23 maja
2010
Jacek Piskozub i Marcin Gerwin

Pingwin białobrewy. Zdjęcie: Jennifer Pickens/Flickr.

Wyniki pomiarów temperatury Ziemi za pomocą satelity są zaskakujące. Okazuje się, że pierwsze trzy miesiące tego roku należały, do najcieplejszych od kiedy w ogóle zaczęto badać temperaturę z satelity. Kwiecień, w skali planety, był rekordowy (1). Tymczasem lokalnie, między innymi w Polsce, mieliśmy wyjątkowo mroźną zimę. Czy zaspy śniegu leżące tej zimy na ulicach polskich miast, sople zwisające z dachów i przerwy w dostawach prądu oznaczają, że globalne ocieplenie to tylko mit? Skąd wiadomo, że działalność człowieka wpływa na zmiany klimatu? Przecież słychać tyle wątpliwości w tej kwestii.

Są dwa rodzaje sceptyków, którzy wątpią w to, by klimat mógł zmieniać się na skutek działalności człowieka: są sceptycy uczciwi i sceptycy nieuczciwi. Ci pierwsi oczekują przedstawienia dowodów, a po zapoznaniu się z nimi są gotowi zmienić swoje zdanie. Uczciwy sceptycyzm jest jak najbardziej zrozumiały, nie chodzi przecież o to, aby przyjmować rewelacje klimatologów na wiarę. Są także sceptycy nieuczciwi, którzy bez względu na wszystko, będą szli w zaparte i choć podstawi się im dowody pod nos na talerzu, to nadal będą trwać przy swoim, twierdząc, że to niemożliwe, by człowiek mógł mieć wpływ na klimat całej planety. A już na pewno nie wymienią żarówek na energooszczędne.

Temperatura w kwietniu 2010 r. w porównianiu od średnią z lat 1971-2000. Kliknij na obrazek, aby zobaczyć powiększenie. Źródło: NOAA.

To, że gazy takie, jak dwutlenek węgla czy metan, zatrzymują ciepło, nie jest jedynie domysłem. Po raz pierwszy stwierdził to eksperymentalnie John Tyndall w 1859 r., za pomocą skonstruowanego przez siebie urządzenia. Odkrył on wówczas jeszcze jedną, ważną rzecz, a mianowicie, że akurat te gazy, których w atmosferze jest najwięcej, czyli azot i tlen, gazami cieplarnianymi nie są. Azot, tlen oraz argon, który również nie jest gazem cieplarnianym, stanowią aż 99,97% składu suchej atmosfery, a zatem wszystkie gazy, które mają właściwości cieplarniane, muszą mieścić się w tym pozostałym ułamku procenta. Dlatego też, choć obecne stężenie dwutlenku węgla może się wydawać śmiesznie małe (0,0389% w 2009 roku), to właśnie ten gaz, para wodna, metan i jeszcze kilka innych gazów okrywają Ziemię niczym ciepły koc i powodują efekt cieplarniany, dzięki któremu średnia temperatura na Ziemi wynosi nie -18°C, a ok. +15°C i nie jest tu zimno jak na Księżycu, który nie ma atmosfery.

Efekt cieplarniany jest niezbędny do tego, aby życie mogło kwitnąć na naszej planecie. Jest super! Problem pojawia się jednak wówczas, gdy staje się on zbyt silny. Dodawanie gazów cieplarnianych od atmosfery jest niczym popchnięcie kostki domina, która uruchamia łańcuch reakcji, prowadzący do większego ocieplenia, niż wynikać by to mogło jedynie z właściwości tych gazów. Zwiększenie stężenia CO2 w atmosferze oznacza, że wzrasta również zawartość pary wodnej, która jest silniejszym gazem cieplarnianym. Dzieje się tak dlatego, że cieplejsze powietrze może utrzymywać więcej pary wodnej, niż powietrze chłodne. Łatwo to zaobserwować zimą, albowiem gdy przychodzi siarczysty mróz, powietrze staje się suche, a gdy następuje odwilż, powietrze staje się wilgotne. Na każdy 1°C wzrostu temperatury, powietrze może pomieścić 7% więcej pary wodnej.

Gazy w górnej warstwie atmosfery Ziemi. Źródło: NASA (2).

Co dzieje się dalej? Wraz ze wzrostem temperatury zaczynają topnieć lodowce, a także lód morski pokrywający Ocean Arktyczny. Lód morski świetnie odbija światło, natomiast gdy znika, to ciemniejszy od niego ocean pochłania więcej ciepła. Wyższe temperatury w Arktyce powodują topnienie wiecznej zmarzliny na Syberii czy na północy Kanady, a wówczas z rozmrożonej gleby zaczynają się wydostawać metan i dwutlenek węgla, dodatkowo wzmacniając efekt cieplarniany. Nie chodzi więc tylko o same emisje CO2 z kominów elektrowni czy z rur wydechowych samochodów. Chodzi również o sprzężenia zwrotne, które one uruchamiają.

Od 1750 roku, czyli od początku ery przemysłowej, stężenie CO2 w atmosferze wzrosło o ponad 30%. Skąd się wzięło ponad 800 miliardów ton dodatkowego CO2 w powietrzu? Czy pochodzi może z oceanów, gdzie wytworzyły je glony, a może z wulkanów?

Stężenie dwutlenku węgla w powietrzu, mierzone w stacji na Mauna Loa (Hawaje). Źródło: NOAA.

Wulkany możemy wykluczyć od razu. Zbadał to Brytyjski Instytut Geologiczny (BGS) i wyszło na to, że emisje CO2 z wulkanów są około 100 razy mniejsze niż emisje spowodowane działalnością człowieka. Znalezienie tych danych w internecie zajmuje góra 10 minut i jest niezwykłe, że argument o wulkanach, które rzekomo dostarczają więcej CO2 niż ludzie, wciąż jeszcze się pojawia (3). W dodatku ilość CO2, która wydobywa się z wulkanów, jest mniej więcej równoważona przez proces wietrzenia skał wulkanicznych, które wychwytują go z powietrza. Co ciekawe, od 50 milionów lat więcej CO2 było wychwytywane przez skały, niż wydobywało się z wulkanów, co prowadziło do stopniowego, acz bardzo powolnego ubywania CO2 z atmosfery.

Czy zatem źródłem dwutlenku węgla mogą być oceany? Na pierwszy rzut oka hipoteza taka może wyglądać obiecująco. Oceany robią się coraz cieplejsze, a im woda jest cieplejsza, tym mniej może się w niej rozpuścić dwutlenku węgla. Wie to każdy, kto otwierał zbyt ciepłą butelkę napoju gazowanego. Dwutlenek węgla wylatuje z niej z sykiem. Może zatem ogrzewanie się oceanu prowadzi do odgazowania go, a tym samym do zwiększenia stężenia dwutlenku węgla w atmosferze? Jednak pomiary takiej hipotezy absolutnie nie potwierdzają. W ubiegłym roku zostały opublikowane wyniki prawie trzech milionów pomiarów zawartości CO2 w powierzchniowej warstwie mórz i oceanów, z lat 1970 – 2007. Jest to jedna z największych baz danych jakiegokolwiek parametru w oceanie. Jedynie temperatura i zasolenie wody są częściej mierzone. Znając stężenie CO2 w atmosferze oraz temperaturę wody, w której dokonywano pomiarów, możemy wyliczyć czy dwutlenek węgla jest pochłaniany przez morze czy się z niego wydostaje. Wynik tego obliczenia wskazuje, że ocean pochłania rocznie prawie 6 miliardów ton CO2 (1,6 mld ton czystego węgla). Wynik ten nie jest idealny, m.in. dlatego, że pomiary nie są prowadzone równomiernie na obszarze wszystkich mórz (słabym punktem są ciągle morza przybrzeżne, w tym cały Bałtyk), jednak bez wątpienia więcej CO2 jest pochłaniane przez oceany, niż się z nich wydostaje.

Fakt ten potwierdza również rosnące zakwaszenie oceanu, które powodowane jest przez rozpuszczanie się w wodzie dwutlenku węgla. CO2 ma bowiem odczyn kwaśny i im więcej się go rozpuszcza w oceanie, tym bardziej ocean robi się kwaśny, a to z kolei negatywnie wpływa na koralowce i inne żyjące w nich stworzenia. Zakwaszenie oceanów jest drugim, obok globalnego ocieplenia, efektem powodowanym przez nadmierną ilość CO2 w atmosferze (4).

Zdjęcie: Renee Silverman/Flickr.

A co z glonami?
Przepływy CO2 między oceanem a atmosferą zależą także pory roku. Wiosną i latem morze wchłania CO2 z atmosfery wbudowując je w biomasę glonów i sinic podczas ich zakwitów, nawet pomimo że jest cieplejsze. Jesienią i zima oddaje ten węgiel do atmosfery, gdy obumrą one lub zostaną zjedzone. Jest to proces biologiczny, który w strefie umiarkowanej, także na Bałtyku, przeważa nad procesami fizycznymi związanymi z temperaturą wody. W skali roku jednak taka wymiana morze-atmosfera musi praktycznie wyjść na zero, gdyż w większości oceanu wody powierzchniowe nie mieszają się z głębinowymi. Dwutlenek węgla może więc zasilić głębie morskie tylko w nielicznych regionach głębokiego mieszania, głównie na Atlantyku Północnym i w pobliżu Antarktydy.

Na Morzu Bałtyckim badania nad przepływami CO2 zajmują się głównie naukowcy niemieccy. W Polsce badania takie rozpoczynają się dopiero w Pracowni Wzajemnego Oddziaływania Morza i Atmosfery Instytutu Oceanologii PAN w Sopocie. Jednoczesne pomiary koncentracji CO2 w morzu i atmosferze oraz jego strumienia  pozwolą na ulepszenie wzorów stosowanych przy obliczaniu bilansu przepływów CO2 przez powierzchnię morza. Problem ten jest częścią szerszego zagadnienia – morskiego cyklu węgla, którym zajmują się chemicy z Pracowni Biogeochemii Morza. Instytut Oceanologii PAN reprezentuje polskie w europejskiej akcji COST-735 poświęconej ocenie globalnych strumieni gazów przez powierzchnię morza istotnych dla klimatu, ze szczególnym uwzględnieniem mórz przybrzeżnych.

Jest jednak jeszcze inne, duże źródło emisji dwutlenku węgla – to spalanie paliw kopalnych, czyli węgla, ropy i gazu ziemnego. Wzrost zawartości CO2 w atmosferze od początku ery przemysłowej pokrywa się z emisjami spowodowanymi spalaniem paliw kopalnych – węgla, ropy i gazu ziemnego. Może to wyliczyć nawet uczeń szkoły średniej sprawdzając w roczniku statystycznym roczną produkcję paliw kopalnych na świecie. Na szczęście jednak, około połowę tych emisji pochłaniają co roku oceany, lasy i gleby, część jednak gromadzi się w atmosferze, wzmacniając efekt cieplarniany. Czy można jakoś potwierdzić, że warstwa gazów cieplarnianych stała się „gęstsza” i że zatrzymuje obecnie więcej ciepła niż choćby kilkadziesiąt lat temu? Tak. Gdy porównana została ilość promieniowania podczerwonego (czyli ciepła) emitowanego przez Ziemię, z danych satelitarnych z lat 1970, 1997 i 2003, okazało się, że mniej ciepła uchodzi z Ziemi właśnie w częstotliwościach odpowiadających gazom cieplarnianym (5). Pokazuje to jednoznacznie, że gazy takie, jak dwutlenek węgla i metan, zatrzymują dziś więcej ciepła niż jeszcze kilkadziesiąt lat temu. Potwierdzają to także badania przeprowadzone na powierzchni Ziemi, w ramach których stwierdzono, że w 2008 r. wracało więcej ciepła zatrzymywanego przez gazy cieplarniane w atmosferze niż w 1973 r., bez względu na to, czy niebo było zachmurzone czy też nie, w 6 różnych rodzajach terenu, na podstawie danych z 3200 stacji pomiarowych (6). Oznacza to, że człowiek już zmienił klimat Ziemi. Te zmiany są na dziś stosunkowo niewielkie, średnia temperatura Ziemi wzrosła dotąd o 0,7°C od 1950 r., niemniej jednak mają one miejsce.

Co na to wszystko sceptycy? To spisek! Manipulacja! Fałszowanie danych! Tu na pewno chodzi o pieniądze, które ktoś chce wyciągnąć od ludzi. Okazuje się jednak, że nie tylko o pieniądze. Zaproszony do studia Polsat News radiolog, prof. Zbigniew Jaworowski, wyjaśnił, że globalne ocieplenie to spisek mający na celu utworzenie rządu światowego. Zamiast jednak się roześmiać, redaktor prowadzący wywiad, z powagą pytał dalej, jak możemy się obronić przed manipulacjami ONZ.

Kto zatem uczestniczy w tym spisku? Tysiące klimatologów, fizyków, hydrologów i oceanologów, którzy badają morza, atmosferę i lodowce Arktyki? Jak niby mieliby to robić? To, że klimat na świecie się ociepla można poznać po tym, że w górach przesuwają się w górę granice stref występowania roślin, że wcześniej zakwitają rośliny na wiosnę, że zmienia się zasięg występowania ptaków i ssaków i że coraz mniejszy jest pod koniec lata obszar lodu morskiego pokrywającego Ocean Arktyczny. Na czym więc konkretnie miałby polegać udział klimatologów w spisku? Czy na tym, że w nocy, gdy nikt nie patrzy, sadzą drzewa w górach powyżej granicy ich dotychczasowego występowania? Czy może na tym, że wyskakują po kryjomu z pokładu lodołamacza i suszarkami do włosów podgrzewają Ocean Arktyczny?

Ocean Arktyczny. Zdjęcie: U.S. Geological Survey/Flickr.

Dowodem na manipulacje naukowców mają być emaile wykradzione z serwera z Uniwersytetu Wschodniej Anglii, jakie przez lata wymieniali między sobą klimatolodzy. Kontrowersje w tych listach może budzić kwestia recenzowania artykułów do czasopism naukowych oraz blokowania dostępu do danych źródłowych. Jaki jednak „dowód” na fałszowanie danych odkryto w tych emailach? Taki, że jeden z klimatologów, opracowując wykres, zrobił trik, który polegał na tym, że ukrył spadek temperatur, jaki wskazywały wyniki badań pierścieni drzew, a zamiast tego użył wyników pomiarów z tradycyjnych termometrów (7). A zatem, czy użycie bardziej dokładnych danych z termometrów, zmieniło faktyczny obraz temperatur?

Prawdziwa była natomiast wpadka z lodowcami w Himalajach w części raportu IPCC, dotyczącej skutków zmian klimatu. Miały się one stopić do roku 2035 r., jednak, jak się okazało, data ta była zbyt wczesna. Czy jednak wykazanie tego błędu sprawiło, że kwestia zmian klimatu przestała mieć znaczenie? Czy sprawiło to, że zmieniły się własności fizyczne gazów w atmosferze? Czy zniknęła z niej w magiczny sposób nadmierna ilość dwutlenku węgla, a wraz z nią ryzyko podniesienia się poziomu morza, częstszego występowania susz lub powodzi? Czy wreszcie mieszkańcy północnych Indii mogą spać spokojnie, nie musząc się już martwić o przyszłość swoich dzieci i wnuków, bo zagrożenie brakiem wody do picia minęło?

Do tego, by uchronić liczne miasta, wsie oraz naturalne ekosystemy na naszej planecie przed negatywnymi skutkami zmian klimatu, konieczne jest zaprzestanie spalania paliw kopalnych, sadzenie lasów, a najlepiej leśnych ogrodów, oraz ograniczenie emisji sadzy. Nie chodzi tu o jakieś mgliste zapowiedzi ograniczenia emisji CO2 za 50 lat. Górnicy nie będą zachwyceni czytając te słowa, ale wszystko wskazuje na to, że węgiel z kopalń powinien po prostu zostać pod ziemią. Trzeba go przestać wydobywać. Jak najszybciej. Na zawsze.

Las tropikalny w Kostaryce. Zdjęcie: Frank Kehren/Flickr.

Dwutlenek węgla, który z komina elektrowni trafia do atmosfery, będzie pozostawać w niej przez tysiące lat. Nawet gdybyśmy jutro zrezygnowali ze spalania paliw kopalnych całkowicie, to temperatura Ziemi nie zaczęłaby spadać od razu, a nawet przez kilkadziesiąt lat mogłaby jeszcze wzrastać. Działoby się tak dlatego, że oceany, ze względu na swoją ogromną pojemność cieplną, jeszcze nie nagrzały się do końca, w odpowiedzi na te gazy cieplarniane, które człowiek już dodał do atmosfery. Dalsze pompowanie CO2 do atmosfery jest więc jak regulowanie temperatury mieszkania przy pomocy zepsutego termostatu, który można przekręcać tylko w górę.

Dobre życie jest możliwe bez spalania węgla. Aby mogła działać lodówka, nie jest potrzebny węgiel, może go zastąpić biogaz, wiatr, geotermia lub inne czyste źródła energii. Podstawowym krokiem jest także zmniejszenie zużycia energii. W atmosferze nie ma granic, więc spalając paliwa kopalne w Polsce, przyczyniamy się do zmian klimatu, które dotykają mieszkańców całej planety, bez względu na to, czy mieszkają na przedmieściach Nairobi, w ostępach Amazonii czy w górach Peru. Tak jednak być nie musi. Wciąż jeszcze mamy tą odrobinę czasu, by to zmienić.

Przypisy:
(1) Warmest April Global Temperature on Record, NOAA.
(2) The Top of the Atmosphere, Earth Observatory/NASA.
(3) Po wpisaniu w wyszukiwarkę np. „CO2 volcanic contributions”, raport BGS powinien pojawić się na pierwszej stronie.
(4) Zobacz także: EPOCA, Ocean acidification.
(5) Jennifer A. Griggs i John E. Harries, Comparison of spectrally resolved outgoing longwave data between 1970 and present, Proceedings of SPIE.
(6) Kaicun Wang i Shunlin Liang, Global atmospheric downward longwave radiation over land surface under all-sky conditions from 1973 to 2008, Journal of Geophysical Research.
(7) Zobacz więcej: Climate wars: the story of the hacked emails.

Jacek Piskozub jest kierownikiem Zakładu Dynamiki Morza w Instytucie Oceanologii PAN w Sopocie.


5 komentarzy

  1. andrzej
    05/06/2010

    myślę że duża zasługa w ociepleniu przypada karczowaniu lasów i zamianie naturalnych samosiejek na trawniki z iglakami (to oczywiście Europa z jej porządkiem (schludnie i bez liści)nawet w Sopocie nie sadzi się drzew gdzie tylko można .
    Co innego wyrzynanie pod uprawy może się mylę ale gdyby nie moda na drewno egzotyczne na tarasach i gdyby nie plantacje mono kulturowe to drzewa przerobiłyby bardzo dużo CO2
    To takie tam ….

  2. Jacek Piskozub
    26/06/2010

    Zgadzam się. Wycinanie lasów to około 20% naszych globalnych emisji CO2. Oczywiście w sensie „netto” (tzn. wycinanie minus sadzenie).

  3. aleksander
    21/09/2010

    Dokładne zbadanie ABSORPCJI,ODBICIA I ROZPROSZENIA przez CO2 i H2O w widmach promieniowania Ziemi pozwoli na dość dokładne oszacowanie udziału CO2 w efekcie cieplarnianym.
    Powinny to być badania uwzględniające obecne ilości tych gazów na różnych wysokościach w atmosferze i co z tym związane w temperaturach odpowiednich do tych wysokości.
    Można obliczyć z równań powszechnie znanych, ilości energii pochłanianych i oddawanych przez te gazy. Infralit, znany przyrząd do pomiaru stężenia CO2 i H2O w fazie gazowej jest oparty na absorpcji promieniowania w podczerwieni. Można zbadać precyzyjnie jakie długości fal są pochłaniane ( chodzi o szerokość widma np od 12,3 do 12,6 nm)i naprawdę policzyć udziały w efekcie zmian klimatu na Ziemi.
    Znam kilka prac naukowych p. Jacka Piskozuba (mn rozprawę habilitacyjną) które pomogły mi zrozumieć niełatwe problemy związane z historią i rozwojem życia na Ziemi.

  4. Gregorio
    22/01/2011

    Globalne Ocieplenie to jedna wielka mistyfikacja.

  5. 22/01/2011

    Gregorio, dowód proszę :)

Komentarz