Ziemia „stabilna” czy „cieplarniana”?

Już kilka razy pisaliśmy na naszych łamach o punktach krytycznych w systemie klimatycznym Ziemi (O co chodzi z „progiem wzrostu temperatury o 2C”, Ziemskie progi bezpieczeństwa). Dziś powracamy do tego tematu, w związku z opublikowaniem w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences nowego artykułu „Trajectories of the Earth System in the Anthropocene” (Trajektorie systemu ziemskiego w Antropocenie) (Steffen i in., 2018 [pełna wersja]). Jego autorzy zebrali dostępne w literaturze przedmiotu dane o „progach bezpieczeństwa” związanych z różnymi zjawiskami zachodzącymi na Ziemi i przedstawili scenariusz, który mógłby doprowadzić do ich kolejnego przekraczania. Tekst wzbudził ogromne zainteresowanie – tylko w ciągu kilku pierwszych dni po opublikowaniu został pobrany 270 tysięcy razy. I nic dziwnego – sugeruje bowiem, że jesteśmy bliscy przerzucenia klimatu naszej planety do stanu, w jakim nie był od milionów lat.

Rysunek 1: Topniejąca wieloletnia zmarzlina, Wyspa Ellesmere’a, Nunavut, Kanada – jedno ze zjawisk stanowiących sprzężenie zwrotne ocieplania się klimatu. Zdjęcie: A. Cassidy, UBC Geography (licencja CC BY 2.0)

Zacznijmy od tytułu. Antropocenem coraz częściej nazywa się epokę, w której obecnie żyjemy. Powód? To, jak bardzo w ciągu ostatnich 200 lat przekształciliśmy, i wciąż przekształcamy naszą planetę. Między innymi, emitując do atmosfery potężne ilości gazów cieplarnianych, w wyniku czego zmieniliśmy i zmieniamy coraz szybciej ziemski klimat tak, że będzie to widoczne w zapisie geologicznym nawet po wielu milionach lat.

Rysunek 2: Schematyczna ilustracja możliwych przyszłych scenariuszy ewolucji klimatu na tle typowych zmian w cyklu epok lodowych (z dołu po lewej). Stan interglacjalny (ciepłe okresy epok lodowych) ziemskiego systemu klimatycznego odpowiada górnej części niebieskiej krzywej, a maksimów epok lodowcowych – dolnej. Poziom morza zmienia się relatywnie powoli, podążając do wyznaczanego przez temperaturę punktu poprzez procesy rozszerzalności cieplnej i topnienia lądolodów. Pozioma linia w środku wykresu reprezentuje poziom temperatur w okresie przedprzemysłowym, a obecny stan ziemskiego systemu klimatycznego wskazuje mała kulka na czerwonej linii pomiędzy punkami A i B. Litery wzdłuż czerwonej linii zaznaczają orientacyjne stany ziemskiego systemu klimatycznego w przeszłości: A-środkowy holocen, B-interglacjał eemski, C-środkowy pliocen, D-środkowy miocen. Steffen i in., 2018

Już obecnie najprawdopodobniej wytrąciliśmy system klimatyczny naszej planety z trwających przez ostanie 1,2 mln lat oscylacji pomiędzy kolejnymi zlodowaceniami (zamknięta niebieska trajektoria na Rysunku 2). W tej chwili znajdujemy się w położeniu oznaczonym małą szarą kulką między punktami A i B. W porównaniu do czasów sprzed rewolucji przemysłowej średnia temperatura Ziemi wzrosła do tej pory o ok. 1 stopień Celsjusza, i wciąż rośnie.

Katherine Richardson z Uniwersytetu Kopenhaskiego, będąca jednym z autorów pracy, podkreśla, że

Ziemia w swojej historii nigdy nie miała quasistabilnego stanu klimatycznego, który byłby o ok. 2 stopnie cieplejszy od przedprzemysłowego, co sugeruje ryzyko, że system sam z siebie będzie ‘chciał’ ocieplać się dalej ze względu na te wszystkie inne procesy nawet gdy zatrzymamy nasze emisje.

Punkty krytyczne

Autorzy zwracają uwagę, że jeśli ocieplenie naszej planety przekroczy pewną graniczną wartość, stabilizacja ziemskiego systemu klimatycznego w stanie choćby z grubsza podobnym do stanu obecnego stanie się niemożliwa.

Przekroczenie tego progu może doprowadzić do sytuacji, w której średnia temperatura powierzchni Ziemi będzie znacznie wyższa niż kiedykolwiek w ciągu ostatniego 1,2 mln lat. Oczywistą konsekwencją wyższych temperatur będzie też wzrost poziomu mórz i oceanów.

Ziemski system klimatyczny bardzo szybko (przynajmniej w skali typowych procesów geologicznych i klimatycznych) i w sposób najprawdopodobniej nieodwracalny „stoczy się” do stanu tzw. „Ziemi cieplarnianej” (ang. Hothouse Earth): niegościnnej, wręcz wrogiej dla człowieka i większości obecnie istniejących gatunków. Nie przypominającej planety, jaką znamy dziś.

Rysunek 3: Dwa możliwe scenariusze przyszłości naszej planety: ‘Ustabilizowana Ziemia’ i ‘Ziemia cieplarniana’ naniesione na powierzchnię obrazującą stany ziemskiego systemu klimatycznego. Przemieszczamy Ziemię ze stabilnego stanu holocenu w kierunku cieplejszego klimatu, wykraczającego poza cykl epok lodowych. Rozwidlenie na drodze między scenariuszami ‘Stabilnej Ziemi’ i ‘Ziemi cieplarnianej’ z rys. 2 jest zobrazowane jako dwie rozbiegające się trajektorie stanu klimatu w przyszłości (przerywane strzałki). Aktualnie ziemski system klimatyczny, wyprowadzany z dotychczasowego stanu przez nasze emisje gazów cieplarnianych, znajduje się na drodze do przekroczenia progu planetarnego (przerywana linia 2°C na rys. 1), za którym system klimatyczny w wyniku działania sprzężeń zwrotnych znajdzie się na nieodwracalnej drodze do przejścia w stan ‘Ziemi cieplarnianej’. Aby temu zapobiec, konieczne będzie podjęcie przez nas aktywnych działań pozwalających na obniżenie temperatury i ustabilizowanie klimatu Ziemi w stanie zbliżonym do obecnego. Steffen i in., 2018

Nastąpi degradacja biosfery, która nie zdąży przystosować się do tak gwałtownych zmian. Wiele będzie zależało od tego, jak szybko nastąpi przejście do stanu ‘Ziemi cieplarnianej’ – im szybciej, tym gorzej, bo tym mniej czasu na przystosowanie się do nowych warunków będziemy mieli i my, i inne gatunki. Tak czy inaczej, będzie to jakościowo nowa sytuacja.

Dodatnie sprzężenia w systemie klimatycznym

Dlaczego miałoby się tak stać? Wszystko przez uruchomienie dodatnich sprzężeń zwrotnych w ziemskim systemie klimatycznym.

O co chodzi? Najlepiej wyjaśnić to na przykładzie. Lód i śnieg odbijają promieniowanie słoneczne w większym stopniu (fachowo mówi się, że mają większe albedo) niż otwarty ocean lub ląd pozbawiony lodu i śniegu. Jednak im jest cieplej, tym mniej jest lodu i śniegu. I tym więcej promieniowania zostaje pochłonięte (zamiast być odbite) przez wolne od lodu morza i przez lądy bez pokrywy śnieżnej. Skoro powierzchnia naszej planety pochłania więcej energii, to tym szybciej się nagrzewa, więc tym szybciej topi się pozostały lód i śnieg, itd…

Inny przykład: im jest cieplej, tym więcej gazów cieplarnianych: dwutlenku węgla i metanu uwalnia się z topniejącej wieloletniej zmarzliny, więc tym szybciej ogrzewa się planeta.

Potencjalnych dodatnich sprzężeń zwrotnych jest niestety na naszej planecie znacznie więcej (patrz Rysunek 4). Więcej informacji na temat uwzględnionych w artykule sprzężeń systemu klimatycznego można znaleźć w materiałach dodatkowych do artykułu.

W ziemskim systemie klimatycznym istnieją też oczywiście ujemne sprzężenia zwrotne, częściowo kompensujące wzrost stężenia dwutlenku węgla (CO2) i innych gazów cieplarnianych. Niestety, mechanizmy te słabną, a ich możliwości kompensacyjne są na wyczerpaniu. W szczególności zmniejszają się możliwości pochłaniania CO2 z atmosfery, i to zarówno przez lądy, jak i przez oceany (patrz Dodatkowe emisje ze źródeł naturalnych a przyszła zmiana klimatu, Groźne sprzężenie zwrotne: ocieplenie zubaża gleby, ich węgiel trafia do atmosfery, Oceany będą pochłaniały coraz mniej dwutlenku węgla, Ograniczenie ocieplenia do 2C - nierealny optymizm naukowców).

„Punkt, za którym nie będzie już powrotu” jest już blisko

Oczywiście o tym wszystkim naukowcy wiedzieli już od dawna. Jednak chyba nie zdawano sobie w pełni sprawy, że „punkt, za którym nie będzie już powrotu” może być osiągnięty tak szybko. Choć nie jest pewne, gdzie dokładnie się on znajduje, autorzy sugerują, że najprawdopodobniej w okolicy ocieplenia o 2 stopnie Celsjusza w stosunku do stanu sprzed rewolucji przemysłowej.

Dziś wiele osób mniej czy bardziej świadomie zakłada, że wzrost temperatury Ziemi jest, i dalej będzie, w przybliżeniu proporcjonalny do ilości wyemitowanych przez nas gazów cieplarnianych. Czyli dwa razy większe emisje to z grubsza dwa razy większy wzrost temperatury. Obecnie nasze emisje gazów cieplarnianych są dominującą przyczyną zmiany klimatu, jest to więc sensowna intuicja.

Jednak po przekroczeniu progu ocieplenia o 2 stopnie dominujące mogą stać się omawiane wyżej sprzężenia zwrotne. Wystąpi efekt domina: kaskada uruchamiających się jeden po drugim procesów, nasilających zapoczątkowaną przez nas zmianę klimatu, która zacznie żyć własnym życiem i nad którą stracimy wszelką kontrolę (nie, żebyśmy obecnie świadomie ją kontrolowali…).

Rysunek 4: Dodatnie sprzężenia zwrotne wraz z progowymi wartościami temperatury, powyżej których zaczną odgrywać istotną rolę. Strzałki pokazują przewidywane interakcje między punktami krytycznymi. Choć ryzyko utraty lądolodu Antarktydy Wschodniej jest prognozowane na wzrost temperatury >5°C, to jego niektóre sektory mogą być narażone na roztopienie się już przy niższym wzroście temperatury. Steffen i in., 2018

W takiej sytuacji, po uruchomieniu tego samonapędzającego się mechanizmu nawet zredukowanie emisji do zera już nie pomoże – na zatrzymanie staczania się klimatu Ziemi do nowego cieplarnianego stanu będzie już za późno.

W 2015 roku w porozumieniu paryskim rządy świata uzgodniły

utrzymanie wzrostu globalnej średniej temperatury na poziomie znacznie poniżej 2 stopni Celsjusza ponad poziom przedindustrialny i kontynuowanie wysiłków na rzecz ograniczenia wzrostu temperatury do 1,5 stopnia

Wzrost temperatury o 2°C „ociera się o bandę” krytycznego punktu wzrostu temperatury. Tym pilniejsze staje się ograniczenie wzrostu temperatury do 1,5°C. Jak napisaliśmy w artykule IPCC o ograniczeniu wzrostu temperatury do 1,5C, „uniknięcie przekroczenia progu 1,5°C jest – oględnie mówiąc – ekstremalnie trudne i będzie wymagać bezprecedensowej współpracy międzynarodowej, masowego wdrożenia technologii usuwania dwutlenku węgla z powietrza, zmian społecznych, a do tego… wiele szczęścia.”

Głosy zaniepokojonych klimatologów są coraz liczniejsze. Na przykład James Anderson (jeden z najbardziej znanych i zasłużonych naukowców zajmujących się zmianą klimatu i chemią atmosfery) ostrzegał niedawno, że zmiany klimatyczne pchają nas z powrotem do stanu, w jakim ziemia była 33 miliony lat temu – w Eocenie – kiedy na żadnym z biegunów nie było pokrywy lodowej. Przestrzegał też, że o ile nie zaprzestaniemy używania paliw kopalnych w ciągu następnych pięciu lat, to zmiana klimatu „wymaże całą ludzkość z powierzchni Ziemi”.

Daniel Rothman, profesor geofizyki w MIT ostrzegł, że cykl węglowy doświadcza w wyniku naszej działalności na tyle poważnego zakłócenia, że mogłoby ono wypchnąć biosferę planety poza punkt, za którym rozpocznie się szóste masowe wymieranie. Wystąpienie szóstego wielkiego wymierania w nieodległej przyszłości będzie zależeć od tego, czy do oceanów (za pośrednictwem atmosfery) zostanie dodana krytyczna ilość węgla: ok. 310 Gt, co z grubsza odpowiada ilości, która dzięki ludzkiej aktywności trafi do oceanów przed rokiem 2100. Więcej na ten temat przeczytasz w artykule Masowe wymieranie w oceanach - to już niedługo.

Tymczasem paliw kopalnych zużywamy z roku na rok coraz więcej (Międzynarodowa Agencja Energii, 2018), a ich udział w globalnej produkcji energii od dekad pozostaje na praktycznie niezmiennym poziomie przekraczającym 80% (British Petroleum, 2018).

Nie oznacza to jednak, że należy poddać się defetyzmowi, a tym bardziej go szerzyć. Pokazuje za to, że musimy zdecydowanie zwiększyć wysiłki na rzecz ratowania naszej planety i nas samych. Autorzy podkreślają, że za wszelką cenę musimy zatrzymać klimat naszej planety w stanie „Ustabilizowanej Ziemi” – choć nawet jeśli uda się to osiągnąć, to i tak nie obędzie się bez poważnych konsekwencji. Ziemia będzie bowiem i tak cieplejsza niż kiedykolwiek w ciągu przynajmniej ostatnich 800 tys. lat. Ale to i tak dużo lepsza perspektywa niż stan „Ziemi cieplarnianej”.

Rysunek 5: Pustynia, zdjęcie Maxim Petrichuk, Dreamstime.com

Uniknięcie najgorszego scenariusza wymaga od nas zdecydowanych działań, przede wszystkim radykalnego i jak najszybszego zredukowania emisji gazów cieplarnianych. Autorzy artykułu wskazują też, że do tej pory zrobiliśmy bardzo niewiele by zapobiec katastrofie, a nasze dotychczasowe działania są zupełnie nieadekwatne do powagi sytuacji.

Powolne zmiany technologii nie wystarczą

Jak pokazuje m.in. raport IPCC dotyczący ograniczenie ocieplenia do 1,5°C, nie wystarczą same zmiany technologiczne, lecz osiągnięcie celu jest uzależnione od zmiany zachowań ludzi. Konieczne będą ograniczenie ilości spożywanego mięsa, oszczędne wykorzystywanie energii i masowa rezygnacja z prywatnych aut. Niezbędne będzie też przezwyciężenie barier instytucjonalnych dla podjęcia działań, takich jak nastawienie opinii publicznej, niedostępność zasobów czy wpływ grup interesów.

Od tego, co zrobimy (a raczej: czego nie zrobimy) w najbliższym czasie (dwie najbliższe dekady, może nawet najbliższa dekada) zależeć będą losy planety, a więc i ludzkości. Wygląda na to, że – czy nam się to podoba, czy nie – przyszło nam żyć w chwili decydującej o przyszłości naszego gatunku. W obliczu śmiertelnego zagrożenia ludzie zazwyczaj się mobilizują. Oby tak było i tym razem.

Jakub Jędrak we współpracy z redakcją portalu Naukaoklimacie.pl

Artykuł jest zmienioną i rozszerzoną wersją tekstu, który ukazał się na portalu „Smoglab

Opublikowano: 2018-10-15 14:49
Tagi

skutki zmiany klimatu

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