Mit: To naturalny cykl wzrostu i spadku temperatur

To naturalny cykl. „Globalne ocieplenie (to znaczy wzrost temperatury od 1977 roku) już się skończyło. Niewielki wzrost koncentracji w atmosferze dwutlenku węgla pochodzącego z naszych emisji (0,008%) nie był przyczyną ocieplenia – to była po prostu jedna z faz naturalnego cyklu występującego w ciągu ostatnich 500 lat." (Don Easterbrook)

By doszło do zmiany klimatu, musi zadziałać czynnik tę zmianę wymuszający. Dziś są to emitowane przez nas gazy cieplarniane. Żadne inne wymuszenie nie pasuje do specyfiki obecnego ocieplenia.

Co roku obserwujemy cykliczne zmiany pogody - śnieżna zima zamienia się w zieloną wiosnę i gorące lato. Niektórzy chcieliby także obecne ocieplenie połączyć z jakimś naturalnym cyklem. Zdjęcie: Cristi111, Dreamstime.com.

Globalne ocieplenie jest rezultatem zaburzenia bilansu energetycznego Ziemi (nasza planeta wypromieniowuje w kosmos mniej energii, niż otrzymuje do Słońca). Takie zaburzenie wymaga tzw. zewnętrznych wymuszeń - zjawisk, które spowodują, że planeta otrzyma lub wyemituje mniej lub więcej energii. Rolę wymuszenia pełnić może np. zmiana mocy Słońca lub stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze.

Skąd wiemy, że przyczyną obserwowanego obecnie ocieplenia jest wzrost stężenia gazów cieplarnianych? Mamy na to szereg dowodów. Np. gdyby ocieplenie powodowały cykle aktywności słonecznej, atmosfera ogrzewałaby się równomiernie. Tymczasem ociepla się tylko troposfera (najniższa warstwa atmosfery). Wyższe warstwy ochładzają się, bo spada ilość promieniowania docierającego do nich ze strony Ziemi. Promieniowania jest mniej, ponieważ jest ono częściowo pochłaniane przez gazy cieplarniane. Gdyby ocieplenie było spowodowane wzrostem mocy Słońca, większy wzrost temperatury obserwowaliśmy za dnia, a nie w nocy Widzimy zaś, że nocne temperatury wzrosły bardziej, zgodnie z tym, czego można oczekiwać przy zwiększeniu ‘izolacji’.

Skąd wiemy, że za wzrost stężenia gazów cieplarnianych odpowiada człowiek a nie jakiś naturalny cykl? I na to mamy dowody – choćby poniższy wykres:

Wzrost CO2 w atmosferze

Rysunek 1. Koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze w ostatnim tysiącleciu, mierzona na podstawie pęcherzyków powietrza uwięzionego w rdzeniach lodowych (do roku 1977) i bezpośrednio (po roku 1958). Wygląda na to, że między rokiem 1800 a 2000 „coś” się zmieniło. Zaznaczony został rok 1769, w którym James Watt opatentował maszynę parową (pierwsza działająca maszyna parowa została wynaleziona 70 lat wcześniej, w roku 1698, silnik Watta był jednak znacznie wydajniejszy). Źródła: Siple Station Ice Core, CDIAC.; Law Dome, CDIA; Mauna Loa CO2 yearly mean, NOAA Earth System Research Laboratory.

Jak widać, wzrost stężeń rozpoczął się wraz z Rewolucją Przemysłową, zasilaną najpierw węglem, a później też ropą i gazem. To raczej nie przypadek. Badania pokazują, że w cyklu epok lodowych, przeplatanych interglacjałami, koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze oscylowała w zakresie 180-300 ppm. Obecna koncentracja jest bliska 400 ppm i rośnie wyjątkowo szybko, w tempie ponad 2 ppm rocznie – tak wysokiego stężenia CO2 nasza planeta nie widziała od kilku, a może nawet kilkunastu milionów lat.

O antropogenicznym pochodzeniu nadmiarowego dwutlenku węgla świadczy także reakcja systemu klimatycznego na jego obecność:

  1. Kwasowość oceanów rośnie, co świadczy o tym, że pochłaniają one więcej CO2 niż dotąd. Gdyby były źródłem dwutlenku węgla, ich kwasowość powinna spadać.
  2. Spada atmosferyczna koncentracja tlenu. Tlen łączy się z węglem w procesie spalania paliw kopalnych. Gdyby źródłem emisji były oceany, tlenu nie powinno ubywać.
  3. 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.

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.

Naturalny cykl wymaga czynnika wymuszającego, a, z wyjątkiem emitowanych przez nas gazów cieplarnianych, nie istnieje żaden znany czynnik, który pasowałby do obserwowanej specyfiki obecnego ocieplenia.

Co roku obserwujemy cykliczne zmiany pogody - śnieżna zima zamienia się w zieloną wiosnę i gorące lato. Niektórzy chcieliby także obecne ocieplenie połączyć z jakimś naturalnym cyklem. Zdjęcie: Cristi111, Dreamstime.com.

„A co, jeżeli globalne ocieplenie to tylko jedna z faz naturalnego cyklu?”. Niewykluczone, że ten argument częściej podnoszą zwykli ludzie, niż ci, którzy dla kariery podważają antropogeniczny charakter obserwowanej obecnie zmiany klimatu. Cykliczne zmiany klimatu to coś dobrze znanego opinii publicznej (wszyscy uczyliśmy się w szkole o epokach lodowcowych). Sęk w tym, że zmiany klimatu nie są tak naprawdę cykliczne.

Ludziom często wydaje się, że system klimatyczny działa na zasadzie wahadła. Że planeta na zmianę rozgrzewa się i chłodzi, w dążeniu do zachowania jakiejś wewnętrznej równowagi. Takie spojrzenie na klimat jest błędne.

Wewnątrz układu Ziemia + atmosfera występują zjawiska przenoszące energię z oceanu do atmosfery i z powrotem (np. oscylacja El Niño-La Niña (ENSO) albo dekadalna oscylacja pacyficzna PDO), powodujące krótko- i długoterminowe zmiany temperatury przy powierzchni Ziemi. Ale te, zachodzące wewnątrz systemu procesy nie powodują zmian klimatu, a są jego elementem.

Zmiany klimatu są rezultatem modyfikacji bilansu energetycznego Ziemi. Te z kolei wymagają „zewnętrznych” wymuszeń, takich jak zmiana w ilości docierającego do Ziemi promieniowania słonecznego, zmiana albedo czy koncentracji gazów cieplarnianych. Mogą one być cykliczne, jak w przypadku epok lodowych, ale przy niecyklicznych wymuszeniach mogą przebiegać inaczej. Argument „to tylko faza naturalnego cyklu” jest więc tylko zgrabnie brzmiącym hasłem. Ziemia nie rozgrzewa się, bo ma na to ochotę. Rozgrzewa się, bo coś ją do tego zmusza. Naukowcy stale śledzą naturalne wymuszenia, ale obserwowane ocieplenie naszej planety w drugiej połowie XX wieku może być wytłumaczone jedynie przez uwzględnienie wymuszeń antropogenicznych, a konkretnie - wzrostu koncentracji gazów cieplarnianych takich jak dwutlenek węgla.

Oczywiście, teoretycznie możemy być w zupełnym błędzie – taka możliwość występuje w każdej dziedzinie nauki i nazywana jest nieredukowalną niepewnością, ponieważ nie da się jej całkowicie wyeliminować. Można więc dopuścić istnienie nieznanego naukowcom i niewykrywalnego dla ich instrumentów naturalnego cyklu powodującego ogrzewanie Ziemi. Jednak jest to bardzo mało prawdopodobne.

Po pierwsze, hipotetyczny cykl naturalny musiałby mieć dokładnie takie same cechy szczególne, jak ocieplenie wywołane gazami cieplarnianymi (w przeciwnym razie nie wyjaśniałby wyników pomiarów promieniowania i temperatur). Nawet jeśli pominęlibyśmy fakt istnienia bezpośrednich pomiarów, pokazujących, że efekt cieplarniany jest obecnie nasilony, inne wskazówki również doprowadziłyby nas do konkluzji, że obecna zmiana klimatu jest spowodowana naszymi działaniami. Na przykład troposfera (najniższa warstwa atmosfery) ogrzewa się, ale wyższe warstwy (od stratosfery w górę) ochładzają się, w związku ze zmniejszeniem ilości promieniowania uciekającego w przestrzeń kosmiczną. To wyklucza z grona podejrzanych cykle związane ze Słońcem – wpływ Słońca powodowałby ogrzewanie całej atmosfery. Jedyne sensowne wyjaśnienie to gazy cieplarniane.

A co z cyklami wewnętrznymi? Może wina leży po stronie wypuszczających duże ilości gazów cieplarnianych wulkanów i oceanów? Tego też nie potwierdzają obserwacje.

Kiedy zaczął się ten wzrost? Poniższy rysunek przedstawia pomiary stężenia dwutlenku węgla w atmosferze od roku 1000 do chwili obecnej. Aż do 1800 roku koncentracja dwutlenku węgla utrzymywała się na praktycznie niezmienionym poziomie 280 cząsteczek na milion cząsteczek powietrza. Pomiędzy rokiem 1800 a 2000 wydarzyło się coś, co nie było procesem naturalnym, obecnym w poprzednim tysiącleciu. To coś nazywamy dzisiaj rewolucją przemysłową. Na wykresie jest zaznaczony rok 1769, w którym James Watt opatentował maszynę parową. Owszem, pierwszy działający silnik parowy został wynaleziony w 1698 roku, jednak to znacznie wydajniejszy silnik Watta na dobre rozpoczął rewolucję przemysłową.

Wzrost CO2 w atmosferze

Rysunek 1. Koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze w ostatnim tysiącleciu, mierzona na podstawie pęcherzyków powietrza uwięzionego w rdzeniach lodowych (do roku 1977) i bezpośrednio (po roku 1958). Wygląda na to, że między rokiem 1800 a 2000 „coś” się zmieniło. Zaznaczony został rok 1769, w którym James Watt opatentował maszynę parową (pierwsza działająca maszyna parowa została wynaleziona 70 lat wcześniej, w roku 1698, silnik Watta był jednak znacznie wydajniejszy). Źródła: Siple Station Ice Core, CDIAC.; Law Dome, CDIA; Mauna Loa CO2 yearly mean, NOAA Earth System Research Laboratory.

Dobrym sposobem upewnienia się co do źródła pochodzenia dodatkowych ilości dwutlenku węgla w atmosferze jest przeanalizowanie koncentracji rożnych izotopów węgla w atmosferze w przeszłości. Występują w niej 3 jego izotopy:

12C – stabilny, preferowany przez rośliny, 13C – stabilny, mniej lubiany przez rośliny, 14C – niestabilny, z czasem połowicznego zaniku 5700 lat. Paliwa kopalne (węgiel, ropa, gaz) powstały z roślin, dlatego przeważa w nich 12C względem 13C, co zresztą łatwo zmierzyć. Węgla 14C w ogóle w nich nie ma, bo już dawno zdążył się rozpaść. Spalając paliwa kopalne, wyrzucamy uwięziony w nich węgiel do atmosfery, skąd pobierają go i wbudowują w siebie rosnące rośliny. Co zatem widzimy?

. Względna koncentracja węgla 13C w stosunku do 12C

Rysunek 2. Względna koncentracja węgla 13C w stosunku do 12C. Źródła: Böhm i in., Surface Water Carbonate System from Coralline Sponges, 2002. Science Highlights: DEKLIM, 2004. How do we know that recent CO2 increases are due to human activities?, Real Climate, 2004.

Widzimy, że (znowu!) w połowie XVIII wieku „coś” się stało: wraz ze wzrostem naszych emisji, wprowadzających do atmosfery duże ilości węgla 12C, koncentracja 13C względem 12C w atmosferze zaczęła coraz szybciej spadać. W ciągu zaledwie 200 lat, które upłynęły od początku epoki przemysłowej, względne stężenie 13C spadło o 2 promile. Może się wydawać, że to niewiele, ale nawet od szczytu epoki lodowcowej do XIX wieku roku wahania te były znacznie mniejsze. Podobnie mierzymy spadek stężenia atmosferycznego węgla 14C.

Obserwujemy też spadek stężenia atmosferycznego tlenu, który podczas spalania paliw kopalnych łączy się z węglem. Gdyby dwutlenek węgla pochodził z ocieplających się oceanów czy emisji wulkanicznych, tlenu by nie ubywało. Około 35% emitowanego przez nas dwutlenku węgla jest pochłaniane przez oceany, rośnie więc ich kwasowość, przez co ich współczynnik pH zmalał w ciągu ostatniego stulecia o 0,1. Gdyby dwutlenek węgla trafiał do atmosfery z oceanów, zjawisko takie 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.

Cykl naturalny, który tłumaczyłby wszystkie te zjawiska, jest niemal nie do pomyślenia. A to nie koniec! Wyjaśnienia wymagałoby jeszcze, dlaczego antropogeniczne gazy cieplarniane miałyby nie działać! Albo wiedza zdobyta przez nas w ciągu stulecia badań podstawowych fizycznych i chemicznych właściwości gazów cieplarnianych musiałaby być nieprawdziwa, albo rzekomy cykl naturalny musiałby być niewiarygodnie skomplikowanym zjawiskiem, uniemożliwiającym wielkim ilościom emitowanego przez nas dwutlenku węgla ogrzewanie planety.

W rzeczy samej jest możliwe, że wieloletnie cykle (zwłaszcza te związane z krążeniem wody w Oceanie Atlantyckim) mają swój wkład w obecne ocieplenie (szczególnie w rejonach Arktyki). Jednak amplitudy tych cykli są niewystarczające do wyjaśnienia obserwowanych zmian temperatury. Wewnętrzna zmienność zawsze nakłada się na globalne trendy zmian temperatury przy powierzchni Ziemi, ale wielkość i cechy szczególne aktualnego ocieplenia jasno wskazują, że decydującą rolę odgrywają w nim emitowane w wyniku naszych działań gazy cieplarniane.

Pomimo wszystkich tych logicznych wywodów, w mediach i Internecie często głosi się, że za ocieplenie odpowiada któryś z licznych znanych cykli klimatycznych. Tymczasem te cykle albo nie są w fazie ogrzewającej planetę, albo nie pasują do „charakterystyki sprawcy”, albo nie spełniają obu tych warunków.

Przykładowo, ocieplenie zachodzi zbyt szybko, by mogło wiązać się z wychodzeniem z minionej epoki lodowej, a faza sterującego zlodowaceniami orbitalnego cyklu Milankovicia wskazuje raczej, że powinniśmy powoli zbliżać się do nowej epoki lodowej (jednak ze względu na powodowane przez nas ocieplenie nie tylko do tego nie dojdzie, lecz wręcz mocno „wychylimy wahadło klimatu” w drugą stronę).

1500-letni cykl, któremu przypisuje ocieplenie znany sceptyk S. Fred Singer, to w rzeczywistości zmiana w rozkładzie energii termicznej pomiędzy półkulami, a nie wzrost globalnej średniej temperatury, który obecnie obserwujemy.

Mała epoka lodowa, która nastąpiła po okresie regionalnego ciepłego średniowiecznego optimum klimatycznego, dobiegła końca w wyniku lekkiego wzrostu ilości energii docierającej ze Słońca oraz zmian w cyrkulacji termohalinowej i aktywności wulkanów. Obecnie jednak aktywność słoneczna maleje, podczas gdy średnia temperatura przy powierzchni Ziemi wciąż rośnie. Z podobnych powodów również jedenastoletni cykl aktywności słonecznej nie może być przyczyną globalnego ocieplenia.

Oscylacja El Niño-La Niña i dekadalna oscylacja pacyficzna PDO mogą wyjaśniać krótkoterminowe zmiany klimatu, ale nie wykazują żadnego długoterminowego trendu – ani grzejącego ani chłodzącego. Dodatkowo, cykle te po prostu przenoszą energię pomiędzy oceanem i atmosferą, nie zmieniając bilansu energetycznego Ziemi jako całości.

Kwestia naturalnych cykli klimatycznych nie została przez naukowców pominięta - były one rozważane, badane i zostały wykluczone z listy potencjalnych sprawców globalnego ocieplenia na długo przedtem, zanim czytelnik tego tekstu (a nawet jego autor) dowiedzieli się w ogóle o jego istnieniu.

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

Opublikowano: 2013-10-25 23:00
Tagi

dwutlenek węgla efekt cieplarniany pomiary i obserwacje

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