Mit: Nadmiar dwutlenku węgla nie powoduje ocieplania klimatu

„Rosnąca koncentracja dwutlenku węgla ma małe znaczenie, lub wręcz nie ma go wcale.” „W porównaniu z parą wodną, pozostałe gazy cieplarniane, takie jak CO2, mają małe znaczenie. Sześciokrotny wzrost zużycia węglowodorów od 1940 roku nie miał zauważalnego wpływu na temperaturę atmosfery.” (Environmental Effects of Increased Atmospheric Carbon Dioxide)

Mamy bezpośrednie dowody na to, że wzrost koncentracji CO2 w atmosferze skutkuje globalnym ociepleniem. Wskazują na to satelitarne pomiary promieniowania podczerwonego emitowanego przez Ziemię, pomiary na powierzchni Ziemi oraz badania laboratoryjne.

Mechanizm działania efektu cieplarnianego znamy już od ponad stu pięćdziesięciu lat:

Zasada działania efektu cieplarnianego

Rysunek 1: Zasada działania efektu cieplarnianego: promieniowanie słoneczne przechodzi przez atmosferę i jest absorbowane przez powierzchnię Ziemi. Powierzchnia Ziemi wypromieniowuje zgromadzoną energię pod postacią promieniowania podczerwonego. Promieniowanie podczerwone Ziemi jest absorbowane przez gazy cieplarniane, które emitują je we wszystkich kierunkach (także z powrotem w stronę Ziemi).

Zgodnie z tym mechanizmem wzrost zawartości gazów cieplarnianych powinien skutkować spadkiem natężenia promieniowania uciekającego w kosmos i wzrostem natężenia promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi. Czy potwierdzają to dane obserwacyjne?

TAK. Wskazują na to satelitarne pomiary prowadzone w ramach misji NASA IRIS, Japońskiej Agencji Kosmicznej JAXA, misji NASA AIRS (Griggs i inni 2004) oraz AURA (Chen i inni 2007). Zaobserwowano spadek natężenia promieniowania uciekającego w kosmos w zakresie długości fal absorbowanych przez gazy cieplarniane, m. in. dwutlenek węgla czy metan.

TAK. Rośnie natężenie promieniowania długofalowego (podczerwonego) padającego na powierzchnię Ziemi (Wang i inni, 2009, Philipona i inni, 2004).

Wyniki pomiarów laboratoryjnych informują nas szczegółowo, jak dwutlenek węgla, metan i inne gazy absorbują promieniowanie podczerwone (Huber i Knutti, 2011). Wg szwajcarskich naukowców od lat 50. ubiegłego wieku gazy cieplarniane odpowiadają już za ok. 165% obserwowanego ocieplenia powierzchni, wynoszącego 0,85°C (wynik przekracza 100% ze względu na efekt aerozolowy, obniżający temperatury o ok. 0,45°C).

Aleksandra Kardaś na podstawie Skeptical Science, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Skrót na podstawie wersji pełnej: Marta Śmigowska

Chcesz dowiedzieć się więcej? Zobacz wyjaśnienie pełne.

Mamy wiele empirycznych dowodów pokazujących nasilenie efektu cieplarnianego wskutek wzrostu koncentracji CO2 w atmosferze. Satelitarne pomiary promieniowania podczerwonego emitowanego przez Ziemię wskazują, że w ciągu ostatnich 40 lat spada strumień energii emitowanej w kosmos w tym przedziale widmowym. Jednocześnie pomiary na powierzchni Ziemi wykazują rosnący strumień energii promieniowania podczerwonego, ogrzewającego tę powierzchnię. To bezpośrednie dowody na to, że wzrost koncentracji CO2 w atmosferze skutkuje globalnym ociepleniem.

Obrazek przedstawia schematycznie cząsteczkę dwutlenku węgla

O tym, jak dwutlenek węgla pochłaniania i emituje promieniowanie podczerwone, wiemy już od ponad stu pięćdziesięciu lat. Pierwszym, który zmierzył te własności w warunkach laboratoryjnych był John Tyndall, który w 1861 roku opublikował podstawową pracę na ten temat. Zjawisko badano dokładnie w licznych eksperymentach, zajmowali się tym między innymi Herzberg 1953, Burch 1962, Burch 1970, etc. Liczne doświadczenia w tym zakresie prowadzono w czasie Zimnej Wojny w laboratorium Sił Powietrznych w USA (motywowane m.in. budową rakiet, samonaprowadzających się na źródła emisji podczerwieni). Na podstawie tych badań powstała dostępna dziś dla wszystkich, zarządzana przez Uniwersytet Harvarda, baza danych HITRAN, zawierająca informacje o własnościach radiacyjnych gazów atmosferycznych, wykorzystywana przez inżynierów, fizyków i astronomów. Istnieje nawet specjalne czasopismo naukowe Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, publikujące najnowsze wyniki szczegółowych badań w tym obszarze.

Efekt cieplarniany wiąże się z tym, że atmosfera, w tym gazy cieplarniane, jest przeźroczysta dla promieniowania słonecznego (zwanego w języku fizyków promieniowaniem krótkofalowym). Dzięki temu dociera ono do powierzchni Ziemi i jest przez nią absorbowane. Pochłaniana energia promieniowania krótkofalowego powoduje ogrzanie powierzchni, dzięki czemu rośnie jej temperatura a w rezultacie także emisja (z tej powierzchni w górę) promieniowania podczerwonego (zwanego przez geofizyków długofalowym). Promieniowanie to jest absorbowane selektywnie (w pewnych obszarach długości fal) przez obecne w powietrzu gazy cieplarniane, dzięki czemu z kolei ogrzewa się atmosfera. Cieplejsza atmosfera sama emituje promieniowanie długofalowe (podczerwone) – częściowo w kosmos, a częściowo w stronę Ziemi. W efekcie do powierzchni Ziemi dociera dodatkowe promieniowanie podczerwone, które jest przez nią pochłaniane, co dalej podnosi jej temperaturę. Właśnie to nazywamy efektem cieplarnianym.

Wzrost koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze powoduje silniejsze pochłanianie podczerwieni emitowanej z powierzchni Ziemi w długościach fal, które gaz ten absorbuje, a w efekcie spadek ilości tego promieniowania uciekającego w przestrzeń kosmiczną. Jednocześnie ogrzanie dolnych warstw atmosfery powoduje wzrost strumienia promieniowania podczerwonego emitowanego w kierunku Ziemi.

Zasada działania efektu cieplarnianego

Rysunek 1: Zasada działania efektu cieplarnianego: promieniowanie słoneczne przechodzi przez atmosferę i jest absorbowane przez powierzchnię Ziemi. Powierzchnia Ziemi wypromieniowuje zgromadzoną energię pod postacią promieniowania podczerwonego. Promieniowanie podczerwone Ziemi jest absorbowane przez gazy cieplarniane, które emitują je we wszystkich kierunkach (także z powrotem w stronę Ziemi).

Satelitarne pomiary uciekającego w kosmos promieniowania długofalowego

W roku 1970 NASA umieściła na orbicie okołoziemskiej satelitę IRIS, który mierzył promieniowanie podczerwone w zakresie długości fali 6,25-25 mikronów co odpowiada tzw. liczbom falowym 400-1600 cm-1. 26 lat później podobny przyrząd wysłała w przestrzeń kosmiczną Japońska Agencja Kosmiczna JAXA. Porównanie pomiarów wykonanych w różnych okresach pozwoliło zaobserwować zmiany w promieniowaniu długofalowym emitowanym z Ziemi w przestrzeń. Różnice przedstawiono na wykresie poniżej.

: Zmiany w temperaturze emisyjnej promieniowania ziemskiego

Rysunek 2: Zmiany w temperaturze emisyjnej promieniowania ziemskiego obserwowanego z orbity pomiędzy rokiem 1970 i 1996. Zmiany temperatury emisyjnej oznaczają zmiany natężenia promieniowania. Łatwo zauważyć spadki natężenia promieniowania w długościach fal (liczbach falowych) odpowiedzialnych za absorpcję przez poszczególne gazy cieplarniane. (Harries i in., 2001).

Zaobserwowano spadek natężenia promieniowania uciekającego w kosmos w zakresie długości fal absorbowanych przez gazy cieplarniane, m. in. dwutlenek węgla czy metan. Spadek ten jest zgodny z obliczeniami teoretycznymi.

W późniejszych latach przeprowadzono analogiczne badania, z wykorzystaniem nowszych danych pomiarowych: z satelitów NASA AIRS (wystrzelonego w roku 2003, Griggs i in., 2004), oraz AURA (w ramach misji rozpoczętej w 2004 roku, Chen i in., 2007). We wszystkich przypadkach stwierdzono, że wyniki pomiarów odpowiadają zmianom wskutek wzrostu koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze. Cytowane prace podają dowody empiryczne na to, że wzrost koncentracji gazów cieplarnianych (w tym CO2) w atmosferze powoduje nasilenie efektu cieplarnianego.

Pomiary promieniowania długofalowego atmosfery docierającego do powierzchni Ziemi

Jak wynika z wielu pomiarów, rośnie natężenie promieniowania długofalowego (podczerwonego) padającego na powierzchnię Ziemi. Pokazują to np. analizy danych z lat 1973-2008 zebrane w pracy Wang i in., 2009. Także wiele badań regionalnych – np. prowadzone w środkowych Alpach (Philipona i in., 2004) – pokazuje związany z nasilonym efektem cieplarnianym wzrost natężenia docierającego do Ziemi promieniowania podczerwonego. Analiza widmowa tego promieniowania pozwala zidentyfikować, jakie gazy odpowiedzialne są za efekt cieplarniany (Rysunek 3).

Widmo promieniowania zwrotnego

Rysunek 3: Widmo promieniowania zwrotnego atmosfery mierzone z powierzchni Ziemi. Wkład pary wodnej został odfiltrowany, widoczny jest efekt związany z pozostałymi gazami cieplarnianymi. (Evans 2006).

Zasada zachowania energii

Od czasu kiedy Joseph Fourier, analizując bilans energii naszej planety, pokazał istnienie i znaczenie efektu cieplarnianego, naukowcy badają szczegóły tego bilansu. Jeden z ostatnich przykładów to artykuł z roku 2011 pod tytułem Anthropogenic and natural warming inferred from changes in Earth’s energy balance (Antropogeniczne i naturalne ocieplenie na podstawie zmian bilansu energetycznego Ziemi), opublikowany przez pracujących na Politechnice w Zurychu szwajcarskich naukowców Marcusa Hubera i Reto Knuttiego. Autorzy odpowiedzieli w nim na pytanie, za jaką część energii gromadzonej w ostatnich latach w naszym systemie klimatycznym odpowiadają poszczególne czynniki kształtujące klimat oraz gdzie ta energia jest magazynowana.

Rysunek 4 przestawia zmiany średniej temperatury powierzchni Ziemi obliczone z uwzględnieniem tylko wymuszeń naturalnych (zmiany aktywności słonecznej, zmiany orbity, wybuchy wulkanów - linia niebieska), antropogenicznych (gazy cieplarniane, aerozole - linia czerwona) oraz jednych i drugich naraz (linia szara). Jak widać, tylko uwzględnienie obydwu grup pozwala na wyjaśnienie obserwowanego wzrostu temperatur (linia czarna), a w ostatnich kilkudziesięciu latach dominują czynniki antropogeniczne.

Przebieg czasowy zmian średniej temperatury globu

Rysunek 4: Przebieg czasowy zmian (anomalii) średniej temperatury globu powodowanych przez wymuszenia antropogeniczne i naturalne. Cieniowania wyznaczają przedział ufności 5-95%. Źródło: (Huber i Knutti, 2011)

Rysunek 5 przedstawia wymuszenia antropogeniczne i naturalne w podziale na składowe, pokazując znaczenie poszczególnych procesów dla ocieplenia od roku 1850 (Rysunek 5a), od roku 1950 (Rysunek 5b) oraz w ociepleniu prognozowanym na lata 2000-2050, w oparciu o scenariusz emisji „biznes jak zwykle” (IPCC SRES A2), czyli zakładający wykładniczy wzrost PKB i wydobycia paliw kopalnych (Rysunek 5c).

Znaczenie poszczególnych czynników wymuszania radiacyjnego

Rysunek 5: Znaczenie poszczególnych czynników wymuszania radiacyjnego dla całkowitych zmian temperatury w ciągu dekady dla trzech okresów. Słupki błędu pokazują przedział ufności 5-95%. Szary obszar na wykresach obrazuje przedział ufności 5-95% dla wewnętrznych zjawisk systemu klimatycznego. Obserwowane zmiany pokazano za pomocą linii przerywanych. Źródło: (Huber i Knutti, 2011)

Jak widać, Huber i Knutti stwierdzili, że gazy cieplarniane mają znaczący wkład w ocieplenie klimatu od roku 1850, a aerozole w istotny sposób chłodzą klimat. Wyniki obliczeń pokazują, że gdyby nie aerozole, gazy cieplarniane spowodowałyby wzrost średniej temperatury globalnej o ok. 1,31°C. Chłodzący wpływ bezpośredniego i pośredniego wymuszania aerozolowego wynosi około -0,85°C. Zmiany związane z wahaniami koncentracji ozonu troposferycznego i ilości promieniowania słonecznego mają zbliżone wartości, rzędu 0,2°C. Ozon, para wodna w stratosferze, węgiel organiczny i sadza w niewielkim stopniu wpływają na zmiany temperatury.

Od lat 50. XX wieku gazy cieplarniane odpowiadają już za ok. 165% obserwowanego ocieplenia powierzchni (0,85°C). Wynik przekracza 100% ze względu na efekt aerozolowy, obniżający temperatury o ok. 0,45°C. Cytując autorów:

Z prawdopodobieństwem ponad 95% ocieplenie powodowane w drugiej połowie dwudziestego wieku przez gazy cieplarniane było większe niż obserwowany wzrost średnich temperatur, a dominującą rolę odegrały w nim wymuszenia związane z działalnością człowieka. Wymuszenia naturalne od roku 1950 są bliskie zeru.

Wniosek

Mamy liczne bezpośrednie dowody eksperymentalne na to, że wzrastająca koncentracja dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych powoduje nasilenie efektu cieplarnianego. Wyniki pomiarów laboratoryjnych informują nas szczegółowo, jak dwutlenek węgla, metan i inne gazy absorbują promieniowanie podczerwone. Pomiary satelitarne potwierdzają spadek ilości promieniowania długofalowego uciekającego w kosmos w tych przedziałach widmowych, w których zachodzi absorpcja promieniowania przez gazy cieplarniane. Pomiary na powierzchni Ziemi wykazują wzrost natężenia promieniowania zwrotnego atmosfery w tych samych przedziałach widmowych. Rezultatem jest gromadzenie ciepła w systemie klimatycznym w ciągu ostatnich lat.

Aleksandra Kardaś na podstawie Skeptical Science, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 2014-01-25 16:27
Tagi

globalne ocieplenie dwutlenek węgla efekt cieplarniany mit o klimacie

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