Tematem artykułu są zmiany zawartości izotopu węgla ¹³C w atmosferycznym CO₂, które zdaniem Koutsoyiannisa wskazują, że wzrost koncentracji CO₂ ma naturalne przyczyny. Użyte przez autora metody analizy są podobne do tych z poprzednich jego publikacji, mają podobne ograniczenia i zawierają podobne błędy. Zanim jednak je omówimy, pokrótce przypomnijmy o co chodzi z różnymi izotopami węgla i co mają one wspólnego z globalnym ociepleniem.

Izotopy węgla a globalne ocieplenie

Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, różniące się liczbą neutronów w jądrze atomu, a zatem i masą atomową. ¹³C jest izotopem węgla, stanowiącym około 1% atomów węgla występującego na Ziemi. Proporcja ta jest konsekwencją składu izotopowego mgławicy protoplanetarnej, z której powstał Układ Słoneczny, a zatem wcześniejszych procesów gwiazdowej fuzji jądrowej, w której powstały atomy węgla. W odróżnieniu od rzadszego, ale bardziej znanego izotopu ¹⁴C, izotop ¹³C jest stabilny, czyli nie ulega samoistnemu rozpadowi radioaktywnemu. 

Zróżnicowanie składu izotopowego

W kontekście badań nad klimatem i nie tylko, znaczenie ¹³C wynika z istnienia procesów tzw. frakcjonacji izotopowej, czyli preferencji dla jednego izotopu w niektórych reakcjach chemicznych. Przykładowo, w trakcie fotosyntezy rośliny z większym prawdopodobieństwem wychwytują z powietrza i przetwarzają w glukozę nieco lżejsze cząsteczki dwutlenku węgla zawierające ¹²C. Wskutek tego biomasa roślinna – a także wszystkich innych ogniw łańcucha pokarmowego – jest w izotop ¹³C zubożona („lżejsza izotopowo”), czyli zawiera go proporcjonalnie mniej niż np. atmosfera.

Zubożenie to wygodnie jest wyrażać za pomocą wskaźnika zwanego delta-C-trzynaście, δ¹³C. Wyraża on, w promilach, różnicę w stosunku ¹³C/¹²C względem takiego stosunku w próbce „standardowej” zwanej VPDB. Wartości ujemne oznaczają w tej konwencji, że badana próbka zawiera mniej ¹³C niż w standardzie. Przykładowo, δ¹³C próbki o stosunku ¹³C/¹²C wynoszącym 0,011 równa się -21‰. Więcej na ten temat znajdziesz w tekście Paleoklimatologia: co nam powie skład izotopowy węgla.

Od badania izotopów do wniosków o obiegu węgla w przyrodzie

Badając skład izotopowy atmosfery, roślinnej biomasy, a także starożytnych próbek drewna, powietrza, czy związków węgla takich jak węglan wapnia, można dowiedzieć się o zmianach obiegu węgla, czy szerzej zmianach środowiskowego w mniej lub bardziej odległej przeszłości¹. Zajmuje się tym dziedzina zwana geochemią izotopową, a z jej narzędzi metodycznych i ustaleń korzystają naukowcy innych dziedzin, między innymi klimatolodzy. Jednym z tych ustaleń, mających już ponad pół wieku, jest spadek koncentracji izotopu ¹³C w atmosferze, spowodowany spalaniem paliw kopalnych. 

Ponieważ węgiel, ropa i gaz ziemny mają biogeniczne pochodzenie i powstały z biomasy o obniżonym ¹³C, same też są zubożone w ¹³C. Kiedy więc spalamy paliwa kopalne i wypuszczamy do atmosfery powstały w ten sposób CO₂, obniżamy proporcję atmosferycznego ¹³C („rozcieńczanie izotopowe”). Różnica nie jest duża, ale da się ją zmierzyć precyzyjnymi urządzeniami pomiarowymi, i faktycznie spadek koncentracji ¹³C jest obserwowany w atmosferze (a także oceanach, do których trafia część „kopalnego” dwutlenku węgla) i jest on skorelowany z antropogenicznymi emisjami CO₂.

Ustalenia te – jeszcze raz podkreślmy, że powszechnie akceptowane przez środowisko specjalistów od geochemii izotopowej – kwestionuje w swoim artykule Demetris Koutsoyiannis. Stawiane przez niego tezy są problematyczne z wielu powodów, których najważniejsze przedyskutujemy poniżej.

1.  Biosfera nie jest emitentem netto dwutlenku węgla

Proponowany przez Demetrisa Koutsoyiannisa scenariusz, w którym to lądowe ekosystemy są przyczyną wzrostu koncentracji CO₂, wymagałby transferu netto dwutlenku węgla z biosfery do atmosfery, co oznacza że ilość węgla zawartego w ekosystemach lądowych musiałaby znacząco maleć. Choć (jak wielokrotnie podkreśla Koutsoyiannis) emisje antropogeniczne są niewielkie w porównaniu do naturalnych, jeśli rozpatrzymy je w kontekście wieloletnim oraz całego bilansu, które obejmują emisję oraz pochłanianie, jasne się stanie że muszą mieć decydujący wpływ na poziom dwutlenku węgla w atmosferze (patrz Mit: Dwutlenek węgla emitowany przez człowieka nie ma znaczenia).

Wzrost koncentracji CO₂ z 278 części na milion (ppm) w roku 1750 do obecnego poziomu 423 ppm, czyli w sumie 145 ppm, oznacza, że w atmosferze przybyło  310 miliardów ton węgla pierwiastkowego (GtC). Dla porównania, masa węgla pierwiastkowego zawartego w lądowej biomasie roślinnej obecnie szacowana jest na 450 GtC (IPCC, 2021). Gdyby to emisja z lądowej roślinności miała być przyczyną wzrostu poziomu dwutlenku węgla w atmosferze, roślinność ta musiałaby stracić co najmniej 40% biomasy – co najmniej, bo część związanych z tym emisji musiałaby też zostać pochłonięta przez oceany – i musiałoby to nastąpić w większości w ostatnich kilku dekadach². 

Choć masowe wylesianie w ekosystemach tropikalnych (ale i nie tylko) jest wciąż dużym problemem, zachodzi na skalę o rząd wielkości mniejszą niż wynikałoby z artykułu Koutsoyiannisa, oraz jest z nawiązką kompensowane przez pochłanianie CO₂ przez ekosystemy lądowe. Sam Koutsoyiannis też wydaje się z tym faktem zgadzać, skoro pisze o „wzroście produktywności” i „rozroście” biosfery.

Biosfera musi więc skądś „wyczarowywać” atomy węgla, i tym źródłem nie może być powietrze, bo przecież zgodnie z pomysłami Koutsoyiannisa przepływ netto następuje z lądu do atmosfery, a nie na odwrót. Jednocześnie emisja antropogeniczna – około 740 GtC od roku 1750 –  gdzieś w równie magiczny sposób znika. Gdyby nie znikała, poziom dwutlenku węgla w atmosferze rósłby znacznie szybciej niż obserwujemy, bo do emisji antropogenicznych trzeba byłoby dodać emisje netto (zamiast pochłaniania) lądowej biosfery.

Czy Koutsoyiannis jest świadomy tych sprzeczności? Można podejrzewać, że tak, bo w toku dyskusji z krytykami swojego poprzedniego artykułu, prowadzonej na blogu Judith Curry, pośrednio przyznał że lądowa biosfera i oceany więcej dwutlenku węgla pochłaniają niż emitują. Kiedy jednak wskazano mu, że konsekwencją tego faktu jest wniosek, iż nie mogą więc być źródłem przyrostu CO₂, Koutsoyiannis odmówił dalszej dyskusji.

2. Roślinność, podobnie jak paliwa kopalne, też jest zubożona w ¹³C.

Jak wspomniano wcześniej, paliwa kopalne są zubożone (w różnym stopniu: węgiel i ropa mniej, gaz ziemny najbardziej) w ciężki izotop węgla ¹³C, ponieważ zubożona była biomasa roślinna, z której bezpośrednio albo pośrednio powstały miliony lat temu. Oznacza to, że sama obserwacja zmniejszania względnej koncentracji ¹³C w atmosferze, rozpatrywana w oderwaniu od innych argumentów, nie mówi nam jednoznacznie o przyczynach wzrostu koncentracji CO₂, bo zubożony w ¹³C dwutlenek węgla mógłby potencjalnie pochodzić z biosfery współczesnej, albo tej sprzed milionów lat i uwięzionej w postaci paliw kopalnych. 

W kontekście wyjaśniania przyczyn wzrostu zawartości dwutlenku węgla w atmosferze zmniejszanie proporcji ¹³C nie jest rozpatrywane w izolacji: wiemy, że spalamy paliwa kopalne i w jakiej ilości; wiemy, że biosfera lądowa nie zmniejszyła się znacząco w ostatnich dekadach, a nawet wręcz przeciwnie; strumienie dwutlenku węgla w atmosferze monitorujemy naziemnie, z satelitów, a także modelujemy numerycznie. 

W artykule Koutsoyiannisa te dodatkowe fakty są jednak kompletnie ignorowane, i nie pojawiają się w zastępstwie żadne inne. Oznacza to, że gdyby postawione przez autora argumenty faktycznie przemawiały przeciwko antropogenicznej emisji CO₂ jako przyczynie wzrostu koncentracji tego gazu w atmosferze, przemawiałyby również przeciwko emisji z lądowej biosfery, bo ta emisja też jest zubożona w izotop ¹³C. Można je od siebie odróżnić przy starannym modelowaniu, bo poziom zubożenia nie jest identyczny. Koutsoyiannis jednak takich starannych obliczeń nie przedstawia (mniej starannych też nie). 

3. Koutsoyiannis nie potrafił sformułować przewidywań, które miały zostać sfalsyfikowane. 

Powyższe problemy dotyczą fundamentalnych założeń przyjętych przez Koutsoyiannisa, które zostały przez niego pominięte albo zignorowane. Same w sobie sugerują one, że niezależnie od tego, jak wygląda analiza autora, jest ona błędna albo w technicznych szczegółach, albo w interpretacji wyników. Możemy się więc przyjrzeć tym szczegółom bliżej.

Większość artykułu używa metody zwanej „wykresem Keelinga” (opisanej w sekcji 3 artykułu, i wyprowadzonego z równań 1-12), po raz pierwszy użytej przez Charlesa Keelinga pod koniec lat 50-tych ubiegłego wieku (Keeling, 1958). Umożliwia ona określenie składu izotopowego (tj. δ¹³C) źródła dwutlenku węgla, takiego jak lokalny ekosystem albo obszar oceanu, w oparciu o pomiary składu izotopowego i koncentracji dwutlenku węgla powietrza w pobranej próbce. Przy spełnieniu określonych warunków zależność między nimi jest silnie liniowa, a wykres Keelinga, poprzez zastosowanie regresji, pozwala na ilościowe oszacowanie wartości δ¹³C źródła emisji gazu.

Ten rodzaj analizy bywał stosowany przez geochemików od ponad pół wieku (Pataki  in., 2003), może więc wydać się zaskakujące że Koutsoyiannisowi – który geochemikiem bynajmniej nie jest – wyszły wnioski na bakier z dotychczasowymi ustaleniami najlepszych specjalistów z tej dziedziny. Jak się jednak okazuje, wnioski te są wynikiem błędnej interpretacji danych.

Izotopowa sygnatura źródła – czy i na ile powinna się zmieniać?

Główna teza artykułu wyrażona jest w tytule i jego streszczeniu: Koutsoyiannis odkrył, że sygnatura izotopowa uśrednionego źródła odpowiedzialnego za przyrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze nie zmieniła się w ostatnich kilkudziesięciu latach (tudzież do połowy XIX wieku), i w związku z tym jest niewrażliwa na wzrost emisji antropogenicznej dwutlenku węgla w tym samym okresie.

Nasuwa się jednak w tym momencie oczywiste pytanie, które powinien zadać (i odpowiedzieć) autor, a kiedy tego nie zrobił, powinni je zadać recenzenci artykułu. Pytanie to brzmi: „i co z tego?” Dlaczego sygnatura izotopowa źródła zmian dwutlenku węgla w atmosferze miałaby się zmienić skoro źródło samej emisji nie uległo zmianie? A jeśli powinna się zmienić, to o ile? Innymi słowy, autor powinien przedstawić jakieś ilościowe przewidywania oparte o model, który pragnie sfalsyfikować, a następnie porównać je z wynikami pomiarów.

Koutsoyiannis tego nie zrobił. Całość uzasadnienia jego tezy zawarta jest w dwóch zdaniach z sekcji 4.3 artykułu, że skoro „w obserwowanym okresie ludzkie emisje CO₂ wzrosły dwukrotnie w skali rocznej (od 5,2 GtC rocznie w 1978 r. do 10,1 GtC rocznie w 2022 r.) i wzrosły ponad trzy razy jeśli chodzi o wartości skumulowane (od 152,1 GtC w 1978 r. do 481,8 GtC w 2022 r.)”, to „jeśli spalanie paliw kopalnych było przyczyną wzrostu CO₂ i spadku δ¹³C, rozsądnym było także oczekiwanie spadku wartości sygnatury izotopowej δ¹³C_I”. 

Czy faktycznie byłoby to rozsądne oczekiwanie? W 1978 roku spalaliśmy paliwa kopalne i w 2022 roku też spalaliśmy paliwa kopalne. Ich uśredniona sygnatura izotopowa faktycznie mogła się trochę zmienić, bo zmieniły się wzajemne proporcje konsumpcji węgla, ropy i gazu ziemnego, a także dwutlenku węgla emitowanego wskutek wylesiania i gospodarki gruntami. W szczególności, wkład węgla w emisję wzrósł, a gazu ziemnego spadł w porównaniu do wartości sprzed 20 czy 30 lat. Warto przy tym podkreślić, że mamy tu do czynienia z klasycznym zagadnieniem mieszania co oznacza, że zmiana stężenia nie wynika bezpośrednio ze zmiany ilości dodawanej substancji, a ze zmian ogólnych proporcji, które wynikają z sumowania już znajdującego się w atmosferze z gazu z nowo dodanym, co ogranicza zakres zmian.

Należałoby się więc spodziewać, że uśrednione δ¹³C w ostatnich 20 latach stanie się nieco mniej ujemne – i jeśli wczytać się w artykuł Koutsoyiannisa (rys. 11), efekt ten udało mu się wykryć.

Zmiany sezonowe?

Drugim argumentem, omawianym w sekcji 4.1 artykułu, jest brak zmian sezonowej amplitudy wahań δ¹³C mierzonej w czterech stacjach: w Barrow (Alaska), La Jolla (Kalifornia), Mauna Loa (Hawaje) i Biegunie Południowym. Ponownie jednak Koutsoyiannis nie pisze, jakiej zmiany należałoby się według niego spodziewać i z czego miałaby ona wynikać. Strumienie dwutlenku węgla związane z fotosyntezą i respiracją są przecież, jak wielokrotnie podkreśla autor, wielokrotnie większe od emisji antropogenicznych, nic więc dziwnego, że mają dominujące znaczenie w kształtowaniu cyklu rocznego. Zależą od warunków klimatycznych, takich jak temperatura i opady, a także samego stężenia dwutlenku węgla w atmosferze. Skuteczność frakcjonacji izotopowej też jest zależna od koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze, i efekt ten może być już mierzalny (Keeling i in., 2017). 

Model, który nie uwzględnia, ale uwzględnia antropogeniczne emisje CO₂

Trzecim argumentem Koutsoyiannisa (sekcja 5 artykułu) jest to, że skonstruowany przez niego prosty model cyklu węglowego bardzo dokładnie przewiduje przebieg wahań zmian δ¹³C, pomimo że nie uwzględnia antropogenicznych emisji dwutlenku węgla.

Jeśli jednak przyjrzeć się konstrukcji tego modelu, staje się jasne, że emisje antropogeniczne jednak są w nim zawarte, jako wartości parametrów wyznaczonych w oparciu o pomiary wahań δ¹³C i koncentracji CO₂ zachodzących w prawdziwym świecie (gdzie te emisje przecież występują). Ponieważ jednak model Koutsoyiannisa pakuje wszystkie strumienie węgla do jednego worka i z definicji nie odróżnia emisji antropogenicznych od naturalnych, nie jest niczym dziwnym, że jego autor nie potrafił wykryć obecności tych pierwszych.

Podsumowanie

W swojej nowej publikacji Demetris Koutsoyiannis po raz kolejny NIE wykazał, że współczesny wzrost koncentracji jest spowodowany czynnikiem innymi niż działalność człowieka. W swoich wywodach pominął dobrze znane (i potwierdzone pomiarami) fakty na temat zużycia paliw kopalnych czy stanu biosfery, a w interpretacji wyników swoich obliczeń popełnił błędy, które doprowadziły go do nieuzasadnionych wniosków. 

Doskonale Szare, konsultacja merytoryczna: prof. Tomasz Goslar, prof. Bogdan Chojnicki

1 Na przykład wielkie wymierania z przeszłości Ziemi powiązane są z ujemnymi anomaliami izotopowymi („negative isotope excursions”), czyli zapisanym w skałach osadowych bardzo szybkim (w skali geologicznej) obniżeniem zawartości izotopu ¹³C, które interpretowane jest jako objaw uwolnienia ogromnych ilości dwutlenku węgla do atmosfery. Patrz np. Vervoort i in., 2019. Wróć do tekstu.

2 Poziom 350 ppm, czyli półmetek pomiędzy obecną (2024) a przedindustrialną wartością koncentracji CO₂, został przekroczony w 1988 roku. Wróć do tekstu.

The post Koutsoyiannis i izotopy węgla, czyli nieudana próba podważenia wiedzy o zmianie klimatu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Od mniej więcej pół roku w internecie i w tradycyjnych mediach regularnie przywoływane są wypowiedzi prof. Johna Clausera, amerykańskiego fizyka specjalizującego się w mechanice kwantowej i laureata Nagrody Nobla z fizyki z 2022. W maju John Clauser przystąpił do lobbystycznej organizacji CO2 Coalition, kwestionującej politykę klimatyczną USA a także ustalenia nauki będące jej podstawą, i w konsekwencji duża część jego publicznej działalności zaczęła być związana z tematem antropogenicznej zmiany klimatu.

Z jego wypowiedziami, bardzo krytycznymi zarówno względem naukowców zajmujących się badaniem klimatu, jak i instytucji takich jak Międzyrządowy Panel ds. Zmiany Klimatu (IPCC), trudno jest merytorycznie polemizować z tego powodu, że swoich argumentów do tej pory nigdzie nie opublikował.

W pewnym zakresie poglądy prof. Clausera można jednak zrekonstruować na podstawie kilku publicznych wystąpień i ich omówień: komunikatu CO2 Coalition z okazji przystąpienia do zarządu organizacji, referatu wygłoszonego 26 czerwca na konferencji Quantum Korea 2023, oraz przede wszystkim wywiadu udzielonego The Epoch Times 5 września 2023 roku (nagranie także tu), oraz wykładu z 14 listopada na konferencji Deposit of Faith Coalition zorganizowanej przez tradycjonalistyczną organizację katolicką Faith Militant. Zwłaszcza ten dwa ostatnie są wystarczająco obszerne, aby można było prześledzić istotę argumentów Johna Clausera oraz ich źródła.

Poniżej pokrótce omówię, mam nadzieję że wiernie, główne tezy prof. Clausera i wyjaśnię, w których miejscach utytułowany fizyk się myli i skąd się jego błędy biorą. Cytowane fragmenty wypowiedzi pochodzą z wywiadu dla Epoch Times.

1. Nie jest prawdą, że klimatolodzy pomijają albo kompletnie nie rozumieją wpływu chmur na klimat Ziemi, a modele klimatu w ogóle chmur nie zawierają

Wydaje się, że u źródeł takiej opinii Johna Clausera leży niezrozumienie pierwszych kilku minut „Niewygodnej prawdy”, w których Al Gore faktycznie pokazywał zdjęcia Ziemi z kosmosu. Zaczął od słynnego zdjęcia wschodu Ziemi nad powierzchnią Księżyca, wykonanego w 1968 roku przez załogę Apollo 8; potem pokazał zdjęcie całego dysku planety zrobione z pokładu Apollo 17 (patrz ilustracja 3 poniżej); oraz sekwencję zdjęć wykonanych przez sondę Galileo w 1990 roku.

Na koniec Gore zaprezentował mapę wykonaną w 1990 roku przez Toma Van Santa, wygenerowaną komputerowo w oparciu o zdjęcia satelity meteorologicznego TIROS-N, i przedstawiającą powierzchnię Ziemi taką, jaka wyglądałaby z kosmosu, gdyby nie było chmur. Była to pierwsza, bardzo słynna, mapa tego typu, i choć Gore faktycznie chętnie do niej powracał przy wizualizacji mechanizmów i skutków globalnego ocieplenia, nie ma ona nic wspólnego z modelowaniem klimatu.

Nieobecność chmur na tej konkretnej mapie nie oznacza też oczywiście, że klimatolodzy o wpływie chmur nie wiedzą albo go pomijają w swoich modelach oraz opartych o nie prognozach przyszłych zmian klimatu.

Do zdjęć Ziemi z kosmosu i ich interpretacji jeszcze wrócę, ale jako dowód na to że osoby zajmujące się badaniem i modelowaniu klimatu o istnieniu chmur nie zapomniały, mogę przytoczyć artykuł z 1981 roku autorstwa brytyjskiej meteorolożki i klimatolożki Julii Slingo, będący jednym z pionierskich badań tego rodzaju. Użyty w nim model, choć według obecnych standardów prymitywny, zawierał cyfrową reprezentację chmur różnych rodzajów, wysokości i grubości, dzięki czemu możliwe było przeprowadzenie obliczenie wpływu zachmurzenia na bilans promieniowania symulowanej Ziemi (Slingo, 1982).

Możliwości współczesnych modeli klimatu w zakresie modelowania chmur może natomiast zilustrować poniższa grafika, porównująca wspomniane zdjęcie Ziemi z kosmosu wykonane przez astronautów Apollo 17 z symulacją warunków panujących tego samego dnia, wykonaną przez naukowców niemieckiego Instytutu im. Maxa Plancka modelem ICON (Max Planck Institut, 2022). Nie trzeba być specjalistą aby dostrzec, że układ chmur został odtworzony bardzo szczegółowo.

Trudno jest też zrozumieć, w jaki sposób prof. Clauser doszedł do wniosku, że wpływ chmur na klimat jest przez klimatologów ignorowany, skoro krytykowane przez niego raporty IPCC zawierają obszerne omówienie roli chmur w systemie klimatycznym. Jest możliwe, że pomylił mu się całościowy wpływ chmur na klimat ze związanymi z nimi sprzężeniami zwrotnymi: te ostatnie, będąc relatywnie niewielką zmianą całkowitego bilansu radiacyjnego planety, trudno oszacować obserwacyjnie oraz dokładnie modelować, i w konsekwencji są największym źródłem niepewności przy obliczaniu tzw. równowagowej czułości klimatu.

Jednak nawet raport Amerykańskiej Akademii Nauk sprzed dwudziestu lat, o którym wspomina John Clauser, mimo że nie zawierał szczegółowego przeglądu ówczesnego stanu badań dotyczących chmur (bo jego celem było nakreślenie głównych obszarów niepewności związanych ze sprzężeniami zwrotnymi i najbardziej obiecujących kierunków badań, które miały te niepewności zmniejszyć), w żadnym miejscu nie stwierdzał, jak utrzymuje prof. Clauser, że nic nie wiemy o wpływie chmur na klimat. Od momentu publikacji raportu udało się zresztą te niepewności znacznie zmniejszyć, ale do tematu sprzężeń bardziej szczegółowo wrócę jeszcze poniżej.

2. Zmienność zachmurzenia jest znacznie mniejsza, niż ocenia prof. John Clauser na podstawie zdjęć Ziemi z kosmosu

Pomiar globalnej pokrywy chmur jest skomplikowanym zagadnieniem i nie można go zastąpić analizą metodą „na oko” kilku albo kilkunastu losowych zdjęć Ziemi z kosmosu, tak jak zrobił to prof. Clauser. Niektóre z tych zdjęć są zresztą syntetycznymi mozaikami, powstałymi podobnie do wspomnianej wcześniej mapy Toma Van Santa, i łączącymi ze sobą różne dane satelitarne. W efekcie poziom zachmurzenia, który według Clausera jest efektem jego zmienności w czasie, w rzeczywistości jest skutkiem tego, że pokazuje różne rejony Ziemi, z których niektóre cechują się wyższym, a inne niższym typowym zachmurzeniem, zaś zobrazowane pole widzenia obejmuje różną powierzchnię planety.

Przykładowo, trakcie wywiadu John Clauser pokazuje dziennikarzowi grafikę sporządzoną przez Reto Stöckli i Roberta Simmona, składającą się z warstwy bezchmurnych zdjęć powierzchni Ziemi, zrobionych instrumentem MODIS z satelity Terra od czerwca do września 2001 roku, na którą nałożono warstwę chmur wygenerowaną w oparciu o obserwacje satelity geostacjonarnego GEOS-8 wykonane 29 lipca (patrz NASA’s Earth Observatory). W wersji pokazanej przez prof. Clausera dodatkowo doklejono do tej grafiki (nierealistycznie w tej perspektywie powiększony) Księżyc.

Wiedząc jak powstała ta grafika i znając źródła ich danych możemy porównać oszacowane przez prof. Clausera zmiany zachmurzenia z rzeczywistymi. W przypadku omawianej grafiki, 29 lipca 2001 roku globalne zachmurzenie wynosiło około 62% (obliczenia na podstawie danych CLARA A2 i A3 oraz reanalizy ERA5. Bardzo podobny wynik uzyskano też używając maski chmur użytej przez autorów grafiki), gdy tymczasem Clauser ocenia je, w oparciu o widoczny fragment planety, na 40%. Zdjęcie drugie wykonane zostało instrumentem VIIRS satelity Suomi NPP 8 lutego 2012 roku (patrz: zarchiwizowana strona NASA), a globalne zachmurzenie tego dnia wynosiło około 63%.

Jeszcze mniej dokładnie wypadają szacunki przedstawione na kolejnym slajdzie, który według Johna Clausera pokazuje zmiany zachmurzenia nad częścią wschodniej półkuli wahające się od 5% do ponad 60%.

Pomijając jednak pierwsze „zdjęcie”, które jest grafiką komputerową z serwisu Shutterstock wygenerowaną, w nie do końca przemyślany sposób, w oparciu o mozaiki NASA (jej autor/ka połączył zdjęcia dzienne i nocne, przez co światła miast widać na oświetlonej przez Słońce półkuli), różnice w pokrywie chmur wynikają przede wszystkim z tego, że na niektórych widać więcej, a na innych mniej Oceanu Południowego. Przykładowo, na drugim zdjęciu, wykonanym przez sondę LRO 12 października 2015 roku, rejon ten jest zresztą w większości zasłonięty przez powierzchnię Księżyca, a chmury pokrywały tego dnia około 61% powierzchni planety, a więc znacznie więcej niż sugeruje prof. John Clauser.

W rzeczywistości globalna pokrywa chmur Ziemi wynosi około 65% (Karlsson i in., 2023) i zmienia się, głównie w cyklu sezonowym, o mniej więcej 10pp, a postulowane przez prof. Clausera ogromne wahania zachmurzenia – które zresztą trudno byłoby wyjaśnić w ramach znanej nam fizyki atmosfery – nie są obserwowane.

Widać to zresztą również w artykule Kinga i in. (2013), na który prof. Clauser powołuje w wykładzie na konferencji Deposit of Faith Coalition. Przedstawione w nim wahania globalnego zachmurzenia, oparte o 12 lat pomiarów zachmurzenia wykonane przez satelity Aqua i Terra, zawierają się pomiędzy 65% a 69% (ryc. 5 ze s. 3835).

3. Całkowity wpływ chmur na bilans promieniowania planety jest mniejszy, niż mówi prof. John Clauser, zaś wpływ dwutlenku węgla jest większy

Z kontekstu rozumiem, że prof. Clauser mówi tutaj o uśrednionych dla całej planety strumieniach promieniowania, choć nie do końca wiadomo, skąd biorą się cytowane wartości. Nie odpowiadają one wynikom pomiarów podsumowanych w raporcie IPCC (rys. 4, panel górny), zgodnie z którymi z docierającego do Ziemi promieniowania słonecznego – z którego tylko część to światło widzialne, poza tym istotna jest bliska podczerwień i nadfiolet – w kosmos powraca, w ujęciu średniorocznym, około 100 z 340 W/m² (L’Ecuyer i in., 2015). Nie wszystko jednak z tego jest odbijane przez chmury: część jest rozpraszana przez cząstki unoszących się w powietrzu zanieczyszczeń, część dociera do powierzchni planety i też się od niej odbija. Dodatkowo, chmury zatrzymują też promieniowanie cieplne, a zatem wzmacniają efekt cieplarniany.

Aby ilościowo opisać wpływ chmur na bilans promieniowania docierającego i opuszczającego planetę, w klimatologii od wielu lat (Ramanathan in., 1989) używa się parametru zwanego „efektem radiacyjnym chmur” albo CRE (cloud radiative effect), rozbitego na składową krótkofalową (promieniowanie słoneczne) i długofalową (wpływ chmur na efekt cieplarniany). Ta pierwsza składowa szacowana jest, w oparciu o pomiary satelitarne programu CERES z okresu 2005-2015 (Goeb i in., 2020) na -45,3 W/m². Chłodzący wpływ chmur jest po części skompensowany wzmocnieniem efektu cieplarnianego o 25,7 W/m².

Całkowity efekt radiacyjny chmur CRE, będący sumą obu składowych, wynosi -19,6 W/m², a zatem o tyle, w skali całej planety, zmniejszyłaby się ilość promieniowania słonecznego odbitego w kosmos oraz promieniowania podczerwonego emitowanego przez powierzchnię Ziemi i atmosferę gdyby nagle zniknęły z niej wszystkie chmury (sytuacja przedstawiona na panelu dolnym il. 6, Warto tutaj zauważyć że gdyby chmur w ogóle nie było, część promieniowania słonecznego, którą obecnie odbijają, byłaby w zamian odbijana przez powierzchnię Ziemi.). Rzeczywiste wahania zachmurzenia mają, jak widzieliśmy wcześniej, znacznie mniejszą amplitudę, a długoterminowe ich trendy można powiązać, poprzez klimatyczne sprzężenia zwrotne, z antropogenicznym globalnym ociepleniem.

Na koniec trzeba zauważyć że wpływ antropogenicznego dwutlenku węgla jest obecnie około czterokrotnie większy niż twierdzi John Clauser, tzn. wynosi około 2,25 W/m² a nie 0,5 W/m², a wraz z innymi gazami cieplarnianymi sięga 3,45 W/m² (Forster i in., 2023).

4. Sprzężenia zwrotne związane z chmurami są bardziej skomplikowane, a ich wpływ bardziej subtelny, niż twierdzi prof. John Clauser.

W swoich wypowiedziach prof. Clauser przedstawił koncepcję „termostatu”, który ma regulować klimat Ziemi, i który ma być przez klimatologów ignorowany. Postulowany przez niego mechanizm który miałby decydować o zachmurzeniu planety (i w konsekwencji o jej temperaturze) jest jednak bardzo uproszczony. Paradoksalnie, gdyby chmury działały w opisany przez niego sposób, przewidywania modeli klimatu mogłyby być znacznie dokładniejsze!

Tymczasem zachowanie chmur w zmieniającym się klimacie i sposób w jaki wpływają na bilans promieniowania w atmosferze są bardzo skomplikowane. O jednej z przyczyn wspomniałem wcześniej: chmury nie tylko odbijają promieniowanie słoneczne (ochładzając planetę), ale zatrzymują też promieniowanie podczerwone (ogrzewając ją), a w różnych ich rodzajach te efekty występują z różnym natężeniem: w przypadku chmur niskiego piętra dominuje ten pierwszy, zaś chmury wysokie przede wszystkim związane są z tym drugim efektem.

Same zmiany zachmurzenia nie ograniczają się tylko do większej czy mniejszej pokrywy chmur, ale mogą oznaczać modyfikację ich wysokości, temperatury, czasu życia, własności optycznych, a nawet efektów związanych z wielkoskalową cyrkulacją atmosferyczną (patrz il. 7). Dodatkową komplikacją jest wpływ zanieczyszczeń powietrza (antropogenicznych aerozoli), które również odbijają i rozpraszają promieniowanie słoneczne, oraz wpływają na tworzenie się i właściwości chmur.

Ponieważ chmury były i wciąż są jednym z ulubionych tematów badań klimatologów, w czasie choćby ostatnich 20 lat, które upłynęły od publikacji cytowanego przez prof. Clausera raportu Amerykańskiej Akademii Nauk o sprzężeniach zwrotnych, wiele się o wpływie chmur na klimat dowiedzieliśmy. Dysponujemy pomiarami satelitarnymi, których w 2003 roku jeszcze nie wykonano; nowymi technikami analizy statystycznej; doskonalszymi modelami i mocą obliczeniową umożliwiającą przeprowadzanie symulacji niemożliwych 20 lat temu.

Obszerne podsumowanie tych badań można znaleźć w meta-analizie An Assessment of Earth’s Climate Sensitivity Using Multiple Lines of Evidence Sherwooda i in. (2020), a także rozdziale siódmym szóstego raportu pierwszej grupy roboczej IPCC (sekcja 7.4.2.4.). Wynika z nich, że sprzężenia zwrotne związane z chmurami są w sumie dodatnie, a zatem zamiast zachowywać się jak termostat stabilizujący temperaturę planety, zwiększają ocieplenie spowodowane zmianami koncentracji gazów cieplarnianych (i dowolnych innych wymuszeń radiacyjnych). Ilościowo efekt ten wynosi około 0,42 W/m²/°C z prawdopodobnym zakresem od 0,13 do 0,72 W/m²/°C.

Biorąc pod uwagę, że całkowity efekt radiacyjny chmur CRE wynosi, jak wspomniałem wyżej około -20 W/m², wynika z tego że wzrost globalnej temperatury planety o 1°C powoduje osłabienie chłodzącego wpływu chmur o około 2%. Pomiary satelitarne bilansu radiacyjnego Ziemi wskazują, że efekt ten jest już obserwowany (patrz: Jest dodatni, ale wcale nas to nie cieszy).

Podsumowanie

W wypowiedziach prof. Clausera uderzająca jest jego ogromna pewność siebie, kategoryczność wygłaszanych twierdzeń i zarzutów, połączona z niemal całkowitą ignorancją w temacie, w którym zabiera głos, oraz tendencją do przypisywania tej ignorancji osobom które w badaniu się tego tematu specjalizują.

Wpływ chmur na klimat, rzekomo przez naukowców pomijany, był praktycznie od zawsze uznawany za kluczowy problem klimatologii, jest przedmiotem wielu projektów badawczych, i głównym tematem setek jeśli nie tysięcy analiz publikowanych w czasopismach naukowych. Jest więc bardzo dziwnym, że John Clauser nie poświęcił czasu by zapoznać się z istniejącym dorobkiem nauki w tym zakresie, zastępując go spekulacjami opartymi o amatorską analizę znalezionych w internecie obrazków.

Zaskakuje to tym bardziej, że rok wcześniej niż prof. Clauser swoją nagrodę Nobla z fizyki odebrał dr. Syukuro Manabe, a wśród jego artykułów cytowanych pod oficjalną strona Komitetu Noblowskiego jest wiele związanych z rolą chmur w klimacie. Czy należy to rozumieć jako podważanie przez Clausera prestiżu tego Komitetu, a w efekcie i znaczenia własnej nagrody Nobla z fizyki?

Doskonale Szare, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

The post John Clauser – noblista, ale niezorientowany w badaniach klimatu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Na powierzchni Słońca (fotosferze) występują wyraźnie ciemniejsze obszary. Choć są one bardzo gorące (mają temperaturę 4000-5000 K), to ze względu na kontrast z jeszcze gorętszym otoczeniem (temperatura ok. 6000 K) wydają się niemal czarne. Dzieje się tak, ponieważ natężenie promieniowania zmienia się z czwartą potęgą temperatury: przykładowo, obszar o temperaturze 6000 K będzie ponad 5-krotnie jaśniejszy od obszaru o temperaturze 4000 K, ponieważ (6000/4000)⁴ ≈ 5,1.

Od kiedy obserwujemy plany ma Słońcu?

Pierwsze wzmianki o plamach słonecznych, z piątego wieku przed naszą erą, pochodzą od chińskich obserwatorów, którzy dostrzegali w czasie burz piaskowych zaciemnienia na tarczy Słońca.

Już od połowy XIX wieku wiemy, że liczba i położenie plam słonecznych zmieniają się periodycznie z okresem o długości ok. 11 lat. Od początku XX wieku wiemy zaś, że plamy związane są z wirami magnetycznymi na powierzchni atmosfery słonecznej, a okres zmienności magnetycznej Słońca wynosi tak naprawdę 22 lata, bo w każdym kolejnym 11-letnim cyklu biegunowość pola magnetycznego Słońca jest odwrotna. W okresach wyższej aktywności słonecznej występuje więcej plam.

Dlaczego Słońce wypromieniowuje więcej energii, gdy jest więcej plam – przecież ich temperatura jest niższa od średniej temperatury fotosfery? Powodem są towarzyszące plamom tzw. pochodnie słoneczne, które są gorętsze od średniej i które z nadmiarem kompensują mniejszą emisję promieniowania z powierzchni plam.

Wiemy też z obserwacji historycznych, że czasem występują tzw. minima aktywności słonecznej, podczas których plamy słoneczne nie występują. Dwa największe to minimum Maundera z lat 1645 – 1717 oraz późniejsze minimum Daltona z lat ok. 1790 – 1830, które przyczyniły się do tzw. małej epoki lodowej w Europie (choć nie były jej jedyną przyczyną – istotną rolę odegrały też bardzo silna aktywność wulkaniczna na Islandii oraz zmiany w cyrkulacji termohalinowej oceanów).

Zmierzmy to! Początki liczby Wolfa

Pierwsza obserwacja plam słonecznych z użyciem teleskopu miała miejsce już w 1610 roku, wkrótce po wynalezieniu tego przyrządu. Pozwoliło to na regularne śledzenie aktywności słonecznej, mierzonej za pośrednictwem obserwacji plam.

Liczba plam słonecznych jest indeksem aktywności słonecznej o długiej i skomplikowanej historii. Jej użyteczność wynika z tego, że jest oparta o łatwe do wykonania, bezpośrednie obserwacje tarczy słonecznej, oraz z tego, że takie obserwacje, o wystarczająco dobrej jakości, były wykonywane od wynalezienia teleskopu na początku XVII wieku.

Indeks zwany „liczbą Wolfa” został zaproponowany w połowie XIX wieku przez Johanna Rudolfa Wolfa z obserwatorium astronomicznego w Zurychu. W swej kanonicznej postaci liczba Wolfa R (od „względna”) była zdefiniowana jako suma liczby obszarów aktywnych (grup plam) przemnożonych przez 10 oraz plam słonecznych. Przykładowo, jeśli danego dnia na tarczy Słońca można było zaobserwować 27 plam w 2 grupach, liczba R wynosiła 2*10+27=47.

Rozszerzając swoje własne obliczenia o 150 lat wcześniejszych obserwacji innych astronomów, Wolf wprowadził też „współczynnik skali” k definiowany osobno dla każdego obserwatora, który uwzględniał jakość obserwacji (wynikającą przede wszystkim z mocy używanego teleskopu). Dla serii Wolfa współczynnik k wynosił 1, dla starszych obserwacji (a także obserwacji wykonanych mniejszym, przenośnym teleskopem, którego sam używał w podróżach) zwykle musiał być większy. Wolf ignorował też najmniejsze plamy słoneczne („pory”) bez półcieni, oraz liczył łącznie plamy ze wspólnym półcieniem. Obie praktyki miały na celu replikację warunków, w jakich pracowały wcześniejsze pokolenia astronomów, których słabsze teleskopy nie pozwalały na rozróżnianie najmniejszych plam.

Z definicji liczby Wolfa wynika, że najmniejszą niezerową wartością indeksu jest 11 (jedna samotna plama na tarczy Słońca). Mniejsze wartości pojawiają się albo jako skutek zastosowania ułamkowego k, albo uśrednienia większej liczby obserwacji zawierających zera.

Mierzmy to lepiej!

Po śmierci Wolfa w 1893 roku aktualizację indeksu liczby plam słonecznych przejął jego następca w obserwatorium w Zurychu, Alfred Wolfer. W swoich obliczeniach uwzględniał on już najmniejsze plamy słoneczne, aby więc wyniki były porównywalne ze starszą serią Wolfa, zastosował (w oparciu o 13 lat równoległych obserwacji) współczynnik obserwatora 0,6. Współczynnik ten był używany przy konstrukcji indeksu liczby plam słonecznych aż do roku 2015, a najmniejszą niezerową wartością całkowitą indeksu stało się 7.

W połowie XX wieku procedura obliczania indeksu zmieniła się ponownie, gdy nowy dyrektor obserwatorium w Zurychu, Max Waldmeier, zaczął dodatkowo uwzględniać rozmiar plam słonecznych. W roku 1980 roku zaprzestano analizy plam słonecznych w Zurychu, a ośrodkiem odpowiedzialnym za kontynuację serii Wolfa zostało nowoutworzone Sunspot Index Data Center (SIDC, obecnie Solar Influences Data Analysis Center) przy Królewskim Obserwatorium Astronomicznym w Belgii. „Liczba Wolfa” została „Międzynarodową Względną Liczbą Plam Słonecznych” (Ri), a przy jej obliczaniu zaczęto używać danych pochodzących z obserwatoriów z całego świata, normalizowanych do wartości ze stacji referencyjnej w Locarno, która zapewniała ciągłość danych z tymi pochodzącymi z wcześniejszego okresu.

Choć więc może się zdawać, że indeks liczby plam słonecznych jest prosty w konstrukcji, w rzeczywistości na jego wartości duży wpływ miały subiektywne wybory kolejnych, odpowiedzialnych za aktualizacje astronomów. Jednocześnie, pomimo udoskonalania metod analizy obserwacji, oraz podejrzeń odnośnie jakości danych historycznych (już Wolfer zauważył degradację wartości indeksu pod koniec życia Wolfa, którą przypisywał słabnącemu wzrokowi astronoma), dotychczasowe wartości indeksu pozostawały nienaruszone.

W roku 1998 Douglas Hoyt i Kenneth Schatten opracowali nowy indeks „liczby grupowej”, który miał być alternatywą wobec liczby plam słonecznych. Jego podstawą były same zliczenia obszarów aktywnych (grup plam słonecznych), przemnożonych przez współczynnik 12,08, aby uzyskać wartości porównywalne z liczbą plam słonecznych. Dla wielu zastosowań liczba grupowa była preferowanym przez naukowców indeksem: oprócz zastosowania jednej, konsekwentnej metody analizy danych, Hoyt i Schatten uwzględnili też wiele dodatkowych, archiwalnych obserwacji, przedłużając serię aż do roku 1610 (oryginalny indeks liczby Wolfa zaczynał się dopiero w 1700).

Plamy słoneczne od XVII wieku do dziś

Oba indeksy – liczba grupowa i liczba plam słonecznych – są ze sobą zgodne po 1880 roku, jednak w okresie wcześniejszym liczba grupowa zawierała znacząco niższe wartości. Kilkanaście lat później (czyli już w ostatniej dekadzie) okazało się, że było to konsekwencją błędnego założenia Hoyta i Schattena, że Wolf i Wolfer obserwowali tę samą liczbę grup plam – w rzeczywistości odnotowywana liczba grup w obserwacjach Wolfa była, podobnie jak liczba plam, o około 40% niższa niż u Wolfera. Ponieważ liczba grupowa była dłuższą serią danych, i obejmowała również Minimum Maundera pod koniec XVII, była powszechnie wykorzystywana przy rekonstrukcjach innych indeksów aktywności słonecznej. Przykładowo, pojawiające się w niektórych artykułach tezy o najwyższej od tysięcy lat aktywności Słońca wynikały wyłącznie z tego, że w rekonstrukcjach używano wcześniejszych (o zaniżonej amplitudzie) cykli do kalibracji proxy, więc późniejsze cykle z XX wieku wydawały się bezprecedensowo silne W rezultacie błędnie obliczana liczba grupowa Hoyta i Schattena (niebieska linia na górnym panelu na rysunku 3) osiągała w połowie XX wieku zawyżone wartości – znacznie wyższe, niż w jakimkolwiek okresie w XVIII i XIX wieku.

Jeśli chcesz wiedzieć więcej o tym jak aktywność słoneczna wpływa na klimat zajrzyj do naszego artykułu „Pojutrze. Mit wiecznie żywy”.

Podjęta po 2015 roku ponowna analiza danych źródłowych, w tym również obserwacji, które do tej pory nie były wykorzystywane przy konstrukcji żadnego z indeksów plam słonecznych, doprowadziła do identyfikacji błędów systematycznych, które pojawiły się w serii danych w przeciągu ponad 160 lat jej istnienia. Oprócz wspomnianego wcześniej zwiększenia amplitudy cykli słonecznych, w porównaniu do maksimum z połowy XX wieku, zrezygnowano też z używania mnożnika 0,6 wprowadzonego przez Wolfera, a zamiast tego przeskalowano odpowiednio wcześniejsze obserwacje, otrzymując wartości spójne z tymi, jakie byłyby możliwe do uzyskania współczesnymi metodami obserwacyjnymi.

Doskonale Szare, Marcin Popkiewicz

The post Jak policzyć plamy na Słońcu? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

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:

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.

Rekonstrukcja temperatury – projekt PAGES2k

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).

Dawna i współczesna dynamika zmian klimatu

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.

Tempo zmian temperatury

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%.

Tempo zmian koncentracji CO₂

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.

Wahania aktywności słonecznej

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.

Klimat w Polsce

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.

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.

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).

Prawdopodobieństwo w raportach IPCC

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.

Kto kontestuje przyczyny globalnego ocieplenia?

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.

Czytali, czy nie czytali?

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 klimatu
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).

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

The post Komentarz do „Stanowiska Komitetu Nauk Geologicznych PAN w debacie klimatycznej” z 2019 r. (2/2) appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Pod koniec 2019 r. (na 11 dni przed wyborami, w wyniku których skład Komitetu uległ zdecydowanej zmianie) Komitet Nauk Geologicznych przegłosował nowe stanowisko. Pokazuje ono niestety, że autorzy wciąż nie mają pojęcia o współczesnej klimatologii a w szczególności o metodach, jakich używa się do badania przyczyn obserwowanego globalnego ocieplenia. Co gorsza, jak pokażemy dalej, nie mają też pojęcia o teoretycznie bliższej geologii dziedzinie, jaką jest paleoklimatologia.

Rola geologii w badaniach nad klimatem

Ze względu na objętość, podzieliliśmy tekst na dwie części, z których pierwszą można znaleźć poniżej, druga zaś jest podlinkowana na końcu tego artykuł. Wszystkie cytowane fragmenty oznaczone niebieskim kolorem pochodzą z wersji stanowiska KNG PAN datowanej na 9 grudnia 2019 r.

Dziesięć lat temu Komitet Nauk Geologicznych PAN (KNG PAN) przedstawił swoje stanowisko w kwestii ocieplenia klimatu wskazując, że zmiany klimatu w geologicznej skali czasu są zjawiskiem naturalnym, a ocieplenie obserwowane współcześnie należy powściągliwie interpretować jako (wyłączny bądź dominujący) skutek działalności człowieka. Wobec rosnącej intensywności aktualnej debaty klimatycznej, czujemy się w obowiązku ponownie zająć stanowisko w tej sprawie.

Zacznijmy od sprostowania chronologii: pierwsze stanowisko powstało po posiedzeniu Komitetu z dnia 11 listopada 2008 roku, na którym jego członkowie poczuli się w obowiązku podzielić się z opinią publiczną swoimi przemyśleniami. Pierwotna wersja tego dokumentu zawierała wiele rażących błędów, wypunktowanych m.in. w artykule Geolodzy z PANu o globalnym ociepleniu; wersja ostateczna, datowana na 12 lutego 2009 r. (i opublikowana 2 marca 2009 r.) niektóre z tych błędów poprawiła, choć w dalszym ciągu zawierała sformułowania sprzeczne z ustaleniami nauki odnośnie obserwowanych zmian klimatu i ich przyczyn.

Ocieplenie klimatu w skali globalnej, od około 150 lat dokumentowane jest przez naukę bezpośrednimi pomiarami temperatury oraz obserwacjami tak spektakularnych procesów jak zmniejszanie zasięgu lodu morskiego czy recesje lodowców górskich i polarnych. Jest ono skorelowane z zapoczątkowanym około 150 lat temu szybkim rozwojem przemysłu epoki industrialnej, który opiera się na paliwach kopalnych: węglu, ropie, gazie ziemnym. Ich spalanie powoduje emisję do atmosfery CO₂, który jest jednym z tzw. gazów cieplarnianych. Wzrost zawartości CO₂ w atmosferze, monitorowany bezpośrednimi pomiarami od 1955 roku (krzywa Keelinga), zdecydowana większość badaczy uważa za przyczynę ocieplenia klimatu. Ten pogląd, upowszechniany przez media, wywołuje głębokie zaniepokojenie opinii publicznej, co skłania rządy wielu krajów do podejmowania gwałtownych i kosztownych działań dla zahamowania i zaprzestania emisji CO₂ do atmosfery. W niniejszym opracowaniu proponujemy spojrzenie na relacje CO_2- temperatura w geologicznej skali czasu dla lepszego zrozumienia ich wzajemnego związku przyczynowo-skutkowego.

To dobrze, że autorzy stanowiska zauważyli, że zdecydowana większość badaczy uważa antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych za przyczynę globalnego ocieplenia, choć jednocześnie wydają się być zaskoczeni tym, że media upowszechniają wiedzę odnośnie wniosków tychże badaczy. To chyba nic dziwnego, że zaniepokojenie naukowców — w tym członków akademii nauk krajów takich jak Stany Zjednoczone, Niemcy, Chin, Kanady, Wielkiej Brytanii, Australii, a nawet Polski — powoduje zaniepokojenie opinii publicznej, i że politycy podejmują działania oparte o ustalenia nauki (choć można polemizować, czy te działania zasługują na określenie „gwałtowne”)?

Oczywiście, geologiczne spojrzenie na relacje pomiędzy dwutlenkiem węgla a temperaturą ma swoje miejsce w klimatologii — IPCC na przykład poświęciło temu zagadnieniu cały rozdział piątego raportu opublikowanego w 2013 r., temat ten podejmowały również inne organizacje zrzeszające geologów (np. Geological Society) — ale treść stanowiska KNG PAN po raz kolejny pokazuje, że polscy naukowcy tej specjalności wchodzący w skład Komitetu albo nie znają aktualnej literatury przedmiotu, albo nie potrafią jej poprawnie zinterpretować.

Argumenty z dziedziny geologii w debacie klimatycznej to informacje o stanie powierzchni Ziemi w przeszłości przedindustrialnej, gdy decydowały o tym stanie na pewno czynniki naturalne. Geologia dostarcza przede wszystkim pewnej wiedzy, że naczelną cechą klimatu Ziemi w całej jej historii jest zmienność. Zmiany zachodzą w nakładających się cyklach o różnej długości trwania – od kilkunastu lat do dziesiątków milionów lat – rządzonych splotem wielu czynników pozaziemskich i ziemskich. Zmiany klimatu są wymuszane także przez procesy aperiodyczne, wynikające z ewolucji Słońca, zmienności koncentracji gazów szklarniowych w atmosferze, kumulacji działalności wulkanicznej czy impaktów asteroidów. Klimatotwórcze współzależności między nimi nie zostały jeszcze w pełni rozpoznane.

Geologia dostarcza nam więc wiedzy dotyczącej tego, że klimat nie zmienia się sam z siebie, ale że za jego zmiany odpowiadają wymienione czynniki. Jednym z tych czynników jest, jak zauważyli geolodzy z KNG, zawartość gazów cieplarnianych w atmosferze, na którą to zawartość ludzkość ma obecnie wpływ, w odróżnieniu od działalności wulkanicznej, impaktów asteroidów i ewolucji Słońca.

Jest prawdą, że w przypadku odległej przeszłości nie rozpoznano wszystkich czynników, które powodowały te czy inne zmiany klimatu. Jest to nieuniknione, bo klimat Ziemi sprzed milionów lat możemy badać wyłącznie metodami pośrednimi, które zawsze obciążone będą dużymi niepewnościami. Zmianę klimatu zachodzącą obecnie możemy natomiast obserwować bezpośrednio, dzięki pomiarom dokonywanym w stacjach meteorologicznych, przez radiosondy, satelity, boje oceanograficzne, i wiele innych typów platform pomiarowych. Z tego też powodu więcej możemy powiedzieć o przyczynach i przebiegu obecnego globalnego ocieplenia, niż np. globalnego ocieplenia na przełomie paleocenu i eocenu. I jak przewidziano teoretycznie już dawno temu (Historia naukowa fizyki klimatu, część 1: Ojcowie klimatologii fizycznej) i potwierdzono w późniejszych badaniach (Ziemia się nagrzewa. I wiemy dlaczego, Mit: Nie ma empirycznych dowodów na antropogeniczność globalnego ocieplenia), główną przyczyną jest działalność człowieka.

Zmiany klimatu ciągu ostatnich 500 milionów lat

Zmienność temperatur w skali setek milionów lat (fanerozoik)
W interesującej nas kwestii związku koncentracji CO₂ w atmosferze z temperaturą na powierzchni Ziemi trzeba stwierdzić, że zapis geologiczny nie wskazuje na istnienie prostej zależności korelacyjnej między tymi dwiema zmiennymi. Dostępne informacje o cyklach najdłuższych – w skali epok geologicznych – wskazują, że najwyższe średnie temperatury (do 14°C wyższe od współczesnych) panowały na Ziemi ok. 480 mln lat temu: na granicy kambru i ordowiku, przed 270 mln lat – w permie oraz ok. 80 mln lat temu: w późnej kredzie, najniższe zaś (parę stopni niższe od współczesnych) ok. 450 mln lat temu: w ordowiku i przed ok. 25 000 lat (Fig. 1, 2). Poziom CO₂ spadł z kilku tysięcy ppm w kambrze (ok. 520 mln lat) do kilkuset ppm w karbonie (ok. 300 mln lat), następnie wzrósł do ponad 2000 ppm w mezozoiku i spadł ponownie do kilkuset ppm w neogenie (ostatnie 20 mln lat). W takiej skali widać korelację długotrwałych (dziesiątki mln lat) minimów temperaturowych z minimami poziomu CO₂ (karbon i neogen), ale już na przełomie jury i kredy temperatura spadła do poziomu dzisiejszego, podczas gdy poziom CO₂ był sześciokrotnie wyższy niż dziś. Taka sytuacja jest sprzeczna z paradygmatem efektu cieplarnianego. Podobny paradoks dotyczy zlodowacenia ordowickiego (Fig. 1) czy okresu holoceńskiego (Fig. 5 poniżej), kiedy poziom koncentracji CO₂ i metanu wzrasta, a temperatura spada, począwszy od ok. 7000 lat temu. Należy więc dopuścić hipotezę o istnieniu innych czynników warunkujących klimat, które potrafiły stłumić efekt szklarniowy.

Najciekawsze – jako analog dla współczesności – ocieplenie po okresie lodowcowym na początku permu przyszło wcześniej niż wyraźny wzrost CO₂ z końcem permu. Te obserwacje sugerują, że w cyklach najdłuższych nie ma prostej zależności przyczynowo-skutkowej między poziomem CO₂ w atmosferze a temperaturą na powierzchni Ziemi.

Ten krótki fragment ilustruje większość związanych ze stanowiskiem KNG PAN problemów. Nikt nie kwestionuje, że na klimat wpływają różne czynniki a zmiany średniej temperatury powierzchni Ziemi są efektem ich połączonego działania (a więc jej zapis geologiczny nie musi wskazywać na prostą korelację z koncentracją CO₂). Autorzy poświęcają jednak dużo miejsca obalanie tego „chochoła”. Czyżby chcieli zasugerować czytelnikowi nieuzasadniony logicznie wniosek, jakoby istnienie różnych czynników determinujących klimat w przeszłości geologicznej Ziemi wykluczało to, że obecnie klimat zmienia się głównie pod wpływem jednego, dominującego czynnika? Jeśli tak uważają, to jest to wniosek błędny.

Poważniejszą kwestią jest sposób doboru źródeł. Można byłoby oczekiwać, że tak ważny dokument podpisany przez trzydziestu kilku zawodowych geologów będzie zawierał porządną bibliografię, a pojawiające się w stanowisku tezy będą podpierane odnośnikami do recenzowanych publikacji, prezentujących najnowsze ustalenia geologiczne i paleoklimatyczne. Nic z tych rzeczy: źródłem „Fig. 1” jest przysłowiowy „internet”, a konkretnie pseudonaukowy blog Watts Up With That.

Cóż z tego, zapytacie, może i źródło kiepskie, ale wykres jest poprawny? Otóż właśnie nie bardzo.

Jeśli zajrzycie do bloga cytowanego w stanowisku KNG PAN, odkryjecie że źródłem wykresu jest kolejny, starszy wpis na tym samym blogu, ale dane użyte do jego narysowania dawno temu rozpłynęły się w czeluściach internetu. Nie jest to problemem w przypadku rekonstrukcji dwutlenku węgla w atmosferze (Berner i Kovathala, 2001), bo zostały one zarchiwizowane na serwerach NOAA, jednak krzywa temperaturowa jest opracowaniem własnym autora bloga, opartym o kompilację danych izotopowych opublikowaną przez Jana Veizera w 1999 roku (Veizer 1999).

Wykres prezentuje więc w najlepszym razie stan wiedzy sprzed 20 lat. Co gorsza, użyte dane nie zostały rzetelnie przedstawione: choć wiadomo, że zależność amplitudy globalnego ocieplenia klimatu od zmiany zawartości dwutlenku węgla jest logarytmiczna, wykres przedstawia obie krzywe w liniowym układzie współrzędnych. Dodatkowo zostały one silnie wygładzone. Brakuje też oznaczenia niepewności związanych z rekonstruowanymi parametrami. A te są spore. Rekonstrukcja temperatury pochodzi z badań skamielin (przede wszystkim małży), w których wykorzystano zależność frakcjonacji izotopowej ¹⁸O w cząsteczkach węglanu wapnia od temperatury (patrz Paleoklimatologia: izotopy tlenu a temperatura). Metoda ta jest stosowana z powodzeniem do rekonstrukcji paleoklimatycznych z okresu plejstocenu (ostatnie 2,6 mln lat), a nawet kenozoiku (ostatnie 66 mln lat), jednak jej stosowanie do starszych okresów jest problematyczne, bo próbki pochodzące z odległej przeszłości zawierają sporo mniej ¹⁸O niż te powstałe stosunkowo niedawno (spójrz na rysunek poniżej).

Gdyby przyjąć, że do danych z dawniejszych okresów można zastosować ten sam przelicznik wskaźnika δ18O na temperaturę, to na początku fanerozoiku temperatury (geolodzy z KNG PAN nie piszą, jakiego parametru dotyczy rekonstrukcja, ale można przyjąć że podobnie jak w oryginalnych publikacjach Veizera chodzi o temperaturę powierzchni oceanów na niskich szerokościach geograficznych) byłyby wyższe nie o 14, ale o 50 stopni Celsjusza (rysunek powyżej, za Veizer i Prokoph, 2015) a od tego czasu mieliśmy długoterminowy trend spadku temperatury. Na wykresie użytym w stanowisku KNG PAN tego trendu nie widać, bo trend liniowy został usunięty, a pokazano tylko to, co po tej operacji zostało.

Paradoks „gorącego archaiku” (zahaczającego również o fanerozoik, który rozpoczął się 542 mln lat temu) odkryto pięćdziesiąt lat temu, i do dzisiaj nie udało się rozstrzygnąć, w jaki sposób należy interpretować te dane. Nie będziemy streszczać historii prób rozwiązania tego problemu, wspomnimy tylko, że są trzy główne hipotezy (czy też grupy hipotez) tłumaczące taki stan rzeczy:

• oceany faktycznie były wtedy takie gorące
• zawartość izotopowa ¹⁸O wody morskiej była w odległej przeszłości inna niż obecnie
• zawartość izotopowa ¹⁸O skamieniałości/skał osadowych zmieniła się od czasu ich depozycji

Omówienie tych hipotez zainteresowany czytelnik może znaleźć np. w Tartèse i in., 2017, Ryb i Eiler, 2018, Sengupta i Pack, 2018, Galili i in., 2019.

Z kolei rekonstrukcja stężeń CO₂ oparta jest o wyliczenia modelu cykli geochemicznych o długim kroku czasowym, i nie ma wystarczającej rozdzielczości, by wychwycić zmiany zawartości dwutlenku węgla, które mogły przyczynić się do zlodowacenie w ordowiku (Shen i in., 2018, Pancost i in., 2013, Pohl i in., 2016), tym bardziej, jeśli była to tak naprawdę seria wymuszanych orbitalnie glacjałów i interglacjałów, analogiczna do tych, które mieliśmy w plejstocenie (Ghienne i in., 2014).

Geolodzy z KNG PAN powinni też zdawać sobie sprawę z tego, że w tak odległej przeszłości Słońce świeciło nieco słabiej (~96,5% obecnej jasności), a inna konfiguracja kontynentów mogła faworyzować inicjowanie zlodowaceń nawet przy relatywnie wysokich, w stosunku do stanu obecnego, poziomach dwutlenku węgla (Pohl i in., 2014, patrz też Mit: Zlodowacenie w Ordowiku wyklucza udział CO₂ w ociepleniu).

W opublikowanym cztery lata temu artykule przeglądowym „Co-evolution of oceans, climate, and the biosphere during the ‘Ordovician Revolution’: A review” trzech amerykańskich geologów (Algeo i in., 2016) tak opisuje problem ordowiku i ewolucję wiedzy na temat jego przyczyn:

Powszechnie uważa się, że zlodowacenie hirnanckie rozwinęło się w warunkach wysokiego stężenia atmosferycznego pCO₂, co bazuje na modelach cyklu węglowego w fanerozoiku wykonanych przez Roberta Bernera (Berner, 1991, 1994, 2006; Berner i Kothavala, 2001) wspartych badaniami izotopów węgla w minerałach gleb, służących za paleobarometr (Yapp i Poths, 1992; Mora i in., 1996). Byłoby to jednak bardzo niezwykłe, biorąc pod uwagę silną dodatnią korelację pomiędzy niskim stężeniem CO₂ a zlodowaceniem dla całego fanerozoiku (Royer, 2006) a w szczególności dla plejstocenu (Cuffey i Vimeux, 2001; Shakun i in., 2012). W celu wyjaśnienia tej rzekomej anomalii zaproponowano różne hipotezy, w tym słabe młode Słońce (Ramstein, 2011), wysokie albedo chmur powodowane przez strumień promieniowania kosmicznego (Shaviv i Veizer, 2003) oraz zmniejszone wietrzenie krzemianów związane z rozległą pokrywą lodową (Kump i in., 1999). Możliwe jest jednak również, że wnioskowanie o wysokiej koncentracji atmosferycznej CO₂ podczas zlodowacenia hirnanckiego jest po prostu błędne: krzywe atmosferycznej koncentracji CO₂ uzyskane przez Bernera mają rozdzielczość 10-mln lat i w związku z tym prawdopodobnie zupełnie ignorują krótkookresowe, trwające 1 mln lat, zlodowacenie hirnanckie. Znaczenie badań Yapp i Poths (1992) jest również niepewne: badali oni Formację Neda (późny katian), pochodzącą z okresu poprzedzającego zlodowacenie hirnanckie o kilka milionów lat. Ostatnie badania wykazały, że pCO₂ we wczesnym katianie, ~8 milionów lat przed zlodowaceniem hirnanckim, było poniżej 8-krotności obecnego poziomu atmosferycznego, czyli o ponad połowę mniejsze niż sugerowały wcześniejsze szacunki (Pancost i in., 2013). Tak więc koncentracja atmosferyczna CO₂ podczas zlodowacenia hirnanckiego mogła być niższa niż wcześniej sądzono.

Przynajmniej kilku spośród autorów stanowiska KNG PAN znało tę przeglądówkę; na przykład prof. Leszek Marynowski z Uniwersytetu Śląskiego jest współautorem opublikowanego zaledwie kilkanaście miesięcy temu artykułu (Smolarek-Łach i in., 2019), w którym cytuje te informacje. Nie będziemy spekulować, co powstrzymało go od podzielenia się z kolegami tą wiedzą.

Zaskakujące jest to, że wnioski odnośnie przyczyn zmian klimatu w permie autorzy stanowiska KNG PAN wyciągają wyłącznie w oparciu o znaleziony w internecie wykres, i najwyraźniej nie skonfrontowali go z żadnymi publikacjami naukowymi na ten temat. Przykładowo, wystarczy zajrzeć do numeru specjalnego „Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology” z 2019 roku, poświęconego epoce lodowej późnego palezoiku, by niemal w każdym artykule znaleźć słowa o związku pomiędzy poziomem dwutlenku węgla a deglacjacją na początku permu (Qie i in, 2019). Nieco starszy artykuł przeglądowy Montañez i Poulsen (2013) tak podsumowuje opinie geologów nt. przyczyn zmian klimatu w tym okresie:

Wizja klimatu późnego paleozoiku ewoluowała: od długoterminowej stabilności do dynamicznych zmian, podczas których klimat i ekosystem reagowały na powtarzające się warunki zlodowaceniowe i interglacjalne, prawdopodobnie wymuszane zmianami koncentracji CO₂. Jako ostatnie w historii przejście ze świata lądolodów do świata szklarniowego, późny paleozoik stanowi unikalną analogię dla naszego ocieplającego się świata.

Zarówno skokowa natura zlodowacenia podczas początku i końca LPIA (Late Paleozoic Ice Age – późniejsza paleozoiczna epoka lodowcowa), jak i czasowe rozmieszczenie centrów zlodowaceń sugerują progowe zachowanie, mogące wiązać się ze zmianami atmosferycznymi koncentracji CO₂ i wymuszeniem orbitalnym analogicznym do tego, które miało miejsce podczas inicjacji zlodowacenia w kenozoiku. Symulacje modelami klimatu wskazują, że CO₂ był podstawowym czynnikiem powodującym powstawanie i rozpad lodowców. Inne czynniki, w tym topografia, mogły mieć znaczenie lokalne.

Nie jest to zresztą pomysł nowy, już w klasycznym artykule „CO₂-Forced Climate and Vegetation Instability During Late Paleozoic Deglaciation” z 2007 roku (Montañez I in., 2007) możemy przeczytać:

Późne paleozoiczne zlodowacenie jest jedynym znanym przejściem ze świata lądolodów do świata szklarniowego, jakie zaszło na pokrytej roślinnością Ziemi, jednak dynamika tej zmiany klimatu pozostaje niejasna. Wykorzystując stabilny skład izotopowy powstałych w glebach minerałów, skamieniałości roślinnych i płytkowodnych ramienionogów, oszacowaliśmy wartości ciśnienia cząstkowego dwutlenku węgla w atmosferze (pCO₂) i temperatury powierzchni mórz tropikalnych podczas tego przejścia. Porównanie z zapisami lodowcowymi południowej Gondwany wskazuje, że pomiędzy uzyskanymi zmianami temperatury, stężenia CO₂ i objętością lodu występowała kowariancja charakterystyczna dla sytuacji, w której zmianę klimatu wymuszała zmiana koncentracji gazów cieplarnianych. Znacząca przebudowa paleotropikalnej flory zachodniej Eurameryki nastąpiła wraz ze zmianami klimatu i stężenia CO₂, ilustrując oddziaływanie czynników biotycznych związanych z dawnym, wywoływanym przez CO₂ przejściem do świata trwale pozbawionego lodu.

W środowisku geologów specjalizujących się w badaniu przyczyn zmian klimatu w odległej przeszłości rola dwutlenku węgla nie jest kwestionowana, a opinia autorów stanowiska KNG PAN pozostaje, no cóż, ich opinią powstałą przy przysłowiowych „kawie i ciasteczkach”.

Zakończymy wykresem i cytatem z artykułu Mills i in., 2019, zawierającego dokładnie takie porównanie zmian klimatu oraz poziomu CO₂, jakie powinno znaleźć się w stanowisku Komitetu Nauk Geologicznych: uwzględniające niepewności, różne rekonstrukcje oparte zarówno o modelowanie geochemiczne, jak i proxy paleoklimatyczne, i badające wpływ przyjętych założeń na wnioski.

Jak piszą autorzy pracy:

Opracowując niezależne dane proxy średniej globalnej temperatury powierzchni i atmosferycznego stężenia CO₂ dla fanerozoiku, pokazaliśmy, że uwzględniając strumień promieniowania słonecznego, długoterminowe zmiany temperatury powierzchni Ziemi w fanerozoiku mogą być wyraźnie powiązane ze zmianami efektu cieplarnianego CO₂ (red.: Rys. 3 i 4). CO₂ wydaje się być głównym czynnikiem wpływającym na klimat w geologicznych okresach czasu (np. Royer i in., 2004).

Zmiany klimatu ciągu ostatnich 800 tysięcy lat

Zmienność temperatur w skali setek tysięcy lat (plejstocen)

Dla ostatnich 800 tys. lat są dostępne informacje o poziomie CO₂ i temperaturze oparte o analizę powietrza uwięzionego w lodzie Antarktydy (projekty EPICA i Vostok). Wartość paleotemperatur określono metodą stosunków izotopów tlenu ¹⁶O/¹⁸O. Obie wartości (CO₂ oraz T°C) są silnie skorelowane, ale wzrost temperatury z reguły nieznacznie wyprzedza wzrost poziomu CO₂ (Fig. 2). Od ok. 450 tys. lat miały miejsce cztery pełne cykle ocieplenia klimatu do podobnego (a nawet wyższego) poziomu temperatury, jaki jest obserwowany obecnie, i wzrostu stężenia CO₂ do wartości ok. 300 ppm. Piąta analogiczna faza zaczęła się ok. 12 tys. lat temu i znajduje się na etapie maksimum temperaturowego. Amplituda zmian temperatury w plejstocenie sięgała 10°C i z pewnością nie była spowodowana działalnością człowieka. Uważa się, że przyczyną były okresowe zmiany parametrów orbitalnych Ziemi w jej obiegu wokół Słońca (tzw. cykle Milankowicza). Te obserwacje zdają się wskazywać, że wzrost poziomu CO₂ w atmosferze do wartości ok. 300 ppm jest raczej skutkiem niż przyczyną wzrostu temperatury globu, co nie wyklucza sprzężenia zwrotnego: wzmacniania trendu wzrostowego temperatury przez CO₂.

Niby tak, ale nie do końca, bo niemal każde zdanie zawiera jakąś nieścisłość.

Po pierwsze brakuje informacji, że na wykresie przedstawiono lokalne zmiany temperatury, rekonstruowane dla lokalizacji z której dokonano odwiertu; lokalnych wartości dotyczy odnotowana amplituda 10°C. Zmiany globalne miały amplitudę mniejszą, najnowsze oszacowania (Tierney i in., 2020) wskazują że było to około 6°C.

Po drugie, rekonstrukcja temperatury na wykresie jest oparta o analizę zawartości ciężkiego izotopu wodoru (deuteru), a nie tlenu ¹⁸O w cząsteczkach wody tworzących lądolód (Jouzel i in., 2007). Gdyby geolodzy z KNG PAN sięgnęli do artykułu opisującego te dane, zamiast opierać się o znaleziony w internecie pierwszy lepszy obrazek, zapewne nie popełniliby takiej pomyłki.

Po trzecie, choć rekonstruowane zmiany temperatury na Antarktydzie poprzedzały wzrost zawartości dwutlenku węgla w atmosferze, nie jest to prawdą w odniesieniu do średniej temperatury całego globu (patrz Mit: To ocieplenie powoduje wzrost koncentracji CO₂ a nie na odwrót).

Po czwarte, poziom 300 ppm został w ciągu ostatnich 800 tysięcy lat osiągnięty tylko dwukrotnie: 335 tysięcy lat temu (i był to wtedy poziom maksymalny), oraz 108 lat temu (i był to tylko chwilowy punkt na wciąż trwającym wzroście, już do ponad 400 ppm) (Bereiter i in., 2015, Lüthi i in., 2008). O ile w pierwszym przypadku przyczyny tego były naturalne, to wzrost zawartości dwutlenku węgla mierzony od początku ery industrialnej naturalny oczywiście nie jest.

Czytaj drugą część artykułu.

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

The post Komentarz do „Stanowiska Komitetu Nauk Geologicznych PAN w debacie klimatycznej” z 2019 r. (1/2) appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Efekt cieplarniany to zjawisko polegające na ograniczeniu ucieczki ciepła z powierzchni planety w kosmos przez jej atmosferę. Zwykle rozpatruje się je w kontekście atmosfery ziemskiej, która jest w dużej mierze przezroczysta dla promieniowania słonecznego i nieprzezroczysta dla promieniowania podczerwonego emitowanego przez powierzchnię. Efekt cieplarniany występuje jednak również w atmosferach innych planet, zarówno w naszym Układzie Słonecznym, jak i tych krążących wokół odległych gwiazd. I choć u podstaw efektu cieplarnianego na różnych planetach leżą te same prawa fizyki, jego skutki zależą od lokalnych warunków: odległości danej planety od Słońca/gwiazdy, składu atmosfery i jej topografii. Poniżej pokrótce omówimy, jak działa efekt cieplarniany na najbardziej podobnych do Ziemi planetach: Wenus i Marsie. 

Opis samego efektu cieplarnianego „krok po kroku” znajdziesz także w artykułach: Efekt cieplarniany – ABC oraz Efekt cieplarniany – jak to działa.

Światło i materia

Na poziomie kwantowym, efekt cieplarniany polega na pochłanianiu promieniowania podczerwonego przez cząsteczki gazów cieplarnianych. W warunkach jakie występują w atmosferze ziemskiej, takimi gazami są głównie cząsteczki trój-(i więcej)atomowych gazów takich jak para wodna, dwutlenek węgla, metan czy ozon. Przy odpowiednio dużych ciśnieniach, z powodu zderzeń międzycząsteczkowych, nieprzezroczyste w podczerwieni stają się również gazy dwuatomowe, a gazy cieplarniane zaczynają z kolei pochłaniać także fale inne niż podczerwień.

Absorpcja fotonów oraz zderzenia z innymi cząsteczkami, podnoszą energię cząsteczek, dzięki czemu przechodzą one do stanu wzbudzonego. W typowych warunkach cząsteczka nie może w takim stanie pozostawać bardzo długo: zwykle utraci uzyskaną energię w zderzeniach z innymi cząsteczkami, albo – bardzo rzadko – wyemituje foton o długości fali odpowiadającej różnicy energii pomiędzy stanem wzbudzonym a podstawowym. W praktyce, nawet niewielka objętość powietrza zawiera ogromną liczbę cząsteczek gazów cieplarnianych, takich jak CO₂, z których część zawsze jest w stanie wzbudzonym, zatem oprócz absorpcji zawsze obserwujemy emisję promieniowania o długościach fal charakterystycznych dla poszczególnych gazów¹. A ponieważ rozkład energii cząsteczek zależy od temperatury, emisja promieniowania rośnie wraz ze wzrostem temperatury gazu.

Opisane zjawiska można zweryfikować eksperymentalnie w laboratorium, można obliczyć z równań transferu radiacyjnego, można też zaobserwować „w naturze”, mierząc widma emisyjne promieniowania atmosfery ziemskiej i innych planet. Widma Ziemi, Wenus i Marsa, uzyskane na podstawie obliczeń, pokazuje rysunek poniżej. Wspólną cechą widma tych trzech planet jest silna absorpcja w atmosferze promieniowania o długości fali około 15 mikrometrów, za którą odpowiedzialny jest dwutlenek węgla.

Różne planety, różna odległość od Słońca

Głównym źródłem energii napędzającej planetarny system klimatyczny jest Słońce. Uśredniając w dłuższych okresach, ilość tej energii zależy od jasności Słońca i odległości planety od niego. W przypadku Ziemi odległość ta wynosi około 150 milionów kilometrów, czyli 1 jednostkę astronomiczną. Orbita Wenus znajduje się bliżej (0,72 j.a.), a Marsa dalej od Słońca (1,52 j.a.). Dodatkowo, tylko część promieniowania słonecznego jest przez planety pochłaniana: ziemska atmosfera i powierzchnia odbija około 30%, atmosfera Wenus – a dokładniej pokrywa złożonych z kropelek kwasu siarkowego chmur wysokich – około 76%, a Mars tylko 25% promieniowania.

Znając oba czynniki można obliczyć tak zwaną temperaturę efektywną, to znaczy temperaturę ciała doskonale czarnego, które pochłaniałoby (i emitowałoby) tyle samo energii, co dana planeta. Zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna strumień energii emitowanej przez jednostkową powierzchnię ciała doskonale czarnego jest proporcjonalny do czwartej potęgi jego temperatury (σT⁴), zatem ta temperatura, dla wartości wynikających z odległości od Słońca i wartości albedo, wynosi 255, 210 i 229 kelwinów dla Ziemi, Marsa i Wenus, odpowiednio.

Pamiętajmy o albedo!

Choć często przedstawia się temperaturę efektywną jako temperaturę, która panowałaby na planecie „bez efektu cieplarnianego”, taka interpretacja wymagałaby przyjęcia dodatkowych założeń. Temperatura efektywna zależy od albedo planety, które z kolei jest konsekwencją istnienia atmosfery z efektem cieplarnianym. Przykładowo, gdyby usunąć z ziemskiej atmosfery dwutlenek węgla (co tylko w niewielkim stopniu zmieniłoby absorpcję promieniowania słonecznego, ale znacząco osłabiłoby efekt cieplarniany), zainicjowane tym ochłodzenie spowodowałoby kondensację pary wodnej, i przyrost lądolodów prowadzący do globalnego zlodowacenia (Lacis i in., 2010). Choć w zimnej i suchej atmosferze pokrywa chmur była by mniejsza niż obecnie, zostałoby to z nawiązką skompensowane wysokim albedo lodowej powierzchni i w konsekwencji temperatura Ziemi byłaby niższa niż 255 kelwinów. Druga kwestia jest trochę bardziej subtelna: ponieważ emisja promieniowania definiowana przez prawo Stefana-Boltzmanna zależy od czwartej potęgi temperatury, w sytuacji gdy planeta zawiera obszary cieplejsze i chłodniejsze, temperatura efektywna obliczona na podstawie emisji promieniowania z powierzchni zwykle jest wyższa od rzeczywistej średniej temperatury powierzchni (Haberle 2013).

Różne planety – różne bilanse energii

Jak wspomnieliśmy wcześniej, efekt cieplarniany polega na ograniczeniu ucieczki ciepła z powierzchni planety, co oznacza, że część promieniowania jest pochłaniana przez gazy cieplarniane znajdujące się w atmosferze, a strumień promieniowania emitowanego z powierzchni planety jest większy niż wynosi całościowa emisja (zarówno z powierzchni, jak i atmosfery) w kosmos. Oznacza to też, że powierzchnia planety jest ogrzewana zarówno przez promieniowanie słoneczne, jak i promieniowanie podczerwone emitowane przez gazy cieplarniane znajdujące się w dolnych warstwach atmosfery. Jak kształtuje się uśredniony bilans promieniowania na Ziemi, Wenus i Marsie pokazują diagramy poniżej:

Powierzchnia Ziemi absorbuje średnio 161 W/m² promieniowania słonecznego oraz 342 W/m² promieniowania emitowanego przez atmosferę, sama zaś emituje 398 W/m2 w podczerwieni, z czego tylko 20 W/m² ucieka bezpośrednio w kosmos (poprzez tzw. „okno atmosferyczne”, czyli w zakresie długości fal, który nie jest pochłaniany przez gazy cieplarniane), reszta zaś jest pochłaniana przez gazy cieplarniane.

Na Wenus, bilans energetyczny powierzchni planety jest zdominowany przez podczerwień emitowaną przez dolne warstwy atmosfery: powierzchnia absorbuje tylko 22 W/m² promieniowania słonecznego i aż 17132 W/m² promieniowania z atmosfery.

Na Marsie większość promieniowania absorbowanego przez powierzchnię to promieniowanie słoneczne (95 W/m²). Atmosfera dostarcza tylko 29 W/m² i jednocześnie pochłania 33 W/m² ze 123 W/m² emitowanej przez powierzchnię podczerwieni.

Choć na każdej z tych planet występuje efekt cieplarniany, manifestuje się on z różnym natężeniem. Przyjrzymy się więc różnicom pomiędzy warunkami panującymi na Ziemi, Marsie, i Wenus.

Pierwszą z nich jest gęstość atmosfery. Nawet jeśli gazy cieplarniane występują w atmosferze ziemskiej w śladowych ilościach, gazy nie-cieplarniane, takie jak azot i tlen, również wpływają na siłę efektu cieplarnianego. Wszystko dzięki temu, że pomiędzy cząsteczkami gazów dochodzi do zderzeń. Cząsteczka gazu cieplarnianego może pochłonąć falę o energii innej niż potrzebna do przejścia do stanu wzbudzonego, jeśli może natychmiast oddać jej część innej cząsteczce (dowolnego gazu), z którą się zderzy. Skutkuje to poszerzeniem zakresu długości fal, które mogą być pochłaniane. W rzadkiej atmosferze do takich zderzeń dochodzi z mniejszą częstością a zakresy długości pochłanianych fal są wąskie. Z tego też powodu dwutlenek węgla w atmosferze Marsa nie jest tak efektywnym gazem cieplarnianym, jak w atmosferze Ziemi. Z drugiej strony, wysoka gęstość i temperatura atmosfery Wenus powodują znaczące poszerzenie zakresu fal pochłanianych przez atmosferę (w szczególności dwutlenek węgla pochłania tu niemal wszystkie fale z zakresu podczerwieni) (Lee i in., 2016).

Obliczenia przepływu promieniowania przez atmosfery tak bardzo różniących się planet muszą zatem uwzględniać nie tylko skład atmosfery, ale też profil temperatury i ciśnienia na całej jej głębokości. Muszą też uwzględniać obecność innych gazów cieplarnianych, oraz wodnych, pyłowych i siarczanych chmur tworzących się w atmosferach Ziemi, Marsa i Wenus, odpowiednio.

Drugą powiązaną kwestią jest głębokość troposfery². Jak zauważono już 60 lat temu (gradientu suchoadiabatycznego, a często i wilgotnoadiabatycznego (jeśli w atmosferze występują kondensaty, takie jak para wodna), co w najniższej warstwie atmosfery – troposferze – ogranicza wzrost temperatury wynikający z efektu cieplarnianego. W przypadku Wenus ograniczenie to dotyczy najniższych aż 65 kilometrów atmosfery; podobnie sytuacja wygląda na innych planetach z gęstą atmosferą, których troposfera rozciąga się do poziomu ciśnienia około 0,1 bara.

A co, jeśli weźmiemy nazbyt prosty model?

Zapominając albo ignorując opisane wyżej czynniki łatwo można dojść do niepoprawnych wniosków. Dobrym tego przykładem może być pseudonaukowa publicystyka M. Adamczyka z „Najwyższego Czasu”, przedrukowana też w książce „Mity globalnego ocieplenia”. W oparciu o przedstawione tam obliczenia autor doszedł do wniosku, że udział dwutlenku węgla w efekcie cieplarnianym na Ziemi jest „zupełnie pomijalny”, a „nawet podwojenie ilości CO₂ w ziemskiej atmosferze zwiększyłoby średnią temperaturę o… 0,03°C”, co oczywiście stoi w sprzeczności z ustaleniami nauki – spektroskopii, fizyki atmosfery, klimatologii fizycznej, planetologii – z ostatnich kilkudziesięciu lat (w rzeczywistości efekt ten to ok. 1°C, zanim uruchomią się sprzężenia zwrotne, a po uwzględnieniu ich ok. 3°C).

Głównym argumentem Adamczyka jest prosty model atmosfery, w którym podzielono ją na izotermiczne warstwy, grubość optyczna każdej warstwy jest wprost proporcjonalna do ilości dwutlenku węgla, a każda warstwa zachowuje się jak ciało doskonale czarne. W modelu tym temperatura każdej warstwy atmosfery oraz powierzchni planety zależy tylko od temperatury efektywnej i liczby warstw atmosfery. Znając temperaturę efektywną Wenus, oraz temperaturę jej powierzchni, Adamczyk obliczył, że w atmosferze znajduje się 106 doskonale czarnych warstw, co odpowiada ciśnieniu ~100 barów dwutlenku węgla, zatem jedna warstwa odpowiada ilości dwutlenku węgla wywierającej ciśnienie 1 bara. Na Ziemi dwutlenku węgla jest znacznie mniej, z czego Adamczyk wyciągnął wniosek, że związany z nim efekt cieplarniany jest „zupełnie pomijalny”.

Użyty przez Adamczyka prosty model nie uwzględnia żadnego z czynników opisanych w głównej części naszego artykułu, można więc podejrzewać, że wynikające z niego wnioski są konsekwencją uproszczeń modelu i błędnych założeń autora. Że tak jest w istocie, można się przekonać porównując przewidywania tego modelu z rzeczywistością dla samej Wenus. Ponieważ autor dopasował go do temperatury powierzchni, i ponieważ sam model radiacyjny przewiduje gradienty temperatury wyższe niż adiabatyczny, można spodziewać się, że będzie on zaniżał temperaturę troposfery. Tak się rzeczywiście dzieje: przykładowo, dla atmosfery na wysokości 12 km nad powierzchnią planety, gdzie ciśnienie wynosi 41 barów (45% ciśnienia panującego na powierzchni, zatem n=47) model Adamczyka przewiduje temperaturę 603 kelwinów, przy obserwowanej 643 K (Mackwell i in. 2013). Dla ciśnienia 7,94 barów (n=9,15) różnica wynosi już 80 kelwinów (przewidywane 400 K i obserwowane 480 K), dla ciśnienia 1,38 bara (n=1,59) model Adamczyka przewiduje temperaturę bliską efektywnej (258 K), a rzeczywista jest ponad sto stopni wyższa (366 K).

Widać więc, że użyty przez niego model jest bezwartościowy jeśli chodzi o opisanie zależności temperatury od ilości dwutlenku węgla w atmosferze w tak szerokim zakresie stężeń, a wyciągnięte przez autora wnioski są nieuprawnione.

Doskonale Szare, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

———————————-

1 Przy ciśnieniu panującym na poziomie morza metr sześcienny powietrza zawiera około 2,5×10²⁵ cząsteczek, z czego 0,04% (10²²) to cząsteczki dwutlenku węgla. W takich warunkach foton promieniowania podczerwonego o długości fali 15 mikrometrów może pokonać średnio tylko 10 metrów, zanim zostanie pochłonięty przez cząsteczkę CO₂.

2 Troposfera to najniższa warstwa atmosfery, charakteryzująca się spadkiem temperatury wraz z wysokością, tzn. im dalej jesteśmy od powierzchni, tym jest zimniej. Troposfera kończy się na poziomie, na którym temperatura się stabilizuje lub zaczyna rosnąć.

The post Efekt cieplarniany na Ziemi, Wenus i Marsie appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Głuchy telefon

Potwierdzeniem postawionej w poprzedniej notce tezy o powolnym uwiądzie negacjonizmu klimatycznego w Polsce niech będzie fakt, że komentuję tweet Tomasza Wróblewskiego, kiedyś redaktora naczelnego dość opiniotwórczych gazet i tygodników, obecnie prezesa bieda-think-tanku Warsaw Enterprise Institute, w którym ostatnio robi za eksperta od klimatu. 10 lat temu tezy Wróblewskiego byłyby pewnie opublikowane w “Rzeczpospolitej” czy “Wprost”, dzisiaj stały się tylko natchnieniem dla innego prawicowego dziennikarza, który swoje spiskowe teorie o tym, że “klimatolodzy oszukują nas od dekad” opublikował na niszowym portalu wGospodarce.

Ale choć to, co napisali Wróblewski i Siudaj nie zasługuje na poważną polemikę, zdaję sobie niestety sprawę, że niesprostowane stwierdzenia będą krążyć po internetach przez wiele lat, jako niezbity dowód niewiarygodności i nierzetelności klimatologów. Dzisiaj przyjrzymy się więc twierdzeniom naukowców sprzed 30 lat, i mam nadzieję że przy okazji się czegoś nauczymy.

Najpierw wypadałoby jednak te twierdzenia znaleźć, a głuchy telefon prawicowych publicystów (Siudaj cytujący Wróblewskiego cytującego Wall Street Journal cytujący depeszę Associated Press cytującą dyrektora U. N. Environment Program cytującego ustalenia raportu UNEP) niestety tego nie ułatwia. I choć źródłowa depesza AP większość wypowiedzi Noela Browna parafrazuje, nie jest trudno zorientować się, że lead depeszy:

A senior U.N. environmental official says entire nations could be wiped off the face of the Earth by rising sea levels if the global warming trend is not reversed by the year 2000.

Wysoki rangą urzędnik ONZ ds. ochrony środowiska mówi, że całe narody mogą zostać wymazane z powierzchni Ziemi przez podnoszenie się poziomu mórz, jeśli trend globalnego ocieplenia nie zostanie odwrócony do 2000 r.

odnosi się konkretnie do państw wyspiarskich takich jak Malediwy, oraz że chodzi o długoterminowe skutki zmiany klimatu, w postaci wzrostu poziomu wszechoceanu, będące konsekwencją braku redukcji emisji gazów cieplarnianych przed rokiem 2000:

He said governments have a 10-year window of opportunity to solve the greenhouse effect before it goes beyond human control. As the warming melts polar icecaps, ocean levels will rise by up to three feet, enough to cover the Maldives and other flat island nations, Brown told The Associated Press in an interview on Wednesday.

Powiedział, że rządy mają 10-letnie okno możliwości na rozwiązanie problemu efektu cieplarnianego, zanim wyrwie nam się spod kontroli. W miarę jak ocieplenie powoduje topnienie polarnych pokryw lodowych, poziom oceanów wzrośnie nawet o trzy stopy (ok. 1 metra), co wystarczy, aby zalać Malediwy i inne płaskie kraje wyspiarskie, Brown powiedział The Associated Press w udzielonym w środę wywiadzie.

Faktycznie, wzrost poziomu morza o podaną wartość w praktyce zmusiłby większość populacji Malediwów i innych podobnych państw wyspiarskich do masowej emigracji, choć sam proces dezintegracji lądolodów i spowodowany nim wzrost poziomu wszechoceanu oczywiście trwałby znacznie dłużej, niż 10 czy 30 lat.

W depeszy AP jest też mowa o przewidywanym wzroście średniej globalnej temperatury:

The most conservative scientific estimate that the Earth’s temperature will rise 1 to 7 degrees in the next 30 years, said Brown. […] He said even the most conservative scientists “already tell us there’s nothing we can do now to stop a … change” of about 3 degrees.

Według najbardziej konserwatywnych oszacowań naukowych temperatura Ziemi wzrośnie o 1 do 7 stopni w ciągu najbliższych 30 lat, powiedział Brown. [….] Powiedział, że nawet najbardziej konserwatywni naukowcy „już mówią nam, że nie będziemy w stanie zapobiec… zmianie [temperatury] o około 3 stopnie.

Z treści depeszy AP nie wynika, czy poziomem referencyjnym dla zmiany temperatury jest koniec lat 80., czy też chodzi o wzrost ponad poziom przedindustrialny. Biorąc jednak pod uwagę, że Brown jest Amerykaninem i udzielał wywiadu amerykańskiej agencji prasowej, podane wartości prawie na pewno były wyrażane w stopniach Fahrenheita.

Projekcje klimatu w pierwszym raporcie IPCC

Na szczęście nie musimy rekonstruować tego, co naprawdę myśleli 30 lat temu naukowcy w oparciu o depeszę AP, bo w 1990 roku IPCC opublikowało swój pierwszy raport podsumowujący ówczesny stan badań nad klimatem, odnosząc się do tych samych badań, o których wspomina szef amerykańskiego biura UNEP. Raport ten zawierał również prognozy przyszłego globalnego ocieplenia, koncentrując się na dwóch parametrach, których zmianę było najłatwiej przewidzieć: średniej globalnej temperatury, oraz zmiany poziomu wszechoceanu.

W raporcie IPCC przedstawiło cztery scenariusze, oraz dla każdego z nich przedział związany z niepewnością dotyczącą czułości równowagowej klimatu. W scenariuszu Biznes-jak-zwykle, bez redukcji emisji gazów cieplarnianych, tempo ocieplenia na przełomie XX i XXI wieku wynosiło 0,3°C na dekadę (w przedziale 0,2-0,5°C). W trzech scenariuszach stabilizacji i ograniczenia emisji gazów cieplarnianych, średnie tempo ocieplenia wynosiło około 0,2°C (scenariusz B) i 0,1°C (scenariusze C i D) na dekadę.

Rzeczywista zmiana temperatury w okresie 1989-2018 to około 0,21°C na dekadę (szacunek oparty o reanalizę ERA5), więc wypada w dolnym zakresie scenariusza BAU, i powyżej średniego tempa ocieplenia w scenariuszach z redukcją emisji.

Dlaczego podane są różne scenariusze?

Naukowcy nie są wróżkami, i nie potrafią przewidzieć, jak będzie wyglądać przyszła historia ludzkości. Potrafią jednak przewidzieć, jak zmieni się klimat Ziemi, jeśli podejmiemy określone decyzje polityczno-gospodarczo-społeczne, których konsekwencją jest różne tempo emisji gazów cieplarnianych. Dlatego, aby pomóc decydentom w badaniu skutków tych decyzji, klimatolodzy rozważają scenariusze różniące się, na poziomie regionalnym, tempem przyrostu populacji, rozwoju gospodarczego, miksu energetycznego, infrastruktury transportowej, i tak dalej. Trzeba tutaj podkreślić, że twórcy tych scenariuszy nie mają ambicji, aby dokładnie trafić w rzeczywistą trajektorię przyszłej historii ludzkości, chodzi o przedstawienie wariantów, które swoim zakresem będą obejmować cały szereg potencjalnych możliwości, umożliwiając analizę skutków różnych decyzji i konsekwencji wyborów cywilizacyjnych.

Spośród tych konsekwencji, klimatologów interesuje głównie (choć nie tylko) emisja gazów cieplarnianych. Przyglądając się założeniom 4 scenariuszy IPCC z 1990 roku, widać że historia potoczyła się trochę inaczej, niż każdy z rozważanych 30 lat temu scenariuszy. Jak wspomniałem wyżej, scenariusz IPCC Business-as-Usual z 1990 rok zakładał brak redukcji emisji gazów cieplarnianych, jednak w rzeczywistości emisję niektórych gazów zredukowano niemal do zera: chodzi tutaj o związki chlorowcopochodne, zwane popularnie freonami. Związki te uszkadzają warstwę ozonową oraz są silnymi gazami cieplarnianymi, zatem ich wycofanie ograniczyło tempo globalnego ocieplenia.

Scenariusz BAU, podobnie jak scenariusz redukcyjny B, zakładał że emisja freonów do atmosfery zostanie w ciągu 10 lat ograniczona o połowę (zgodnie z zapisami Protokołu Montrealskiego), i pozostanie na takim poziomie do końca XXI wieku, czego konsekwencją byłby wzrost — co prawda spowolniony, ale wciąż wzrost — ich zawartości w atmosferze. Scenariusze C i D zakładały ich całkowite wycofanie, co dzięki podpisanej w 1990 roku Poprawce londyńskiej do Protokołu Montrealskiego faktycznie nastąpiło.

Inną istotną różnicą jest wolniejsze tempo wzrostu poziomu metanu w atmosferze, które też nieco ograniczyło wzrost temperatury, jaki w rzeczywistości zaobserwowaliśmy. Również koncentracja dwutlenku węgla przyrastała nieznacznie wolniej, niż założono w scenariuszu A.

Nie powinno być zatem zaskakujące, że obserwowane globalne ocieplenie wypada gdzieś pomiędzy scenariuszami A i B (Frame i Stone, 2012).

Oczywiście, głównym antropogenicznym gazem cieplarnianym jest CO₂, którego emisje wciąż rosną, a niektóre skutki globalnego ocieplenia są już, w praktyce, nieuniknione i nieodwracalne. Przykładem może być cofanie się linii gruntowania i rozpad szelfów antarktycznych, prowadzący do przyspieszającej utraty masy przez lądolód (Paolo i in., 2015). Nie pomaga nam tutaj też niechęć do zmiany status quo i obawa polityków przed podejmowaniem odważnych decyzji, które sprawiają iż przebudowanie naszej cywilizacji tak, by mogła opierać się o bezwęglowe źródła energii, przebiega tak opornie.

Ale to, że niektórych skutków zmiany klimatu nie da się już uniknąć nie oznacza, że należy usprawiedliwiać brak jakichkolwiek działań. Faktycznie, kolektywnie jako ludzkość zawaliliśmy pierwsze podejście do redukcji emisji gazów cieplarnianych 30 lat temu. Jednak globalne ocieplenie nie jest problemem binarnym, który można rozwiązać albo nie, i prawdopodobnie nigdy nie będzie tak źle, żeby nie mogło być jeszcze gorzej. I tym optymistycznym akcentem…

Źródło: Doskonale Szare

The post Co naprawdę mówili klimatolodzy 30 lat temu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Jego źródłem jest ciepło pochodzące z okresu formowania się planet Układu Słonecznego oraz rozpad pierwiastków radioaktywnych znajdujących się w skorupie i płaszczu Ziemi; w długich skalach czasowych jest to więc źródło bardzo stabilne. Jak pokazuje mapka poniżej (z artykułu Daviesa i Daviesa [1]), opracowana na podstawie pomiarów z dziesiątków tysięcy odwiertów, rozkład przestrzenny strumienia geotermalnego nie jest jednorodny: mniej ciepła ucieka przez kontynenty, niż przez dno oceanów (gdzie skorupa jest cieńsza), a szczególnie duże wartości strumień geotermalny osiąga w okolicach stref ryftowych.

Antarktyda i Grenlandia są przedstawione jako miejsca, gdzie strumień geotermalny osiąga wyjątkowo wysokie wartości. Jest to konsekwencją dużych niepewności pomiarowych wynikających z trudności wykonywania pomiarów kilka kilometrów pod powierzchnią lądolodu, i w efekcie szacunki dotyczące tych miejsc oparte są głównie o dane pośrednie, oraz modelowanie uwzględniające lokalną geologię. Te niepewności oznaczają też oczywiście, że niespodzianki są nieuniknione.

Taką niespodziankę opisuje artykuł “Anomalously high geothermal flux near the South Pole” [2], opublikowany kilka dni temu w Scientific Reports. Autorzy analizowali odczyty radarowe dokonane w ramach projektu PolarGAP (nazwa pochodzi od tego, że bieguny są zwykle “ślepą plamką” satelitów na orbitach polarnych, więc w tym przypadku pomiarów dokonywano z pokładu samolotów), które pozwoliły na zrekonstruowanie pionowej struktury – stratygrafii – lądolodu Antarktydy w okolicy bieguna południowego. W kilku miejscach naukowcy wykryli, że jest ona zaburzona w sposób, który sugeruje topnienie dolnej (spągowej) warstwy lądolodu, tuż nad skałą macierzystą. Modelując przepływ ciepła w lodzie można oszacować, jaka wartość lokalnego strumienia geotermalnego jest wymagana do jego stopienia, z szacunków tych wyszło 120±20 mW/m², więcej niż można byłoby się spodziewać po lokalnej geologii tego obszaru. Autorzy proponują kilka hipotez dotyczących źródła ciepła, zauważają też, że jedną z praktycznych implikacji tego odkrycia jest to, że rejon bieguna południowego może nie nadawać się do poszukiwań bardzo starego lodu, którego próbki pozwoliłby na rekonstrukcję warunków klimatycznych na Antarktydzie milion i więcej lat temu.

Może zauważyliście, że jak dotąd ani słowem nie wspomniałem nic o globalnym ociepleniu. Nie jest to przypadek, bo artykuł też o nim nic nie mówi. Jedyna aluzja pojawia się w sekcji “Discussion”, przy odnośniku do artykułu o mechanizmach regulujących funkcjonowanie strumieni lodowych [3]. Na wszelki wypadek autorzy podkreślili ten fakt w notce prasowej, tak by nikt nie miał wątpliwości, że anomalnie wysoka wartość strumienia geotermalnego nie wyjaśnia zmian lądolodu Antarktydy mierzonych w ostatnich dekadach:

The process of melting we observe has probably been going on for thousands or maybe even millions of years and isn’t directly contributing to ice sheet change. However, in the future the extra water at the ice sheet bed may make this region more sensitive to external factors such as climate change.

Proces topnienia, który obserwujemy, prawdopodobnie trwa już od tysięcy a może nawet milionów lat i nie przykłada się bezpośrednio do zmiany lądolodu. W przyszłości jednak dodatkowa warstwa wody między lądolodem a podłożem może czynić ten region bardziej wrażliwym na czynniki zewnętrzne taki jak zmiana klimatu.

Nie powstrzymało to redaktorów polskiego serwisu Geekweek, który postanowił odkrycie przybliżyć swoim czytelnikom w artykule pod frapującym tytułem “Tajemnicze źródło ciepła pod lodami Antarktydy ma wpływ na globalny klimat”. Większość przedstawionych w nim twierdzeń jest całkowicie wyssana z palca, zaczynając od samego tytułu, bo przecież lokalna anomalia geotermalna o wartości 120 miliwatów na metr kwadratowy ma na globalny klimat wpływ znikomy.

Dalej jest jeszcze gorzej, bo według serwisu Geekweek:

Najbardziej widocznym efektem globalnego ocieplenia jest wzrost temperatury powierzchni planety, który jest mierzony wieloma niezależnymi metodami, nie wiem więc jakim cudem topnienie lądolodu trzy kilometry pod biegunem południowym miałoby te pomiary podważyć, tym bardziej że proces ten, jak podkreślają sami naukowcy, trwa od tysięcy albo milionów lat, i nie ma związku z obecnymi zmianami grubości lądolodu?

Zmyśleniem redaktorów z Geekweek jest też następująca teza:

“Tajemnicze zjawisko” nie może mieć wpływu na dane uzyskane z rdzeni lodowych z tego prostego powodu, że żadne odwierty w tej lokalizacji nie były jeszcze przeprowadzane. Najbliższy długi rdzeń, Wostok, został pozyskany z miejsca odległego o około tysiąc kilometrów, i akurat w tym przypadku od dawna było wiadomo, że pod lodem znajduje się zbiornik ciekłej wody, odkryty pomiarami radarowymi w 1974 roku. W przypadku innych rdzeni też oczywiście był przeprowadzany radarowy rekonesans, bo glacjolodzy nie są idiotami i nie chcieliby spędzić kilku sezonów na końcu świata tylko po to, by na koniec odkryć że próbki lodu do niczego się nie nadają. Nie było i nie ma więc obaw, że nasza wiedza na temat zmian klimatu została “niewątpliwie zafałszowana”, jak wymyślili to sobie na Geekweeku.

Zdaję sobie sprawę, że dział popularno-naukowy Geekweeka z założenia ma mieć poziom Pudelka, więc wszystkie odkrycia o których piszą będą “przełomem” i “odmienią naszą dotychczasową wiedzę”. Podpowiem redaktorom serwisu, że można ten cel osiągnąć wybierając na temat artykułów odkrycia naukowe, które rzeczywiście takie są.

Przypisy

1. Davies J. H. i D. R. Davies (2010): Earth’s Surface Heat Flux, Solid Earth 1, 5-24, 2010.
2.  Jordan T.A, et al (2018): Anomalously high geothermal flux near the South Pole, Scientific Reports 8.
3. Langley K., et al (2014): Onset of fast ice flow in Recovery Ice Stream, East Antarctica: a comparison of potential causes, Journal of Glaciology 60, Issue 223, pp. 1007-1014.

Doskonale Szare

The post Geekweek i Antarktyda appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Podstawą wszystkich międzynarodowych negocjacji klimatycznych z ostatniego ćwierćwiecza jest artykuł drugi tak zwanej Ramowej konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (UNFCCC) z 1992 roku, który ustala cel ustabilizowania koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze na poziomie, który zapobiegałby niebezpiecznej antropogenicznej ingerencji w system klimatyczny.

Od samego początku było wiadomo, że realizacja tego celu oznacza konieczność redukcji emisji gazów cieplarnianych do poziomu bliskiego zeru (w tamtych czasach terminy takie jak BECCS, CDR i „ujemne emisje” nie weszły jeszcze do słownika negocjatorów i naukowców zajmujących się długoterminową mitygacją zmian klimatu), choć w 1992 roku nie orientowano się jeszcze zbyt precyzyjnie, jakie ryzyka związane są z „niebezpieczną” ingerencją w system klimatyczny, jakich skutków globalnego ocieplenia chcielibyśmy uniknąć, i w jakiej skali czasowej należałoby przeprowadzić cięcia emisji. Poszukiwaniem odpowiedzi na te pytania miał się zająć utworzony kilka lat wcześniej specjalny zespół, czyli IPCC.

Co to jest IPCC?

IPCC jako instytucja może oznaczać trzy różne rzeczy. Pierwsza wynika ze znaczenia literki „I” na początku skrótu: IPCC jest organizacją „międzyrządową”, to znaczy jej członkami są rządy (niemal) wszystkich państw świata. Delegaci tych rządów spotykają się na sesjach plenarnych, gdzie podejmują decyzje o tym, czym IPCC będzie się zajmować, oraz wysłuchują sprawozdań z przebiegu dotychczasowych prac IPCC. Najważniejsze sesje plenarne dotyczą akceptacji raportów IPCC, o czym dokładniej za chwilę.

Poza sesjami plenarnymi IPCC istnieje jako kilkudziesięcioosobowa instytucja z siedzibą w Genewie i budżetem w wysokości jednej dziesiątej budżetu IPN-u. To drugi, czysto biurokratyczny aspekt istnienia zespołu, którego zadaniem jest organizacja i koordynowanie działań w ramach zadań zleconych na sesjach plenarnych, przede wszystkim przygotowywaniem raportów podsumowujących stan badań nad klimatem.

To właśnie raporty IPCC są najbardziej znanym efektem działalności tej organizacji, i jest pewną ironią losu, że odpowiedzialni za nie naukowcy (autorzy i recenzenci) są z IPCC raczej luźno związani, a ogromna praca związana z przygotowywaniem raportów jest wykonywana na zasadzie wolontariatu. W praktyce raporty IPCC są „tylko” przeglądem literatury naukowej — przystępną syntezą kolektywnej wiedzy ludzkości na temat zmian klimatu, ich przyczyn i skutków, opracowaną w oparciu o wyniki badań naukowych przez najlepszych specjalistów na świecie. „Dużych” raportów IPCC (znanych jako AR, Assessment Reports) ukazało się do tej pory pięć, a obecnie trwają prace nad szóstym, który zostanie opublikowany w 2021 roku.

Specjalny raport IPCC o ociepleniu o 1,5 stopnia

Raport specjalny, który ukazał się 8 października 2018, został zamówiony niecałe trzy lata temu przez uczestników paryskiej konferencji klimatycznej (COP21), na której postanowiono ograniczyć wzrost średniej temperatury globalnej na poziomie poniżej 2°C względem poziomu przedprzemysłowego oraz „podjąć działania”, by ograniczyć ten wzrost do 1,5°C. Ten drugi, znacznie ambitniejszy (lub jak kto woli, bardziej nierealistyczny) cel został wprowadzony do tekstu porozumienia dzięki wieloletnim staraniom Sojuszu Małych Państw Wyspiarskich (AOSIS), będącego koalicją 39 państw o terytoriach leżących nisko nad poziomem morza i zagrożonych przez podnoszenie się jego poziomu (nie wszystkie z nich są małe i nie wszystkie leżą na wyspach).

Sojusz argumentował, że wzrost poziomu Wszechoceanu, będący skutkiem globalnego ocieplenia o 2°C wystarczy, aby poważnie zagrozić istnieniu jego państw członkowskich, zatem społeczność międzynarodowa powinna zadeklarować jeszcze większe cięcia emisji gazów cieplarnianych, niż do tej pory. Zadaniem IPCC miało być sprawdzenie, w oparciu o dostępną literaturę naukową, jak wyglądałyby różnice w następstwach globalnego ocieplenia o 1,5°C i 2°C, oraz co należałoby zrobić, aby zatrzymać wzrost temperatury na tym niższym poziomie.

Procedura przygotowania SR15 wyglądała podobnie jak każdego innego raportu IPCC, choć ze względu na ograniczony zakres tematyczny, tempo prac mogło być znacznie szybsze niż zwykle. Przygotowanie raportu zajęło mniej niż półtora roku – dla porównania, decyzja o przygotowaniu szóstego raportu IPCC została podjęta w 2015 roku, a prace nad nim mają się zakończyć w 2021 roku. Nie zaniedbano jednak wszystkich procedur, z których słynie IPCC. Raport specjalny przeszedł w szczególności dwie rundy zewnętrznych recenzji (w których uczestniczyć mógł praktycznie każdy chętny), a jego treść została formalnie zaakceptowana na pięciodniowej sesji plenarnej IPCC, która zakończyła się w sobotę 6 października 2018.

Ten ostatni proces akceptacji jest jednym z najbardziej kontrowersyjnych aspektów działalności IPCC, warto więc poświęcić mu kilka słów. Raporty piszą naukowcy – eksperci od danego tematu czy zagadnienia, poruszanego w rozdziale, za który są odpowiedzialni – po czym na sesji plenarnej IPCC następuje prezentacja ich ustaleń, z którymi muszą się zapoznać delegaci-przedstawiciele rządów. Tak zwane „streszczenie dla decydentów” (SPM), czyli krótki dokument zawierający najważniejsze wnioski raportu, jest akceptowane przez delegatów zdanie po zdaniu, a jakiekolwiek wątpliwości co do źródeł, naukowego uzasadnienia, czy użytego słownictwa są wyjaśniane przez obecnych na miejscu naukowców. Choć można sobie wyobrazić sytuację, w której jakieś państwo wetuje ustalenia IPCC albo próbuje je znacząco zmienić, w praktyce nigdy do tego nie doszło – najlepszą obroną IPCC jest w takiej sytuacji pełna transparentność, a ponieważ wraz z publikacją zaakceptowanego tekstu raportu ukazują się też wersje wcześniejsze oraz komentarze recenzentów i przedstawicieli rządów (oraz odpowiedzi autorów IPCC do tych komentarzy), łatwo byłoby zidentyfikować fragmenty, które uległy z powodów politycznych przekłamaniu.

Z drugiej strony, sam fakt formalnej akceptacji ustaleń nauki przez niemal wszystkie państwa świata jest nie do przecenienia dzisiaj, w erze „alternatywnych faktów” i „postprawdy”. Nawet politycy, którzy chętnie wygadują głupoty na temat zmiany klimatu, pokornieją w konfrontacji z bardzo cierpliwymi naukowcami IPCC i trudniej jest im później powtarzać, że globalne ocieplenie wymyśliło „paru cwaniaków”; również teza o „chińskim spisku”, w sytuacji gdy wnioski raportu IPCC przyjęło 195 krajów świata, traci na wiarygodności.

Doskonale Szare, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski.

The post Raport IPCC SR1.5 „od kuchni” appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

William Happer jest fizykiem specjalizującym się w fizyce atomowej, optyce i spektroskopii, mającym bogaty dorobek naukowy w tych dziedzinach, jednak badaniem klimatu naukowo się nie zajmował*. Nie znaczy to, że nie może orientować się w aktualnym stanie badań nad klimatem i globalnym ociepleniem, należy jednak ostrożnie podchodzić do tych jego twierdzeń, które od tego stanu badań znacząco odbiegają czy go podważają. Niestety, większość wypowiedzi Happera na temat klimatu należy zaliczyć właśnie do tej kategorii.

Przykłady takich wypowiedzi znaleźć można w niedawno wygłoszonym wykładzie. Szczegółową polemikę z Happerem znaleźć można np. tutaj, poniżej skoncentrujemy się tylko na głównych, tezach prelegenta.

Modele klimatu – jak się sprawdzają?

 MIT: Modele globalnego ocieplenia nie działają

Według Happera modele systemu ziemskiego, zwane potocznie modelami klimatu, przeszacowują tempo ocieplenia globu 2-3 razy. Na potwierdzenie tej tezy przywołuje artykuł Fyfe, Gillett i Zwiers, 2013 [pełna wersja] oraz wypowiedź Johna Christy’ego z 2012 r. (która jednak dotyczy temperatury dolnej troposfery, a nie powierzchni planety).

Warto zwrócić uwagę, że już w drugim zdaniu abstraktu autorzy pierwszego wspomnianego artykułu wskazują możliwe źródła różnic pomiędzy przewidywanym przez modele tempem ocieplenia, a szacunkami wykorzystującymi dane obserwacyjne. Należą do nich, oprócz zbyt silnej czułości modeli także

– „błędy wymuszeń radiacyjnych”, które wynikają z faktu, że nie mając zawczasu informacji o mających dopiero nastąpić erupcjach wulkanów lub dokładnym przebiegu przyszłych emisji antropogenicznych, nie możemy uwzględnić ich poprawnie w prognozach (patrz Wulkany: kolejna przyczyna wolniejszego wzrostu temperatur),

– „wewnętrzna zmienność klimatu”, czyli zjawiska takie jak El Niño/La Niña, które przenosząc energię z oceanu do atmosfery lub na odwrót istotnie wpływają na średnią temperaturę powierzchni Ziemi (nie zmieniając całkowitej ilości energii zgromadzonej w układzie) a terminu których również nie da się przewidzieć (patrz La Niña i zatrzymane ocieplenie).

Potwierdziły to późniejsze badania (Schmidt i in., 2014 [pełna wersja], Dai i in., 2015). Dodatkowo odkryto też, że obserwowane trendy zmian temperatur są zaniżone przez błędy systematyczne pomiarów (Karl i in., 2015), a sam sposób w jaki porównywano modele i obserwacje był nie do końca poprawny (Cowtan i in., 2015). Podobne, choć jeszcze większe problemy, znaleziono w pomiarach temperatury troposfery, gdzie różnice pomiędzy różnymi analizami (nawet wykorzystującymi te same dane) sięgają kilkudziesięciu procent wartości trendu (Mears, 2017).

Na koniec trzeba podkreślić, że choć dla poprawy dokładności projekcji prowadzi się zwykle wiele symulacji a na koniec wyznacza z nich średnią (patrz rysunek 3 porównujący wyniki modelowania i obserwacji), nie spodziewamy się, aby krótkie, 10-15 letnie trendy temperatur dokładnie tej średniej odpowiadały. To samo dotyczy zresztą trendów dłuższych – modele przewidują czułość klimatu w granicach 2,5-4,5 stopnia na podwojenie CO₂, zatem nie mogą wszystkie na raz przewidywać precyzyjnie poprawnej wartości, i nie musi być tak żeby ta poprawna wartość równała się akurat średniej z całej wiązki symulacji wszystkich modeli.

Nikomu jednak, przez ostatnie 40 lat – włączając w to grupę JASON, w której pracach uczestniczył William Happer – nie udało się stworzyć poprawnego fizycznie modelu klimatu, który posiadałby czułość pozwalającą na stwierdzenie, że globalne ocieplenie nie jest poważnym problemem (więcej o modelach i czułości w artykule Wirtualny klimat).

Odwieczne zmiany klimatu

MANIPULACJA: Klimat będzie się zmieniał niezależnie od zmian CO₂

Jest to niewątpliwie prawdą, w tym samym sensie co prawdą jest stwierdzenie, że każdy z nas jest śmiertelny i prędzej czy później umrze. Mimo to każdy z nas codziennie podejmuje działania, które odsuwają ten moment w czasie: myjemy ręce przed posiłkiem, korzystamy z nowoczesnej diagnostyki medycznej i lekarstw, rozglądamy się na przejściach dla pieszych, nie korzystamy z suszarki do włosów siedząc w wannie pełnej wody.

W przypadku globalnego klimatu to, czy za 50 tys. lat przyjdzie kolejna epoka lodowa, może nas interesować, ale nie dotyczy bezpośrednio nas czy naszej cywilizacji Z praktycznych względów bardziej ciekawią nas zmiany, jakie zajdą w najbliższych dekadach i stuleciach – to one zadecydują, jak będziemy żyć my sami i nasi potomkowie. Ich przebieg zdecydowanie będzie zależał od emisji CO₂. Spalając bez ograniczeń paliwa kopalne – do czego nawołuje William Happer – w perspektywie najbliższych pokoleń przekształcimy klimat naszej planety do warunków, które nie występowały na niej od wielu milionów lat (Foster i inni, 2017, Zeebe i in., 2016 [wersja pełna]). Ziemia i jej biosfera wyglądała wtedy zupełni inaczej niż dzisiaj, i trudno zrozumieć entuzjazm Happera odnośnie zafundowania naszej cywilizacji przyspieszonej podróży do świata mezozoiku czy permu.

Więcej CO₂ – korzyści i straty

 MIT: Więcej CO₂ będzie dla nas korzystne, bo wspiera fotosyntezę

Efekt „nawożenia CO₂” oczywiście istnieje, ale nie jest usprawiedliwieniem, aby traktować atmosferę jako darmowy ściek dla naszych procesów przemysłowych. Po pierwsze, istnieją też inne skutki podwyższonego poziomu CO₂ w atmosferze (zmiana klimatu, zakwaszanie oceanów), które niwelują potencjalne dobroczynne skutki związane z bardziej wydajną fotosyntezą (czytaj też Mit: Globalne ocieplenie, nawet jeśli będzie, wcale nie będzie takie złe, Mit: Im więcej CO₂, tym lepiej dla roślin).

Po drugie, sam efekt jest najlepiej widoczny w warunkach, w których CO₂ jest czynnikiem limitującym (substancją, której niedobór ogranicza rozwój roślin, podczas gdy innych potrzebnych im składników jest pod dostatkiem). Ma to miejsce albo szklarniach, w których dbamy o to by rośliny miały dostęp innych składników mineralnych; albo obszarach pustynnych, gdzie zwiększona wydajność fotosyntezy pozwala na oszczędną gospodarkę wodą. Przykładowo, w cytowanych przez Happera badaniach (Donohue i in., 2013) zdołano wykryć efekt nawożenia CO₂ tylko w rejonach z niskimi opadami.

Po trzecie, eksperymenty wykonywane w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, i na roślinach bardziej nas interesujących niż sukulenty, wskazują że efekt nawożenia CO₂ nie jest łatwy do przewidzenia, i może ulec wysyceniu przy wyższym poziomie dwutlenku węgla (Reich i in., 2018). Warto zauważyć, że eksperci zajmujący się badaniem tego zjawiska wypowiadają się na temat potencjalnych skutków znacznie ostrożniej, niż William Happer, który specjalistą od tego zagadnienia nie jest.

Po czwarte, więcej CO₂ w powietrzu może być korzystne dla roślin, ale niekoniecznie dla ludzi. Nasz gatunek wyewoluował przy niskich stężeniach CO₂ w atmosferze, a badania pokazują, że zbyt wysoki poziom CO₂ w powietrzu którym oddychamy ma wpływ na działanie naszego mózgu (Homo sapiens w świecie wysokich stężeń CO₂).

Troska o najuboższych?

MANIPULACJA: Dekarbonizacja jest niemoralna

William Happer przekonuje, że najbiedniejsze kraje świata potrzebują paliw kopanych aby się rozwijać, zatem redukcja emisji dwutlenku węgla skazywałaby je na pozostawanie na niższym poziomie rozwoju. Można jednak podejrzewać, że w tym przypadku troska u najuboższych to tak naprawdę tylko pretekst, by uniknąć jakichkolwiek obciążeń ze strony najbogatszych. Przepaść pomiędzy poziomem emisji jednych i drugich jest bowiem tak wielka, że można byłoby przeprowadzić głęboką redukcję globalnych emisji nawet pozwalając, przez wiele lat, na jej wzrost w państwach najbiedniejszych (przeciętny Amerykanin emituje aktualnie do atmosfery 17 ton CO₂ rocznie, podczas gdy Pakistańczyk 1 tonę, a Nigeryjczyk 0,6 tony).

Pozostaje jednak pytanie, czy faktycznie biedne państwa potrzebują powtarzać 200-letnią historię industrializacji krajów pierwszego świata, czy niezbędna jest im infrastruktura energetyczna w której dominują paliwa kopalne, i czy nie dałoby się jej przynajmniej częściowo zastąpić rozproszonymi źródłami energii odnawialnej, np. tanią fotowoltaiką. Można byłoby też oczekiwać, że państwa bogatsze – do których zalicza się również Polska – pomogą państwom biedniejszym w transformacji energetycznej. Czy William Happer poparłby taki rodzaj pomocy międzynarodowej? Nie wiem, ale szczerze wątpię.

Więcej na temat Williama Happera w kontekście jego działań i wypowiedzi na temat zmiany klimatu można przeczytać w portalu Desmog.

Doskonale Szare, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

—–

* W swoich wystąpieniach publicznych Happer często przywołuje opublikowany w 1982 raport grupy JASON „The Long-term Impacts of Increasing Atmospheric Carbon Dioxide Levels”, którego jest współautorem, jako dowód posiadania specjalistycznych kwalifikacji. Pomijając już to, że miało to miejsce 40 lat temu (grupa JASON zagadnieniami klimatu zajmowała się latem 1978 roku, wstępne wersje raportu z tych badań opublikowała w 1979 i 1980 r., w formie książkowej w 1982 r.), jego wkład w raport ograniczał się do napisania rozdziału traktującego o metodzie precyzyjnego mierzenia koncentracji tlenu w powietrzu.

Jest to zagadnienie powiązane z antropogenicznym globalnym ociepleniem w tym sensie, że w procesie spalania kopalin takich jak węgiel i ropa zawartość O₂ w atmosferze maleje (ponieważ cząsteczki tlenu wiążą się z atomami węgla), zatem pomiar spadku koncentracji tlenu byłby niezależnym potwierdzeniem przyczyn wzrostu poziomu CO₂ w atmosferze. Pomiary takie są prowadzone od początku lat 1990. (choć inną metodą niż ta zaproponowana przez Happera), i rzeczywiście wykazują przewidywany spadek koncentracji tlenu w powietrzu.

Nawiasem mówiąc, wnioski z raportu JASON pokrywały się z ustaleniami innych instytucji naukowych z tego okresu, i nawet dzisiaj, choć wiemy znacznie więcej na temat ziemskiego klimatu, większość zawartych tam informacji jest zgodna z obecnym konsensusem naukowym nt. globalnego ocieplenia.

The post Negacjonista klimatyczny mówcą na konferencji preCOP appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.