Coraz więcej dwutlenku węgla i metanu pomimo spadku aktywności gospodarczej w 2020 r.

Koncentracje dwutlenku węgla i metanu ustanowiły w zeszłym roku nowe rekordy. Metanu przybywało szybciej niż kiedykolwiek wcześniej.

Zdjęcie: Obserwatorium Mauna Loa. Widać niskie zabudowania z bateriami słonecznymi na dachu, maszty z przyrządami, w tle góra i chmury.

Obserwatorium na Mauna Loa, w którym prowadzi się między innymi pomiary koncentracji gazów cieplarnianych.
Zdjęcie zamieszczamy dzięki uprzejmości NOAA.

Stężenie CO2 już prawie o połowę większe niż w epoce przedprzemysłowej

Średnie stężenie CO2 w atmosferze w zeszłym roku, jak pokazują pomiary NOAA, sięgnęło poziomu 412,5 ppm (cząsteczek na milion cząsteczek powietrza).

Wykresy: koncentracja dwutlenku węgla w ostatnich latach. Widoczny jest wzrost z roku na rok oraz wzrosty i spadki koncentracji w cyklu rocznym.

Rysunek 2: Globalne miesięczne średnie stężenia CO2 wg danych pomiarowych NOAA. Panel po lewej – od 2016 r. Panel po prawej – dłuższy horyzont czasowy od 1980 r. Źródło NOAA Global Monitoring Laboratory

Roczny wzrost o 2,6 ppm w 2020 roku, pomimo ok. siedmioprocentowego spadku emisji CO2 związanego ze spowolnieniem gospodarczym, był piątym najwyższym w historii pomiarów.

Wykres: roczne przyrosty koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze o lat pięćdziesiątych. Widać długoterminowy trend wzrostowy.

Rysunek 3: Średni roczny wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze w kolejnych latach. Źródło NOAA.

Duże wzrosty atmosferycznej koncentracji CO2 mają miejsce zwykle w latach występowania silnych zjawisk El Niño, prowadzących do spadku produktywności biologicznej na lądach i wynikającego z tego ograniczenia pochłaniania CO2 przez ekosystemy lądowe (jak np. w 1998 czy 2015 r., patrz też Pięć pytań o ENSO). W 2020 roku El Niño nie występowało, dlatego duże tempo wzrostu ilości CO2 w atmosferze tym bardziej zwraca uwagę.

W epoce przedprzemysłowej koncentracja CO2 w atmosferze wynosiła ok. 278 ppm. Przy utrzymaniu się emisji CO2 na poziomie z ostatnich lat (przynoszących wzrost stężenia dwutlenku węgla o ok. 2,5 ppm rocznie), w przyszłym roku średnie globalne stężenie CO2 przekroczy 417 ppm, czyli będzie o 50% wyższe niż w epoce przedprzemysłowej.

Stężenia CO2 zbliżone do obecnych po raz ostatni miały miejsce ok. 3,3-3 mln lat temu, w środkowym pliocenie (ang. mid-Pliocene Warm Period, MPWP). Globalna temperatura była wtedy wyższa o ok. 3°C, poziom morza był wyższy o ponad 20 metrów, a obszary Arktyki będące obecnie tundrą porastały gęste lasy (Brigham-Grette, 2013). Długoterminowo zaś średnie stężenie CO2 utrzymywało się ostatnio na tym poziomie kilkanaście milionów lat temu, w miocenie.

Koncentracja CO2 w atmosferze, ostatnie 40 mln lat.

Rysunek 4: Zestawienie wyników rekonstrukcji koncentracji CO2 (oś pionowa) w ostatnich 40 milionach lat na podstawie analizy izotopów boru, paleozoli, aparatów szparkowych i badania alkenonów w osadach morskich. Więcej na temat badań dawnego klimatu tutaj i tutaj. Źródło: Zhang i in. 2013.

Najszybszy wzrost stężenia metanu w historii pomiarów

Drugim w kolejności gazem cieplarnianym mającym największy wkład w obecną zmianę klimatu jest metan. Każda wyemitowana do atmosfery tona tego gazu ma w 100-letnim horyzoncie czasowym 28-krotnie większy wpływ ocieplający niż tona CO2 , a w 20-letnim ponad 80-krotnie większy (IPCC, 2013).

Wstępne dane NOAA pokazują, że w 2020 roku średnie globalne stężenie metanu w atmosferze wzrosło o 14,7 ppb (cząsteczek na miliard cząsteczek powietrza), co było największym wzrostem w całej historii pomiarów.

 Wykres: średni roczny wzrost stężenia metanu. Wartości obniżają się do początku XXI wieku a następnie ponownie rosną.

Rysunek 5: Średni roczny wzrost stężenia metanu w atmosferze w kolejnych latach. Źródło NOAA.

W rezultacie stężenie metanu w grudniu 2020 r., ostatnim miesiącu, dla którego przeanalizowane zostały dane pomiarowe, wyniosło 1892,3 ppb.

Wykresy: koncentracje metanu w ostatnich latach. Widać wieloletni wzrost (z zahamowaniem na przełomie wieków) i roczne oscylacje.

Rysunek 6: Globalne miesięczne średnie stężenia CH4 wg danych pomiarowych NOAA. Panel po lewej – od 2016 r.
Panel po prawej – od 1980 r. Źródło NOAA Global Monitoring Laboratory.

O ile w latach 1998-2006 stężenie metanu w atmosferze było dość stabilne, to od tego czasu rośnie coraz szybciej. Tempo wzrostu koncentracji metanu leży „w pół drogi” między dwoma najbardziej pesymistycznymi scenariuszami wykorzystywanymi do projekcji klimatu (tzw. reprezentatywnymi ścieżkami koncentracji, ang. Representative Concentration Paths, RCP) - RCP6.0 i RCP8.5.

Wykres: koncentracje metanu obserwowane i zakładane w reprezentatywnych ścieżkach koncentracji

Rysunek 7: Obserwowany wzrost koncentracji metanu w atmosferze (czarne kropki) zestawiony ze scenariuszami RCP z 5 Raportu IPCC (kolor jasnoniebieski – scenariusz RCP2.6, pomarańczowy – RCP4.5, granatowy – RCP6.0, czerwony – RCP8.5). Przy krzywych odpowiadających poszczególnym scenariuszom zapisano prawdopodobne zakresy wzrostu temperatury do roku 2100.
Źródło Saunois i in, 2020.

Główne antropogeniczne źródła emisji metanu to hodowla przeżuwaczy, ryżowiska, eksploatacja paliw kopalnych (w tym wycieki metanu z kopalń węgla), wysypiska śmieci oraz spalanie biomasy. Do bezpośrednich źródeł antropogenicznych dołączają także sprzężenia zwrotne związane ze zmianą klimatu takie jak wzrost emisji z mokradeł tropikalnych i (na razie w mniejszym stopniu) wieloletniej zmarzliny oraz wydłużenie czasu życia metanu w środowisku w związku z niewystarczającą ilością rodników hydroksylowych •OH usuwających metan z obiegu (patrz Metan w środowisku).

Jaka jest przyczyna szybkiego wzrostu stężenia metanu? Wstępne analizy, bazujące na analizie izotopowej próbek powietrza NOAA, przeprowadzone przez Institute of Arctic and Alpine Research przy Uniwersytecie Colorado w Boulder sugerują, że głównym czynnikiem wzrostu stężenia metanu są źródła biologiczne. Swoją cegiełkę w 2020 roku dołożyły też emisje metanu z infrastruktury wydobycia i wykorzystywania paliw kopalnych: w wyniku spadku cen oraz obcięcia funduszy na utrzymanie liczba emisji (upustów) tego gazu do atmosfery w ostatnim roku wzrosła – w Rosji aż o 40%, wykrywane są też emisje w rejonach wydobycia gazu łupkowego w USA oraz w Kazachstanie (ESA 2021).

Do 2022 roku na orbicie znajdzie się konstelacja 10 satelitów GHGSat prowadzących precyzyjne pomiary emisji metanu z rozdzielczością 50x50 metrów oraz komplementarny do nich satelita MathaneSat o szerokim polu widzenia, wskazujący rejony emisji do szczegółowej analizy przez satelity GHGSat. Działanie tych satelitów umożliwi znacznie skuteczniejsze wykrywanie emisji metanu, zarówno z infrastruktury wydobycia paliw kopalnych i ich przesyłu, jak i hodowli zwierząt czy wysypisk (ESA 2020, GHGSat, Bloomberg 2021).

Łączny wpływ gazów cieplarnianych

Wspomnieliśmy, że w epoce przedprzemysłowej średnia koncentracja CO2 w atmosferze wynosiła 278 ppm, a w ostatnim roku wzrosła do 412,5 ppm. A jaki jest łączny wpływ na klimat gazów cieplarnianych, których stężenie w atmosferze zwiększyliśmy? W 2019 roku ustanowiliśmy okrągły rekord koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze, wyrażonej w ekwiwalencie CO2: 500 ppm (NOAA). W 2020 roku przekroczyliśmy ten próg, osiągając 503 ppm.

Równoważnik (nazywany także ekwiwalentem) dwutlenku węgla (CO2e) to wyrażona w ppm koncentracja dwutlenku węgla, która skutkowałaby identycznym wymuszeniem radiacyjnym, jak dane stężenie porównywanego gazu/gazów cieplarnianych.

Przykładowo, dla mieszaniny gazów w powietrzu w 1998 roku, IPCC podaje wymuszenie promieniowania (w odniesieniu do 1750 roku) dla różnych gazów jako: CO2 = 1,46 (odpowiada to stężeniu 365 ppm), CH4 = 0,48, N2O = 0,15, a innych gazów = 0,01 W/m2. Suma wszystkich wynosi 2,10 W/m2. Odpowiada to wymuszeniu radiacyjnemu dwutlenku węgla o koncentracji 412 ppm, czyli możemy zapisać CO2e = 412 ppm.

Wykres: koncentracje gazów cieplarnianych – dwutlenku węgla oraz dwutlenku węgla i innych gazów łącznie od roku 1700. Widać wzrost.

Rysunek 8: Linia jasnoniebieska: koncentracja CO2 w atmosferze. Linia czarna: ekwiwalent koncentracji CO2wynikający z łącznego działania wyemitowanych przez nas gazów cieplarnianych. Linia czerwona: Roczny Indeks Gazów Cieplarnianych (AGGI), prowadzony przez NOAA pokazując względne dodatkowe wymuszanie radiacyjne (wyrażany względem 1990 roku, dla którego przyjęto wartość ‘1’).
Źródło NOAA.

Gdyby obecne tempo wzrostu na poziomie 3 ppm utrzymało się, to w ciągu kilkunastu lat osiągnęlibyśmy ekwiwalent koncentracji CO2e na poziomie 556 ppm, odpowiadający podwojeniu koncentracji CO2 względem epoki przedprzemysłowej. Związany z tym wzrost temperatury powierzchni Ziemi (tzw. czułość klimatu) jest szacowany na ponad 3°C. Oczywiście nie oznacza to, że za kilkanaście lat globalna temperatura tak bardzo wzrośnie – oceany nagrzewają się powoli, topnienie lądolodów też zajmuję dużo czasu, a ponadto część ocieplającego wpływu gazów cieplarnianych jest kompensowana przez aerozole siarczanowe blokujące dopływ promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi. Szybka redukcja emisji może więc pozwolić na ustabilizowanie klimatu do 2100 roku na poziomie zgodnym z celami Porozumienia Paryskiego.

Redukcja emisji metanu ma tutaj szczególnie duże znaczenie. Cząsteczki tego gazu mają bardzo silny wpływ cieplarniany, jednak dość krótkotrwały, dlatego zdecydowane ograniczenie emisji metanu może doprowadzić do szybkiego spadku jego stężenia w atmosferze, osłabienia sumarycznego wymuszania radiacyjnego antropogenicznych gazów cieplarnianych i tym samym osiągniecia celów Porozumienia Paryskiego.

Marcin Popkiewicz, konstultacja merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

Opublikowano: 2021-05-24 11:26
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.