Komentarz do „Stanowiska Komitetu Nauk Geologicznych PAN w debacie klimatycznej” z 2019 r. (2/2)

Tekst jest kontynuacją artykułu Komentarz do „Stanowiska Komitetu Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk w debacie klimatycznej” z grudnia 2019 roku (1/2), w którym skomentowana jest pierwsza część Stanowiska KNG PAN. Tak jak poprzednio, cytaty ze stanowiska KNG oznaczyliśmy na niebiesko.

Zmiany klimatu ciągu ostatnich 2 tysięcy lat

Zmienność temperatur w skali setek lat (okres historyczny)

W ramach piątego maksimum klimatycznego, w którym się znajdujemy, temperatura na Ziemi rośnie od min. 300 lat (Fig. 3), począwszy od minimum klimatycznego tzw. Małej Epoki Lodowej (MEL, ang. LIA). W okresie MEL, ludzie przemieszczali się zimą saniami poprzez całkowicie zamarznięty Bałtyk. Z kolei przed MEL, ok. 850 lat temu, ludzkość doświadczała uroku Średniowiecznego Optimum Klimatycznego, kiedy temperatura na Ziemi była wyższa niż obecnie.

Zacznijmy od wykresu. Według stanowiska KNG PAN jego źródłem jest „IPCC Annual Report, 2013”, choć tak naprawdę jest to „Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change” (rozdział piąty, rys. 5.7), który bynajmniej nie jest raportem rocznym (te zawierają sprawozdania finansowo-organizacyjne panelu). Podpisano go też jako „fluktuacje temperatury globalnej”, mimo że nawet na samym wykresie jest przecież etykieta „półkula północna”. Ta pomyłka jest tym dziwniejsza, że kompletna ilustracja z raportu IPCC zawiera wykres również dla temperatury globalnej:

Rysunek 1: Zrekonstruowane średnie zmiany temperatury półkuli północnej (górny wykres), południowej (środkowy wykres) oraz globalne (dolny wykres) względem średniej z okresu 1881–1980. Wyniki uzyskane przez różne grupy badawcze są wyróżnione kolorami według miejsca wykonania – czerwone: tylko ląd na różnych szerokościach geograficznych; pomarańczowe: tylko ląd w wysokich szerokościach geograficznych (>30 stopni); jasnoniebieskie: ląd i morze w wysokich szerokościach geograficznych; ciemnoniebieskie: ląd i morze na różnych szerokościach geograficznych; czarne: pomiary instrumentalne serii HadCRUT4 (dla lądu i morza linia ciągła, dla lądów półkuli północnej linia przerywana, dla lądów wysokich szerokości geograficznych linia kropkowana). Pomiary wygładzone filtrem redukującym wahania w skalach czasowych poniżej 50 lat. Uwaga: dane nie obejmują ostatnich lat. Źródło: WG1: Climate Change 2013, The Physical Science Basis, IPCC, AR5, 2013.

Prawdopodobnie więc autorzy stanowiska KNG PAN nie widzieli tego wykresu w oryginale, tylko skorzystali z okrojonej wersji, którą znaleźli gdzieś w internecie. Co gorsza, nawet dobrze się mu nie przyjrzeli, skoro twierdzą, że 850 lat temu „temperatura na Ziemi była wyższa niż obecnie”. Wykres pokazuje, że była niższa, zarówno na obszarze samej półkuli północnej, jak i całego globu. Geologów z KNG PAN zmyliło jak sądzę to, że przedstawiono na nim trzy grupy rekonstrukcji: te obejmujące całą półkulą północną, obejmujące tylko powierzchnię lądów i obejmujące tylko powierzchnię lądów powyżej trzydziestego równoleżnika północnego. Cienka niebieska linia (oznaczona jako „CL12loc”), która pokazuje najcieplejsze średniowiecze, to rekonstrukcja z pracy Christiansen i Ljungqvist, 2012, która była oparta wyłącznie o proxy lądowe spoza tropików półkuli północnej, i powinna być porównywana z obserwacjami przeprowadzonymi na tym samym obszarze (czarna linia kropkowana). Amplituda zmian temperatury na wyższych szerokościach geograficznych była większa, ale wyższe jest też obecne tempo ocieplenia lądów. I dawno już przewyższyło maksymalny poziom osiągnięty w tej rekonstrukcji.

Dziwne jest też, że geolodzy z KNG PAN nie cytują ustaleń PAGES2k PAGES2k Consortium, 2019 [pełna wersja]. Można byłoby przecież oczekiwać, że jeśli ktoś chciałby podsumować stan badań nad zmianami klimatu z ostatnich 2000 lat, to powinien wiedzieć o dużym międzynarodowym projekcie poświęconym dokładnie temu zagadnieniu, którego najnowsze ustalenia opublikowano w ubiegłym roku. Oczywiście, gdyby autorzy dokumentu zajrzeli do publikacji PAGES2k, odkryliby że współczesne globalne ocieplenie jest nie tylko najcieplejszym okresem naszej ery, ale też jedynym, w którym ocieplenie następuje niemal na całej powierzchni planety (Neukom i in., 2019).

Rysunek 2: Zrekonstruowane średnie zmiany temperatury globalnej względem średniej z okresu 1961–1990. Kolorowe linie - wyniki uzyskane różnymi metodami wygładzone 30-letnim filtrem. Ciągła linia czarna - pomiary instrumentalne do 2012 r. wygładzone 30-letnim filtrem. Czarna linia kropkowana – pomiary instrumentalne do 2019 r. wygładzone 10-letnim filtrem. Źródło PAGES 2k, 2019, NASA GISS.

Zamiast tego wolą opowiadać bajki o podróżach saniami przez całkowicie zamarznięty Bałtyk.

Zasadniczą różnicą między okresowymi wzrostami temperatury globalnej w ciągu ostatniego miliona lat a czasami współczesnymi wydaje się być tempo tych zmian. Uważa się, że dziś jest ono znacząco wyższe niż dawniej. Niepewność polega na tym, że nie potrafimy porównać dawnej dynamiki wzrostu temperatury i koncentracji CO2 z dynamiką dzisiejszą. Współcześnie mamy do dyspozycji długie i ciągłe serie czasowe pomiarów temperatury, które wykonujemy termometrami naziemnymi lub przyrządami umieszczanymi na satelitach bądź w balonach o zasięgu stratosferycznym. Informacje o temperaturze na dawnej Ziemi pozyskujemy metodami pośrednimi, których wyniki są obarczone niepewnością co do rzeczywistej wartości temperatury oraz czasu (wieku geologicznego). Jest zatem możliwe, że dawniej tempo zmian temperatury było podobne do dzisiejszego, ale niepełne ciągi danych, założenia metodyczne oraz uśrednienia i uogólnienia interpretacyjne nie pozwalają na pełną obserwację rzeczywistych przebiegów zmian temperatury i koncentracji CO2. W konsekwencji, obserwowane współcześnie tempo wzrostu temperatury nie może być traktowane jako dowód na to, że naturalny proces wzrostu temperatury na Ziemi został w zauważalnym stopniu wzmocniony przez efekt cieplarniany, związany z antropogenicznym CO2. Wskazuje na to również wyraźny epizod ocieplenia w latach trzydziestych dwudziestego wieku - na terytorium dzisiejszej Polski zanotowano wówczas najwyższe temperatury, odnotowane ponownie dopiero w 2019 roku.

Wypada zacząć od tego, że obserwowane współcześnie tempo wzrostu temperatury nie jest samo w sobie dowodem tego, że ocieplenie jest konsekwencją wzmocnienia efektu cieplarnianego (to kolejny „chochoł”). Dowody potwierdzające dominującą rolę czynników antropogenicznych opierają się o porównanie przewidywań teoretycznych zmian klimatu ze zmianami rzeczywistymi, zarówno w czasie jak i przestrzeni (Jones i in., 2013). Gdyby ludzkość emitowała mniej dwutlenku węgla, i w konsekwencji zawartość tego gazu w atmosferze rosła znacznie wolniej, obserwowalibyśmy ocieplenie przebiegające w wolniejszym tempie (jest nawet hipoteza, zwana „wczesnym antropocenem”, która postuluje że coś takiego zdarzyło się w połowie holocenu, dzięki wylesianiu, rozprzestrzenianiu się rolnictwa i hodowli bydła, Ruddiman, 2013). Szybkie tempo zmiany klimatu ułatwia natomiast badanie ich przyczyn, bo dzięki zwiększeniu stosunku sygnału do szumu nie musimy prowadzić długich obserwacji, aby statystycznie potwierdzić przewidywany efekt.

Mierzony w ostatnich kilku dekadach trend temperatury globalnej wynosi około 0,02°C rocznie, czyli 2 stopnie na stulecie. Możemy spokojnie wykluczyć, że podobne globalne ocieplenie trwające dłużej niż 1000 lat zaszło w ciągu ostatnich kilkudziesięciu milionów lat: oznaczałoby to zmianę średniej temperatury globalnej o ponad 20 stopni Celsjusza, co spowodowałoby masowe wymieranie wielu gatunków, i byłoby łatwo dostrzegalne w danych geologicznych nawet jeśli rozdzielczość czasowa rekonstrukcji zmiany temperatury nie pozwalałaby na stwierdzenie, że do wzrostu temperatury doszło.

Z drugiej strony, możemy też z dużym prawdopodobieństwem wykluczyć, aby takie tempo wzrostu temperatur było podtrzymane dłużej niż 50 lat w ciągu ostatnich 2000 lat, co prowadziłoby do zmian o amplitudzie 1 stopnia Celsjusza. Gdyby coś takiego miało miejsce, byłoby to widoczne na przykład we wspomnianej wcześniej rekonstrukcji PAGES2k.

Pomiędzy tymi dwoma skrajnymi przypadkami rozciąga się przestrzeń możliwych trendów o długości od kilkudziesięciu do powiedzmy stu czy dwustu lat z gorzej poznanych okresów, które mogłyby być niewykryte w danych proxy, na przykład sprzed kilku czy kilkuset tysięcy lat. W praktyce możemy uznać, że jest to mało prawdopodobne: jak napisaliśmy w poprzedniej części komentarza, każda zmiana klimatu ma swoją przyczynę, i aby spowodować ocieplenie analogiczne w skali do obecnego, takimi przyczynami mógłby być tylko bardzo szybki (w skali geologicznej) wzrost zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze, albo bardzo szybki wzrost jasności Słońca, co najmniej o 1%.

Szybki wzrost poziomu dwutlenku węgla w atmosferze byłby zauważalny w rekonstrukcjach składu atmosfery opartych o rdzenie lodowe (nawet przy zmniejszonej amplitudzie, będącej konsekwencją dyfuzji powietrza w firnie); możemy więc znów z dużą dozą pewności stwierdzić, że taki wzrost nie miał miejsca w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat. Oczywiście, dwutlenek węgla nie mógłby się w atmosferze pojawić znikąd, i nie jest łatwo wymyślić, co mogłoby być źródłem porównywalnym ilościowo z 650 gigatonami węgla, które zostały przez ludzkość uwolnione do atmosfery w ciągu ostatnich 200 lat. Używając proxy geochemicznych można oszacować, że maksymalne tempo emisji dwutlenku węgla do atmosfery w ciągu ostatnich 66 milionów lat było o rząd wielkości mniejsze, niż obecne emisje antropogeniczne (Zeebe i in., 2016), a zatem i spowodowana przez nie zmiana klimatu miałaby mniejsze tempo niż obecne ocieplenie.

Analogicznie, istniejące rekonstrukcje aktywności słonecznej dla okresu holocenu (ostatnie ~11 tysięcy lat) wskazują, że zmienność natężenia promieniowania słonecznego w tym okresie jest o rząd wielkości mniejsza od wymaganego 1% (patrz Aktywność słoneczna w ostatnich 9000 lat). Dłuższych serii proxy słonecznych (na razie) nie mamy, więc można sobie wyobrazi scenariusz, w którym kilka milionów lat temu doszło, na tylko 100 czy 200 lat, do nagłego pojaśnienia Słońca, co doprowadziło do krótkotrwałego globalnego ocieplenia o skali i tempie porównywalnym z obecnym, po czym jasność równie szybko spadła, powodując spadek temperatury zanim doszło do zmian środowiska, które zostawiłyby ślad w zapisie geologicznym (jak np. stopnienie części lądolodów i zmiana oceanicznego δ¹⁸O). Trzeba jednak podkreślić, że nie ma żadnych dowodów na to, że coś takiego się zdarzyło, więc jest to scenariusz czysto spekulatywny.

Nawet jednak gdyby coś takiego się faktycznie dawno temu zdarzyło, to nie ma to żadnego związku z przyczynami obecnej zmiany klimatu. Wiemy przecież, jak zmieniała się aktywność słoneczna w ostatnich dekadach, i że nie może być ona odpowiedzialna za obserwowane ocieplenie. Wiemy też, że ludzkość spowodowała wzrost zawartości dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w atmosferze, i że wynikający z tego wzrost temperatury w zupełności wystarcza, by wytłumaczyć obserwowane zmiany.

Fragmentu o ociepleniu w Polsce w latach 30. XX wieku nie rozumiemy, i nie wiemy co ma on wspólnego z resztą wywodu autorów stanowiska KNG PAN. Miniona dekada 2010–2019 była średnio o 1,2°C cieplejsza od lat 30. (zarówno jeśli chodzi o temperatury roczne, jak i letnie), chociaż faktycznie lata 30. były wówczas najcieplejszym okresem od początku prowadzenia obserwacji. Lokalne zmiany temperatur charakteryzują się jednak znacznie większą zmiennością niż średnie obliczane dla obszaru całej planety, i nie powinno nikogo dziwić, że na długoletni trend nałożona jest krótkookresowa zmienność wystarczająca, by raz na jakiś czas wygenerować rekord temperatury maksymalnej.

Zmiany klimatu ciągu ostatnich 200 lat

Od ok. 1958 roku poziom CO₂ w atmosferze (316 ppm, punkt początkowy tzw. krzywej Keelinga, bliski średniej z poprzednich okresów maksymalnego ocieplenia: Fig. 2) zaczął rosnąć i w roku 2018 osiągnął poziom 413 ppm. Wzrost ten jest silnie skorelowany z antropogeniczną emisją CO₂ oraz ze wzrostem temperatury. Wzrost temperatury zaczął się jednak ok. 1920, czyli 30 lat wcześniej, a jego poziom, póki co, nie odbiega znacząco od poziomów znanych z poprzednich cykli ocieplenia. Średnia temperatura mierzona w dolnych warstwach atmosfery oscyluje w ciągu ostatnich 40 lat wokół średniej wieloletniej (Fig. 4), choć z drugiej strony, ostatnie dwie dekady były cieplejsze niż wyliczona średnia wieloletnia. Naszym zdaniem dane te przekonywująco dowodzą, że wzrost poziomu CO₂ w atmosferze wiąże się z działalnością człowieka, natomiast nie stanowią twardego dowodu, że wzrost temperatury jest jedynie wynikiem wzrostu poziomu CO2. IPCC (cyt. za Annual Report 5) wyciągnął z tych danych odmienny wniosek: “The best estimate of the human induced contribution is similar to the observed warming over this period”. Według IPCC można zatem wykazać, że ten wzrost jest spowodowany działalnością człowieka, aczkolwiek sami autorzy Raportu stwierdzają, że związek pomiędzy działalnością człowieka a wzrostem temperatury jest tylko „prawdopodobny” (Anthropogenic forcings have likely made a substantial contribution to surface temperature increases since the mid-20th century over every continental region except Antarctica).

Stanowisko KNG PAN sugeruje tutaj, że do końca lat 50. XX wieku poziom dwutlenku węgla w atmosferze był bliski maksimum z poprzednich interglacjałów, a zaczął rosnąć dopiero w 1958 roku. Nie jest to interpretacja właściwa: kiedy Charles Keeling zaczął prowadzić systematyczne pomiary na Mauna Loa, koncentracja CO2 była już daleko poza zakresem naturalnych wahań w końcu plejstocenu.

Rysunek 3: Zmiany zawartości dwutlenku węgla w atmosferze w oparciu o kompilację kilku rdzeni lodowych z Antarktydy. Wykres lewy pokazuje 800 tysięcy lat, wykres prawy zbliżenie na koniec ostatniej epoki lodowej i holocen. Linia przerywana czarna oznacza poziom z 1958 roku, linia przerywana czerwona poziom z 2020 roku. Żródło Bereiter i in., 2015 Lüthi i in., 2008,

W samym holocenie poziom dwutlenku węgla najpierw osiągnął 270 ppm, w ciągu 3 tysięcy lat spadł o 10 ppm, po czym znowu zaczął rosnąć około 7 tysięcy lat temu, osiągając 280 ppm na początku naszej ery. Wraz ze wzrostem liczby ludności oraz nastaniem ery industrialnej szybko rosnąca emisja dwutlenku węgla, zarówno ze spalania paliw kopalnych, jak i wylesiania, spowodowała opuszczenie zakresu naturalnej zmienności wahań CO2 już po roku 1800. W momencie rozpoczęcia pomiarów przez Keelinga, 150 lat później, atmosferyczna koncentracja CO2 była już o 35 ppm wyższa od wartości przedindustrialnych.

Rysunek 4: Jak wyżej, ale pokazano ostatnie 2020 i 270 lat. Średnie roczne wartości zmierzone na Mauna Loa narysowano kolorem czerwonym. Żródło Bereiter i in., 2015 Lüthi i in., 2008, NOAA

Nie powinno więc dziwić, że wzrost temperatury planety nie zaczął się w latach 50-tych, tylko znacznie wcześniej. Wymuszenie radiacyjne związane ze wzrostem poziomu dwutlenku węgla z 280 do 300 ppm (czyli stanu z początku XX w.) można oszacować na około 0,37 W/m² (Etminan i in., 2016), co przy założeniu standardowego zakresu czułości klimatu (1,5-4,5°C na podwojenie CO2) odpowiadałoby równowagowej zmianie temperatury globalnej o 0,28±0,18°C. W połączeniu z naturalną zmiennością klimatu oraz wymuszeniami radiacyjnymi naturalnego pochodzenia, wystarcza to w zupełności do wytłumaczenia wzrostu temperatury, który nastąpił w pierwszej połowie XX wieku i wcześniej. Bardziej skomplikowane obliczenia, prowadzące do podobnych wniosków, można znaleźć np. w Abram i in., 2016 i Haustein i in., 2019.

Wbrew sformułowaniom zawartym w stanowisku KNG PAN, średnia temperatura dolnej troposfery w ostatnich 40 latach nie oscylowała wokół średniej wieloletniej (z niezrozumiałych powodów stanowisko znów zawiera wykres z negacjonistycznego bloga, który w dodatku kończy się w lutym 2018). W zależności od użytej serii pomiarowej, trend liniowy temperatury globalnej w okresie 1979-2019 wynosił od 0,13 do 0,21 stopnia na dekadę (patrz NASA GISS, HadCRUT4, NOAA, BEST, UAH, RSS).

Na koniec zwróćmy jeszcze uwagę, że autorzy stanowiska KNG nie zrozumieli wniosków zawartych w raporcie IPCC (przy okazji, „AR” to skrót od „Assessment Report” – Raport Oceniający, a nie „Annual Report” – Raport Roczny). „Bardzo prawdopodobny” (w języku IPCC oznacza to prawdopodobieństwo 90-100%, patrz przypis str. 2 w Zmiana Klimatu 2013, Fizyczne podstawy naukowe, Podsumowanie dla Decydentów) z pierwszego cytatu odnosi się do globalnego wzrostu temperatury, „prawdopodobny” (66-100%) zaś do trendów regionalnych, gdzie atrybucji dokonywano dla każdego kontynentu osobno (patrz IPCC, 2013: „Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change”, „sekcja 10.3.1.1.4 Attribution of regional surface temperature change” w rozdziale 10). Ponieważ zmienność szeregów czasowych temperatury wzrasta w mniejszych skalach przestrzennych (im mniejszy obszar analizujemy, tym większe widzimy wahania), udowodnienie że lokalne ocieplenie zostało spowodowane przez człowieka jest trudniejsze, a zatem i poziomy ufności są inne.

O debacie klimatycznej

Temperaturą na powierzchni Ziemi rządzi Słońce. Nasłonecznienie (insolacja) jest zależne od aktywności naszej gwiazdy. Im większa aktywność, tym więcej emitowanej energii i tym wyższa temperatura na Ziemi. Aktywność Słońca maleje od kilku (jedenastoletnich) cykli słonecznych, jednak mimo to temperatura na Ziemi nie spada. To zjawisko może niepokoić. Zgodnie bowiem z trendem aktualnego cyklu Milankowicza, wzmocnionego malejącą insolacją, temperatura na Ziemi powinna spadać i powinniśmy zmierzać w kierunku kolejnego glacjału (Fig. 5, linia fioletowa). Jest jednak odwrotnie, czego dowodzą dane obserwacyjne ostatnich dekad, nie tylko fizyczne, ale i przyrodnicze. Takie przyrodnicze przesłanki pozwalają sformułować hipotezę, że wzrost temperatury w ciągu ostatnich dekad jest powiązany przyczynowo z działalnością człowieka. Mimo to, trwa jednak naukowa dyskusja, w jakim stopniu CO2 jest odpowiedzialny za wzrost temperatury (Curry & Webster, 2011). Na przykład, Monnin et al. (2004) wskazują na stopniowy spadek temperatury na Ziemi od ok. 5000 lat, przy jednoczesnym wzroście koncentracji CO2 i CH4 (Fig. 5). Z kolei współczesny wzrost temperatury i gazów cieplarnianych bardzo przypomina sytuacje z okresu preborealnego, kiedy pomiędzy 11 500 a 11 000 lat poziom koncentracji CO2 oraz temperatura dynamicznie rosły, aczkolwiek bez ingerencji człowieka (Fig. 5).

Jest prawdą, że Słońce jest głównym źródłem energii napędzającej ziemski system klimatyczny. Aby jednak wytłumaczyć zmiany temperatury aktywnością słoneczną, aktywność ta też musiałaby być zmienna, a jak wyjaśniliśmy wcześniej, mierzony zakres zmian natężenia promieniowania słonecznego (a także rekonstruowane wartości dla wieków ubiegłych) jest niewystarczający, by spowodować duże zmiany temperatury (patrz Aktywność słoneczna w ostatnich 9000 lat). Tym bardziej, że aktywność słoneczna, jak sami zauważają geolodzy z KNG, w ostatnich dekadach spada.

Co do „dyskusji naukowej” o roli dwutlenku węgla, autorzy stanowiska KNG PAN znowu wprowadzają w błąd opinię publiczną. Niemal wszyscy aktywni zawodowo klimatolodzy akceptują, że to czynniki antropogeniczne odpowiadają za obserwowany w ostatnim stuleciu długoterminowy wzrost temperatur. „Niemal wszyscy”, bo istnienie konsensusu naukowego w dowolnej dziedzinie nie wyklucza istnienia jednostek, które taki stan rzeczy kontestują. Przykładowo, choć zdecydowana większość geologów akceptuje teorię tektoniki płyt, członkowie KNG PAN z pewnością pamiętają hipotezę rozszerzającej się Ziemi, i kilku swoich kolegów, którzy tej hipotezy są od wielu lat bezkompromisowymi orędownikami.

Czy w takiej sytuacji członkowie KNG PAN zgodziliby się z tezą, że „trwa naukowa dyskusja” na temat poprawności tektoniki płyt, i że tak naprawdę nie wiadomo, czy Ziemia nie była dwukrotnie mniejsza ćwierć miliarda lat temu? Przypuszczamy, że nie. Sądzimy raczej, że traktują ekspandystów jako sympatycznych, ale nieszkodliwych oszołomów, którzy nie potrafią zmodyfikować swoich poglądów i przyznać się do błędu. A za kilkanaście lat, kiedy ostatni ekspandyści opuszczą ten świat, będzie można traktować ten epizod jako ciekawą anegdotkę z historii nauki.

Sytuacja naukowców kontestujących antropogeniczne przyczyny globalnego ocieplenia wygląda podobnie. Są oni w większości już na emeryturze, rzadko publikują w czasopismach naukowych (i coraz częściej są to predatory journals albo azjatyckie OA o bardzo niskim progu akceptacji manuskryptów, patrz Hopf i in., 2019, przykłady w Readfearn, 2018), a prezentowane przez nich publicznie opinie nie odzwierciedlają aktualnego stanu badań nad klimatem. Widać to zresztą po zacytowanym przez KNG artykule Curry i Webstera (Curry i Webster, 2011): jest on esejem opublikowany w dziale opinii Biuletynu Amerykańskiego Towarzystwa Meteorologicznego. Nie będziemy zajmować się nim tu szczegółowo, możemy tylko zapewnić czytelnika, że zawiera liczne błędy merytoryczne, zdradzające, że autorzy wyszli daleko poza granice własnej specjalizacji. Niektóre z tych błędów wypunktowane są w komentarzu autorstwa kilku naukowców, do których badań odwoływali się Curry i Webster (Hegerl i in., 2011).

Dygresja

Tak naprawdę główną autorką artykułu jest Judith Curry (Peter Webster jest prywatnie jej mężem, i pracował na tym samym uniwersytecie, co może wyjaśniać dlaczego zgodził się figurować jako współautor), co widać po tym, że większość formułowanych w nim tez pojawiło się w licznych internetowych dyskusjach prowadzonych już w 2010 roku, a także na jej własnym blogu. Najbardziej irytujące jest to, że nawet w tych dyskusjach wielokrotnie próbowano prostować błędy i nieporozumienia Curry, np. dotyczące znaczenia słowa „większość” (ang. „most”) w kontekście atrybucji globalnego ocieplenia, niezrozumienia przedziałów ufności, oszacowań wymuszenia antropogenicznego aerozolu, tuningu modeli itd. — dobre przykłady, ze strony obecnego dyrektora NASA GISS, można znaleźć tutaj, tutaj i tutaj (patrz też te posty Gavina Schmidta z 2012, 2014 i 2017 roku). Pomimo tego, Curry powtórzyła te same argumenty w późniejszym artykule.

Kolejnej cytowanej w stanowisku Komitetu Nauk Geologicznych pracy, autorzy najprawdopodobniej w ogóle nie przeczytali. Artykuł Monnin i in., 2004 poświęcony jest bowiem problemowi synchronizacji rekonstrukcji stężeń dwutlenku węgla w kilku rdzeniach lodowych, a problem rozbieżności trendów w holocenie (tzw. „The Holocene Conundrum”) został rozpoznany dopiero kilka lat później, dzięki rekonstrukcji Marcott i in., 2013. Szczegółowo odniesiemy się do tej kwestii w dalszej części artykułu.

Na koniec wypada zauważyć, że współczesny wzrost temperatury i gazów cieplarnianych tylko powierzchownie przypomina sytuację z okresu preborealnego. Wzrost zawartości dwutlenku węgla, o którym pisze KNG, nastąpił w tempie 15 ppm na około 100 lat (Marcott i in., 2014); obecnie taki wzrost stężenia zajmuje tylko 5–6 lat. Również tempo wzrostu średniej globalnej temperatury było wtedy niższe niż obecnie i najsilniej zaznaczało się w rejonie północnego Atlantyku (Shakun i in., 2012).

Oczywiście, samo to, że 11 tysiące lat temu nastąpiła zmiana klimatu z przyczyn naturalnych nijak nie podważa roli dwutlenku węgla w obecnym ociepleniu.

O modelowaniu klimatu

Modele klimatyczne

Wzrost temperatury globalnej w ciągu ostatnich 300 lat (Fig. 3, Fig. 5) jest faktem, któremu zaprzeczyć nie można. Dyskusyjne jednak jest nie tylko tempo tego wzrostu w porównaniu do podobnych wzrostów znanych z poprzednich okresów historycznych (patrz rozdział poprzedni), lecz przede wszystkim prognozy na przyszłość, które tworzy się w oparciu o modele klimatyczne. W zasadzie wszystkie modele (przygotowane przez mocne zespoły badawcze i publikowane w najlepszych czasopismach naukowych), przewidywały wzrost temperatury na Ziemi w latach 1975-2025. Średnia wzrostu dla wszystkich modeli wyniosła ok. 1,2°C (Fig. 6), przy czym wyniki znacząco różniły się między sobą. Co więcej, współczesne pomiary temperatury w środkowej troposferze dają wynik trzykrotnie niższy od wartości średniej, przewidywanej przez omawiane modele (Fig. 6). Podobnie, modelowanie klimatu w holocenie (ostatnie 11,2 tys. lat – por. Fig. 5, linia zielona) rozmija się z obserwacjami przyrodniczymi (Liu et al. 2014). Przyczyny takiego stanu rzeczy są przedmiotem dyskusji (przyjęte parametry wyjściowe dla modelowania, techniki pomiarowe, algorytmy programów obliczeniowych), wykraczającej poza zakres niniejszego opracowania.

Ponownie można tylko ubolewać nad tym, że autorzy dokumentu KNG PAN korzystają z naprędce „wygooglanych” obrazków, i nie zadali sobie trudu by zajrzeć do źródeł naukowych, mimo że publikacji poświęconym pomiarom i modelowaniu temperatury troposfery są dosłownie dziesiątki, w tym niektóre zajmujące się szczegółowo wymienionymi wyżej zagadnieniami, jak rzekome trzykrotne zawyżenie tempa wzrostu temperatury (np. Thorne i in., 2011, Santer i in., 2016, Santer i in., 2017). Jest oczywistością, że przewidywania przyszłych zmian klimatu w oparciu o symulacje modeli są obarczone niepewnościami; modele są z definicji niedoskonałym odzwierciedleniem rzeczywistości i drobne różnice w odwzorowaniu procesów zachodzących w atmosferze i oceanach skutkują różnymi prognozami tempa i amplitudy zmian parametrów klimatycznych. Tym niemniej, wszystkie modele konsekwentnie przewidują znaczącą zmianę klimatu — temperatury, opadów, zachmurzenia, cyrkulacji atmosferycznej — jeśli będziemy kontynuować spalanie paliw kopalnych, a różnice pomiędzy prognozowanymi scenariuszami zawierają się pomiędzy wariantami „będzie źle” i „będzie bardzo źle”.

Wykres, który znaleźli w internecie autorzy stanowiska KNG PAN, różnice te jednak zawyża, minimalizując jednocześnie niepewności związane z pomiarami temperatury troposfery: szeregi obserwacyjne zostały uśrednione, nie widać więc różnic pomiędzy różnymi analizami pomiarów. W rzeczywistości obserwowane zmiany temperatury pozostają w obrębie wiązki symulacji przeprowadzonych w ramach projektu CMIP5 (choć w dolnym jej zakresie, co oznacza że średnio większość modeli zawyża nieco tempo zmian temperatury troposfery).

Rysunek 5: Anomalia temperatury środkowej troposfery. Symulowane (kolor szary, przebiegi modeli uczestniczących w projekcie CMIP5 dla scenariusza historycznego i RCP4.5) oraz zmierzone (różne kolory oznaczają różne analizy) zmiany temperatury środkowej troposfery. Źródła: NOAA RATPAC, ECMWF ERA, NOAA STAR, RSS, UAH, IPCC CMIP5.

Porównanie wyników modelowania zmian klimatu holocenu jest jeszcze bardziej skomplikowane. Cytowany przez KNG artykuł Liu i in, 2014 wskazuje, że choć faktycznie źródłem rozbieżności symulowanych i rekonstruowanych trendów temperatury mogą być błędy modeli, a konkretnie zbyt słabe sprzężenia zwrotne związane z albedo lodu i śniegu, przynajmniej za część rozbieżności mogą też odpowiadać błędy systematyczne rekonstrukcji paleoklimatycznych. Takim tropem poszły np. analizy Baker i in., 2017 i Marsicek i in., 2018. Warto dodać, że problem dotyczy nie tylko rozbieżności pomiędzy modelami z jednej strony a rekonstrukcjami z drugiej, ale również pomiędzy rekonstrukcjami opartymi o różne typy proxy.

Niezależnie od przyczyny, niepewności związane z przyczynami i przebiegiem zmian klimatu w holocenie mają niewielki wpływ na naszą ocenę przyczyn obecnego globalnego ocieplenia. Jak wyjaśniliśmy w poprzednich częściach komentarza, wiedza dotycząca odległej przeszłości zawsze będzie obciążona większymi niepewnościami, więc nierozstrzygnięte jeszcze rozbieżności pomiędzy symulacjami a rekonstrukcjami nie są wystarczającym powodem, by odrzucać ustalenia oparte o współcześnie przeprowadzane pomiary i obserwacje.

O wyciąganiu wniosków

Podsumowanie i wnioski praktyczne

Dane geologiczne, analizowane w różnych skalach czasowych, nie potwierdzają prostej uniwersalnej zależności przyczynowo-skutkowej między wzrostem poziomu CO2 w atmosferze a wzrostem temperatury, sugerując większą złożoność zjawiska zmienności temperatury naszej planety. Z drugiej strony nie wykluczają takiej zależności w konkretnych przypadkach, a w szczególności zjawiska sprzężenia zwrotnego, czyli wzmacniania naturalnego trendu wzrostu temperatury przez wywołane tym wzrostem, ale także antropogeniczne, podnoszenie się poziomu CO2 w atmosferze. Wynika stąd wniosek, że nawet jeśli obserwowany obecnie wzrost temperatury jest zjawiskiem naturalnym, to antropogeniczny CO2 może ten trend wzmocnić. Jeśli zatem wzrost temperatury uznajemy za zjawisko niepożądane, to należy próbować go minimalizować. Głównym dostępnym ludzkości działaniem w tym kierunku jest ograniczenie spalania węgla i węglowodorów, gdyż emitujemy rocznie ok. 3,7×10¹⁰ ton CO2 /rok (Le Quéré et al., 2018), tj. o dwa rzędy wielkości więcej niż obecnie wszystkie wulkany na Ziemi razem wzięte (2×10⁸ ton rocznie, wg US Geological Survey).

Dane geologiczne nie potwierdzają prostej uniwersalnej zależności przyczynowo-skutkowej między wzrostem stężenia CO2 w atmosferze a wzrostem temperatury, bo temperatura Ziemi nie zależy tylko od koncentracji CO2 w atmosferze. Istnieją też inne czynniki, z których niektóre mają znaczenie tylko w geologicznej skali czasu, jak konfiguracja kontynentów albo ewolucja Słońca. Tym niemniej, nawet po uwzględnieniu tych czynników okazuje się, że obecne ocieplenie planety nie jest „naturalnym trendem wzrostu temperatury”, i że antropogeniczny dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane z nawiązką wystarczają do wytłumaczenia tego zjawiska.

Spalając węgiel i węglowodory kopalne odwracamy bieg naturalnych procesów geologicznych. Ostatnie dwa miliardy lat, a w szczególności ostatnie pół miliarda lat, to okres naturalnej sekwestracji dwutlenku węgla (fotosynteza) z atmosfery do skorupy ziemskiej poprzez grzebanie materii organicznej w osadach i jej przekształcanie w złoża węgla oraz węglowodorów stałych, płynnych i gazowych (metan). Równolegle CO2 był sekwestrowany dzięki wietrzeniu chemicznemu w postaci skał węglanowych. Węgiel odkładał się w skorupie powoli i dość systematycznie, czego efektem był blisko dwudziestokrotny spadek koncentracji CO2 w atmosferze - od ok. 7000 ppm (+-40%) w kambrze (Fig. 1) do poziomu ok. 300 ppm w roku 1950. Z punktu widzenia ewolucji atmosfery ziemskiej dziś dwutlenku węgla prawie nie ma. Tak niski poziom koncentracji CO₂ w atmosferze mógł być – podobnie jak w karbonie (Fig. 1) – istotną przyczyną globalnego zlodowacenia, które zaczęło się ok. 33 mln lat temu powstawaniem pokryw lodowych na Antarktydzie i nasilało się aż do zamarznięcia Oceanu Arktycznego ok. 2 mln lat temu. Zgodnie z prawem Henry’ego, coraz zimniejszy ocean światowy pochłaniał coraz więcej CO₂, napędzając schładzanie powierzchni Ziemi poprzez zmniejszanie efektu cieplarnianego (w myśl tego samego prawa, ogrzany ocean odda do atmosfery nadmiarowy CO₂). W efekcie, mamy dziś największe zlodowacenie globalne w ciągu ostatniego pół miliarda lat. Przyszliśmy na świat w tym wyjątkowym czasie i, chcemy czy nie, jesteśmy dziećmi globalnego chłodu. Istnieje ryzyko, że wraz z jego odejściem, odejdziemy i my. Wydaje się zatem roztropne podtrzymanie obecnego stanu geosystemu jak najdłużej będzie to możliwe.

Ten fragment jest o tyle interesujący, że w miarę poprawnie (pomijając kilka wspomnianych już wcześniej nieścisłości) opisuje cywilizację przemysłową jako czynnik odwracający, poprzez utlenianie paliw kopalnych, trwające miliony lat naturalne procesy geologiczne, co oczywiście kontrastuje z próbami minimalizacji wpływu człowieka na klimat, którą widać w poprzedzających akapitach.

Z pragmatycznego punktu widzenia, najbardziej skuteczne są/będą te działania, które wykorzystują procesy pochłaniania CO2 i usuwania go z atmosfery w takiej ilości, w jakiej jest emitowany do atmosfery wskutek działalności człowieka. Z czystej przezorności, należy jednak rozważyć scenariusze najgorsze z możliwych i zacząć działania adaptacyjne, niezależnie od tego czy scenariusze te są, czy nie są prawdziwe.

Zadziwiające, że KNG PAN nie mówi tutaj wprost o konieczności redukcji emisji dwutlenku węgla, mimo że bez tego nie da się wdrożyć technologii wychwytywania i składowania CO2 na skalę wymaganą do zrównoważenia tychże emisji.

Spory naukowe dotyczące roli CO2 w procesie zmian klimatu, często uwarunkowane konfliktami grupowymi lub personalnymi, powinny iść torem przyjętym w dyskursie naukowym, a nie odbywać się na forum publicznym, gdyż rozbieżne oceny powodują zamęt pojęciowy, chaos informacyjny, a nawet panikę, szczególnie wśród młodzieży.

Święte słowa, ale z jakiegoś powodu autorzy stanowiska KNG PAN się do własnej rekomendacji nie stosują. Dlaczego nie prowadzą sporu naukowego dotyczącego roli CO2 torem przyjętym w dyskursie naukowym? Gdzie ich badania na ten temat, wystąpienia konferencyjne, recenzowane publikacje? Dlaczego wypowiadają się przede wszystkim na forum publicznym, w mediach masowych i prasie, i kolejny już raz wprowadzają zamęt pojęciowy i chaos informacyjny publikując stanowisko niezgodne z ustaleniami nauki?

„Panikująca” młodzież jest już bardziej ogarnięta niż trzydziestu kilku profesorów geologii. Przynajmniej wie, jak cytować raporty IPCC.

Skomplikowane procesy, które rządzą klimatem, wymagają prowadzenia interdyscyplinarnych badań przez różne grupy o różnych specjalnościach, nie tylko w ramach IPCC, z pewnością także i w Polsce. Powinny to być badania cyklicznych fluktuacji klimatycznych w przeszłości Ziemi i ich uwarunkowań odczytywanych z zapisu kopalnego, monitorowanie poznanych dotąd czynników sprawczych, modelowanie ich udziału w przekształceniach klimatu i weryfikowanie sporządzanych modeli w odniesieniu do zdarzeń przeszłych dla oceny ich wiarygodności w prognozowaniu zdarzeń przyszłych.

Takie badania się oczywiście od dawna prowadzi, i biorą w nich udział również polscy geolodzy.

Niestety, interdyscyplinarne badania prowadzone przez różne grupy o różnych specjalnościach nie przyniosą żadnego pożytku, jeśli ich wyniki są ignorowane, tak jak autorzy stanowiska KNG PAN ignorują ustalenia nauki z ostatnich 20–30 lat.

Podsumowanie

Dzięki geologii wiemy, że klimat naszej planety wielokrotnie zmieniał się w bliższej i odległej przeszłości. Zmiany te były powodowane różnymi czynnikami: wahaniami aktywności słonecznej, periodycznymi zmianami orbity ziemskiej, erupcjami wulkanicznymi, a także zmianami zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze. Badania paleoklimatyczne (w tym modelowanie klimatu Ziemi w odległej przeszłości) umożliwiają nam stawianie i weryfikowanie hipotez, dotyczących przyczyn tych zmian klimatu, jednak ze względu na niepewności dotyczące rekonstrukcji stanu środowiska sprzed tysięcy czy milionów lat, nie zawsze możliwe jest ustalenie ponad wszelką wątpliwość jak i dlaczego zmieniał się klimat w przeszłości geologicznej planety.

Dla odmiany, obecną zmianę klimatu możemy obserwować bezpośrednio dzięki globalnej sieci stacji meteorologicznych, radiosond, radarów, satelitów, samolotów, statków, boi, pływaków i dronów oceanograficznych (patrz na przykład: Global Observing System, WMO). Obserwacje i pomiary, w połączeniu z teoretycznym opisem procesów zachodzących w systemie klimatycznym, umożliwiają nam zdiagnozowanie przyczyn globalnego ocieplenia zachodzącego od ponad 100 lat, i wykazanie ponad wszelką wątpliwość, że odpowiedzialna jest za nie emisja gazów cieplarnianych, przede wszystkim spalanie węgla, ropy i gazu (IPCC, 2013). Tempo współczesnej, antropogenicznej zmiany klimatu jest pod wieloma względami bezprecedensowe w skali wielu milionów lat.

Nie jest to tylko opinia klimatologów czy fizyków atmosfery; z taką diagnozą zgadzają się również badacze zajmujący się badaniem klimatu w odległej przeszłości, a także instytucje i organizacje zrzeszające geologów i innych specjalistów z zakresu nauk o Ziemi. Powszechna akceptacja antropogenicznych przyczyn globalnego ocieplenia jest widoczna chociażby w treści współczesnych podręczników, również do geologii.

Na tym tle stanowisko Komitetu Nauk Geologicznych Polskiej Akademii Nauk z grudnia 2019 roku szokuje nie tylko treścią, ale i formą, w tym selektywnym doborem źródeł i skromną bibliografią. Ewidentne jest, że jego autorzy nie znają się na większości zagadnień, o których napisali, nie konsultowali się ze specjalistami, ani nie zrobili systematycznego przeglądu literatury. W wielu przypadkach pisali „z głowy”, w oparciu o analizę znalezionych w internecie wykresów metodą „na oko”, a tam, gdzie cytowali jakąś literaturę naukową, to często bez zrozumienia, albo były to prace dawno już zdezaktualizowane.

Doskonale Szare, redakcja Marcin Popkiewicz, konsultacja merytoryczna prof. Szymon P. Malinowski

Opublikowano: 2020-03-05 09:09
Tagi

klimatyczne bzdury

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