Po jakim czasie zobaczylibyśmy efekt wyzerowania emisji CO2?

Średnia temperatura powierzchni Ziemi prawdopodobnie będzie rosnąć jeszcze przez pewien czas, nawet po całkowitym zatrzymaniu emisji dwutlenku węgla związanych z działalnością człowieka. Czy zdołamy za naszego życia zaobserwować efekty ochrony klimatu? Młodsi mają szansę!

Bezemisyjna przyszłość - baterie słoneczne na dachu.

Rysunek 1: Wykorzystanie energii słonecznej to jeden ze sposobów na obniżenie emisji gazów cieplarnianych przez człowieka. Źródło: Pikist.

Jak możemy przeczytać w przyjętym przez wszystkie kraje świata Porozumieniu paryskim, ludzkość będzie starała się zatrzymać postępujący obecnie wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi na poziomie 2°C (a w miarę możliwości 1,5°C) do końca XXI w., względem epoki przedprzemysłowej. Czy wykonanie tego zadania jest jeszcze możliwe? Odpowiedź na to pytanie wymaga określenia pozostałego nam „budżetu węglowego”, czyli ilości dwutlenku węgla, jaką można jeszcze wprowadzić do atmosfery, przy której progi ocieplenia wymienione w porozumieniu nie zostaną przekroczone (Rogelj i in., 2019). Wyznaczenie tej wielkości nie jest oczywiście prostym zadaniem. Wymaga ustalenia i połączenia informacji o

  • wzroście temperatury, jaki już udało nam się spowodować,
  • przejściowej odpowiedzi klimatu na skumulowane (zsumowane do dziś) emisje dwutlenku węgla,
  • wkładzie czynników innych niż CO2 w przyszłe ocieplenie,
  • funkcjonujących w systemie klimatycznym sprzężeń zwrotnych, których część nie jest w pełni uwzględniona we współczesnych Modelach Systemu Ziemskiego,
  • „nawisie ocieplenia” – wzroście temperatury, który jeszcze się nie dokonał, ale będzie nieuniknioną konsekwencją wyemitowania CO2, który zostanie uwolniony do atmosfery do momentu całkowitego zaniechaniem emisji netto przez człowieka.

W Specjalnym raporcie IPCC o ociepleniu o 1,5°C formalnie oszacowano niepewności związane ze wszystkimi czynnikami za wyjątkiem ostatniego. Właśnie analizie tego „nawisu” (ang. Zero Emissions Commitment, ZEC) – poświęcona jest praca A.H. MacDougalla i kolegów opublikowana ostatnio w Biogeosciences. W artykule przeanalizowano wyniki obliczeń przeprowadzonych wieloma modelami klimatu w ramach projektu ZECMIP – Zero Emissions Commitment Model Intercomparison Project. Zastosowany w nich scenariusz zmian koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze zaczynał się zawsze tak samo: wzrostem stężenia CO2 w tempie 1%/rok aż do chwili, gdy skumulowane emisje sięgnęły 1000 GtC czyli ok. 3667 GtCO2. A co potem?

Pomiary emisji CO2 z oceanu

Rysunek 2: Ocean pochłania dużą część dwutlenku węgla emitowanego przez ludzi oraz znakomitą większość energii, której przybywa na Ziemi w związku z nasilaniem się efektu cieplarnianego. Autonomiczne pływaki, takie jak widoczny na zdjęciu, mierzą między innymi temperaturę oceanu i zawartość dwutlenku węgla w wodzie i powietrzu. Zdjęcie zamieszczamy dzięki uprzejmości NOAA.

Potem emisje antropogeniczne spadały do zera, a wprowadzony do środowiska węgiel krążył dalej po wirtualnym systemie klimatycznym, stopniowo przenikając z atmosfery do oceanu i rezerwuarów lądowych (jeśli interesują Cię te procesy, zajrzyj do naszych artykułów: Szybki cykl węglowy, część 1: atmosfera i ekosystemy lądowe, Szybki cykl węglowy, część 2: węgiel w oceanach, Wolny cykl węglowy i termostat węglowy). Prowadziłoby to do spadku temperatury, jednak jak od dawna wiadomo, proces wymaga wielu tysięcy lat (patrz Impuls węglowy i jego usuwanie z atmosfery). Jednocześnie jeszcze przez jakiś czas po zaprzestaniu emisji, ocean i atmosfera nagrzewałyby się, dostosowując swoją temperaturę do aktualnej koncentracji CO2 (Matthews i Caldeira, 2008). Mielibyśmy więc do czynienia z dwoma zjawiskami o przeciwnym wpływie na średnią temperaturę atmosfery przy powierzchni Ziemi. Jak w takim razie zmieniałaby się ona w pierwszych dekadach po wyzerowaniu emisji? Czy możemy liczyć na jej spadek lub stabilizację w takiej skali czasowej – interesującej z punktu widzenia planowania inwestycji czy po prostu konkretnych osób, które chciałyby zobaczyć efekty swoich działań?

Z zestawienia przygotowanego przez MacDougalla i kolegów wynika, że tak (patrz wykresy poniżej). Można liczyć na to, że już pięćdziesiąt lat po ustaniu emisji średnia temperatury wróci do tej panującej w chwili ich wyzerowania lub nawet lekko się obniży (średnio o 0,07 ± 0,19°C). Jak pokazały dodatkowe obliczenia, w dłuższym horyzoncie czasowym (powyżej 100 lat) nie ma wielkiego znaczenia, w jaki sposób odbywa się ograniczanie emisji – czy zostają nagle przerwane czy zmniejszane są stopniowo. Najistotniejsza jest całkowita ilość wyemitowanego dwutlenku węgla.

Wyniki symulacji numerycznych: zmiany koncentracji CO2 po zaprzestaniu emisji.

Rysunek 3: Zmiana koncentracji CO2 w atmosferze (po lewej) i średniej temperatury powierzchni Ziemi (po prawej) po zaprzestaniu antropogenicznych emisji CO2 (rok 0 na osi poziomej), po wyemitowaniu do atmosfery 1000 GtC. Kolejne krzywe odpowiadają wynikom obliczeń pochodzących z różnych modeli: pełnych modeli systemu ziemskiego, EMS (Earth System Models, krótsze symulacje) i nieco prostszych modeli, EMIC (Earth systems Models of Intermediate Complexity, symulacje dla pełnego 1000 lat). Wykonanie obliczeń z użyciem tych drugich wymaga mniejszych nakładów ale też należy traktować je z większą ostrożnością. Źródło: MacDougall i in., 2020

Czy możemy powiedzieć, że wiemy już wszystko? Oczywiście nie. W dotychczasowych obliczeniach zajmowano się jedynie reakcją systemu klimatycznego na zatrzymanie antropogenicznych emisji CO2, tymczasem dla średniej temperatury istotne jest też to, co będzie się działo z koncentracjami innych gazów cieplarnianych, aerozolu atmosferycznego i innymi czynnikami – tego dotyczyć będą kolejne eksperymenty. Ponadto, oczywiście, ostateczna ilość CO2 wprowadzona do atmosfery z powodu działalności człowieka nie będzie raczej tak okrągła jak przyjęto w eksperymentach. Może też okazać się na tyle duża, że dojdzie do uruchomienia w systemie klimatycznym procesów, które przy emisji „skromnych” 1000 GtC nie grają jeszcze roli, a które spowodują, że zatrzymanie ocieplania się klimatu w tak krótkiej skali czasowej nie będzie możliwe (np. emisji gazów cieplarnianych z ogrzanej zmarzliny). Póki to jednak nie nastąpiło, wciąż mamy szansę na doświadczenie efektów zahamowania emisji gazów cieplarnianych w ciągu kilku dekad od tego momentu.

Aleksandra Kardaś, konsultacja merytoryczna: dr Piotr Florek (Met Office, Hadley Centre)

Czytaj także:
Wyższa czułość klimatu w nowym raporcie IPCC?
Morskie chmury: nowo odkryte sprzężenie zwrotne destabilizujące klimat cieplarnianej Ziemi.

Opublikowano: 2020-07-13 10:34
Tagi

modelowanie numeryczne projekcje klimatu

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