kozmického priestoru bez toho, aby prispel k ohrievaniu povrchu či atmosféry (pri čerstvom snehu to môže byť aj viac ako 90-95 % žiarenia). V prípade, že sneh alebo ľad na zemskom povrchu chýba – a to najmä v teplejšej časti roka, pri väčšom uhle dopadu slnečného žiarenia – a nahradí ho tmavší povrch pôdy alebo morskej vody (v závislosti od povrchu menej ako 30 %, pri vode aj menej ako 10 %), zemský povrchu absorbuje väčšie množstvo žiarenia a to znamená, že sa aj viac ohreje. Ohriaty povrch výraznejšie zohrieva prízemné vrstvy vzduchu a dochádza tak k rýchlejšiemu nárastu jeho teploty. Zatiaľ najnovší výskum naznačuje (A Decomposition of Feedback Contributions to Polar Warming Amplification), že spätná väzba zo strany albeda zemského povrchu (albedo feedback) je najvýznamnejším príspevkom k polárnemu zosilňujúcemu efektu - rýchlemu arktickému otepľovaniu.

Rýchly ústup nielen morského zaľadnenia, ale aj snehovej pokrývky v jarnom období vedie k zásadným zmenám (rastu) veľkosti toku tepla zo zemského povrchu do atmosféry, a tým aj k rýchlejšiemu otepľovaniu, ako napríklad v iných častiach sveta. Takto nejako funguje „Arctic/Polar amplification effect“ v tvrdej realite. Nie je to však ani zďaleka jediný príklad silnej pozitívnej spätnej väzby v oblasti Arktídy.

Obr. 11: Zmeny pohlcovania (absorbcie) priameho slnečného žiarenia povrchom morského ľadu a oceánom v rokoch 1980 a 2010. Tenší ľad s početnejšími jazierkami roztopenej vody úrýchľuje oteplovanie vody pod ním (Zdroj); dole - jazierka roztopenej vody pokrývajúce súvislý povrch morského ľadu (Foto: Don Perovich; Zdroj)

Fyzikálny mechanizmus jednej z novšie objavených bol prednedávnom odhalený (kvantifikovaný) priamo na povrchu plávajúceho morského ľadu (Obr. 11). A o čo ide? Teplejší vzduch nad povrchom ľadu vedie k jeho topeniu. Voda z topenia však neodteká priamo do oceánu, ale po istú dobu zotrváva na povrchu ľadu a sústreďuje sa do menších alebo väčších jazierok. Nedávny výskum, ktorý sa zameral na meranie toku tepla a dlhovlnnej radiácie pod morským ľadom naznačil, že práve kvôli prítomnosti vody na povrchu ľadu sa samotný ľad topí nielen rýchlejšie (zvyšovaním absorbcie tepla z priameho slnečného žiarenia), ale okrem toho je aj schopný prepúšťať väčšie množstvo tepla smerom do oceánu. Vedci si doposiaľ mysleli, že pozitívna väzba otepľovania zo strany oceánu (oceán má totižto výrazne nižšie albedo ako plávajúci ľad a je teda schopný prijať viac tepla zo slnečného žiarenia) funguje najmä vtedy, ak je plávajúci ľad takmer 100-percentne nahradený voľnou hladinou. Teraz sa ale zdá, že uvedený efekt zosilňujúci otepľovanie vstupuje do hry oveľa skôr. Dôsledky tohto procesu sú alarmujúce – viac prepusteného tepla cez ľadovú masu neznamená len viac tepla a energie v oceáne, ale aj rýchlejšie topenie ľadu odspodu.

Obr. 12: Odchýlky teploty vzduchu v období od októbra 2011 do septembra 2012 v porovnaní s normálom 1981-2010; ako vidieť k najväčším pozitívnym teplotným anomáliam dochádza v oblastiach Severného ľadového oceánu v priestore s dlhodobou absenciou morského ľadu počas teplého polroku (Zdroj)

Ako vidieť, rýchlejší ústup morského ľadu nie je len dôsledkom rastúcej teploty morských prúdov, privádzajúcich teplejšiu vodu z trópov a miernych šírok, alebo zvyšujúcej sa teploty vzduchu, ale aj procesov, ktoré sa odohrávajú priamo na jeho povrchu. Nie je asi žiadnym prekvapením, že fyzikálne obdobný mechanizmus bol pred niekoľkými rokmi identifikovaný aj na povrchu grónskeho kontinentálneho ľadovca, kde sa podobne ako na povrchu morského ľadu, vytvárajú jazerá roztopenej vody. Rozdiel je len v ich veľkosti. Na povrchu Grónska dosahujú jazerá plochu aj niekoľkých km² a hĺbku niekoľkých desiatok metrov. V prípade Grónska je však situácia ešte komplikovanejšia. Jazerá nielenže urýchľujú topenie ľadu na jeho povrchu, ale tým, že voda ďalej prúdi aj do útrob ľadovca, zrýchľuje sa jeho deštrukcia aj hlboko pod povrchom. Voda má však aj ďalší dynamizujúci efekt – pri báze ľadovca pôsobí ako lubrigačný gel, ktorý pohyb ľadovej masy smerom k oceánu urýchľuje.

Obr. 13: Schéma (hore) znázorňujúca mechanizmus unikania metánu z dna šelfových morí v dôsledku nárastu teploty atmosféry a oceánov (Zdroj); (dole) - záber podmorského radaru zachytáva unikajúce bubliny metánu na dne Nórskeho mora (Zdroj)

Metán - časovaná bomba globálneho otepľovania

Ako sme ale spomenuli už v úvodnej časti tohto textu, ďalšiu a možno ešte silnejšiu pozitívnu spätnú väzbu predstavuje metán unikajúci z morského dna kontinentálnych šelfov (Obr. 13). Na rozdiel od predošlých spätných väzieb, ide v tomto prípade o odozvu, ktorej dôsledky celkom určite pocíti nielen Arktída, ale aj zvyšok sveta. Unikajúci metán je, podobne ako CO₂, skleníkový plyn, ktorý zadržiava teplo unikajúce zo zemského povrchu do kozmického priestoru. Problémom je ale to, že metán je v časovom horizonte 100 rokov približne 20 až 25-krát silnejší ako CO₂. A okrem toho, samotný metán sa v atmosfére pomerne rýchlo (do 7 až 10 rokov) „rozpadá“ na oxid uhličitý, takže či už si to prajeme alebo nie, v konečnom dôsledku metánové emisie vedú k nárastu koncentrácií CO₂ na celom svete, bez rozdielu hemisfér. Problém unikajúceho metánu nie je ale len problémom Arktídy, obdobný fenomén bol pozorovaný už aj v pobrežných oblastiach Antarktídy.
 

Obr. 14: Koncentrácie metánu v ppbv na tlakovej úrovni 600 hPa (4000 m nad povrchom) zachytené interferometrom IASI družice EUMETSAT Metop v priebehu januára 2013 (hore) a 10-dňového obdobia od 1 do 10. marca 2013 (dole) nad severnou pologuľou; nápadné zvýšenie koncentrácií je výrazné najmä v oblasti Barentsovho a Nórskeho mora (Zdroj)

Obr. 15: Oblasť s dramatickým nárastom koncentrácií metánu v priebehu obdobia od januára do marca 2013 sa nápadne prekrýva s regiónom, kde prevládala v priebehu zimy 2012-13 absencia morského ľadu (Zdroj)

A prečo okolo metánu vzniká v poslednom období taký huriavk? Metánové sedimenty nachádzajúce sa v kontinentálnych sedimentoch šelfových okrajov pevnín sa sústreďujú predovšetkým do klatrátov, alebo inak povedané metánhydrátov. Ide o veľmi nestabilnú formu CH₄, ktorá je stabilizovaná v tuhom skupenstve len pomocou vysokého tlaku, a najmä nízkej teploty. Pokiaľ teplota okolitého prostredia a nadložnej morskej vody vzrastie nad kritickú úroveň, klatráty začnú uvoľňovať plynný metán, ktorý sa potom najkratšou cestou dostáva priamo do atmosféry. Že k takémuto uvoľňovaniu metánu už priamo dochádza, potvrdzujú aj satelitné merania koncentrácií CH₄ nad voľnou hladinou oceánu a kontinentálnymi časťami Euroázie a Severnej Ameriky. Ďalším problémom metánhydrátu je aj to, že jeho uloženiny predstavujú obrovský potenciálny zdroj uhlíku – odhaduje sa, že v tejto forme je na morskom dne uložených od 500 do 10 000 Gt uhlíku (v permafroste ďalších približne 400 Gt; Obr. 16) – dolný odhad je približným ekvivalentom množstva C, ktoré sme do atmosféry doposiaľ vypustili spaľovaním fosílnych palív. Metán z Arktídy, ako sa zdá, sa dostal do pohybu a je len otázkou času, kedy začne výraznejšie prispievať k otepľovaniu planéty. Dokladajú to aj posledné družicové merania zo začiatku marca 2013, kedy jeho priemerné 10-dňové koncentrácie nad rozsiahlymi nezaľadnenými časťami Severného ľadového oceánu, ale predovšetkým nad Barentsovým a Nórskym morom, dosiahli rekordné hodnoty (Obr. 14).

Obr. 16: Oblasti najvýznamnejších depozitov podmorských metánhydrátov na Zemi a vyjadrenie ich odhadovaného množstva v Gt uhlíku

Obr. 17: Japonsko začalo v priebehu januára 2013 s prvými pokusnými vrtmi metánových sedimentov na dnes Tichého oceánu v obalsti južne od polostrova Atsumi (Zdroj)

Vzhľadom na značnú nestabilitu metánhydrátov, ktoré sú citlivé už na sebamenšie mechanické či teplotné zaťaženie, pôsobia až ironicky najnovšie pokusy Japonska o naštartovanie komerčnej ťažby metánu z hĺbky asi 1000 metrov pod hladinou Pacifiku (oblasť sa nachádza asi 80 km južne od polostrova Atsumi v strednom Japonsku (Obr. 17).

Arktické otepľovanie a extrémne počasie v Európe

Z dnešného pohľadu ale trochu závažnejším problémom je zistenie, že rýchle otepľovanie Arktídy a nakoniec aj rýchly ústup morského zaľadnenia, najmä v lete a na jeseň, sa začínajú prejavovať aj v charaktere počasia na celej severnej pologuli. Ak to zoberiem komplexne a do všetkých dôsledkov, vývoj v Arktíde veľmi pravdepodobne ovplyvnil charakter takmer všetkých zím počnúc obdobím 2008/2009. A čo nás vedie k takémuto záveru? Ako sme uviedli už v jednom z predošlých textov, teplejšia Arktída a klesajúci horizontálny gradient teploty a tlaku vzduchu medzi severným pólom a miernymi šírkami výrazne modifikuje cirkuláciu vzduchu na severnej pologuli – zo zonálnej sa stáva meridionálna, ktorá v konkrétnych situáciách môže znamenať rýchlejšie premiešavanie polárnych a tropických vzduchových hmôt nad Európou. Výsledok je častokrát jediný – väčšia extremita počasia, a to aj v dôsledku rastúcej perzistencie tlakových útvarov (tzv. atmosférické blokovanie). Vzájomné prepojenie týchto zdanlivo nesúvisiacich fenoménov (otepľovanie Arktídy a extremita počasia v miernych šírkach severnej pologule) je náplňou veľmi intenzívneho výskumu (odkaz1 a odkaz2).

Obr. 18: Animácie zachytávajúce vývoj polárneho vortexu (PV) na severnej pologuli v období decembra-januára 1988/89 (vľavo) a januára-februára 2010 (vpravo; Zdroj); situácia zo zimy 1988/89 reprezentuje silný a stabilný PV, zatiaľ čo v roku 2010 bol PV destabilizovaný teplým vzduchom pochádzajúcim z kontinentálnych častí Euroázie.

Polárny vortex a jet stream

Fyzika za týmto fenoménom je pomerne zložitá, ale v krátkosti sa ju pokúsime vysvetliť asi takto: zmenšenie zonálneho gradientu teploty vzduchu medzi miernymi šírkami a Arktídou vytvára v zime podmienky pre zoslabenie tzv. Polárneho vortexu („PV“). Ide o oblasť trvalo nízkeho tlaku vzduchu nad severným pólom (zvýraznená najmä v zime; Obr. 18) a priľahlými subarktickými oblasťami, ktorá udržuje studený arktický vzduch dokonca aj zime prevažne len nad Arktídou (občas však dôjde k situácii, kedy naprúdi táto studená vzduchová hmota aj do nášho regiónu). V situácii, kedy dochádza k rýchlemu otepľovaniu prízemnej atmosféry (ale aj oceánu), je PV alternovaný výraznou a vo výške aj veľmi teplou tlakovou výšou, ktorá dokáže celý vortex destabilizovať a rozdeliť na niekoľko častí, čoho dôsledkom je potom to, že studený arktický vzduch je zo svojho pôvodného regiónu vytláčaný teplým vzduchom smerom do miernych šírok. Väčšinou sa pri týchto situáciách „vyleje“ buď nad kontinentálnu oblasť Severnej Ameriky alebo „vpáli“ priamo do Európy či Ázie (Rusko, Sibír). A ak vám to niečo pripomína, určite sa nemýlite, ak si v prvom okamihu spomeniete opäť na článok (tiež tu), v ktorom sme analyzovali možnú spojitosť otepľovania Arktídy s netypickým chovaním jet streamu a Rossbyho vĺn. Hranice PV sú totižto určené práve prúdením jet streamu – destabilizácia a rozdelenie PV teda znamená len jedno – jet stream nadobúda vlnitejší charakter, čo vedie k rastu aplitúdy Rossbyho vĺn.

Zonálne západné prúdenie vzduchu na severnej pologuli je tak z veľkej časti vystriedané meridionálnym, čo vedie k väčšej extremite teploty a všeobecne aj počasia v miernych šírkach, teda aj na Slovensku. Pekným príkladom tohto režimu sú aj nedávne zimy z roku 2009/10, 2010/11 či naposledy 2012/13. Ako sme uviedli už v tejto správe, december 2012 a január 2013 boli v Rusku teplotne výrazne podnormálne, naopak Spojené štáty výrazne nadnormálne. Neštandardný charakter poslednej zimy na Slovensku je taktiež odrazom tohto vývoja. To, že za nie celkom štandardných vývojom zimy na severnej pologuli veľmi pravdepodobne stojí nestabilita a nekorší rozpad PV, je vidieť aj na Obr. 19, ktorý ukazuje vývoj výšky geopotenciálu na hladine 50 hPa v priebehu prvej polovice januára 2013 - aj v dôsledku náhleho stratosférického oteplenia, ktoré začalo ešte v priebehu decembra 2012, sa PV rozpadol na dve samostatné časti. Tie následne viedli k mimoriadne chladnému počasiu v Rusku a v niektorých častiach Severnej Ameriky (sev. Kanady a neskôr aj Aljašky). Netreba však zabúdať ani na to, že uvedené atmosférické podmienky značne ovplyvňujú nielen oceánsku časť Arktídy a priľahlé kontinenty, ale aj grónsky kontinentálny ľadovec, v prípade ktorého sme zaznamenali v roku 2012 hneď niekoľko zaujímavých extrémov: viac v článku: Grónsko na prahu veľkých zmien (?).

Obr. 19: Vývoj výšky geopotenciálu na hladine 50 hPa v priebehu januára 2013 (Zdroj), dole - odchýlky teploty vzduchu v stratosfére na hladine 30 hPa vykazovali v oblasti nad Arktídou v období od konca decembra 2012 výrazne pozitívne hodnoty - ide o jav známy ako náhle stratosférické oteplenie

Vplyv Arktickej a Severoatlantickej oscilácie
Ako sme už uviedli s vývojom PV a charakteru jet streamu úzko súvisí veľkosť tlakového gradientu medzi Arktídou a miernymi šírkami. Jeho veľkosť sa v meteorológii používa pre analýzu dvoch hlavných oscilačných módov vyskytujúcich sa nad severnou pologuľou – tzv. Arktickej oceilácie (AO) a Severoatlantickej oscilácie (NAO; Obr. 21-22). Prvá z nich je v tlakových poliach (najmä v zime) jasne identifikovateľná na celej severnej pologuli, zatiaľ čo NAO sa prejavuje prevažne len v euroatlantickom priestore. Z 90 % sú obe oscilácie vzájomne prepojené. V prípade, že AO a NAO indexy zhodne vykazujú záporné hodnoty (negatívna fáza), prejavuje sa to slabším a menej výraznym PV, ako aj slabším a vlnitejším jet streamom. Platí to aj opačne, silnejší PV a zonálnejšie prebiehajúci jet stream je skôr spojený s pozitívnou fázou AO a NAO. Prejavy oboch oscilačných fenoménov možno každopádne vidieť aj v charaktere súčasného počasia, kedy sa časté vpády studeného arktického vzduchu v Európe, striedajú s obdobiami výraznejšej teplej advekcie. Niet sa ale čomu čudovať, veď v súčasnosti dosahuje AO index takmer rekordne nízke marcové hodnoty (20.3.2013 dosiahol -5,2, čo je druhá najnižšia hodnota pre marec od roku 1948, Obr. 20). Pochopiteľne, nie všetky prejavy extrémneho počasia na severnej pologuli môžu byť spájané s otepľovaním Arktídy, príkladom je aj mimoriadne extrémne počasie v USA v priebehu februára 2011, kedy AO a NAO indexy nedosahovali žiadne extrémne nízke hodnoty. Do úvahy je niekedy potrebné brať aj iné faktory, ako napríklad charakter zmien stratosféry nad Arktídou, snehovej pokrývky či dokonca aj také vplyvy ako El Niño.

Obr. 20: Odchýlky výšky geopotenciálu na 17 tlakových hladinách v období od 20.11.2012 do 19.3.2013 priemerovaných nad oblasťou severne od 65. stupňa severnej geografickej šírky (odchýlky sú počítané od dlhodobého priemeru 1979-2000) - záporné, resp. kladné odchýlky (modré, resp. červené) poukazujú na silný (stabilný), resp. slabý (nestabilný) PV (Zdroj); na spodnom grafe sú vynesené hodnoty indexu Arktickej oscilácie (AO) za rovnaké obdobie, ktoré po rozpade PV následne začali nadobúdať výrazne negatívne hodnoty

Obr. 21: Index Severoatlantickej oscilácie v zimnom období (december-február) počítaný na základe rozdielu normalizovaného tlaku vzduchu medzi Gibraltarom a Islandom (údaje podľa Jones et al. 1997) v období 1823-2012 (Zdroj) - ako vidieť zima 2009/2010 mala najnižšiu hodnotu indexu za posledných takmer 190 rokov
 

Obr. 22: Index Severoatlantickej oscilácie podľa údajov NOAA v období 1950-2012 v letnom období (jún - modrá; júl - červená, august - zelená; Zdroj: NOAA)

Ako je ale možné vidieť aj z tohto textu, či iných početných zdrojov, Arktída v súčasnosti prechádza zásadnými a veľmi rýchlymi zmenami a je veľmi pravdepodobné, že stojíme na prahu obdobia rýchlych klimatických zmien, ktorých dôsledky sa nebudú obmedzovať len na oblasť tohto polárneho regiónu. "Čo sa deje v Arktíde, nezostane iba v Arktíde," hovorí slogan zavesený kdesi nad frekventovanou diaľnicou v USA.

Autori:

Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Oddelenie klimatológie, Boční II 1401, 141 31 Praha 4, Česká republika),

Mgr. Alexander Ač, PhD. (Centrum výskumu globálnej zmeny AV ČR, v.v.i., Bělidla 986/4a, 603 00 Brno, Česká republika).

Literatúra

Budikova, D. 2009. Role of Arctic sea ice in global atmospheric circulation: A review. Global Planet. Change, 68(3), 149–163.
Petoukhov, V., Semenov, V. 2010. A link between reduced Barents-Kara sea ice and cold winter extremes over northern continents. J. Geophys. Res.-Atmos., ISSN 0148-0227.
Overland, J. E., Wood, K. R., M. Wang, M. 2011. Warm Arctic–cold continents: Impacts of the newly open Arctic Sea. Polar Res., 30, 15787, doi: 10.3402/polar.v30i0.15787.
Wood K. R., Overland J. E. 2010. Early 20th century Arctic warming in retrospect. International Journal of Climatology, 1269–1279.
Liu, J., Curry, J. A., Wang, H., Song, M., Horton, R. M. 2012. Impact of declining Arctic sea ice on winter snowfall PNAS 2012, doi:10.1073/pnas.1114910109
Francis, J. A., Vavrus, S. J. 2012. Evidence linking Arctic amplification to extreme weather in mid-latitudes, Geophys. Res. Lett., 39, L06801, doi:10.1029/2012GL051000.
Duarte C. M., Lenton, T.M., Wadhams, P., Wassmann, P. 2012. Abrupt climate change in the Arctic. Nat Clim Chang. 2011;2:60–62.
Kincer J. 1933. Is our climate changing? Monthly Weather Review 6, 251–259.
Scherhag R. 1937. Die Erwärmung der Arktis. (The warming of the Arctic.). Journal du Conseil 12, 263–276.
Bjerknes J. 1963. Climatic change as an ocean–atmosphere problem. Changes of climate: proceedings of the Rome symposium organized by UNESCO and the World Meteorological Organization. Pp. 297–321. Rome: United National Educations, Scientific and Cultural Organization.
Hegerl G.C., Zwiers F.W., Braconnot P., Gillett N.P., Luo Y., Marengo Orsini J.A., Nicholls N., Penner J.E. & Stott P.A. 2007. Understanding and attributing climate change. In S. Solomon, et al. (eds.): Climate change 2007: the physical science basis. Contribution of Working Group I to the fourth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Pp. 663–745. New York: Cambridge University Press.
Rhines P. B., Häkkinen S., Josey S. A. 2008. Is oceanic heat transport significant in the climate system? In R.R. et al. (eds.): Arctic–subarctic ocean fluxes: defining the role of the northern seas in climate. Pp. 87–110. New York: Springer.
Wood K. R., Overland J. E., Jónsson T., Smoliak B. V. 2010. Air temperature variations on the Atlantic–Arctic boundary since 1802. Geophysical Research Letters 37, L17708, doi: 10.1029/2010GL044176.

Iné zdroje

http://www.aer.com/science-research/climate-weather/climate-dynamics/polar-vortex-impact-winter-weather

http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2370

http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/daily_ao_index/ao.shtml#current

http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/precip/CWlink/pna/nao.shtml

http://www.examiner.com/article/climate-change-is-it-game-over-for-earth

http://arctic-news.blogspot.co.uk/2013/03/record-methane-in-arctic-early-march-2013.html

http://blogs.scientificamerican.com/plugged-in/2013/03/19/methane-hydrates-bigger-than-shale-gas-game-over-for-the-environment/

http://www.nytimes.com/2013/03/13/business/global/japan-says-it-is-first-to-tap-methane-hydrate-deposit.html?smid=tw-share&_r=2&

http://www.climatecentral.org/news/from-heat-wave-to-snowstorms-March-weather-goes-to-extremes-15763

http://www.sierraclub.ca/en/blog/paul-beckwith

http://www.planetextinction.com/planet_extinction_permafrost.htm

http://www.polarresearch.net/index.php/polar/article/view/15787/html

http://www.esrl.noaa.gov/psd/

http://nsidc.org/data/seaice_index/archives/index.html
http://www.arctic.noaa.gov/reportcard/temperature_clouds.html  
http://svs.gsfc.nasa.gov/vis/a000000/a004000/a004030/index.html
http://nsidc.org/cryosphere/arctic-meteorology/factors_affecting_climate_weather.html
http://www.arctic.noaa.gov/data.html
http://blogs.agu.org/geospace/2012/09/27/scientists-simulate-growing-role-of-arctic-climate-culprit/ 
http://nsidc.org/cryosphere/seaice/characteristics/leads.html 
http://neven1.typepad.com/blog/2012/07/stronghold.html  
http://ourchangingclimate.wordpress.com/2013/03/25/melting-of-the-arctic-sea-ice/
http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JCLI-D-12-00696.1