Mit: Dwutlenek węgla emitowany przez człowieka nie ma znaczenia

Antropogeniczny CO2 to niewielki procent całości emisji tego gazu.
„nie przekazuje się opinii międzynarodowej faktu, że najwięcej CO2 emitują oceany! A dwutlenek węgla produkowany przez światowy przemysł to zaledwie 4 procent całej rocznej emisji na Ziemi. Oznacza to, że „proekologicznie” nastawieni ideologowie namawiają społeczeństwa do zmniejszenia światowej emisji CO2 zaledwie o 1 procent (...)” (Stanisław Żaryn)

W naturze emisje CO2 (z oceanów i z rozkładu roślinności) są równoważone przez pochłanianie (znów przez ocean i roślinność). Dziś tą równowagę zakłócamy – naszych przemysłowych emisji nie równoważy żadne naturalne ani przemysłowe pochłanianie.

Węgiel krąży w tzw. „cyklu węglowym” – między biosferą, glebą, skałami, wodami, atmosferą Ziemi i osadami (w tym paliwami kopalnymi). Naturalne absorpcje równoważą naturalne emisje, dlatego sumaryczna ilość węgla w cyklu nie powinna zmieniać się w krótkich skalach czasowych. Tymczasem dziś obserwujemy stałą nadwyżkę CO2, gromadzącą się w atmosferze:

Koncentracja CO2

Rysunek 1. Koncentracja dwutlenku węgla (CO2) w cząsteczkach na milion dla ostatnich 1100 lat, w pęcherzykach powietrza uwięzionego w rdzeniach lodowych (do roku 1977) i bezpośrednio w atmosferze (po roku 1958). Źródła: Siple Station Ice Core, CDIAC; Law Dome, CDIAC; Mauna Loa, NOAA Earth System Research Laboratory.

Na jakiej podstawie ten wzrost przypisujemy człowiekowi? Otóż system klimatyczny potrafi „odróżnić” węgiel ze źródeł naturalnych od węgla z paliw kopalnych – i reaguje we właściwy sobie sposób.

Po pierwsze, rośnie kwasowość oceanów pochłaniających nadmiarowy dwutlenek węgla. Gdyby źródłem emisji były same oceany, to zjawisko nie miałoby miejsca. Po drugie, spada atmosferyczna koncentracja tlenu. Tlen łączy się z węglem w procesie spalania paliw kopalnych. Gdyby źródłem emisji były oceany, tlenu nie powinno ubywać. Po trzecie w atmosferze rośnie zawartość izotopu węgla 12C (co przekłada się na spadek względnej zawartości izotopu węgla 13C). Wskazuje to, że źródłem dodatkowego CO2 są paliwa kopalne, zawierające proporcjonalnie więcej izotopu węgla 12C względem 13C niż materia nieożywiona.

Czy ta nadwyżka rzeczywiście robi różnicę? By ocenić wrażliwość klimatu na zmiany stężenia CO2, cofnijmy się w przeszłość. Na przestrzeni setek tysięcy lat koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze oscylowała w granicach 180-300 ppm – to wystarczało, by Ziemia przeobrażała się gruntownie, przechodząc od zlodowaceń do ciepłych interglacjałów. Dziś ta koncentracja jest bliska 400 ppm i rośnie w ekspresowym tempie 2 ppm rocznie. Nasz eksperyment na klimacie nie ma precedensu w historii planety.

Marcin Popkiewicz na podstawie Skeptical Science, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Chcesz dowiedzieć się więcej? Zobacz wyjaśnienie pełne.

Owszem, nasze emisje ze spalania paliw kopalnych są ok. 20 razy mniejsze niż emisje ze źródeł naturalnych. Jednak równocześnie badania pokazują, że tak dużej ilości dwutlenku węgla jak obecnie nie było w atmosferze od kilku, a może nawet kilkunastu milionów lat.

Ilustracja przestawia czubek biało-czerwonego komina i nad nim napis CO2

Naturalne emisje CO2 (z oceanów i roślinności) są w równowadze z naturalnym pochłanianiem tego gazu (także przez oceany i roślinność). Ludzkie emisje zakłócają tę równowagę. Dzieje się tak, mimo że ponad połowa ludzkich emisji jest pochłaniana przez przyrodę: w ciągu roku ludzie emitują ok. 36 mld ton CO2, a jego ilość w atmosferze rośnie tylko o 16 mld ton rocznie.

Emisje CO2

Rysunek 1. Zmiany emisji dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych w okresie 1751-2012, CDIAC

Regularne i dokładne pomiary zawartości CO2 w atmosferze z użyciem spektrometrii podczerwieni zaczęliśmy prowadzić pod koniec lat 50-tych XX wieku. Już po kilku latach naukowcy zauważyli, że dwutlenku węgla w atmosferze z roku na rok przybywa.

CO2 Mauna Loa

Rysunek 2. Zmiany stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, mierzone na stacji Mauna Loa na Hawajach.

Od końca lat 50-tych XX wieku koncentracja CO2 w atmosferze wzrosła z poziomu 315 ppm (cząstek na milion cząsteczek powietrza) do około 400 ppm. Obecnie koncentracja dwutlenku węgla z roku na rok rośnie o 2 cząsteczki na milion i proces ten przyspiesza.

Na wykresie koncentracji CO2 w atmosferze (Rysunek 2, niebieska linia) wyraźnie widać roczne oscylacje. Jest to związane z pochłanianiem CO2 przez rośliny lądowe na wiosnę i w lecie (od maja do października), a następnie oddawaniem węgla do atmosfery, wraz ze spadkiem liści i śmiercią roślin jednorocznych jesienią i zimą. Na półkuli południowej cykl pór roku i wzrostu roślinności jest co prawda przesunięty o pół roku, ale powierzchnia lądów na półkuli północnej jest znacznie większa, więc ich wpływ dominuje. Plankton w oceanach wzrasta równomiernie przez cały rok, nie wpływając istotnie na sezonowe wahania zawartości CO2 w atmosferze.

Pomijając te oscylacje i uśredniając zawartość CO2 w atmosferze rok po roku (czerwona linia) można zobaczyć, że jego stężenie w atmosferze bezustannie i coraz szybciej rośnie. Stopniowo takie pomiary składu atmosfery zaczęto prowadzić również w innych obserwatoriach, otrzymując spójny obraz sytuacji. Nowe techniki satelitarne pozwoliły na śledzenie zmian koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze.

Kiedy zaczął się wzrost zawartości CO2 w powietrzu? Poniższy rysunek przedstawia pomiary stężenia dwutlenku węgla w powietrzu od roku 1000 (uzyskane dzięki wykorzystaniu bąbelków powietrza zamkniętych w lodowcach) do chwili obecnej. Aż do roku 1800 koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze utrzymywała się na praktycznie niezmienionym poziomie 280 ppm. Pomiędzy rokiem 1800 a 2000 wydarzyło się coś, co nie było procesem naturalnym, warunkującym klimat poprzedniego tysiąclecia. To coś nazywamy dzisiaj rewolucją przemysłową. Za jej początek uważa się rok 1769, w którym James Watt opatentował maszynę parową. Owszem, pierwszy działający silnik parowy został wynaleziony w 1698 roku, jednak silnik Watta był zdecydowanie bardziej wydajny.

Koncentracja CO2

Rysunek 3. Koncentracja dwutlenku węgla (CO2) w cząsteczkach na milion dla ostatnich 1100 lat, w pęcherzykach powietrza uwięzionego w rdzeniach lodowych (do roku 1977) i bezpośrednio w atmosferze (po roku 1958). Źródła: Siple Station Ice Core, CDIAC; Law Dome, CDIAC; Mauna Loa, NOAA Earth System Research Laboratory.

W ciągu setek tysięcy lat cykli epok lodowcowych koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze oscylowała w zakresie 180-300 ppm. Obecna koncentracja jest bliska 400 ppm i rośnie wyjątkowo szybko, w tempie 2 ppm rocznie. Badania pokazują, że tak dużej ilości dwutlenku węgla jak obecnie nie było w atmosferze od kilku, a może nawet kilkunastu milionów lat. To raczej nie przypadek.

Dobrym sposobem upewnienia się co do źródła pochodzenia dodatkowych ilości dwutlenku węgla w atmosferze jest przeanalizowanie historycznych koncentracji różnych izotopów węgla w atmosferze. Chodzi o 3 izotopy węgla: 12C – stabilny, łatwo przyswajalny w procesie fotosyntezy i preferowany przez rośliny, 13C – stabilny, mniej lubiany przez rośliny, 14C – niestabilny, wytwarzany z azotu w atmosferze pod wpływem promieniowania kosmicznego, z czasem połowicznego zaniku 5700 lat. Paliwa kopalne (węgiel, ropa, gaz) powstały z roślin (które preferują izotop 12C). W ich tkankach jest proporcjonalnie więcej 12C względem 13C niż w materii nieożywionej, co można zresztą łatwo zmierzyć. Węgla 14C w ogóle w paliwach kopalnych nie ma, bo już dawno zdążył się rozpaść. Spalając paliwa kopalne, wyrzucamy do atmosfery uwięziony w nich węgiel. Co zatem widzimy?

Koncentracja węgla

Rysunek 4. Względna koncentracja węgla 13C w stosunku do 12C. Na podstawie Böhm 2002, Monthly Atmospheric 13C Concentrations, Scripps Institution of Oceanography.

Widzimy, że (znowu!) w połowie XVIII wieku coś się stało: zawartość węgla 12C w atmosferze zaczęła coraz szybciej rosnąć (co przekłada się na spadek względnej zawartości 13C), pozostając w pełnej zgodności ilościowej z naszymi emisjami i działaniem cyklu węglowego. W ciągu zaledwie 200 lat, które upłynęły od początku epoki przemysłowej, względna zawartość 13C spadła o 2 promile. Może się wydawać, że to niewiele, ale nawet od szczytu epoki lodowcowej do XIX wieku roku wahania te były znacznie mniejsze (Böhm 2002). Podobnie mierzymy spadek atmosferycznej koncentracji węgla 14C.

Obserwujemy też spadek atmosferycznej koncentracji tlenu. Gdyby dwutlenek węgla był uwalniany przez ocieplające się oceany czy działalność wulkaniczną, nie byłoby powodu, by ubywało tlenu. Ponieważ przyrost koncentracji CO2 jest skutkiem spalania (łączenia się z tlenem) węgla zawartego w paliwach kopalnych, koncentracja tlenu spada.

Około 30% emitowanego przez nas dwutlenku węgla jest pochłaniane przez oceany, rośnie więc ich kwasowość. Współczynnik pH wód oceanicznych zmalał w ciągu ostatniego stulecia o 0,1. Gdyby dwutlenek węgla trafiał do atmosfery z oceanów, również to zjawisko nie miałoby miejsca. Żadna z prezentowanych przez sceptyków teorii alternatywnych – mówiących o tym, że wzrost koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze jest naturalny a gaz ten pochodzi z oceanów, mikrobów czy gleby – nie wyjaśnia tych faktów (Caldeira 2003).

Sceptycy klimatyczni często stwierdzają, że „ilości dwutlenku węgla emitowane przez ludzi są znikome w porównaniu z emisjami ze źródeł naturalnych”. To prawda – ludzie emitują do atmosfery zaledwie 5% tego gazu, pochodzącego przede wszystkim ze źródeł naturalnych takich jak ocean czy rośliny. Patrząc na poprzednie wykresy zauważyliśmy jednak, że obecnie dzieje się coś wyjątkowego, a wzrost atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla idzie w parze z naszymi emisjami tego gazu. Aby zrozumieć ten pozorny paradoks, przyjrzyjmy się cyklowi krążenia węgla w przyrodzie i zmianom, jakie do tego cyklu wprowadzamy.

Cykl węglowy

Rysunek 5. Cykl węglowy. Zawartości węgla w poszczególnych „rezerwuarach” oraz roczne przepływy są podane w miliardach ton węgla (czyli w gigatonach GtC). Uwaga: wartości dotyczą węgla, aby przeliczyć je na ilości CO2, należy je przemnożyć przez 3,66 (stosunek masy molowej CO2 - 44g/mol i węgla - 12g/mol). Źródło: The Carbon Cycle, Earth Observatory, NASA, The Carbon Cycle, Earth Observatory, NASA 2011, Global Carbon Dioxide Emissions from Fossil-Fuel Combustion and Cement Manufacture, CDIAC. Na wykresie została zaktualizowana ilość naszych rocznych emisji, która od czasu wykonania analizy w latach 90-tych XX wieku wzrosła z 5,5 do 9 mld ton (a właściwie już do 10 mld ton).

Węgiel krąży między wielkimi zbiornikami: biosferą, glebą, skałami, wodami, atmosferą Ziemi i osadami (w tym paliwami kopalnymi). Sumaryczna ilość węgla krążącego w tym cyklu węglowym nie zmienia się w krótkich skalach czasowych. Źródła naturalne równoważą się – oceany emitują 90,6 mld ton, a pochłaniają 92,2 mld ton, rośliny i gleba emitują 119,6 mld ton, a pochłaniają 122,6 mld ton (zaraz wyjaśnimy, dlaczego pochłanianie jest większe od emisji). Nasza emisja stanowi stałą nadwyżkę, gromadzącą się w atmosferze, co widać w danych pomiarowych wykazujących stały wzrost stężenia CO2.

Obieg węgla w przyrodzie

Dwutlenek węgla w oddychaniu i jedzeniu. Źródło.

Ludzie zaprzeczający naszemu wpływowi na wzrost atmosferycznej koncentracji dwutlenku węgla argumentują m.in., że „sami Chińczycy wydychają więcej CO2, niż emitują wszystkie polskie elektrownie, samochody i fabryki”. Liczby się zgadzają, ale logika – już niekoniecznie. Skąd Chińczyk wziął węgiel, który wydycha z dwutlenkiem węgla? Z jedzenia – z rośliny, którą zjadł (albo ze zwierzaka, który zjadł roślinę). A skąd ten węgiel wzięła roślina? Z atmosfery. A więc węgiel z atmosfery trafił do rośliny, potem do Chińczyka, a na koniec powrócił do atmosfery, gdzie był na samym początku. Bilans całej tej operacji wynosi ZERO.

A skąd my bierzemy paliwa kopalne? Wydobywając je spod ziemi i, spalając, wpuszczamy błyskawicznie do cyklu węglowego zasoby węgla usuwane z niego przez naturę przez dziesiątki i setki milionów lat. Można to porównać do długotrwałego zbierania wody w sztucznym zbiorniku, którą potem gwałtownie wypuszczamy, wysadzając tamę w powietrze.

Zbiornik paliw kopalnych jest naprawdę duży, sięga 4000 mld ton węgla (a może więcej), przekraczając łączną ilość węgla w atmosferze, glebach, roślinności i powierzchniowych warstwach oceanu. Jeśli spalimy całość paliw kopalnych, drastycznie zwiększymy ilość węgla krążącego w cyklu węglowym.

Obserwowany coroczny wzrost koncentracji atmosferycznego dwutlenku węgla o 2 ppm oznacza zwiększanie ilości atmosferycznego węgla o 4,25 mld ton, co przy naszej całościowej emisji na poziomie 10 mld ton (9 mld ze spalania paliw kopalnych oraz około 1 mld ton z wylesiania) oznacza, że w atmosferze pozostaje niecała połowa emisji – reszta jest pochłaniana w zbliżonych proporcjach przez oceany i lądy. To wyjaśnia, dlaczego oceany i lądy więcej węgla pochłaniają, niż emitują.

Marcin Popkiewicz na podstawie Skeptical Science, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 2013-09-26 23:10
Tagi

mit o klimacie

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