O pseudowysyceniu efektu cieplarnianego, pseudonauce i pseudodebacie

Wiedza powstała w oparciu o metodę naukową nigdy nie jest w 100% pewna. Jednak na 100% jest ona pewniejsza niż to, co ma do zaproponowania pseudonauka. Czasem na pierwszy rzut oka nie sposób je odróżnić. W ramach nauki o klimacie nierzadko mamy do czynienia z publikacjami, które pod pozorem debaty naukowej sieją dezinformację i wzmacniają głos negacjonistów. Jak wychwycić taką narrację? Poniżej pokazujemy krok po kroku, czym różni się solidny, naukowy artykuł o procesach klimatycznych od takiego, który mija się z prawdą. W drugim przypadku za przykład służy nam tekst Kubicki i in. (2024), którego tematem jest rzekome „wysycenie się efektu cieplarnianego dla CO₂ ” .

Klimatyczne sensacje

Co jakiś czas media społecznościowe obiegają sensacyjne doniesienia o nowych publikacjach naukowych podważających aktualny stan wiedzy o klimacie – dobrze opisany w podstawowych podręcznikach oraz podsumowywany w raportach analizujących wielką liczbę obserwacji, pomiarów i symulacji numerycznych. Wokół tych doniesień toczą się zażarte, czasami żenujące dyskusje. Niektórzy z ich uczestników próbują zasiać u innych wątpliwości w sprawach związanych z dobrze udokumentowaną wiedzą o klimacie.

Oczywiście, wiedza jaką niesie ze sobą nauka nigdy nie jest 100% pewna. Zawsze istnieje szansa, że jakaś grupa badaczy znajdzie luki w rozumieniu procesów, błędy w interpretacjach pomiarów, czy nowe, dotąd nie rozważane aspekty, zarówno samego procesu globalnego ocieplenia, jak mechanizmów klimatycznych, lub prognoz na przyszłość. Jak odróżnić publikacje (wyniki badań), które są bardziej wiarygodne, warte pochylenia się nad nimi, są głosami w aktualnej dyskusji naukowej od tych, które wywołują jedynie szum informacyjny, lub co gorsza, są wprost dezinformujące i dostarczają fałszywych argumentów, które dla niezorientowanych brzmią prawdopodobnie i mogą być wykorzystane przez denialistów klimatycznych do napędzania debaty?

Jak czytać naukowe artykuły o klimacie? Studium dwóch przypadków

Przeanalizujmy dwa przykłady artykułów naukowych. Jeden z nich (Cooper i in., 2024, pierwsza kolumna w tabeli poniżej) to typowy głos dyskusji naukowej, sygnalizujący nowe aspekty, które mogą zmienić (nieco) nasze spojrzenie na zachodzące procesy klimatyczne. Drugi (Kubicki i in., 2024, druga kolumna) wywołuje jedynie szum informacyjny i wrażenie, że z podstawami naszej wiedzy o klimacie jest coś nie w porządku.

DOI	10.1126/sciadv.adk9461	10.1016/j.apples.2023.100170
tytuł	Last Glacial Maximum pattern effects reduce climate sensitivity estimates Analiza wzorców ostatniego zlodowacenia prowadzi do redukcji niepewności oszacowania wartości czułości klimatu	Climatic consequences of the process of saturation of radiation absorption in gases Konsekwencje klimatyczne procesu nasycenia absorpcji promieniowania przez gazy
tytuł czaso- pisma	Science Advances Postępy nauki	Applications in Engineering Science Zastosowania nauk inżynierskich
wydawca	American Association for the Advancement of Science	Elsevier
I autor + afiliacja	V. T. Cooper Department of Atmospheric Sciences, University of Washington, Seattle, WA, USA.	J. Kubicki Institute of Optolelectronics, Military University of Technology

Wydawcy, tytuły i afiliacje

Na pierwszy rzut oka obydwa artykuły wyglądają porównywalnie. Numery doi pozwalają je jednoznacznie identyfikować, a wydawcy są uznani. Tytuły (trudno czytelne dla przeciętnego czytelnika) wydają się OK (dla specjalisty już nie, ale to tekst dla Was, czytelnicy).

Malutka czerwona lampeczka zapala się gdy spojrzymy na afiliację pierwszego autora jednego z tekstów (w prawej kolumnie tabelki) i pozostałych (do znalezienia samodzielnie). Pierwszy artykuł (Cooper i in., 2024) ewidentnie napisali badacze pracujący w instytucjach o profilu atmosferyczno/klimatycznym, drugi (Kubicki i in., 2024) – niekoniecznie.

O czym to czasopismo?

To jeszcze o niczym nie musi świadczyć, bo wiele przyrządów atmosferycznych to przyrządy optoelektroniczne…. ale… kolejna lampeczka – tytuły czasopism: pierwszy sugeruje profil ogólnonaukowy, to znaczy obejmujący różne dyscypliny, drugi – mocno specjalistyczny, o wąskim profilu i to innym, niż sugeruje tytuł artykułu.

To łatwo sprawdzić, wystarczy wejść na stronę czasopisma i (na ogół) w zakładce about (o czasopiśmie) znaleźć zakładkę aims and scope (cel i zakres) czy podobną. To o niczym nie przesądza, choć fakt, że redakcja wąsko specjalistycznego czasopisma przyjęła pracę spoza jej profilu tego czasopisma jest niepokojący.

profil czasopisma

„… papers and reviews in any area of science, in both disciplinary-specific and broad, interdisciplinary areas…” “…artykuły i prace przeglądowe w dowolnym obszarze nauki, zarówno w poszczególnych dyscyplinach, jak i interdyscyplinarne…”

„…is devoted to applied aspects of engineering science…” “… jest poświęcony aspektom zastosowań nauk inżynieryjnych…„

Sprawdźmy autorów

Przyjrzyjmy się więc autorom. Naukowcy mają wiele narzędzi, pozwalających na to. W przypadku pierwszego artykułu (Cooper i in., 2024) przy nazwisku niemal każdego z autorów jest zielone kółeczko z odsyłaczem do międzynarodowej bazy danych o naukowcach ORCID z informacjami o afiliacji, przebiegu kariery i publikacjach każdego z nich. Widać, że pierwszym autorem jest młody badacz, a wielu współautorów to doświadczeni badacze z licznymi publikacjami dotyczącymi klimatu, atmosfery, paleoklimatologii, współpracujący z wieloma badaczami z różnych krajów (ich wcześniejsze publikacje miały różne „zestawy” autorów).

W przypadku drugiego artykułu (Kubicki i in., 2024) nie ma przy liście autorów odsyłaczy do tej bazy danych, ale po kliknięciu w nazwisko pojawiają się dla pierwszego i trzeciego autora. Ich doświadczenie naukowe, sadząc po tytułach, związane jest z detekcją spektroskopową gazów oraz metodami laserowymi, a grono współpracowników mniejsze i w większości z Polski. To też jeszcze nie świadczy o treści, ale daje informacje o pozycji naukowej i doświadczeniu badawczym autorów tekstów. Podobną analizę można zrobić posługując się inną, otwartą baza danych Google Scholar.

Jak przebiegała recenzja?

Kolejne miejsce do sprawdzenia to przebieg procesu recenzji, zwykle można go znaleźć, korzystając z odpowiedniego odnośnika na stronie artykułu.

przebieg recenzji

Received September 19, 2023 Accepted March 13, 2024 Online April 17, 2024

Received 4 December 2023 Accepted 11 December 2023 Available online 12 December 2023

Typowy czas recenzji, uwzględnienia uwag recenzentów (często recenzji są dwie rundy) i wreszcie akceptacji redaktora odpowiedzialnego za artykuł to kilka tygodni do kilku miesięcy. Tak to też wygląda w przypadku pierwszego tekstu (Cooper i in., 2024).

W drugim artykule (Kubicki i in., 2024) widzimy coś niezwykłego: niemal natychmiastową akceptację. Artykuł musiałby być niezwykle jasno napisany, ze świetnie udowodnionymi wnioskami, a w rezultacie zrobić zarówno na redaktorze jak i na recenzentach fenomenalnie pozytywne wrażenie. Może i tak było. Przecież profil czasopisma dotyczy zagadnień inżynierskich recenzenci i redaktorzy z zakresem doświadczeń z tych nauk uznali że warto opublikować dokument o zastosowaniu inżynierii w klimatologii, choć to chyba nie najlepiej świadczy o rzetelności naukowej zaangażowanych w proces recenzji i publikacji.

Streszczenie

Zajrzyjmy jeszcze do sekcji streszczenie:

stresz- czenie	Here, we show that the Last Glacial Maximum (LGM) provides a stronger constraint on equilibrium climate sensi-tivity (ECS), the global warming from increasing greenhouse gases, after accounting for temperature patterns. Feedbacks governing ECS depend on spatial patterns of surface temperature (“pattern effects”); hence, using the LGM to constrain future warming requires quantifying how temperature patterns produce different feedbacks during LGM cooling versus modern-day warming. Combining data assimilation reconstructions with atmospheric models, we show that the climate is more sensitive to LGM forcing because ice sheets amplify extratropical cooling where feedbacks are destabilizing. Accounting for LGM pattern effects yields a median modern-day ECS of 2.4°C, 66% range 1.7° to 3.5°C (1.4° to 5.0°C, 5 to 95%), from LGM evidence alone. Combining the LGM with other lines of evidence, the best estimate becomes 2.9°C, 66% range 2.4° to 3.5°C (2.1° to 4.1°C, 5 to 95%), substantially narrowing uncertainty compared to recent assessments.	This article provides a brief review of research on the impact of anthropogenic increase in atmospheric CO2 concentration on Earth’s climate. A simplified analysis of resonant radiation absorption in gases is conducted. Building upon the material from the cited articles, theoretical and empirical relationships between radiation absorption and the mass of the absorbing material are presented. The concept of saturation mass is introduced. Special attention is given to the phenomenon of thermal radiation absorption saturation in carbon dioxide. By comparing the saturation mass of CO 2 with the quantity of this gas in Earth’s atmosphere, and analyzing the results of experiments and measurements, the need for continued and improved experimental work is suggested to ascertain whether additionally emitted carbon dioxide into the atmosphere is indeed a greenhouse gas.
tłuma- czenie	Pokazujemy, że analizując ostatnie maksimum epoki lodowej (LGM) , po uwzględnieniu rozkładów temperatury, otrzymujemy lepsze [niż dotąd] ograniczenie [niepewności] równowagowej czułości klimatu (ECS) dla ocieplenia spowodowanego wzrostem zawartości gazów cieplarnianych. Sprzężenia zwrotne regulujące ECS zależą od przestrzennych rozkładów temperatury powierzchni („efekty rozkładów”); dlatego też wykorzystanie LGM do określenia przyszłego ocieplenia wymaga ilościowej analizy, w jaki sposób wzorce temperatury wytwarzają różne sprzężenia zwrotne podczas chłodnego LGM w porównaniu ze współczesnym ociepleniem. Korzystając z rekonstrukcji i asymilując dane do modeli atmosferycznych, pokazujemy, że klimat jest bardziej wrażliwy na wymuszanie [takie jak podczas LGM], ponieważ pokrywy lodowe wzmacniają chłodzenie pozatropikalne z destabilizującymi sprzężeniami zwrotnymi. Uwzględnienie efektów wzorca [rozkładu temperatur] LGM daje medianę ECS wynoszącą 2,4°C, 66% zakres 1,7° do 3,5°C (1,4° do 5,0°C, 5 do 95%), na podstawie jedynie LGM. Łącząc LGM z innymi dowodami, najlepsze oszacowanie wynosi 2,9°C, 66% zakres 2,4° do 3,5°C (2,1° do 4,1°C, 5 do 95%), znacznie zmniejszając niepewność w porównaniu do ostatnich ocen.	Niniejszy artykuł stanowi krótki przegląd badań nad wpływem antropogenicznego wzrostu stężenia atmosferycznego CO2 na klimat Ziemi. Przeprowadzono uproszczoną analizę rezonansowej absorpcji promieniowania w gazach. Opierając się na materiale z cytowanych artykułów, przedstawiono teoretyczne i empiryczne zależności między absorpcją promieniowania a masą materiału absorbującego. Wprowadzono pojęcie masy nasycenia. Szczególną uwagę poświęcono zjawisku nasycenia absorpcji promieniowania cieplnego w dwutlenku węgla. Porównując masę nasycenia CO2 z ilością tego gazu w atmosferze ziemskiej oraz analizując wyniki eksperymentów i pomiarów, zasugerowano potrzebę kontynuacji i udoskonalenia prac eksperymentalnych w celu ustalenia, czy dodatkowo emitowany do atmosfery dwutlenek węgla jest rzeczywiście gazem cieplarnianym.

Tu już widzimy niemal wszystko. Pierwszy artykuł (Cooper i in., 2024) to przyczynek do trwającej dyskusji o jednym z istotnych parametrów systemu klimatycznego: autorzy twierdzą, że udało im się doprecyzować jego wartość. Drugi artykuł (Kubicki i in., 2024) z kolei niemal zupełnie podważa współczesną wiedzę o absorpcji promieniowania podczerwonego przez obecny w atmosferze CO₂, choć na wszelki wypadek zasłania się potrzebą dalszych badań. Na ile prawdopodobne jest, że artykuł ten stanowi przełom w wiedzy zarówno o transferze promieniowania w atmosferze jak i o klimacie? Odpowiedź pozostawiam czytelnikom.

Dla fachowca już sam dobór literatury w drugim artykule (np. to, że pominięto podstawowe podręczniki z obszaru transferu promieniowania, nie wspominając o powszechnie używanej, także na potrzeby konstrukcji pomiarowych przyrządów optoelektronicznych, bazie HITRAN, obejmującej własności absorpcyjne i emisyjne gazów) oraz fakt, że jego autorzy nie podają nawet najprostszych analiz niepewności swoich pomiarów i wniosków są przesłankami do odrzucenia pracy.

Pseudowysycenie efektu cieplarnianego, czyli jak działa falsyfikacja hipotez w nauce

No dobrze. Ale do tej pory nie wspomnieliśmy w ogóle, czemu praca Kubicki i in. (2024) jest błędna. Otóż autorzy twierdzą, że efekt cieplarniany się „wysyca”, tzn. od pewnego momentu dodanie do atmosfery kolejnych porcji CO₂ nie powoduje wzmocnienia efektu cieplarnianego. To nie jest nowa koncepcja. Hipotezę tę sformułował szwedzki fizyk Knut Ångström w publikacji z 1900 roku, którą autorzy zacytowali i na swój sposób sprawdzili w swoim badaniu. Jednak cytując nie zadali sobie trudu, żeby dokładniej prześledzić
kolejne, późniejsze niż cytowana praca, wyniki badań przenikania podczerwieni przez atmosferę. A przecież hipoteza ta została wielokrotnie sfalsyfikowana doświadczalnie. Krótki tekst Raymonda Pierrehumberta, autora znanego podręcznika na temat fizyki klimatu, na ten temat można znaleźć tu. Zacytujmy fragment:

Droga do obecnego zrozumienia wpływu dwutlenku węgla na klimat nie była pozbawiona błędów. W 1900 roku Knut Ångström argumentował w opozycji do swojego kolegi, szwedzkiego naukowca Svante Arrheniusa, że wzrost zawartości CO₂ w atmosferze nie może wpływać na klimat Ziemi. Ångström twierdził, że absorpcja podczerwieni przez CO₂ jest nasycona w tym sensie, że dla tych długości fal, które CO₂ może w ogóle absorbować, CO₂ już obecny w ziemskiej atmosferze pochłaniał zasadniczo całą podczerwień. W odniesieniu do atmosfery ziemskiej, Ångström mylił się podwójnie…

Dalej Pierrehumbert ilustruje błędne rozumowanie na przykładzie niezwykle prostego modelu wielu szyb. Pozwolę sobie przedstawić ten (ideowy, bardzo uproszczony) model w jeszcze prostszej postaci na rysunku (Ilustracja 1), unikając wzorów, które dla wielu czytelników mogłyby być nieczytelne.

Najpierw rozważmy planetę bez atmosfery (albo z atmosferą bez gazów cieplarnianych) – panel 0. Pada na nią z góry strumień energii w postaci krótkofalowego promieniowania słonecznego (żółta strzałka w dół). Ułamek tego strumienia jest odbijany (wąska żółta strzałka) i wraca w kosmos. Reszta energii jest pochłaniana.

Powierzchnia planety, nagrzana w wyniku pochłaniania energii słonecznej, emituje strumień długofalowego promieniowanie termicznego. W stabilnym, niezmiennym stanie klimatycznym ta emisja w przestrzeń kosmiczną obejmuje dokładnie tyle energii, ile pochłania planeta: na rysunku strumień energii pochłanianej (szerokość grubszej żółtej strzałki – minus szerokość cienkiej żółtej strzałki) i emitowanej (szerokość czerwonej strzałki) się równoważą. Temperatura równowagi to tzw. temperatura emisyjna planety oznaczona Te.

Teraz wyobraźmy sobie w postaci szyby (narysowanej na niebiesko) warstwę atmosfery, przezroczystą dla promieniowania słonecznego, zawierającą tak dużo gazów cieplarnianych, że całkowicie pochłania ona emitowane z powierzchni promieniowanie podczerwone. Panel 1 przedstawia tę sytuację: powyżej szyby sytuacja jest podobna jak na panelu 0, w stanie równowagi z szyby jest emitowane w kosmos tyle energii, ile planeta pochłania. Jednak szyba emituje zarówno w górę, jak i w dół, więc do powierzchni planety dociera dodatkowy strumień energii, w związku z czym temperatura powierzchni planety rośnie. W stanie równowagowym mamy temperaturę szyby równą Te, a temperaturę powierzchni planety wyższą.

Według Knuta Ångströma dodanie kolejnej szyby nie powinno zmieniać temperatury powierzchni. Ale czy tak jest? Odpowiedź znajdziemy na ilustracji w panelu 2 (a dalej przy dodaniu jeszcze kolejnej szyby w panelu 3). Dodanie każdej kolejnej szyby w 100% pochłaniającej promieniowanie podczerwone płynące od szyby położonej poniżej, powoduje, że do powierzchni Ziemi płynie coraz większy strumień energii emitowanej przez szyby i temperatura powierzchni planety odpowiednio wzrasta.

Czy ten uproszczony model jest dobry? Oczywiście nie jest dokładny fizycznie, ale pokazuje pewne istotne cechy rzeczywistej atmosfery. Większość osób słyszała o bardzo silnym efekcie cieplarnianym na Wenus, co stwierdzono eksperymentalnie. Na tej podstawie możemy argumentować, że mamy także poza pomiarami w ziemskiej atmosferze inne dowody, że efekt cieplarniany nie wysyca się po dodaniu bardzo wielu kolejnych porcji gazów cieplarnianych ponad „masę nasycenia” (wielkość proponowaną przez autorów drugiej pracy).

Jak wygląda rzeczywista zmienność temperatury i strumieni promieniowania z wysokością w atmosferze czy atmosferach planetarnych? Mamy na ten temat mnóstwo danych pomiarowych z naszej ziemskiej atmosfery, a także sporo z Wenus, Marsa i innych posiadających atmosfery planet i księżyców. Wszystkich, pochodzących w wielu pomiarów danych jest wystarczająco dużo, żeby sprawdzić zgodność naszej wiedzy z doświadczeniem. Jednym z osiągnięć naukowych, za które Syukuro Manabe dostał nagrodę Nobla z fizyki w 2021 roku było zrozumienie (jeszcze z lat 60-tych ub. wieku), jak obecność gazów cieplarnianych w atmosferze Ziemi kształtuje obserwowany profil temperatury… Ani o tym, ani o podręcznikach (jest takich wiele) autorzy pracy nie wspomnieli.

Debata czy pseudodebata? Stawka jest wysoka a czasu mało

Na zakończenie kilka uwag natury ogólnej. Mamy naukę i pseudonaukę. Nawet wybitny naukowy specjalista z jednej dziedziny, uwiedziony przekonaniem o własnej głębokiej wiedzy, jest w stanie popełnić pseudonaukowa pracę opisującą – jak mu się wydaje – rewolucyjne odkrycie z dziedziny, w której specjalistą nie jest. Większość takich prac nie dociera do opinii publicznej – każdy ma prawo się mylić, a naukowcy nie lubią jałowych sporów, dlatego takie artykuły często są szybko zapominane. Z kolei większość prac naukowych (w tym prace piszącego te słowa), to nie osiągnięcia na miarę Kopernika, Einsteina czy Nagrody Nobla, a drobne przyczynki do toczącej się debaty naukowej.

Przykładem takiej typowej, bardzo ciekawej zresztą i dobrej publikacji jest analizowana praca 1 (Cooper i in., 2024). To badanie przynoszące wnioski, które będą wielokrotnie sprawdzane, dyskutowane, analizowane i falsyfikowne przez innych badaczy. Być może rzeczywiście przyczyni ona się do zawężenia okna niepewności dotyczącej równowagowej czułości klimatu, a być może inni badacze wychwycą wątpliwe elementy i w ten sposób zwiększą nasze zrozumienie tematu. Debata naukowa dotycząca mechanizmów klimatycznych, globalnego ocieplenia, przyszłych skutków jest szeroka i żywa. Ale nie toczy się tam, gdzie chcieliby ją widzieć niektórzy publicyści, spora część opinii publicznej czy mediów, w tym społecznościowych. Toczy się w pełni otwarcie, ale nie w mediach popularnych, lecz w recenzowanej literaturze naukowej, na konferencjach, w badaniach. Popularyzatorzy nauki, w tym naukaoklimacie.pl informują o jej postępach opinię publiczną.

W samych mediach toczą się oczywiście różne debaty. Wolność słowa i opinii jest bardzo ważna dla nas wszystkich. Jednak, wiele tych debat to debaty zastępcze, które nie są bynajmniej debatami naukowymi, czy informacjami o tych debatach, co sugerują niektórzy. Nauka działa w nieco innym obszarze otwartej przestrzeni. Niestety, nie każdy jest w stanie do tej przestrzeni zajrzeć, a wiedza, choć dostępna i popularyzowana nie jest łatwo i szybko asymilowana przez większość z nas.

Pseudonauka wzbudza pseudodebatę w mediach, woła o zamianę rzeczywistej debaty naukowej w turniej popularności wśród widzów. Pseudodebata z kolei, zamiast nieść opinii publicznej informacje o postępach nauki, o tym co jest dobrze udokumentowane a co nie, o solidnej wiedzy i rzeczywistych niepewnościach czy niejasnościach, przez swoją wszechobecność utrudnia podejmowanie ważnych dla nas wszystkich decyzji opartych na wiedzy. Dotyczy to nie tylko klimatu, ale też np. zdrowia.

Na zakończenie, zamiast rozpisywać się w kwestii klimatu, globalnego ocieplenia i jego antropogenicznej natury odeślę Państwa do znakomitego, opublikowanego już kilkanaście lat temu eseju Stevena Sherwooda na temat różnic między debatą naukową i powszechną, zatytułowanego Science controversies past and present („Kontrowersje naukowe – przeszłość i teraźniejszość”). Esej ten kończy się takim gorzkim podsumowaniem:

Niestety, niektóre nowe podręczniki do fizyki klimatu i atmosfery są pisane z długimi przedmowami wyjaśniającymi, dlaczego studenci powinni ufać temu, co mówi podręcznik, pomimo sprzecznych [z zawartą w nim wiedzą] informacji od rodziców, gospodarzy radiowych talk show lub Internetu. Zazwyczaj podręcznik nie musi się bronić… Jednocześnie historia mówi nam, że ostatecznie nauka [o klimacie] prawdopodobnie wyjdzie z tej debaty cało. A jak wyjdzie na niej planeta [ludzkość – przyp. aut.], to już inna sprawa.

Prof. Szymon Malinowski, konsultacje: dr Jagoda Mytych, Marcin Popkiewicz