piatok 9. augusta 2013

Extrémne vlny horúčav a ich dlhodobé zmeny na Slovensku

Vlny extrémne vysokých letných teplôt budú v strednej Európe častejšie

Leto si za svoj vrchol tento rok vybralo august. Po mimoriadne teplej druhej a tretej júnovej dekáde, a extrémne teplom závere júla sú Slovensko, a de facto aj celá oblasť strednej Európy (najmä Rakúsko, Česká republika, Maďarsko či Slovinsko), v priebehu pomerne krátkej doby vystavené náporu už tretej tohtoročnej vlny horúceho počasia. Tá je, podobne ako v roku 2003, umocnená aj mimoriadnym suchom, ktoré predovšetkým na západe zvyšuje riziko lesných požiarov. A podobne ako pri predošlých dvoch vlnách horúčav, aj táto tretia, pravdepodobne najextrémnejšia a najdlhšia, má svoj pôvod vo veľmi teplom vzduchu, ktorý sa k nám dostáva až z ďalekej Afriky (Obr. 1). 


Obr. 1: Výstupy modelu GFS (beh z 6.00 h UTC z 8. augusta 2013) pre teplotu vzduchu na hladine 850 hPa (vľavo) a maximálnu prízemnú teplotu vzduchu (2 metre nad terénom; vpravo; pre 12.00 h UTC 8. augusta 2013; Zdroj)

Nie je preto žiadnym prekvapením, že maximálne denné teploty sa pri jasnom, bezoblačnom a veľmi suchom počasí dostávajú v celej oblasti strednej Európy až k hranici +40 °C, či ju miestami prekračujú. Súčasné horúce počasie dosiahlo svoj vrchol práve včera, štvrtok 8. augusta 2013 (Obr. 2), kedy v dvoch krajinách strednej Európy, v Rakúsku Slovinsku, boli prekonané historické rekordy maximálnej teploty vzduchu. V Rakúsku teplota prekročila hranicu +40 °C až na troch miestach, pričom najvyššie sa dostala v oblasti mesta Bad Deutsch-Altenburg, a to až na +40,5 °C. Starý rekord z Dellachu tak neudržal svoju „pozíciu“ veľmi dlho a bol prekonaný už po štyroch dňoch (3. augusta 2013: +39,9 °C). V Slovinsku dosiahla teplota ešte o tri desatinky stupňa vyššie. V meste Cerklje ob Krki teplota vystúpila až na +40,8 °C, čím bol prekonaný starý rekord z roku 1950 (Crnomelj) len o dve desatiny stupňa Celzia. Historické teplotné maximum prepisovali aj v hlavnom meste, Ljubljane, kde včera namerali +40,2 °C. Na okraj len pripomeňme, že mimoriadne vysoké teploty zasiahli Českú republiku (južná Morava - Brod nad Dyjí: +39,7 °C), Maďarsko (Györ: +40,6 °C), ako aj niektoré balkánske krajiny.


Obr. 2: Teplotné maximá v Európe dosiahnuté dňa 8.augusta 2013 (Zdroj)


Obr. 3: Odchýlky prízemnej teploty vzduchu v Európe na základe údajov NCEP (porovnanie s dlhodobým priemerom 19811-2010) - v období 3.-10. augusta (hore); 1.-10. augusta (dole vľavo) a 27. júla - 10. augusta 2013 (dole pravo; Zdroj)

Aj keď na Slovensku k prekonaniu historického maxima nakoniec nedošlo – podľa údajov SHMÚ k tomu bola najbližšie meteorologická stanica v Senici (+39,6 °C) – tohtoročné vlny horúčav sú predsa len niečím výnimočné. Na viacerých staniciach (Senica, Bratislava, letisko, Moravský Svätý Ján, Bratislava, Koliba, Kráľová pri Senci, Hurbanovo a Kuchyňa, letisko) bol totiž prekonaný historický rekord pre mesiac august (doteraz +39,1 °C v Stupave). Historické maximum navyše padlo aj v hlavnom meste, Bratislave, kde včera vystúpila teplota na +39,3 °C (Bratislava-Koliba; staré maximum z 20. júla 2007 malo hodnotu +38,9 °C). Veľmi teplé boli počas posledných dvoch vĺn horúceho počasia aj noci. Napríklad, v noci z 28. na 29. júla sme v Piešťanoch zaznamenali meteorológovia historicky najteplejšiu noc – minimálna nočná teplota neklesla pod +27,3 °C.    


Obr. 4: Vlny horúčav v týchto dňoch trápia aj Južnú Kóreu - v štvrtok - 8. augusta 2013 - dosiahli teplotné maximá až k 38,8 °C (Ulsan; Zdroj)

Horúco nielen na Slovensku
Horúce počasie však tento rok nenapĺňa titulky denníkov len u nás. Abnormálne teplé počasie sa v priebehu tohto leta vyskytlo aj v iných častiach sveta – od Aljašky (Obr. 5), cez juhozápad a východ Spojených štátov amerických, Veľkú Britániu, Nórsko až po východnú Činu, Japonsku, či dokonca severnú Sibír. V posledných dňoch ľudia zápasia s vlnami mimoriadne teplého počasia vo východnej Číne, predovšetkým v Šanghaji, kde majú za sebou najteplejší júl za posledných 140 rokov. V meste k tomu všetkému navyše padol tento týždeň aj historický rekord z roku 1934 (+40,2 °C), ktorý bol tento rok prepisovaný už druhý krát – 26. júla (+40,6 °C) a 7. augusta (+40,8 °C). 

Vysoké teploty za posledný mesiac sužovali aj Japonsko, či najsevernejšie oblasti Ruska (Obr. 6), kde sa v dôsledku dlhotrvajúceho sucha rozšírili lesné požiare do podobného rozsahu ako v roku 2010, či dokonca 2012. Mimoriadne horúce počasie sa tento rok nevyhlo ani severoamerickému kontinentu. V polovici júna hlásili meteorológovia rekordné teploty z Aljašky, kde horúčavy miestami presahovali až +35 °C (extrémne vysoké teploty zapríčiňujú stále častejšie lesné požiare). Rekordné teploty boli koncom júna zaznamenané aj na juhozápade USA, kde v známom Údolí smrti namerali tento rok historické júnové maximum (+54 °C). Okrem rekordných teplôt bol výnimočný aj plošný rozsah územia, ktoré abnormálne horúčavy postihli. Do začiatku júla sa vlna horúceho počasia rozšírila na územie deviatich amerických štátov – od Kalifornie a Nového Mexika na juhu až po Washington a Montanu na severe


Obr. 5: Maximálna denná teplota vzduchu v oblasti Aljašky dňa 19. júna 2013 - hodnota nového teplotného maxima tohto amerického štátu je od 17. júna +35,5 °C (Zdroj)


Obr. 6: Odchýlky teploty vzduchu v severnej oblasti Ruska v období od 20. do 27. júla 2013 (MODIS; Zdroj)

Za zmienku však stojí aj to, že v rovnakom čase bojovala kanadská Alberta s najhoršími povodňami vo svojej histórii. Podobne ako v Európe či na Sibíri alebo Aljaške, za spoločnú príčinu súčasného extrémneho počasia možno označiť atypické prúdenie vzduchu na severnej pologuli. To sa už od zimy 2012/2013 vyznačuje nápadným zoslabením západného prúdenia, ktoré je naopak nahradené prúdením pozdĺž poludníkov, ktoré vedie k rýchlejšej výmene vzduchu medzi polárnym oblasťami na jednej strane a trópmi na strane druhej. V posledných rokoch nie je takýto charakter vzdušného prúdenia v našich zemepisných šírkach ničím novým, aj keď atypickým je určite, pretože sa ukazuje, že vedie k častejšiemu striedaniu krajných extrémov teploty, ale aj zrážok (vlny horúčav, povodne, sucho, atď.). Výskum z posledných rokov naznačuje, že ide nielen o prejav slabšej slnečnej aktivity, ale predovšetkým o dôsledok mimoriadne rýchlych klimatických zmien v Arktíde.  

Teplo, ktoré zabíja
Obmedzená schopnosť človeka vyrovnať sa s extrémne vysokými teplotami vzduchu sa prejavuje najmä zhoršením celkového zdravotného stavu, a to najmä u starších ľudí. Zvýšený tepelný stres, ktorému je ľudský organizmus počas dlhotrvajúcich letných horúčav vystavený môže v najhorších prípadoch viesť až k hospitalizácii, či dokonca smrti. K akútnemu prehriatiu organizmu dochádza najčastejšie vtedy, keď sa vysoká teplota skombinuje s vysokou vlhkosťou vzduchu, ktorá vyvoláva pocit dusna. V takýchto prípadoch nám už nepomôže ani zvyčajne účinné osviežovanie vodou, ktorej odparovaním by sa telo dokázalo zbaviť prebytočného tepla. Pokiaľ nenájdeme iný spôsob ako sa schladiť, kolaps je neodvratný. A aby toho nebolo málo, k tomu všetkému sa počas horúcich letných dní pridružujú, najmä v mestách, aj ďalšie nepríjemnosti či riziká. Patria medzi ne najmä intenzívne slnečné žiarenie, znečistenie ovzdušia prachom a pri bezveternom počasí aj tvorba prízemného ozónu a smogu. Ak človek nemá možnosť uniknúť pred týmito nástrahami niekde na vidiek, kde zvyčajne panujú znesiteľnejšie podmienky, hľadá útočisko v klimatizovaných budovách. Udržať však tieto zariadenia takmer nepretržite pod prúdom počas niekoľko dní a nocí si vyžaduje niekedy oveľa viac elektrickej energie než je rozvodná sieť schopná poskytnúť. Preto, ak horúčavy postihnú na dlhšiu dobu veľké územie, vrátane niekoľkých väčších miest, problémy s výpadkami dodávok energie na seba obyčajne nenechajú dlho čakať. V budúcnosti by však mohol byť tento problém riešiteľný, a to najmä v mestách. Svetlejšie odtiene budov či rozširovanie mestskej zelene (vrátane striech) by mohli znížiť nielen spotrebu elektrickej energie spojenú s prevádzkou klimatizácie, ale navyše by sa tým čiastočne zmiernil aj problém existencie mestských ostrovov tepla, ktorých efekt je práve v takýchto obdobiach veľmi výrazný. 


Obr. 7: Rozdelenie odchýlok priemernej letnej teploty vzduchu nad pevninskou časťou Európy [35ºN, 70ºN], [25ºW, 40ºE] v období 1500-2010 (vzhľadom na referenčné obdobie 1970-1999). Päť najteplejších a najchladnejších liet je zvýraznených numericky (Zdroj: Barriopedro et al. 2011)

Extrémne desaťročia 1991-2000 a 2001-2010
Globálne otepľovanie, či už si to pripustíme alebo nie, je fenomén, ktorý začína ovplyvňovať život nás, jednotlivcov, ale aj celej spoločnosti čoraz zreteľnejšie. Aj keď, konkrétne vlny horúčav nemožno jednoznačne pripisovať vplyvu klimatickej zmeny, je nanajvýš pozoruhodné, že v posledných dvoch desaťročiach sa v rôznych regiónoch sveta vyskytlo hneď niekoľko krajne extrémnych období s mimoriadne vysokými teplotami vzduchu. Jedna z najzávažnejších vĺn horúčav postihla západnú Európu v roku 2003 a vyžiadala si minimálne 40 tisíc ľudských životov. Extrémne boli aj horúčavy na americkom stredozápade v roku 1995. Najviac postihnuté bolo mesto Chicago, kde zomrelo na akútne vyčerpanie vyše 800 ľudí. Európa sa ešte nestihla spamätať ani zo situácie v roku 2003 a už musela vzdorovať ďalším vlnám extrémneho tepla v rokoch 2006 a 2007. Práve posledná spomínaná predstavovala v určitom smere pre slovenskú meteorológiu míľnik. Počas vrcholenia horúčav v druhej polovici júla 2007 bola v Hurbanove zaznamenaná historicky najvyššia teplota vzduchu, akú sme kedy na Slovensku namerali, +40,3 °C. Mimoriadny rozsah a extrémnosť dosiahla aj vlna horúčav v roku 2010, ktorá zasiahla centrálne a západné Rusko, vrátane hlavného mesta Moskvy (Obr. 8 a 9).


Obr. 8: Odchýlky priemernej letnej teploty v spodnej troposfére (hladina 850 hPa) počas piatich najteplejších letných sezón v Európe v oblasti [35ºN, 70ºN], [25ºW, 40ºE]. Odchýlky sú počítané vzhľadom na priemer 1961-1990. (Zdroj: Kyselý a Pecho, 2012)

Mimoriadny rok 2010
Rok 2010 skončil ako jeden z najteplejších rokov, aké sme na Zemi za posledných približne 130 rokov zaznamenali. Okrem klimatického fenoménu El Niño a rekordne teplých oceánov sa pod tento fakt výrazne podpísali aj vlny extrémnych horúčav, ktoré v priebehu jari a leta zasiahli skutočne až bezprecedentným spôsobom všetky kontinenty severnej pologule, vrátane Európy. Historické teplotné rekordy padli v 17 krajinách, ktoré dovedna pokrývajú 19 % plochy pevnín. Po vlnách mimoriadne vysokých teplôt, ktoré postihli už koncom mája Pakistan a neskôr, v júni, aj rozsiahle oblasti subsaharskej Afriky a Ázie, napokon neznesiteľné horúčavy dorazili aj na starý kontinent, kde si v Rusku vyžiadali viac ako 56 tisíc ľudských životov. Aj keď sa teploty v Európe ani zďaleka nepriblížili k extrémom, aké zažili v máji 2010 obyvatelia Pakistanu (+53,5 °C), udalosti z Ruska celkom jasne ukázali, že už aj vlny takmer 40 stupňových teplôt predstavujú pre Európanov z mnohých hľadísk problém. 


Obr. 9: Odchýlky teploty vzduchu nad Ruskom v júli 2010 (Zdroj: MODIS)

V Európe a v USA začína byť prihorúco
Vlny tropických teplôt, ktoré zasiahli Európu v roku 2003 a 2010, a USA v roku 1995 nemajú obdobu so žiadnymi podobnými udalosťami v priebehu celého 20. storočia. O ich závažnosti vypovedajú nielen mimoriadne vysoké straty na ľudských životoch, ale aj celkové ekonomické škody, ktoré sa počítajú v miliardách eur a dolárov. Podľa najnovších vedeckých štúdií to však s výskytom takýchto udalostí vôbec nevyzerá optimisticky (napr.: Fischer a Schär, 2010; Obr. 9). Jedna americká štúdia predpokladá, že už pri oteplení o 1 °C, ku ktorému by malo dôjsť do roku 2030, sa pravdepodobnosť výskytu podobne extrémnych horúčav zvýši na juhozápade a v centrálnych oblastiach USA takmer päťnásobne (vo východných regiónoch severoamerického kontinentu to bude dvoj až trojnásobné zvýšenia). O nič príjemnejšie nebude ani v Európe. Predpoklady klimatických modelov naznačujú, že medzi najviac postihnuté regióny budú patriť Španielsko, Turecko a juhovýchodná Európa, vrátane Grécka a Rumunska. Zatiaľ čo v období do roku 1990 sa v týchto oblastiach vyskytla extrémna vlna horúčav v priemere raz za 2 až 3 roky, v rokoch 2071 až 2100 to môže byť až 1-, prípadne 2-krát za rok (!).


Obr. 10: Projekcie ensemblových modelov pre priemerný počet dní s kombinovaným výskytom tropických dní (Tmax ≥ 30 °C) a tropických nocí (Tmin ≥ 20 °C) v Európe pre obdobia 2021-2050 a 2071-2100 (porovnanie s výskytom uvedenej charakteristiky v referenčnom období 1961-1990); (Zdroj: Fischer, E. a M., Schär, C., 2010)

Historická perspektíva na Slovensku
Sú ale súčasné vlny horúčav, a predovšetkým ich extrémnosť, niečím výnimočným v kontexte historických meraní aj na našom území? Celkom určite áno, a to nielen svojou extrémnosťou a dôsledkami, ale aj trvaním či svojim častejším výskytom. To, že horúčav aj na Slovensku pribúda nie je ani zďaleka subjektívny pocit a už vôbec to nie výsledok náhody. Výrazný nárast tak celkového počtu ako aj extrémnosti je možné doložiť skutočnými meraniami. Zvlášť výrazný je tento nárast v najjužnejších oblastiach Slovenska, kde sa výskyt vĺn horúčav od druhej polovice 80. rokov 20. storočia takmer zdvojnásobil (Obr. 11 a 12). Zatiaľ čo v období pred rokom 1991 sme v priemere zaznamenali len okolo 20 horúcich vĺn za desaťročie, v posledných dvoch dekádach, a najmä po roku 2001, sa toto číslo neúprosne zvýšilo na 40 a viac. Tento vývoj celkom dobre korešponduje s vývojom teplotných maxím (počas dňa aj noci) na Slovensku v období 1961-2010 (Obr. 13).


Obr. 11: Suma kladných odchýlok maximálnej teploty od 30 °C (Tsum30 [°C]) a priemerná letná teplota [°C] (jún-august) na vybraných meteorologických staniciach na Slovensku v období 1951-2010; Hurbanovo (1901-2010) (Zdroj: SHMÚ, 2012)

Čo je ešte závažnejšie, zvýšila sa aj extrémnosť týchto období. To znamená, že trvajú dlhšie a zároveň sú počas nich dosahované vyššie maximálne teploty vzduchu. Len pre predstavu, v porovnaní so začiatkom 20. storočia sú v súčasnosti horúčavy až šesťnásobne extrémnejšie. Príkladom tohto nekompromisného trendu sú roky 1992, 1994, 1998, 2003 či 2007. Najdlhšiu vlnu horúčav sme zaregistrovali práve v roku 1992. Trvala bez prerušenia 47 dní. O tom, že obdobie posledných dvoch desaťročí je na horúčavy mimoriadne štedré, svedčí aj fakt, že 10 z 15 najzávažnejších vĺn sa vyskytlo po roku 1991. Výskyt horúčav však rastie aj v iných oblastiach Európy, či sveta, pričom teplotne výnimočné je najmä obdobie po roku 1991, kedy sa vyskytlo hneď niekoľko extrémnych vĺn horúceho počasia (v rokoch 1992, 1994, 2002, 2003, 2006, 2007 a 2010). Je celkom pozoruhodné, že dve najteplejšie letá za posledných 500 rokov (Obr. 7) v Európe sa vyskytli po roku 2001, a boli spojené s mimoriadnymi horúčavami v západnej (2003) a východnej (2010) Európe, ktoré si vyžiadali tisíce ľudských obetí. Výskum tiež naznačuje, že globálne otepľovanie zvýšilo v priebehu posledného storočia pravdepodobnosť tak extrémnych vĺn horúčav, ako napr. z roku 2003, minimálne dvojnásobne.


Obr. 12: Dĺžka trvania vĺn horúčav na vybraných meteorologických staniciach v období 1951-2010 (Hurbanovo, 1901-2010) za rok [dni] (Zdroj: SHMÚ, 2012)


Obr. 13: Kĺzavý 13-mesačný priemer odchýlok najvyšších (vľavo) a najnižších (vpravo) mesačných maximálnych teplôt od priemeru v období 1961-2010 na 49 staniciach Slovenska (Zdroj: SHMÚ, 2012, publikované v Kučera a Pecho, 2012)

Vlny horúčav nás potrápia aj v budúcnosti
So stále sa zvyšujúcou teplotou v strednej Európe a na Slovensku, ako aj zmenami prúdenia vzduchu v dôsledku klimatickej zmeny, musíme do budúcnosti počítať s častejších výskytom horúcich vĺn a ich extrémnejším priebehom. Už do roku 2050 sa ich výskyt pravdepodobne zvýši v porovnaní s minulosťou až štvornásobne a trvanie jednotlivých vĺn sa predĺži o minimálne 3 dni (Obr. 10). Ešte s horším scenárom musíme počítať do konca 21. storočia, kedy sa mimoriadne horúčavy (podobné tej z roku 2003) budú pravdepodobne vyskytovať už každoročne. Rovnako je veľmi pravdepodobné, že teplotné maximá budú čoraz častejšie atakovať 40 stupňovú hranicu, či ju dokonca pravidelne prekračovať. Na takýto mimoriadny nápor tropických teplôt sa budeme musieť jednoducho pripraviť a počítať s jeho nepriaznivými dôsledkami, a to predovšetkým v mestách, kde sú podmienky už dnes počas extrémne teplých dní takmer neznesiteľné.

Mgr. Jozef Pecho (Ústav fyziky atmosféry AV ČR, v.v.i., Oddelenie klimatológie, Boční II 1401, 141 31 Praha 4, Česká republika)
Marek Kučera (Fakulta prírodných vied Univerzity Mateja Bela, Tajovského 40, 974 01 Banská Bystrica)


Literatúra
Barriopedro D, Fischer EM, Luterbacher J, Trigo RM, Garcia-Herrera R, 2011: The hot summer of 2010: redrawing the temperature record map of Europe. Science 332: 220–224.
Della-Marta PM, Luterbacher J, von Weissenfluh H, Xoplaki E, Brunet M, Wanner H, 2007: Summer heat waves over western Europe 1880–2003, their relationship to large-scale forcings and predictability. Climate Dynamics 29: 251–275.
Dole R, Hoerling M, Perlwitz J, Eischeid J, Pegion P, Zhang T, Quan X-W, Xu T, Murray D, 2011: Was there a basis for anticipating the 2010 Russian heat wave? Geophysical Research Letters 38, L06702, doi: 10.1029/2010GL046582.
Enfield DB, Mestas-Nunez AM, Trimble PJ, 2001: The Atlantic multidecadal oscillation and its relation to rainfall and river flows in the continental US. Geophysical Research Letters 28: 2077–2080.
Fischer EM, Seneviratne SI, Luthi D, Schär C, 2007: Contribution of land-atmosphere coupling to recent European summer heat waves. Geophysical Research Letters 34: L06707. doi: 10.1029/2006GL029068.
Fischer EM, Schär C, 2010: Consistent geographical patterns of changes in high-impact European heatwaves. Nature Geoscience, doi: 10.1038/NGEO866.
Knight JR, Allan RJ, Folland CK, Vellinga M, Mann ME, 2005: A signature of persistent natural thermohaline circulation cycles in observed climate. Geophysical Research Letters 32: L20708. doi: 10.1029/2005GL024233.
Kučera M, Pecho J, 2012: Priestorová a časová variabilita extrémov teploty vzduchu na Slovensku a ich vzťah k cirkulačným podmienkam v priestore strednej Európy. In: Zborník príspevkov z Konferencie mladých meteorológov a klimatológov, SHMÚ, Bratislava, 14.11.2012.
Kyselý J, Beranová R, Picek J, Štěpánek P, 2008: Simulation of summer temperature extremes over the Czech Republic in regional climate models. Meteorologische Zeitschrift 17: 645–661.
Kyselý J, 2010: Recent severe heat waves in central Europe: how to view them in a long-term prospect? International Journal of Climatology 30: 89–109, doi: 10.1002/joc.1874.
Kyselý J, Pecho, J, 2012: Horké vlny v měnícím se klimatu: otazníky zůstávjí. Vesmír, 91, 28-34.  

Kyselý J, Plavcová E, 2011: Biases in the diurnal temperature range in an ensemble of regional climate models and their possible causes. Climate Dynamics, v recenzním řízení.
Robinson PJ, 2001: On the definition of a heat wave. Journal of Applied Meteorology 40: 762–775, doi: 10.1175/1520-0450.
Stott P, Stone D, Allen M, 2004: Human contribution to the European heatwave of 2003. Nature 432: 610–614.
Výberči D., 2010: Vlny horúčav na južnom Slovensku v období rokov 1901-2009. Bakalárska práca, PRIF UK, Bratislava, 2010, p. 54.
 
Zdroje 

štvrtok 1. augusta 2013

Ľadovce a klimatická zmena

Ľadovce ustupujú na celom svete, a ľadovú hmotu stráca aj Grónsko a Antarktída

Horské a kontinentálne ľadovce (Grónsko, Antarktída) pokrývajú viac ako 10 % zemského povrchu. Ich význam pre globálnu klímu a jej stabilitu, hydrológiu oceánov a riek, a v neposlednom rade aj ľudskú spoločnosť je nesmierny (Obr. 1). V ľadovcoch sú sústredené ¾ objemu všetkej sladkej vody na Zemi a ak by sa ľadovce v Grónsku a Antarktíde roztopili úplne, hladina svetových oceánov by stúpla o celých 65 metrov (Grónsko by prispelo 7, Antarktída 57 metrami, IPCC 2007). Iné zdroje uvádzajú aj vyššie hodnoty celkového nárastu, napr. NSIDC viac ako 70 metrov alebo USGS viac ako 80 metrov. Horské ľadovce sú v mnohých regiónoch sveta dôležitým zdrojom vody pre poľnohospodárstvo, priemysel, energetiku a obyvateľstvo, sú aj významným zdrojom príjmov pre turistický ruch. A nielen to! 


Obr. 1: Ľadovce sú nielen významným zdrojom vody, ale patria aj medzi najdôležitejšie faktory ovplyvňujúce globálnu a regionálnu klímu (vľavo hore - ľadovec Perito Moreno v Argentíne; vpravo hore - ľadovec Aletsch vo Švajčiarsku, vľavo dole - ľadovec Baltoro v Karakorame; vpravo dole - ľadovec vo fjorde Kenai na Aljaške; Zdroj)

Od doby, kedy sa pred približne 35 milión rokmi stabilizoval okolo južného pólu rozsiahly antarktický „ľadovec“, nedošlo na Zemi k žiadnej rýchlej klimatickej zmene, ktorá by dokázala doviesť oceánsku či pevninskú biosféru na pokraj vymretia. Stabilizačný efekt antarktického ľadovca je každopádne vidieť aj v súčasnosti. Ak sa pozriete na krivku priemernej teploty južnej hemisféry zistíte, že za posledných minimálne 130 rokov nepodliehala tak veľkým výkyvom a nerástla tak rýchlo ako krivka na severnej pologuli. Tento efekt je spôsobený prevahou kontinentov na severnej pologuli, zatiaľ čo na juhu otepľovanie (ochladzovanie) „brzdia“ nielen oceány, ale aj samotný ľadový kontinent.  

V nasledujúcom blogu si priblížime nielen význam ľadovcov v globálnom klimatickom systéme našej planéty, ale na základe dostupných údajov poodhalíme aj dlhodobé zmeny, ktorým ľadovce v priebehu posledného storočia podliehali a v najbližšej budúcnosti pravdepodobne aj podliehať budú. Ešte predtým sa ale pozrieme na udalosť, ktorá sa začiatkom júla tohto roku odohrala v Antarktíde.    


Obr. 2: (hore) Satelitné zábery z družice TerraSar-X zachytávajúce telenie gigantickej ľadovej kryhy ľadovca Pine Island v západnej Antarktíde začiatkom júla 2013; (dole) letecký prieskum v októbri 2012 objavil na ľadovci Pine Island novú otvárajúcu sa trhlinu dlhú 30 kilometrov a hlbokú vyše 60 metrov (Zdroj)


Obr. 3: (vľavo) Poloha Pine Island ľadovca v západnej Antarktíde a vyznačenie jeho spádovej oblasti; (vpravo) zmeny priemernej hrúbky ľadu v období rokov 2003-2007 - v červených oblastiach sa hrúbka ľadu zmenšovala až o 9 metrov za rok (Zdroj)

Zdanlivo bezvýznamná trhlina v ľadovci
Nemeckí glaciológovia, využitím údajov zo satelitu TerraSar-X, potvrdili začiatkom júla 2013 „odtelenie“ gigantickej ľadovej kryhy (s rozlohou 720 km2) z terminálnej časti jedného z najväčších a najrýchlejšie sa pohybujúcich ľadovcov západnej Antarktídy, v oblasti Pine Island (Obr. 2 a 3). Trhlina, ktorá následné telenie nakoniec spôsobila, bola pritom spozorovaná ešte v októbri minulého roka pri rutinnom leteckom prieskume ľadovca Pine Island. Určite si poviete, že asi nejde o nič výnimočné. Veď k obdobným, jeho rozsahu podobným teleniam dochádza relatívne často aj v prípade iných veľkých ľadovcoch (Obr. 5), či už v samotnej Antarktíde alebo Grónsku. Glaciológovia sú však v strehu, a to najmä od roku 2002, kedy pri východným brehoch Antarktického polostrova v priebehu niekoľkých týždňov doslova skolabovala jedna časť rozsiahleho Larsenovho šelfového ľadovca (Larsen B, Obr. 4). Prečo k tomuto kolapsu došlo tak náhle nie je dodnes celkom jasné, no jednou, a to celkom podstatnou časťou odpovede môžu byť zvyšujúce sa teploty tak atmosféry, ako aj oceánu na južnej pologuli a zvlášť v blízkosti Antarktídy. 


Obr. 4: Satelitné zábery kolapsu šelfového ľadovca Larsen B vo februári a marci 2002 - do oceánu sa zosunul tabuľový ľad s priemernou hrúbkou 220 metrov a rozlohou 3 250 km2, na obrázku je názorné porovnanie ľadovca s plochou amerického štátu Rhode Island (Zdroj)


Obr. 5: Telenie obrovských ľadových krýh nie je len doménou antarktických ľadovcov - na zábere zo satelitu je vidieť odlamovanie kryhy dvojnásobnej veľkosti Manhattanu od ľadovca Petermann na severe Grónska v roku 2012 (Zdroj: MODIS)


Šelfové pobrežné ľadovce (Obr. 6), podobné tým z Antarktídy, sú rozsiahle ľadovcové, aj viac ako 200 metrov hrubé tabule, ktoré síce plávajú na morskej hladine, no pri pobreží pevniny sú „ukotvené“ buď k podložiu alebo ľadovcom pritekajúcim z vnútrozemia. Dynamika topenia a odlamovania tak závisí nielen od atmosférických podmienok a rýchlosti pritekania ľadu z pevniny, ale aj od teploty morskej vody, ktorá prúdi pod ľadovou masou. Zvyšovanie teploty oceánu môže teda viesť k rýchlejšiemu topeniu šelfových ľadovcov odspodu, čím sa zmenšuje nielen ich celková hrúbka, ale klesá aj ich stabilita. Nie je potom žiadnym prekvapením, že pri extrémnych poveternostných podmienkach (silné prúdenie vzduchu, silné vlnenie, atď.) môže nakoniec dôjsť k náhlemu a veľmi rýchlemu teleniu a zosunutiu ľadových blokov do oceánu. Fenomén rýchleho telenia a absencie šelfového ľadu v pobrežných oblastiach nakoniec prispieva aj k rýchlejšiemu stekaniu ľadovcových splazov z vnútrozemia. Ak teda nabudúce budete v médiách čítať niečo o telení gigantických grónskych alebo antarktických ľadovcov do oceánu, určite si spomeňte na podmienky, aké zrejme pôsobili na ľadovec ešte predtým, než k tomu došlo. 


Obr. 6: (vľavo) Okraj tabuľového ľadu šelfového ľadovca Pine Island v západnej Antarktíde; (vpravo) schéma telenia a ukotvenia šelfových ľadovcov (Zdroj)
        
Ľadovce – formovanie a rovnováha
Ľadovce sa formujú v regiónoch, kde klimatické podmienky neumožňujú zimným akumuláciám snehu roztopiť sa ani počas najteplejších období roka. Vrstvy snehu z jednotlivých rokov sa tak postupne hromadia do súvrství. Starší sneh je vplyvom rastúcej hmotnosti nadložných vrstiev vystavený väčšiemu mechanickému zaťaženiu, čo sa prejavuje tým, že snehové zrná sú stláčané stále viac k sebe. Sneh stráca postupne vzduch a narastá jeho tvrdosť – mení sa na tzv. firn (Obr. 7). Ďalším tvrdnutím sa časom z firnu stáva ľadovcový ľad. Tento proces môže trvať od niekoľkých rokov až po desaťročia či storočia, v závislosti od veľkosti snehových zrážok. Čím viac sneží, tým je celý proces rýchlejší (vo vnútrozemí Antarktídy môže tvorba ľadu trvať aj viac ako 200 rokov). 


Obr. 7: (hore) Vrstvy nového snehu a neskôr firnu sa ukladajú jedna na druhú, čím vytvárajú veľké mechanické zaťaženie na snehové zrná v nižších častiach snehového profilu - vytesnovaním vzduchu a tvrdnutím snehu sa firn nakoniec transformuje na ľadovcový ľad - dole (Zdroj)

Ľadovcový ľad sa následne vplyvom gravitácie a vlastnej váhy začína pohybovať po svahu do nižších polôh, pričom v dolinách sa formuje do veľmi nápaditých ľadovcových jazykov (splazov), dlhých niekedy aj viac ako 50 km (najdlhším ľadovcovým splazom je Lambertov ľadovec (Obr. 8 hore) vo východnej Antarktíde, ktorý má viac ako 450 km). Ako ľadová hmota postupuje do nižších a teplejších polôh, ľadovec sa začína topiť a strácať svoju hmotu (proces známy tiež ako ablácia, Obr. 8). Ak sa ľadovec nachádza v podmienkach, v ktorých snehové zrážky objemovo prevyšujú stratu vody topením alebo výparom (sublimáciou), ľadovec rastie tak do objemu, ako aj do dĺžky (kladná bilancia). V prípade, že zrážky sú menšie ako celkové straty, či už v dôsledku vyššej teploty alebo poklesu zrážok, ľadovec ustupuje a zmenšuje svoj objem (záporná bilancia). Keďže medzi bilanciou ľadovcovej hmoty a teplotnými pomermi existuje veľmi silná závislosť (silnejšia ako v prípade zrážok), a to dokonca aj na väčšiu vzdialenosť, ľadovce tak patria medzi najcitlivejšie a najlepšie prírodné indikátory meniacich sa klimatických podmienok na Zemi. Niet sa preto čomu čudovať, že tento najzjavnejší prejav súčasného otepľovania sa stal aj v očiach laickej verejnosti akýmsi symbolom klimatickej zmeny, predovšetkým kvôli jednoduchosti jeho interpretácie. 


Obr. 8: (hore) ľadovcový ľad je jednou z najpozoruhodnejších tuhých látok na Zemi - pri svojej pevnosti a súčasne aj krehkosti dokáže byť až neuveriteľne plastický - dokáže do najmenších detailov kopírovať nerovnosti podložia, po ktorom sa pohybuje - na obrázku je časť Lambertovho ľadovca v Antarktíde; (dole) detailná schéma podmienok akumulácie a topenia ľadovca pri rovnováhe medzi prísunom a stratou hmoty ľadovca (Zdroj)

Ľadovce – regionálna citlivosť na zmeny klimatických podmienok
V závislosti od klimatických podmienok a polohy (nadmorskej výšky), v ktorej sa ľadovce formujú, celková citlivosť na dlhodobý rast či pokles teploty je od ľadovca k ľadovcu rôzna. Napríklad ľadovce, vznikajúce v miernej oceánickejšej klíme (dostatok zrážok po celý rok; napr.: západné Alpy, severozápadná Kanada, Nový Zéland, Patagónia, atď.), sa vyznačujú väčšou dynamikou vzniku, pohybu, ako aj ablácie ľadovca – ich splazy často krát zostupujú do zóny lesa s vyššou priemernou teplotou vzduchu, kde sa rýchlo topia (veľké zrážky a rýchly pohyb ľadovca však straty dokážu rýchlo nahradzovať). Tieto ľadovce vo všeobecnosti na signál otepľovania veľmi citlivé – akékoľvek zvýšenie teploty vedie k rýchlejšej redukcii hmoty ľadovca v jeho terminálnej časti a rýchlemu ústupu. Pravým opakom sú ľadovce, nachádzajúce sa v suchších alebo kontinentálnejších podmienkach, prípadne vznikajúce vo vysokých nadmorských výškach (napr.: Antarktída, severná Aljaška, niektoré časti Ánd, Sibír, severná Kanada, stredná Ázia, atď.). V tomto prípade ľad vzniká pomalšie, ľadovce sa vyznačujú menšou dynamikou a nie sú preto až tak citlivé na zmenu teplotných pomerov. Citlivejšie ale reagujú na zmenu objemu spadnutých zrážok. Veľmi dobrým príkladom sú ľadovce vo východnej Antarktíde, kde ani pri súčasnom trende otepľovania nehrozí, že by sa ľadovce začali topiť. Rast teploty ale zvyšuje obsah vodnej pary v atmosfére, čo vedie k väčším snehovým zrážkam a teda aj celkovému rastu objemu východoantarktického ľadovcového príkrovu (pozn.: nový výskum ale naznačuje, že tento predpoklad nemožno generalizovať pre všetky ľadovce tohto typu). Nakoniec, do úvahy treba brať aj veľkosť samotných ľadovcov. Rýchlejšie na otepľovanie reagujú menšie údolné ľadovce, prípadne ľadovce pohybujúce sa po strmých svahoch – odozva zväčša nepresahuje hranicu desaťročia. Pri veľkých a rozsiahlych ľadovcoch je odozva dlhá a rádovo presahuje niekoľko desaťročí až storočí (Obr. 9).  


Obr. 9: (hore) Hlavné komponenty globálnej kryosféry a časové škály ich odozvy na meniace sa klimatické podmienky (Zdroj); (dole) absolútny podiel vybraných regiónov sveta na celkovej ploche ľadovcov (v km2; Zdroj)


Globálny monitoring ľadovcov
Tak ako v prípade globálnej teploty máme k dispozícii časové rady GISTEMP, NCDC či HadCRUT, ekvivalentom údajov o dlhodobom vývoji ľadovcov je databáza Globálnej monitorovacej služby ľadovcov (World Glacier Monitoring Service – WGMS), ktorá disponuje údajmi o celkovej hmote a dlhodobých zmenách terminálnych častí (ustupuje/postupuje - rastie) vybraných ľadovcov už od roku 1946. Svetová databáza spadajúca pod WGMS (k stiahnutiu cez stránky NSIDC, WGMS GLIMS, obr. 10) sa začala napĺňať ešte v 70. rokoch a v súčasnosti obsahuje údaje o viac ako 120 000 ľadovcoch, ktoré dovedna pokrývajú približne 240 000 km2 (pozn.: nepočítajú sa ľadovce, ktoré sú súčasťou grónskeho alebo antarktického kont. zaľadnenia). Možno sa vám zdá toto číslo veľké, no zatiaľ ide len o menšiu polovicu všetkých doteraz známych ľadovcov (odhad celkovej rozlohy sa pohybuje až okolo 685 000 km2, IPCC pracuje s hodnotou max. 540 000 km2). 


Obr. 10: Tri hlavné databázy globálneho ľadovcového monitoringu - WGMS a priestorová prezentácia (platnosť) ich inventarizácie (Zdroj)

Inventarizácia ľadovcov ani dnes nie je zďaleka ukončená, a to aj napriek tomu, že od konca 70. rokov ju urýchlili nové postupy diaľkového prieskumu Zeme a automatickej identifikácie ľadovcov zo satelitných záberov. V rámci obdobia 1946-2013 WGMS podrobnejšie monitoruje 228 vybraných ľadovcov, z ktorých len 30 je považovaných za tzv. referenčné, pretože okrem zmien v terminálnych častiach sa u nich sledujú aj bilančné zmeny ich hmoty počas celého roka (Obr. 11). 


Obr. 11: Priestorové rozloženie pozorovaní a meraní zmien dĺžky (hore) a bilancie hmoty (dole) sledovaných ľadovcov (Zdroj)

Dlhodobé trendy
Ako sme spomenuli už v predchádzajúcom texte, pri hodnotení dlhodobých trendov máme možnosť pracovať s dvoma základnými parametrami ľadovcov – zmenami ich terminálnych častí (ustupuje/postupuje) a bilančnými zmenami celkovej hmoty - objemu (či už za rok alebo dlhšie obdobie). Len zbežným pohľadom na vývoj oboch parametrov za posledných asi 60, resp. 130 rokov zistíme (Obr. 12 a 13), že veľká väčšina ľadovcov na Zemi hmotu ľadu stráca, čo sa prejavuje nielen ústupom, ale väčšinou aj skracovaním ich celkovej dĺžky. Zvlášť nápadný je tento trend v období od polovice 80. rokov 20. storočia, kedy dochádza k jeho zrýchľovaniu. 


Obr. 12: Kumulatívne zmeny bilancie objemu - hmoty - referenčných (oranžová) a všetkých sledovaných ľadovcov v období 1946-2005 - zmeny objemu ľadu sú vyjadrené v metroch vodného ekvivalentu (m w.e.) - zrýchlenie je zrejmé hlavne od polovice 80. rokov 20. storočia (Zdroj); aktuálnejší graf je možné nájsť tu (Zdroj)

Celková hmota ľadovcov sa vyjadruje vo výške vodného ekvivalentu (m w.e.; 0,9 m vody je približne 1,0 m hrúbky ľadu). Jej priemerná hodnota pre všetky sledované ľadovce sa odhaduje na 100 až 180 metrov. V období 1946-2005 klesla celková hmota ľadu o celých 20 m w.e, čo je obrovské číslo, dokonca aj v historickom kontexte. Ak priemernú ročnú stratu, 0,35 m w.e., porovnáme s rekonštrukciami paleoglaciologického výskumu zistíme, že táto hodnota je zďaleka najvyššou za posledných minimálne 2000 rokov (Haeberli a Holzhauser 2003). Morénové sedimenty ľadovcov z konca obdobia tzv. "Malej doby ľadovej" (pol. 19. storočia) sú akousi pripomienkou ich maximálneho rozsah počas holocénu, ktorú odvtedy žiadny ľadovec neprekonal. Pozorovania dĺžky (správania) ľadovcov, ktoré sú v niektorých regiónoch dostupné už od konca 19. storočia, poukazujú na takmer kontinuálny ústup ľadovcov vo všetkých horských oblastiach sveta počas celého 20. storočia (Obr. 13). Zvýšenú dynamiku tento proces zaznamenal v 20. a 40. rokoch a neskôr najmä v od polovice 80. rokov minulého storočia. Stabilizácia, či dokonca až dočasný postup sa prejavil počas 60. a 70. rokov, pravdepodobne ako odozva na zníženie intenzity priameho slnečného žiarenia v horskom prostredí v dôsledku väčšieho znečistenia ovzdušia pevnými aerosólmi. 


Obr. 13: Dlhodobé zmeny počtu postupujúcich (modré) a ustupujúcich (červená) ľadovcov vo vybraných regiónoch sveta v období 1880-2005 (Zdroj)

Hlavným dôvodom takto frontálneho ústupu ľadovcov na celej Zemi je jednak rýchle zvyšovanie globálnej a regionálne teploty, zmeny cirkulačných podmienok (zmena zrážkového režimu), a v niektorých regiónoch – napr. Himaláje – aj veľké znečistenie atmosféry pevnými aerosólmi. Ide predovšetkým o sadze zo spaľovania uhlia a biomasy, ktoré znižujú povrchové albedo ľadu, čo sa prejavuje intenzívnejším topením jeho povrchu. Aj napriek často krát zvýšenej akumulácii snehu v zimnom alebo monzúnovom období, prevažná časť horských ľadovcov dnes veľmi citlivo reaguje na zvyšovanie priemernej ročnej, najmä však letnej teploty. Len pre ilustráciu možno nakoniec uviesť niekoľko základných čísel, napr. z roku 2005. Z celkového počtu 446 sledovaných ľadovcov ustupovalo 398, 18 nevykazovalo žiadne zásadné zmeny, a 26 postupovalo (15 z nich na Novom Zélande). Apropo, Nový Zéland je jedinou sledovanou oblasťou, ktorá si dodnes udržala významný podiel postupujúcich ľadovcov.  

Scenáre pre 21. storočie
Pokračujúce otepľovanie atmosféry a oceánov bude mať v priebehu tohto storočia aj naďalej zásadný vplyv na ústup horských ľadovcov na celej Zemi, výnimkou nebudú ani grónske a antarktické ľadovce. O zrýchľovaní poklesu objemu ľadovcov vypovedá aj fakt, že len v priebehu posledných 50 rokov (od r. 1961) sa príspevok topenia ľadovcov k nárastu hladiny svetových oceánov – okrem Grónska a Antarktídy – zvýšil o viac ako dvojnásobok (z 0,4 mm/rok v období 1961-1990 na viac ako 1,0 mm/rok v období posledného desaťročia). Pochopiteľne, vzhľadom na neúplnú inventarizáciu ide len o približné hodnoty, pričom príspevok všetkých ľadovcov môže byť nakoniec ešte väčší. Podľa modelových predpokladov pre 21. storočie môže topenie ľadovcov prispieť k ďalšiemu rastu hladiny oceánov až o 22 cm (scenár RCP8.5), a ich celkový objem pravdepodobne poklesne v rozsahu od 29 do 41 % (Radic et al. 2013). Z hľadiska regionálnych rozdielov, najväčší podiel na raste hladiny oceánov budú mať ľadovce v severnej a severozápadnej Kanade a Rusku. V prípade alpských, škandinávskych, juhoamerických, severoamerických a ázijských ľadovcov sa počíta s redukciou objemu aj o viac ako 80 % do roku 2100 (o 50 % do roku 2050).   


Obr. 14: Ľadovcové jazerá, podobné tým z Nepálu - na obr. - sa vplyvom rýchlejšieho topenia horských ľadovcov stávajú čoraz väčšou hrozbou pre obyvateľstvo horských oblastí Himalájí, Ánd či strednej Ázie - preplnené jazerá zapríčiňujú časté a náhle povodne (Zdroj)

Dôsledky ústupu ľadovcov
Trvalé a zrýchľujúce sa topenie horských ľadovcov má, okrem dôsledkov na zmenu hladiny oceánov, aj niekoľko ďalších, prevažne negatívnych dopadov. Rýchly ústup andských či himalájskych ľadovcov vedia k vzniku glaciálnych jazier, ktoré prehradené nestabilnými morénovými valmi narastajú do obrovských rozmerov. Pri pretrhnutí morénového valu hrozí veľké riziko katastrofálnych náhlých povodní, ktoré ohrozujú milióny ľudí žijúcich na upätí pohorí alebo v dolinách. Ľadovce sú okrem toho v mnohých, najmä suchších regiónoch, jediným stabilným zdrojom pitnej a úžitkovej vody (niektoré oblasti Ánd, stredná Ázia, atď.). Pokiaľ ľadovce v týchto oblastiach zmiznú, hrozí akútny nedostatok vody tak pre ľudí, ako aj pre poľnohospodárstvo. Ohrozené tak môžu byť aj husto zaľudnené regióny severnej Indie alebo západnej a strednej Číny

Podobný problém budú mať pravdepodobne aj európske Alpy. Zdrojnice mnohých veľkých tokov pretekajúcich strednou alebo západnou Európou (Dunaj, Rýn, Inn, Pád, Rhôna, atď.) napájajú práve alpské ľadovce. Výrazný pokles objemu ľadu sa môže v budúcnosti prejaviť nedostatkom vody v ich tokoch, a to predovšetkým v suchších a teplejších častiach roka (leto a jeseň). Na Slovensku tým môžu byť potenciálne ohrozené najmä zásoby podzemnej vody na Žitnom ostrove. Budúci nedostatok vody z ľadovcov sa celkom určite prejaví aj v poklese hydroenergetického potenciálu alpských či škandinávskych tokov, a pred negatívnymi dôsledkami nebude ušetrený ani turistický ruch.       

O dlhodobých zmenách objemu grónskeho ľadovcového štítu je možné sa dočítať viac napríklad aj v článku: Grónsko na prahu veľkých zmien (?).


Literatúra
Chen J., Ohmura A., 1990. Estimation of Alpine glacier water resources and their change since the 1870’s. Int Assoc Hydrol Sci Publ 193:127–135.
Cogley JG. 2009a. A more complete version of the World Glacier Inventory. Ann Glaciol 50(53):32–38.
Dyurgerov MB, Meier MF., 2005. Glaciers and the changing earth system: a 2004 snapshot. INSTARR occasional paper 58, University of Colorado, Boulder.

Haeberli, W. Holzhauser, H., 2003. Alpine glacier mass changes during the past two millennia. PAGES News 11, No 1: p. 13–15.
Marzeion B, Jarosch AH, Hofer M., 2012. Past and future sea-level change from the surface mass balance of glaciers. Cryosphere 6:1295–1322. doi:10.5194/tc-6-1295-2012.
Radic V, Hock R., 2011. Regionally differentiated contribution of mountain glaciers and ice caps to future sea-level rise. Nat Geosci 4:91–94. doi:10.1038/NGEO1052.
Raper SBC, Braithwaite RJ., 2006. Low sea level rise projections from mountain glaciers and icecaps under global warming. Nature 439:311–313. doi:10.1038/nature04448.

Vysušovanie krajiny vs. silnejúci skleníkový efekt

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