Czy ocieplenie powyżej progu 2 stopni Celsjusza jest nieuchronne?

Choć naukowcy apelowali o zatrzymanie ocieplenia na poziomie 2°C, obecnie grozi nam wzrost temperatury o 4°C. Tymczasem dwa stopnie ocieplenia względem czasów przedprzemysłowych to swoisty próg bezpieczeństwa. Jeśli go przekroczymy, skutki zmiany klimatu mogą stać się nieodwracalne – nakręcamy bowiem sprężyny naturalnych mechanizmów, powodujących dalsze napędzanie zmian.

Topniejący lód

Rysunek 1. Topnienie lodów i długoletniej pokrywy śnieżnej odsłania powierzchnie wody lub lądu pochłaniające dużo więcej promieniowania słonecznego niż biała powierzchnia lodowa. Zdjęcie: Tomasz Petelski (Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk), Hornsund 2010.

Czy w ogóle się ociepla?

W ostatnich latach wzrost temperatur powietrza przy powierzchni Ziemi nieco zwolnił, przyczyniając się do powstania plotek o końcu globalnego ocieplenia. Jednak nasza planeta w dalszym ciągu akumuluje energię. Szybko (a w roku 2013 - rekordowo szybko) wzrasta ilość energii zgromadzonej w oceanie. Jak stwierdza ostatni raport IPCC, ocieplenie systemu klimatycznego jest bezdyskusyjne. Wiele zmian, obserwowanych od lat pięćdziesiątych XX w., nie ma precedensu w skali wielu dziesięcioleci, a nawet tysiącleci. Każda z ostatnich trzech dekad była cieplejsza od poprzedniej oraz od wszystkich wcześniejszych dekad w historii pomiarów. Dzięki badaniom geologicznym wiemy, że tempo, w jakim zachodzi zmiana temperatury, jest szybsze niż kiedykolwiek w ciągu ostatnich 400 000 lat.

Rysunek 1: Zmiany temperatury na półkuli północnej (niebieska linia), oszacowane na podstawie wielu różnorodnych danych pośrednich (Mann 1999). Bezpośrednie pomiarowy instrumentalne w kolorze czerwonym. Widoczna duża niepewność (szary obszar) w miarę cofania się w przeszłość.

Co znaczą 2°C?

Dlaczego wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi o ponad 2°C to taka poważna sprawa? Przecież znacznie większe zmiany obserwujemy w czasie jednej doby.

Niełatwo zrozumieć, co taka zmiana oznacza w kontekście średniej temperatury, obliczonej dla całego świata. Do wyobraźni przemawiać może fakt, że gdy temperatura globalna była o 2°C niższa niż w roku 1750, mieliśmy do czynienia z ostatnim zlodowaceniem (18 000 lat temu), a teren Polski pokryty był lądolodem skandynawskim.

Oczywiście, nie tylko lądolód reaguje na ocieplenie lub ochłodzenie o 2°C. Zmieniają się temperatury oceanów, poziom morza i dynamika atmosfery, co skutkuje zmianami prawdopodobieństwa występowania w naszych szerokościach geograficznych fal upałów, mroźnych zim, susz czy katastrofalnych burz. Ocieplenie czy ochłodzenie oznacza także uruchomienie tzw. sprzężeń zwrotnych, czyli procesów, które te zmiany potęgują (sprzężenia dodatnie) lub hamują (sprzężenia ujemne). Przykładem sprzężenia dodatniego jest spadek powierzchni lodu morskiego, który powoduje istotne zmiany w ilości promieniowania słonecznego odbijanego i pochłanianego przez powierzchnię Ziemi, rozpad wiecznej zmarzliny i oceanicznych hydratów metanu. Inne sprzężenia to opisywane przez nas ostatnio efekty związane z zachmurzeniem, bardzo ważne sprzężenie pary wodnej i wiele innych.

Szacuje się, że przy wzroście temperatury o 2°C w większości rejonów Ziemi nastąpią nieodwracalne zmiany. Jednak już mniejsze ocieplenie oznacza poważne skutki, np. dla Arktyki, gdzie maleje pokrywa śnieżna i lodowa oraz rozpada się wieczna zmarzlina.

Kwestia czułości klimatu

Chociaż wiemy, jak bardzo ogrzała się Ziemia na przestrzeni ostatnich kilkuset lat, nie jest nam łatwo ocenić, jak bardzo jeszcze się ogrzeje w odpowiedzi na wzrost koncentracji gazów cieplarnianych. Taką reakcję - wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi po podwojeniu się koncentracji dwutlenku węgla - nazywa się równowagową czułością klimatu. Należy podkreślić, że wielkość ta oznacza zmianę temperatury, która nastąpi, gdy system na nowo ustabilizuje się po zmianie, czyli osiągnie nowy stan równowagi.

Przed rewolucją przemysłową koncentracja CO2 w atmosferze wynosiła około 280 ppm (cząstek na milion), jej podwojenie oznacza więc wzrost do wartości około 560 ppm. Jeśli emisje związane z działalnością człowieka będą rosnąć w niezmienionym tempie, spodziewamy się osiągnąć tę wartość w bieżącym stuleciu.

Ustalenie dokładnej wartości równowagowej czułości klimatu jest bardzo trudne. Oprócz samej obecności gazów cieplarnianych i ich oddziaływania z promieniowaniem, trzeba wziąć pod uwagę liczne działające w systemie klimatycznym sprzężenia. Oszacowanie ich wpływu jest trudne i obciążone niepewnością, dlatego w raportach IPCC i innych wskazuje się raczej zakres możliwych wartości równowagowej czułości klimatu niż konkretną liczbę. W ostatnim raporcie podano zakres 1,5-4,5°C, jednak większość badań sugeruje, że wartości poniżej 3°C są mało prawdopodobne.

W ostatnim numerze Scientific American przeczytać możemy artykuł Michaela Manna - tak, tego od słynnego wykresu zwanego "kijem hokejowym" (rysunek 1). Autor, w ramach eksperymentu numerycznego, zadał modelowi klimatycznemu różne wartości równowagowej czułości klimatu i sprawdził, jak szybko dojdzie do przekroczenia progu "bezpiecznych" 2°C.

Modele klimatu to rozbudowane narzędzia badawcze. To rozwiązywane przez superkomputery układy równań opisujących działanie ziemskiego systemu klimatycznego, agregujące odkrycia z rozmaitych dziedzin (fizyki, chemii, biologii, itd.). Pozwalają nam sprawdzić, jak różne elementy środowiska zareagują na bodźce naturalne (zmiany aktywności słonecznej, erupcje wulkanów, etc.) lub związane z naszą działalnością (emisje gazów cieplarnianych, aerozole, etc.). Laicy często patrzą na modele podejrzliwie, nie zdając sobie sprawy, jak wiele wysiłku i badań naukowych włożono ich tworzenie, rozwój i weryfikację. Warto zauważyć, że już modele sprzed kilkudziesięciu lat były wystarczająco dobre, by przewidzieć ocieplenie obserwowane w ostatnim okresie. Obecne modele są od nich oczywiście doskonalsze.

Mann przetestował różne wartości równowagowej czułości klimatu: od 1,5 do 4,5°C – posługując się scenariuszem „biznes jak zwykle”, czyli zakładającym, że nie wprowadzimy w najbliższym czasie specjalnych ograniczeń emisji gazów cieplarnianych, a te będą nadal rosły. Okazało się, że przy czułości klimatu 3°C nasza planeta przekroczy dwustopniowy próg bezpieczeństwa już w 2036 roku. Obniżenie czułości do 2,5°C przesunęło ten termin o zaledwie 10 lat, na 2046 r.

Przy czułościach rzędu 2,5-3°C model bardzo dobrze oddawał wyniki historycznych pomiarów temperatury, natomiast przy czułościach 1,5 oraz 4,5°C – zgodności nie było. To kolejny (obok licznych opracowań naukowych) powód, by uważać te wartości za mało prawdopodobne. Nawet przy założeniu skrajnie niskiej czułości klimatu (czyli 1,5°C), próg 2°C i tak zostanie przekroczony w tym stuleciu.

Czy da się coś zrobić?

Jeśli czułość klimatu rzeczywiście wynosi 3°C, to, aby uniknąć przekroczenia progu 2°C, musielibyśmy zahamować wzrost koncentracji CO2 w atmosferze na poziomie 405 ppm (liczba ta uwzględnia fakt, że zmniejszenie emisji dwutlenku węgla oznacza jednocześnie zmniejszenie emisji chłodzących atmosferę aerozoli). Jesteśmy już blisko tego progu. Średnia globalna koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze w roku 2013 wyniosła 396,48 ± 0,12 ppm, rosnąc o ponad 2 ppm rocznie. W tym roku mierzona na Mauna Loa średnia od połowy marca 2014 przekracza 400 ppm, a w 2015 roku średnie stężenie CO2 prawdopodobnie przekroczy poziom 400 ppm. Aby nie przekroczyć 405 ppm należałoby w praktyce natychmiast zaprzestać dalszego spalania paliw kopalnych, co jest skrajnie mało prawdopodobne.

Rysunek 2: Globalna średnia koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze w cząstkach na milion (ppm) w ostatnich latach. Linia czerwona pokazuje wyniki pomiarów, czarna – wyniki pomiarów z poprawką na zmiany sezonowe. Źródło: NOAA ESRL.

Gdyby równowagowa czułość klimatu była nieco niższa – i wynosiła około 2,5°C – nasze zadanie byłoby trochę łatwiejsze. Wystarczyłoby ograniczyć wzrost koncentracji CO2 w atmosferze do poziomu 450 ppm, od teraz zmniejszając emisje o kilka procent rocznie.

Niestety, nawet wprowadzając w życie te ograniczenia, nie unikniemy niektórych negatywnych skutków zmian klimatu. Te zmiany już zachodzą, a dzięki działaniu licznych sprzężeń w systemie klimatycznym Ziemi trwać będą jeszcze wiele lat. Nie redukując ilości spalanych paliw kopalnych, gwarantujemy sobie wzrost temperatury nie o bezpieczne 2°C, ale zapewne o znacznie więcej – nawet w przypadku niewielkiej czułości klimatu.

Aleksandra Kardaś na podstawie Scientific American, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 2014-04-29 15:35
Tagi

modele numeryczne projekcje klimatu czułość klimatu

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.