Dwutlenek węgla (CO₂) to gaz cieplarniany, który w największym stopniu odpowiada za współczesne nasilanie się efektu cieplarnianego. Dlatego to, jak szybko będzie rosła temperatura Ziemi, zależy przede wszystkim właśnie od ilości CO₂ w atmosferze. Z kolei całkowita ilość (a więc także i stężenie, czyli koncentracja) CO₂ w ziemskiej atmosferze wciąż zależy przede wszystkim od tego, ile go emitujemy.

Niestety, najnowsze szacunki nie dają powodów do optymizmu. W tym roku globalna emisja CO₂ związana z naszą działalnością (antropogeniczna)   utrzyma się na wyjątkowo wysokim poziomie.

Rekordowa emisja CO₂ z paliw kopalnych

W roku 2022 światowa emisja dwutlenku węgla związana ze spalaniem paliw kopalnych najprawdopodobniej wzrośnie w stosunku do roku 2021 o 1,0%. Osiągnie tym samym rekordowy poziom 37,5 miliarda ton. Tak wynika z analizy przedstawionej jeszcze podczas szczytu klimatycznego COP27 w Egipcie przez międzynarodowy zespół Global Carbon Project (Global Carbon Budget 2022, Friedlingstein i in. 2022).

Obecne tempo wzrostu emisji CO₂ ze spalania paliw kopalnych jest mniejsze niż w roku 2000, kiedy wynosiło ok. 3% rocznie. Jest za to większe niż średnio w zeszłej dekadzie (+0,5% rocznie). Przypomnijmy, że w związku z ograniczeniami spowodowanymi pandemią, w 2020 r. globalna antropogeniczna emisja CO₂ spadła o 5,2% w porównaniu z rokiem 2019.

Więcej latamy i spalamy więcej węgla

Jednym z głównych powodów wzrostu emisji w tym roku jest „odbicie się” sektora lotniczego po spadkach związanych z pandemią COVID-19, o czym przeczytasz więcej w tekście Wpływ lotnictwa na klimat – CO2 i inne substancje emitowane przez samoloty.

Innym powodem zwiększonej emisji CO₂ w tym roku jest wzrost zużycia węgla, który w przypadku Europy częściowo zastępuje rosyjski gaz ziemny. To oczywiście konsekwencja wojny w Ukrainie. Zapotrzebowanie na węgiel i gaz ziemny w Europie byłoby mniejsze, gdyby kilka krajów – przede wszystkim Niemcy – od lat sukcesywnie nie likwidowały swojej energetyki jądrowej albo nie porzuciły planów jej rozwoju lub budowy. W Polsce zużycie węgla jest tradycyjnie wysokie, co wynika z braku lub zahamowania rozwoju energetyki opartej na innych źródłach energii (jądrowej, wiatrowej) a także z popularności węgla jako paliwa do ogrzewania często słabo ocieplonych domów. 

Emisje CO₂ w rozbiciu na spalanie węgla, ropy, gazu i produkcję cementu

Jeśli popatrzymy na surowce energetyczne to w roku 2022 największa emisja będzie związana ze spalaniem węgla (15,1 mld ton CO₂, wzrost o 1%). Na drugim miejscu mamy ropę (12,1 mld ton CO₂, wzrost o 2,2%). Na trzecim znajduje się gaz ziemny (7,9 mld ton CO₂, spadek o 0,2%). Wartości emisji CO₂ ze spalania węgla, ropy i gazu są więc bliskie tym z roku 2019. Do tego dochodzi emisja związana z produkcją cementu, która w 2022 r. będzie równa ok. 1,6 mld ton CO₂, co oznacza spadek o 1,6%.

Gdzie wzrost emisji był największy?

Według szacunków zespołu Global Carbon Project w 2022 r. emisja CO₂ ze spalania paliw kopalnych spadnie w Chinach (o 0,9%, do 11,4 mld ton) i Unii Europejskiej (o 0,8%, do 2,8 mld ton), ale wzrośnie w Stanach Zjednoczonych (o 1,5%, do 5,1 mld ton), w Indiach (aż o 6%, do 2,9 mld ton) i w reszcie świata (o 1,7%, do 15,4 mld ton).

Warto podkreślić, że w latach 2012-2021 na świecie było 24 krajów, w których emisja CO₂ zmniejszyła się, a w tym samym czasie gospodarka rosła. Pokazuje to, że możliwy jest wzrost ekonomiczny i jednoczesna redukcja emisji CO₂. W sumie te 24 państwa odpowiadały w ciągu ostatniej dekady za emisję średnio ok. 8,8 mld ton CO₂ rocznie – około jednej czwartej światowych emisji CO₂ ze spalania paliw kopalnych.

Dokładniej, chodzi tu o tzw. emisje terytorialne, czyli te które mają miejsce na terenie danego państwa. Wspomniane kraje to Belgia, Chorwacja, Czechy, Dania, Estonia, Finlandia, Francja, Holandia, Hongkong (który od ćwierć wieku jest częścią Chin), Izrael, Japonia, Luksemburg, Malta, Meksyk, Niemcy, Norwegia, Singapur, Słowenia, Stany Zjednoczone, Szwecja, Szwajcaria, Urugwaj, Wielka Brytania oraz Włochy. W 15 z tych 24 państw spadła też emisja związana z konsumpcją. 

Skąd się biorą wzrosty i spadki emisji?

Przy szacowaniu wielkości całkowitej emisji CO₂ danej gospodarki (państwa) i jej zmian w czasie użyteczne jest zapisanie emisji jako iloczynu kilku wielkości, których wyznaczenie może być prostsze niż samej emisji. Nazywamy go tożsamością Kai i jest on wykorzystywany przez autorów Carbon Budget 2022.

Tożsamość Kai

Oznaczmy przez F całkowitą antropogeniczną emisję CO₂ danego państwa (lub regionu, czy też nawet całego świata),
przez P – jego populację,
przez G – produkt (krajowy) brutto (PKB),
a przez E – całkowite zużycie energii. 

Możemy wtedy napisać bardzo prostą i użyteczną tożsamość matematyczną:

Jest ona zwaną „tożsamością Kai”, jako że zaproponował ją ćwierć wieku temu japoński ekonomista Yoichi Kaya.

Poza populacją (P), występują w niej jeszcze kolejno:
G/P, czyli PKB/osobę (wskaźnik mówiący o zamożności społeczeństwa),
E/G – parametr opisujący energochłonność gospodarki, mówiący (w pewnym uproszczeniu) jaka ilość energii potrzebna jest do wytworzenia dóbr o danej wartości,
F/E, czyli ślad węglowy jednostki energii, który z kolei mówi nam o tym, jak bardzo produkcja energii w danym kraju uzależniona jest od paliw kopalnych.

Tożsamość Kai pozwala określić i zrozumieć, na ile zmiany w całkowitej emisji zależą od zmiany każdego z czterech czynników występujących po prawej stronie równania.

W USA i Unii Europejskiej spadek emisji CO₂ w ostatniej dekadzie (w porównaniu z dekadą poprzednią) spowodowany jest przede wszystkim wzrastającą dekarbonizacją gospodarki, czyli zmniejszeniem czynnika F/E w tożsamości Kai. Ważne jest przy tym, że w Stanach Zjednoczonych i krajach Unii zużycie energii utrzymuje się na mniej więcej tym samym poziomie lub nawet spada. W przypadku Unii Europejskiej pewne znaczenie miały również słabszy wzrost gospodarczy i spadek energochłonności gospodarki, czyli zmniejszenie czynnika E/G.

Natomiast w krajach nienależących do Organizacji Współpracy Gospodarczej i Rozwoju (ang. OECD) emisja CO₂ wciąż rośnie, choć coraz wolniej – tempo wzrostu emisji spadło z 6% rocznie w pierwszej dekadzie XXI w. do mniej niż 2% na rok w ciągu ostatniej dekady. 

Za 47% emisji krajów nienależących do OECD odpowiadają Chiny. Chińskie emisje rosły w tempie 10% na rok w pierwszej dekadzie obecnego stulecia oraz 1,5 % rocznie w latach 2012-21. Spowolnienie to wynika zarówno z wolniejszego rozwoju ekonomicznego, szybszego tempa dekarbonizacji jak i spadku energochłonności chińskiej gospodarki w ciągu ostatniej dekady.

Natomiast gospodarki Indii i wielu innych krajów wciąż rozwijają się dynamicznie i, co istotne, szybciej niż następuje ich dekarbonizacja czy spadek energochłonności. Pomimo szybkiego rozwoju odnawialnych źródeł energii w państwach takich jak Indie rośnie też zużycie energii produkowanej z paliw kopalnych, rośnie zatem całkowita emisja CO₂. 

Globalnie tempo wzrostu emisji CO₂ ze spalania paliw kopalnych spowalnia, w dużej mierze dzięki polityce klimatycznej i zmianom technologicznym (rozwój źródeł odnawialnych, przejście z węgla na gaz ziemny). Choć coraz wolniej, globalna emisja dwutlenku węgla ciągle jednak rośnie.  

Zmiana użytkowania gruntów a emisja CO₂

Spalanie paliw kopalnych to nie jedyne źródło powodowanej przez nas (antropogenicznej) emisji dwutlenku węgla. Innym są zmiany użytkowania gruntów. Pod tym nieco enigmatycznym określeniem kryje się wiele rzeczy. Jednak chodzi tu przede wszystkim o wycinanie i pożary lasów (wylesianie), a także o pożary torfowisk. Te zjawiska i procesy przyczyniają się do ocieplania klimatu. Z drugiej strony, zalesianie prowadzi do wiązania węgla z atmosfery (’ujemne emisje’), zmniejszając tempo zmiany klimatu.

Przewiduje się, że w 2022 r. globalna emisja CO₂ wynikająca ze zmiany użytkowania gruntów wyniesie 3,9 mld ton, czyli ok. dziesięć razy mniej niż emisja ze spalania paliw kopalnych. To jednak nadal bardzo dużo. I choć mamy tu niewielki spadek w ciągu ostatnich dwu dekad, trzeba pamiętać, że emisję CO₂ związaną ze zmianą użytkowania gruntów znamy z dużo mniejszą dokładnością niż w przypadku spalania paliw kopalnych.

W latach 2012-2021 trzy kraje: Indonezja, Brazylia oraz Demokratyczna Republika Konga odpowiadały za ponad połowę (58 proc.) całkowitej światowej emisji CO₂ związanej ze zmianą użytkowania gruntów. Niestety nie jest to niespodzianką. Chodzi przecież o państwa, na których terytorium znajduje się ogromna część znikających w zastraszającym tempie lasów tropikalnych naszej planety.

Więcej na temat wpływu wylesiania – wycinki i pożarów – na lasy Amazonii znajdziesz w tekście Amazonia w ogniu półprawd. O tym, jak niszczenie lasów tropikalnych wpływa na klimat możesz przeczytać m. in. w artykule Podniebne rzeki: jak wylesianie wpływa na globalny cykl hydrologiczny.

Całkowita globalna emisja CO₂

Jeśli dodamy do siebie emisję CO₂ z paliw kopalnych i tę ze zmiany użytkowania gruntów, to w 2022 r. dostaniemy 40,6 mld ton. To nieco powyżej poziomu z 2021 r. (40,2 mld ton), ale nadal ciut poniżej wyniku z 2019 r. (40,9 mld ton). Uwaga: emisja CO₂ ze spalania biomasy w celach energetycznych jest już brana pod uwagę przy liczeniu emisji związanej ze zmianą użytkowania gruntów.

Emitujemy CO₂, więc jego stężenie rośnie

Tak jak przed rokiem, w 2022 r. stężenie dwutlenku węgla w atmosferze najprawdopodobniej wzrośnie o 2,5 części na milion (2,5 ppm), osiągając 417,2 ppm. To wartość średnia dla całego roku, bo na stały wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze nakładają się niewielkie sezonowe oscylacje związane z okresem wegetacyjnym. 

Co ważne, chodzi tu o tzw. stężenie tła. Jest ono mierzone w miejscach oddalonych od źródeł emisji. W miastach, gdzie mamy wiele różnych źródeł CO₂ (np. silniki spalinowe czy urządzenia grzewcze) stężenie tego gazu jest dużo wyższe niż stężenie tła – w niektórych miejscach i porach doby już dziś przekracza 600 ppm.

Jeśli policzylibyśmy, ile CO₂ trzeba „wpompować” do ziemskiej atmosfery, by podnieść jego stężenie o 2,5 ppm, wyjdzie nam 19,5 mld ton. Ale to przecież tylko około połowy całkowitej ilości CO₂ produkowanego przez nas ostatnio każdego roku. A co dzieje się z resztą?

Pochłanianie CO₂ przez lądy i oceany

Okazuje się że wciąż około połowę antropogenicznego CO₂ wyemitowanego do atmosfery każdego roku jest pochłaniane przez lądy (przede wszystkim roślinność i gleby, patrz Szybki cykl węglowy, część 1: atmosfera i ekosystemy lądowe) oraz oceany (rozpuszczanie CO₂ w wodzie morskiej, patrz Szybki cykl węglowy, część 2: węgiel w oceanach).

W ciągu dekady 2012-2021 rezerwuary lądowe przyjmowały średnio 11,4 mld ton CO₂ na rok, zaś oceany pochłaniały w tym samym okresie średnio 10,5 mld ton CO₂ rocznie. Wstępne szacunki na 2022 r. przewidują pochłanianie przez lądy na poziomie około 12,4 mld ton i ok. 10,5 mld ton w przypadku oceanów.

Niestety, zmiana klimatu negatywnie wpływa na wydajność procesów usuwających CO₂ z atmosfery. Szacuje się, że pochłanianie CO₂ przez oceany i lądy zmniejszyło się odpowiednio o ok. 4% i 17% w ciągu dekady 2012-2021.

Warto przypomnieć, że wyemitowany do atmosfery CO₂ wpływa na klimat naszej planety przez tysiące lat, dopóki nie zostanie trwale usunięty w działającym w skali geologicznej tzw. wolnym cyklu węglowym (patrz Impuls węglowy i jego usuwanie z atmosfery).

Emisja dwutlenku węgla w Polsce

Jak duża jest emisja CO₂ w naszym kraju, i jak zmieniała się w ostatnich latach? W roku 2021 (nie ma jeszcze danych dla 2022) w Polsce wzrosły emisje CO₂ ze spalania wszystkich trzech paliw kopalnych: gazu, ropy, a nawet węgla (chociaż przez ostatnie 35 lat emisja z węgla spadała):

Natomiast emisja związana ze zmianami użytkowania terenu jest co prawda ujemna (pochłanianie CO₂) ale też o rząd wielkości mniejsza niż emisja z paliw kopalnych, choć jest znana z dużo mniejszą dokładnością:

„Budżet węglowy” bardzo szybko się kurczy

Wróćmy do globalnej emisji CO₂. Naukowcy zajmujący się klimatem używają pojęcia „budżet węglowy”. To ilość CO₂ którą można „dorzucić” do atmosfery i wciąż mieć nadzieję, że będziemy mieć rozsądnie dużą szansę (np. 50 proc.) uniknięcia wzrostu średniej temperatury Ziemi powyżej pewnego progu (np. 1.5 °C w porównaniu z okresem przed rewolucją przemysłową). Oczywiście, z każdym rokiem ten „ węglowy budżet” się kurczy – ostatnio jak widzimy o jakieś 40 mld ton.

To, jaki był stan „budżetu węglowego” dwa lata temu dobrze obrazuje ta krótka animacja:

Dziś w tym obrazku trzeba by dodatkowo uwzględnić wartość dwuletniej globalnej emisji, czyli kolejne 80 mld ton CO₂.

Ile CO₂ trafi jeszcze do atmosfery i jakie będą tego konsekwencje?

Okazuje się, że w 2022 r. pozostały budżet węglowy dający 50-procentową szansę ograniczenia globalnego ocieplenia do 1,5°C, 1,7°C i 2°C zmniejszył się już odpowiednio do 380 mld ton, 730 mld ton i 1230 mld ton.

Widać że przy emisji tak dużej jak w 2022 r. wyrzucenie do atmosfery 380 mld ton CO₂ zajmie nam jedynie 9 lat. Na początku następnej dekady najprawdopodobniej stracimy więc szansę na utrzymanie globalnego ocieplenia na poziomie poniżej 1,5°C. A to właśnie jest próg wyznaczony w Porozumieniu Paryskim z 2015 r. w celu uniknięcia najpoważniejszych konsekwencji zmiany klimatu.

Dla porównania, zakładane choćby przez Unię Europejską osiągnięcie „neutralności klimatycznej” (zerowej emisji CO₂ netto) do roku 2050 w skali globalnej oznaczałoby wyemitowanie jeszcze dodatkowych 560 mld ton CO₂. To zaś daje 50 proc. prawdopodobieństwo ograniczenia ocieplenia do około 1,6°C, a wiemy, że powinniśmy uniknąć ocieplenia o 1,5°C. Wbrew pozorom te raptem 0,1°C może mieć ogromne znacznie – choćby ze względu na dodatnie sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym.

Cele emisyjne z każdym rokiem są coraz mniej realne

Bardziej szczegółowe informacje na temat różnych scenariuszy emisyjnych oraz tego, w jakim dokładnie jesteśmy punkcie na „ścieżce redukcji emisji” znajdziemy w raportach „Emissions Gap” przygotowywanych co roku przez UNEP (Program Środowiskowy ONZ, ang. United Nations Environment Programme). Najnowszy taki raport „Emissions Gap Report 2022: The Closing Window” został opublikowany 27 października 2022.

Bodaj najważniejsze dla nas jest tu właśnie zestawienie różnych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych (dla prawdopodobieństwa nieprzekroczenia progu równego 2/3):

Wykres ten pokazuje, jak szybko musiałaby spadać globalna emisja, byśmy mieli 66-procentową szansę uniknięcia wzrostu średniej temperatury Ziemi o daną wartość (1,5°C, 1,8°C i 2°C). Uwaga: emisja podana jest w gigatonach ekwiwalentu dwutlenku węgla, jako że uwzględnia się tu wszystkie gazy cieplarniane a nie tylko CO₂. 

Liczby w pomarańczowych i czerwonych kółkach po prawej stronie wykresu pokazują, o jaką wielkość różnią się scenariusze emisji zgodne z dotychczasowymi zobowiązaniami, deklarowanymi przez poszczególne państwa (Krajowe Deklaracje Ograniczenia Emisji, ang. Nationally Determined Contributions, NDC) i scenariusze pozwalające na wypełnienie postanowień Porozumienia paryskiego. Widać że nawet w przypadku mniej ambitnego celu, jakim jest nieprzekroczenie progu globalnego ocieplenia o 2°C, różnica jest ogromna.

W zeszłym roku w artykule o wiele mówiącym tytule: Jak nam idzie realizacja Porozumienia Paryskiego? Jak pokazuje raport „Emissions Gap”, bardzo źle analizowaliśmy analogiczną sytuację dla roku 2020 (patrz rys. 10). Pisaliśmy wtedy m. in.: 

Kolejny rok upłynął pod znakiem braku zdecydowanych działań dekarbonizacyjnych. To powoduje, że różnica pomiędzy tym, ile możemy wyemitować jeszcze gazów cieplarnianych, żeby nie doprowadzić do katastrofalnego w skutkach ogrzania Ziemi, a ile najprawdopodobniej wyemitujemy wdrażając zaplanowane obecnie działania (tzw. „nadwyżka/luka emisyjna”, ang. „Emissions Gap”), stale się powiększa.

Niestety, ten fragment można dziś zacytować bez żadnych zmian. 

W tekście Jak nam idzie realizacja Porozumienia Paryskiego? Jak pokazuje raport „Emissions Gap”, bardzo źle możesz też przeczytać o konkretnych  działaniach (zarówno indywidualnych, jak i systemowych) jakie musimy podjąć, by wystarczająco szybko zredukować globalną emisję gazów cieplarnianych.

Jakub Jędrak, na podstawie materiałów The Global Carbon Project oraz artykułu Carbon emissions hit new high: warning from COP27. Tekst jest  rozszerzoną wersją artykułu, który ukazał się na portalu smoglab.pl. Konsultacja merytoryczna: dr. Aleksandra Kardaś

The post Emisje CO2 w 2022: zamiast maleć, znów rosną. appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Wybieramy się na wakacje lub w podróż służbową. Oczywiście samolotem –  w praktyce nie ma przecież innej możliwości dotarcia do większości miejsc na świecie. A przynajmniej wielu z nas tak się wydaje. 

Standardowym podejściem przy określaniu wpływu usług czy produktów na klimat jest obliczenie ich śladu węglowego, czyli sumarycznych emisji CO₂ związanych z ich wyprodukowaniem czy dostarczeniem. Taki ślad powinien, ściśle rzecz biorąc, obejmować zarówno emisje bezpośrednie (w przypadku lotu samolotem – związane ze spalaniem paliwa) jak i pośrednie (np. związane z wyprodukowaniem samolotu, dostarczeniem paliwa, prądu w terminalu lotniskowym itd.). Te drugie jednak są bardzo trudne do oszacowania i rzadko uwzględniane np. w dostępnych na stronach linii lotniczych kalkulatorach śladu węglowego pasażera. Dlatego w tym tekście skoncentrujemy się na emisjach bezpośrednich. 

Ogromna większość używanych obecnie samolotów napędzana jest paliwami produkowanymi z ropy naftowej. Paliwem do silników odrzutowych i turbośmigłowych jest nafta lotnicza (kerozyna), zaś paliwem do silników tłokowych, stosowanych w części samolotów śmigłowych – benzyna lotnicza (ang. aviation gasoline, w skrócie avgas).

Spalanie takich paliw w silnikach samolotu wiąże się rzecz jasna z emisją dwutlenku węgla (CO₂). Jakiego rzędu jest emisja CO₂ przypadająca na jeden lot? I jak duży jest „ślad węglowy” naszej podróży, czyli emisja w przeliczeniu na jedną podróżującą osobę? 

To oczywiście zależy od tego gdzie lecimy: im dalej, tym większe emisje. Nie jest to jednak aż tak prosta zależność, jakby się mogło wydawać.  Emisje CO₂ nie są dokładnie proporcjonalne do pokonanej przez samolot odległości, choć w pierwszym przybliżeniu można tak założyć. Na przykład, przy krótszych lotach proporcjonalnie większy udział w całkowitej emisji ma emisja przy starcie i wznoszeniu samolotu.

Nie bez znaczenia jest też to, jakie linie lotnicze wybierzemy.

Lot przez Atlantyk to kilkaset kilogramów CO₂ na osobę

Powiedzmy, że korzystamy z usług naszego narodowego przewoźnika – Polskich Linii Lotniczych „LOT”, i że udajemy się do Lizbony. To jeden z dłuższych lotów, jaki możemy odbyć w Europie. Podróż w jedną stronę to 228 kg wyemitowanego CO₂  na głowę; w obie strony zatem: 456 kg CO₂. 

A wyprawa samolotem na drugą stronę Atlantyku? Z londyńskiego Heathrow do nowojorskiego JFK: 460 kg, w obie strony 920 kg. Z Warszawy do Chicago: 624 kg CO₂  w jedną stronę, w sumie 1248 kg, czyli 1,25 tony CO₂.

Kalkulatory emisji lotniczych

Podane wyżej liczby pochodzą z kalkulatora emisji lotniczych. Tu akurat z tego, który znajdziemy na stronie PLL LOT. Oczywiście, nie tylko „LOT” ma takie kalkulatory, inne linie lotnicze również. Na przykład Scandinavian Airlines (SAS). Użyjmy ich kalkulatora by policzyć emisję CO₂ zawiązane z podróżą na trasie Londyn (Heathrow) – Nowy Jork Newark (EWR, bo SAS najwyraźniej nie lata na lotnisko JFK). Dostaniemy 330 kg (w jedną stronę), a nie 460 kg jak w przypadku kalkulatora LOT .

Skąd ta różnica? Prawdopodobnie głównie stąd, że każdy przewoźnik ma inną flotę. A poszczególne modele samolotów różnią się przecież ilością paliwa zużywanego na kilometr lotu oraz liczbą miejsc siedzących.

Efektywność różnych linii lotniczych, mierzoną w „pasażero-kilometrach” przypadających na litr paliwa (pax-km/L) znajdziecie na przykład w raportach The International Council on Clean Transportation (ICCT). Z polskiej perspektywy szczególnie istotny jest przypadek lotów transatlantyckich. Z danych ICCT widać wyraźnie, że różnica między najmniej a najbardziej efektywnym przewoźnikiem jest tam całkiem spora – o czynnik 1,6 (dane za rok 2017).

Emisje CO₂ warto policzyć samodzielnie

Czy możemy ufać kalkulatorom linii lotniczych? Cokolwiek na ten temat uważamy, warto spróbować oszacować ślad węglowy lotu na własną rękę – można się przy okazji sporo dowiedzieć. Nie chodzi o bardzo dokładne wartości, ale o rząd wielości. Zainteresowane osoby znajdą takie oszacowanie na końcu tekstu. 

Dwutlenek węgla to nie wszystko

Wróćmy jeszcze na chwilę do dostępnych w sieci kalkulatorów emisji z samolotów. Ale nie do tych, których dostarczają nam linie lotnicze, a na przykład do tego który przygotował dla nas the Guardian.

Zapytajmy znów o ślad węglowy lotu z Londynu (Heathrow) do Nowego Jorku (JFK). Otrzymamy następujące informacje:

Lot z Londynu (Heathrow) do Nowego Jorku (John F. Kennedy) i z powrotem generuje ok. 986 kg CO₂ . W 56 krajach świata statystyczna osoba wytwarza mniejszą ilość CO₂  w ciągu całego roku.

Samoloty powodują także inne istotne efekty, wpływające na ocieplenie (Planety). Oszacowanie dla Twojego lotu wskazuje, że stanowią one równowartość dodatkowych 1877 kg CO₂.

Widzimy że ilość wyemitowanego CO₂ z grubsza zgadza się z wynikiem z kalkulatorów LOTu, a trochę gorzej z kalkulatorem SAS (zgadza się jeśli chodzi nam o rząd wielkości, a nie o dokładną wartość).

Dowiadujemy się też, w ilu krajach świata średni ślad węglowy jednej osoby – wszystkiego co robi w ciągu roku – jest mniejszy niż ślad węglowy naszego jednego lotu. Cóż, nie od dziś wiadomo, że latanie to jeden z najskuteczniejszych sposobów „nabicia” sobie wysokiej indywidualnej emisji. I w drugą stronę: że ograniczanie latania bardzo zmniejsza nasz ślad węglowy. Warto też pamiętać, że ogromna większość ludzkości nigdy nie leciała samolotem. O raz o tym, że za większość emisji z lotnictwa odpowiada mała część latających (czytaj także Jak dużym problemem dla klimatu jest lotnictwo? Zapytaliśmy eksperta).

Zanieczyszczenia i smugi kondensacyjne

Okazuje się wreszcie, że nasz lot ma znacznie większy wpływ na klimat niż by to wynikało z samej emisji CO₂. Dlaczego? Czym są te „inne istotne efekty”  powodowane przez samoloty, o których informuje nas kalkulator? 

Poza dwutlenkiem węgla silniki samolotu emitują też wiele innych substancji, które mają pośredni lub bezpośredni wpływ na klimat: sadzę, tlenki azotu, dwutlenek siarki, węglowodory i wodę (Lee i in., 2021). Część z nich odpowiada za tworzenie smug kondensacyjnych (to te białe ślady, widoczne często za samolotem), a szerzej – wpływa na powstawanie i właściwości chmur. Smugi kondensacyjne (ang. contrails, skrót od „condensation trails”) ogrzewają naszą planetę jeszcze silniej (mają większe wymuszenie radiacyjne) niż emitowany przez samoloty dwutlenek węgla (Kärcher 2018).

Po uwzględnieniu smug kondensacyjnych i emisji innych niż dwutlenek węgla substancji okazuje się, że wpływ lotnictwa pasażerskiego na klimat może być nawet dwa do trzech razy większy niż wynikałoby tylko z emisji CO₂. Ślad węglowy, liczony w kilogramach czy tonach CO₂ należy więc jeszcze przemnożyć przez korygujący współczynnik z przedziału między 2 a 3. Przykładowo, w pracy (Klöwer i in., 2021) znajdziemy dla tego współczynnika wartość równą 2,6.

Nie tylko omawiany tu kalkulator the Guardian uwzględnia wpływ czynników innych niż emisja CO₂. W sieci znajdziemy też wiele innych takich kalkulatorów. Proszę zwrócić uwagę, że kalkulator SAS, z którego wyżej korzystaliśmy, podaje co prawda wartości emisji substancji innych niż CO₂, ale nic nie mówi o ich wpływie na klimat (żeby zobaczyć te wyniki, trzeba kliknąć w Detailed results) Z kolei kalkulator LOT o innych niż CO₂ zanieczyszczeniach i ich wpływie na klimat nie podaje w ogóle żadnych informacji.

O tym, jaki wpływ na ocieplenie klimatu mają inne niż CO₂ substancje emitowane przez lotnictwo i jak się ten dodatkowy wpływ oblicza napisaliśmy w tekstach Wpływ lotnictwa na klimat – CO2 i inne substancje emitowane przez samoloty oraz Wpływ lotnictwa na klimat – smugi kondensacyjne i chmury. Warto jednak podkreślić, że obliczenia takie są obarczone niepewnością znacznie większą niż w przypadku wpływu emisji CO₂. 

Im wygodniej, tym większy ślad węglowy

Wróćmy do emisji dwutlenku węgla. Emisja „na głowę” zależy tu oczywiście także od wypełnienia samolotu pasażerami. Całkowita emisja CO₂ związana z przelotem konkretnego typu samolotu na określonej trasie (a więc i jego wpływ na klimat) jest mniej więcej stała, niezależnie od liczby pasażerów. Jeśli jednak zajętych jest 100% miejsc, to emisja CO₂ przypadająca na jednego pasażera jest około dwukrotnie mniejsza niż wtedy gdy samolot leci w połowie pusty (czyli kiedy współczynnik wypełnienia jest równy 50%).

Jednak pierwszy przypadek jest, rzecz jasna korzystniejszy o tyle, że przy tej samej emisji CO₂ przewieziemy dwukrotnie więcej osób. W tym sensie, ścisk i tłok w samolocie, którego jako pasażerowie mamy prawo nie lubić (a który lubią przewoźnicy, bo oznacza dla nich większy zysk) jest znacznie lepszy niż duża ilość pustych miejsc.

Z tego samego powodu emisja przypadająca na osobę zależy od tego, w jakiej latamy klasie. Im wygodniejsze warunki podróży, tym więcej miejsca w samolocie zajmujemy my i nasz bagaż. Wszystkie podane wyżej wartości śladu węglowego odnoszą się do klasy ekonomicznej. W przypadku klasy biznesowej trzeba je pomnożyć mniej więcej przez 3, w przypadku pierwszej klasy – nawet ok. 9 razy (dane z raportu Banku Światowego). Czyli znów – osoby latające wygodnie mają dużo wyższy ślad węglowy niż te, które podróżują stłoczone niczym sardynki w puszce.

Porównanie z typowym osobistym śladem węglowym

Podane wyżej liczby – ślady węglowe różnych przykładowych lotów – nie muszą nam wiele mówić. Warto je więc porównać z całkowitym rocznym śladem węglowym statystycznej osoby mieszkającej w Polsce: około 8-9 ton CO₂ , albo statystycznego mieszkańca globu – ok. 4,5 tony. (Dokładna wartość obu tych liczb zależy od danego roku.) 

Licząc średni ślad węglowy mieszkańców danego kraju czy całego świata bierzemy oczywiście pod uwagę emisje CO₂ ze wszystkich źródeł – te związane z transportem, ogrzewaniem, produkcją energii elektrycznej, żywności itd. Podkreślmy też raz jeszcze: te 8-9 ton CO₂ dla Polski to wartość średnia, a przecież ślad węglowy każdej i każdego z nas mocno zależy od naszego stylu życia. 

W szczególności, jeśli dużo latamy, nasz ślad węglowy może być znacznie wyższy niż średnia.

Całkowita emisja dwutlenku węgla związana z lotem

A jeśli nie chodzi nam o ślad węglowy pasażera, tylko o całkowitą emisję CO₂ związaną z danym lotem? Wróćmy do naszych przykładów.

Lot do Lizbony jest najprawdopodobniej realizowany przez modele samolotów zużywające ok. 3 kg paliwa na kilometr. Muszą one pokonać dystans 2750 km. Dostajemy więc w jedną stronę zużycie paliwa równe ok. 8,25 tony, a zatem emisję CO₂ około 24,75 tony (dane i zgrubne obliczenia znajdziecie na końcu tekstu). Dla uproszczenia zakładam że lot jest bezpośredni, w rzeczywistości możemy mieć przesiadkę np. w Zurychu.

A całkowite zużycie paliwa i emisja na trasie Londyn – Nowy Jork (5540 km)? Jeśli polecimy nowoczesnym Boeingiem 787-9 Dreamliner, dla którego modelu zużycie paliwa mieści się w przedziale od 5,5 do 6 kg na km, dostaniemy emisję CO₂ rzędu 90-100 ton. Jeśli zaś lecielibyśmy większym Boeingiem 747-8 (te samoloty ma w swojej flocie na przykład Lufthansa), całkowita ilość CO₂ wyemitowana przez silniki samolotu byłaby prawie dwa razy większa.

O tym, jak lotnictwo wpływa na ziemski klimat, ale już z perspektywy globalnej, a nie przez pryzmat indywidualnego śladu węglowego piszemy więcej w artykułach Wpływ lotnictwa na klimat – CO2 i inne substancje emitowane przez samoloty oraz Wpływ lotnictwa na klimat – smugi kondensacyjne i chmury.

Czy można zrekompensować swoje emisje związane z lataniem?

A inaczej, „odkupić swoją ekologiczną winę” wiążącą się z podróżą samolotem? Czy programy „kompensacji emisji” naprawdę coś dają? Na przykład na stronach naszego narodowego przewoźnika możemy przeczytać m. in.

W ramach DestinationECO pasażerowie LOT-u będą mogli wesprzeć m. in. program Leśnych Gospodarstw Węglowych i tym samym częściowo zrównoważyć ślad węglowy swojego rejsu.

Program DestinationECO powstał w trosce o środowisko naturalne. Poprzez udział w dobrowolnym programie możesz skompensować emisję CO₂  Twojego lotu, przekazując niewielką kwotę na zniwelowanie śladu węglowego danego rejsu.

Podobne usługi oferują także inne linie lotnicze – są zresztą one zasadniczym elementem ich planów redukcji emisji. Ponieważ dekarbonizacja samej branży lotniczej jest na razie bardzo trudna technicznie (o czym więcej za chwilę), płaci ona innym podmiotom za redukcję emisji. Lub, tak jak w przypadku PLL LOT – za działania zwiększające pochłanianie CO₂ z atmosfery.

Jednak śledztwo, przeprowadzone wspólnie przez the Guardian oraz Greenpeace pokazało, że działania zmierzające „kompensacja emisji” przez linie lotnicze bywają bardzo mało wiarygodne. I – co pewnie nie będzie żadną niespodzianką – mogą nie dawać pożądanego rezultatu jeśli chodzi o redukcje emisji (dyplomatycznie rzecz ujmując). Wśród „prześwietlonych” firm mamy m. in British Airways i easyJet.

Czy lotnictwo może mniej szkodzić klimatowi?

To temat na osobny tekst, ale w największym skrócie – tak. Rozwiązania technologiczne w zasadzie mogłyby bardzo obniżyć „ślad węglowy” naszych podróży. 

Pierwszym rozwiązaniem są samoloty napędzane silnikami na wodór lub silnikami elektrycznymi, które nie emitują dwutlenku węgla. Tyle że niestety na duże samoloty wodorowe, a tym bardziej elektryczne przyjdzie nam jeszcze długo poczekać (znana firma lotnicza Airbus zapowiedziała premierę 3 modeli samolotów napędzanych wodorem na rok 2035).

Istnieją również tak zwane „zrównoważone paliwa lotnicze” (ang. sustainable aviation fuel, SAF). Ich skład chemiczny jest podobny do paliw konwencjonalnych (mieszanina odpowiednich węglowodorów), ale są to produkowane z roślin biopaliwa. W przyszłości mogą to być też syntetyczne paliwa węglowodorowe, produkowane z pochłanianego z atmosfery dwutlenku węgla oraz z wodoru, wytwarzanego w procesie elektrolizy przy użyciu energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł niskoemisyjnych (energetyka wiatrowa, wodna, słoneczna i jądrowa). Ślad węglowy takiego paliwa mógłby być bliski zeru. Na razie jednak globalny udział tych „zrównoważonych paliw” jest bardzo niewielki.

A jeśli chodzi o biopaliwa, to wcale nie muszą być one przyjazne dla klimatu – w zależności od tego, z czego i jak są wytwarzane, mogą mocno różnić się między sobą jeśli chodzi o redukcję emisji CO₂ (w porównaniu do konwencjonalnego paliwa lotniczego).

Okazuje się też, że nawet przy użyciu już dziś dostępnych technologii można minimalizować powstawanie smug kondensacyjnych i ich wpływ na klimat. Na przykład odpowiednio dobierając trasę lotu. Pomóc może też zmniejszenie ilości emitowanej przez samoloty sadzy i związków siarki, co można osiągnąć zmieniając skład paliw i poprawiając warunki spalania w silnikach lotniczych (Kärcher 2018) (chodzi tu o silniki wykorzystujące paliwa węglowodorowe, nie zaś o alternatywne rodzaje napędu takie jak silniki wodorowe czy elektryczne). 

Choć ważne i potrzebne, działania zmniejszające wymuszenie radiacyjne związane ze smugami kondensacyjnymi nie powinny być jednak traktowane jako alternatywa dla dekarbonizacji sektora lotniczego. 

Jakub Jędrak, konsultacja merytoryczna: dr Michał Czepkiewicz

Artykuł jest zmodyfikowaną wersją tekstu, który ukazał się na portalu Smoglab.

The post Jak duży ślad węglowy ma podróż samolotem? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Lotnictwo odpowiada za 2-3% emisji dwutlenku węgla związanych z działalnością człowieka.  Samoloty emitują też m. in. tlenki azotu, sadzę oraz dwutlenek siarki. Sadza i powstające z dwutlenku siarki aerozole siarczanowe bezpośrednio oddziałują z promieniowaniem, co zaburza bilans radiacyjny Ziemi. Wpływ na ziemski system klimatyczny mają też procesy związane z obecnością w atmosferze tlenków azotu (patrz Wpływ lotnictwa na klimat – CO2 i inne substancje emitowane przez samoloty).

Jednak wpływ transportu lotniczego na klimat nie kończy się na tym. Jeśli popatrzymy na wartość wymuszania radiacyjnego (pojęcie to wyjaśniliśmy w poprzednim tekście), to okaże się, że największe znaczenie ma jeszcze inne zjawisko. Zjawisko, które większość z nas dobrze zna, ale niekoniecznie kojarzy z globalnym ociepleniem. Chodzi o smugi kondensacyjne (ang. condensation trails, w skrócie contrails). To te dobrze widoczne gołym okiem białe ślady zostawiane na niebie przez samoloty. Z fizycznego punktu widzenia są to chmury lodowe powstające w wyższych warstwach troposfery, na wysokości 8–13 km, gdzie temperatura jest niższa niż -35°C. Czyli właśnie tam, gdzie najczęściej latają rejsowe samoloty pasażerskie.  

Jak powstają smugi kondensacyjne? 

Jak wiemy, spaliny silników lotniczych składają się przede wszystkim z dwutlenku węgla i wody (pary wodnej). Kiedy gorące spaliny spotykają się z zimnym powietrzem, zawarta w nich para wodna kondensuje i powstają małe kropelki ciekłej wody. Kropelki z kolei szybko zamarzają, tworząc kryształki lodu – szczegóły znajdziesz w opisie rysunku poniżej.  

Powstawaniu kropelek ciekłej wody z pary wodnej sprzyja obecność w powietrzu jąder kondensacji, czyli małych drobinek, na których skrapla się para. Mogą one już znajdować się w powietrzu na trasie przelotu, ale ich istotnym źródłem są też silniki samolotu. Jądrami kondensacji mogą być choćby znajdujące się w spalinach cząstki sadzy.

Smugi kondensacyjne mogą powstawać również na niższych wysokościach, o ile tylko powietrze jest odpowiednio zimne i wilgotne. Za ich powstawanie odpowiadają nie tylko silniki odrzutowe. Istnieją zdjęcia z czasów II Wojny Światowej, przedstawiające samoloty śmigłowe (napędzane silnikami tłokowymi), tworzące wyraźne smugi kondensacyjne.

Smugi kondensacyjne mogą tworzą się też na końcach skrzydeł samolotu. Jednak w takim wypadku ich powstawanie nie ma nic wspólnego z substancjami emitowanym z silników. Sam przelot samolotu powoduje zaburzenie ciśnienia: powietrze jest lokalnie rozprężane, a więc i ochładzane, a to może powodować kondensację pary wodnej.

Chmury tworzone przez samoloty 

Czas życia smug kondensacyjnych zależy od lokalnych warunków w atmosferze: od temperatury i wilgotności powietrza na trasie przelotu. Nas interesują tu smugi kondensacyjne, które istnieją dłużej niż 10 minut, a które Światowa Organizacja Meteorologiczna określa jako Cirrus homogenitus (smugi, które znikają w krótszym czasie, mają znikomy wpływ na klimat). 

Bardziej precyzyjnie, istniejące dłużej niż 10 minut chmury określane są jako (długożyciowe) smugi kondensacyjne (cirrus homogenitus, ang. persistent contrails) jeśli zachowują swój liniowy kształt. W przeciwnym razie mówimy o chmurach pierzastych pochodzenia lotniczego (cirrus homomutatus, ang. contrail cirrus). Cirrus homomutatus jest to więc smuga kondensacyjna, która już się „rozwiała” i trudno ją odróżnić od naturalnej chmury typu cirrus, szczególnie jeśli nie znamy całej historii powstania takiej chmury. Tym bardziej, że dane obserwacyjne wciąż są tu skąpe (Kärcher, 2018). 

Zbiorczo te dwa typy chmur (cirrus homogenitus oraz cirrus homomutatus) można nazywać chmurami pochodzenia lotniczego (ang. aircraft-induced clouds). To jedyne chmury lodowe powstające w wyniku działalności człowieka.

Jak smugi kondensacyjne wpływają na klimat? 

Tak jak naturalne chmury pierzaste, również smugi kondensacyjne i powstające z nich chmury pierzaste cirrus homomutatus oddziałują z promieniowaniem elektromagnetycznym. Po pierwsze, odbijają w przestrzeń kosmiczną krótkofalowe promieniowanie słoneczne, co ma efekt chłodzący. Zatrzymują też jednak emitowane przez powierzchnię Ziemi długofalowe promieniowanie podczerwone, a to z kolei prowadzi do ocieplania klimatu. Drugi z wymienionych efektów jest silniejszy, więc wypadkowy wpływ smug kondensacyjnych i powstających z nich chmur na klimat jest ogrzewający. 

Efektywne wymuszanie radiacyjne związane ze smugami kondensacyjnymi (ERF) jeszcze w roku 2005 szacowano na 34,8 [10, 59] mW/m², w 2011 na 44,1 [13, 75] mW/m² a w 2018 już na 57,4 [17, 98] mW/m² (Lee i in., 2021). Wartości te obliczono jako średnią arytmetyczną z kilku różniących się między sobą oszacowań, jakie można znaleźć w publikacjach poświęconych tej tematyce. Widzimy, że podobnie jak choćby w przypadku bezpośredniego wpływu aerozoli siarczanowych czy sadzy, dla każdej z trzech podanych wyżej liczb odpowiadający przedział ufności jest szeroki. A to oznacza, że wartości efektywnego wymuszania radiacyjnego znana są ze stosunkowo niewielką dokładnością. 

Jeśli porównamy wartości efektywnego wymuszania radiacyjnego dla wszystkich wymienionych do tej pory procesów związanych z transportem lotniczym (emisja dwutlenku węgla, tlenków azotu, bezpośrednie oddziaływanie sadzy i aerozoli siarczanowych z promieniowaniem, lekkie zwiększenie zawartości pary wodnej w stratosferze) to okaże się że chmury pochodzenia lotniczego: smugi kondensacyjne i powstające z nich chmury typu cirrus łącznie odpowiadają za więcej niż połowę całego efektywnego wymuszania radiacyjnego związanego z lotnictwem. Wkład cirrus homomutatus jest przy tym ok. cztery razy większy niż długożyciowych smug, patrz (Kärcher, 2018).  

Z przytoczonych wyżej danych wynika, że podobnie jak w przypadku CO₂, wpływ chmur pochodzenia lotniczego na klimat rósł szybko w ostatnich dwóch dekadach. W pracy opublikowanej niedługo przed pandemią (Bock i Burkhardt 2019) przewidywano, że jeśli rozwój lotnictwa będzie postępował w takim tempie jak do tej pory, to do roku 2050 ocieplający wpływ smug kondensacyjnych i powstających z nich chmur pierzastych wzrośnie ok. trzykrotnie: wartość związanego z nimi wymuszania radiacyjnego dojdzie do 160-180 mW/m². 

Pośrednie oddziaływanie aerozoli: wpływ lotnictwa na chmury naturalne

Aerozole pochodzenia lotniczego mogą też wpływać na proces powstawania i na własności chmur naturalnych (to jest innych, niż powstające ze smug kondensacyjnych chmury pierzaste). Modyfikacja własności chmur przekłada się z kolei na zmianę ich wpływu na bilans radiacyjny Ziemi, a więc i na klimat naszej planety. Chodzi tu przede wszystkim o emitowane przez silniki samolotów cząstki sadzy (aerozol pierwotny), a także o powstające ze znajdującego się w spalinach dwutlenku siarki (SO₂) aerozole siarczanowe (aerozol wtórny). Nazywamy to pośrednim efektem aerozolowym (w przeciwieństwie do bezpośredniego, o którym pisaliśmy w poprzednim artykule).

Niestety, obecny stan wiedzy wciąż jest niewystarczający by podać wiarygodne, ilościowe oszacowanie wymuszania radiacyjnego związanego z takimi procesami. Brakuje danych pomiarowych, zaś wyniki modelowania bardzo silnie zależą od przyjętych założeń. Dlatego nawet w najnowszych publikacjach poświęconych wpływowi lotnictwa na klimat (Kärcher, 2018, Lee i in., 2021) wciąż nie znajdziemy jednej, konkretnej wartości wymuszania radiacyjnego dla pośrednich efektów aerozolowych, choćby nawet wyznaczonej z bardzo szerokim przedziałem ufności.

Jeśli chodzi o aerozole siarczanowe powstające z emitowanego przez samoloty SO₂, to najprawdopodobniej ich oddziaływanie na naturalne chmury ma wypadkowy efekt chłodzący, tak samo zresztą jak w przypadku aerozoli siarczanowych pochodzących z innych źródeł. I tak samo jak w przypadku bezpośredniego wpływu aerozoli siarczanowych na klimat (patrz Wpływ lotnictwa na klimat – CO2 i inne substancje emitowane przez samoloty). 

Jeszcze mniej wiemy o efektach związanych z sadzą. Nie wiadomo na przykład, jak skutecznie cząstki sadzy działają jako jądra kondensacji dla kryształków lodu w chmurach. Dlatego jeśli chodzi o wpływ obecnej w atmosferze sadzy na naturalne chmury nie tylko nie potrafimy wyznaczyć wartości wymuszania radiacyjnego. Na razie brak nawet konsensusu naukowego co do jego znaku! Krótko mówiąc, nie wiadomo nawet na pewno czy wpływ ten jest ogrzewający, czy chłodzący. 

Może być tak, jak sugerują wyniki niektórych symulacji: modyfikacja chmur przez sadzę pochodzącą z silników samolotów (a szerzej: przez wszystkie aerozole, za których obecność w atmosferze odpowiada lotnictwo) z nawiązką kompensuje ocieplający wpływ smug kondensacyjnych i powstających z nich chmur. Była by to bardzo dobra wiadomość, ale tego na nie możemy być pewni i nie powinniśmy zakładać. 

Dodatkowym źródłem niepewności jest to, że nie mamy wystarczającej wiedzy na temat liczby i rozmiarów cząstek sadzy emitowanych przez silniki lotnicze. Liczba emitowanych cząstek sadzy (podawana np. na kilogram spalonego paliwa) może w zależności od konkretnego silnika i paliwa różnić się nawet o dwa rzędy wielkości (czynnik 100). Współczynniki konwersji masa – liczba cząstek sadzy zostały opracowane dla niektórych faz lotu (konkretnie dla cyklu start – lądowanie, ang. LTO – Landing and Take-off cycle), ale już nie dla lotu na wysokości przelotowej, gdzie zazwyczaj samolot spędza najwięcej czasu i spala najwięcej paliwa. 

Na ile jesteśmy pewni tego, co wiemy o wpływie lotnictwa na klimat? 

Niektóre z opisanych wyżej mechanizmów oddziaływania transportu lotniczego na klimat znamy i rozumiemy lepiej, inne gorzej. Widać to dobrze już choćby tylko z porównania przedziałów ufności, z jakimi wyznaczona jest wartość efektywnego wymuszenia radiacyjnego dla różnych procesów. Najlepiej poznany (jak napisałoby IPCC – z wysokim poziomem pewności) jest wpływ emitowanego przez samolotu CO₂, dla którego jak widzieliśmy potrafimy dość precyzyjnie podać wartość wymuszenia radiacyjnego.

O średnim stopniu pewności możemy mówić w przypadku dwóch z czterech procesów związanych z emisjami tlenków azotu: zmniejszaniu stężenia metanu (CH₄) oraz krótkoterminowym zwiększaniu stężenia ozonu (O₃). Dla dwóch pozostałych procesów związanych z obecnością NO_x w atmosferze (zmniejszanie stężenia O₃ w dłuższej skali czasu i zmniejszanie ilość pary wodnej w stratosferze) stopień pewności naszej wiedzy oceniany jest jako niski. 

Podobnie jest jeśli chodzi o bezpośrednie oddziaływanie aerozoli (sadzy i siarczanów) z promieniowaniem oraz wpływ na klimat smug kondensacyjnych (cirrus homogenitus) i powstających z nich chmur pierzastych (cirrus homomutatus). W tym ostatnim przypadku luki w naszej wiedzy dotyczą choćby procesu transformacji smug w chmury. Najniższy stopień pewności mamy jeśli chodzi o pośredni wpływ aerozoli, czyli ich wpływ na naturalne chmury. Niepewność dotycząca wpływu lotnictwa na klimat zdominowana jest więc przez czynniki inne niż emisja CO₂.

Wpływ lotnictwa na klimat: podsumowanie

Lotnictwo cywilne – przede wszystkim loty pasażerskich samolotów odrzutowych – wpływają na klimat Ziemi na wiele sposobów. Jeśli popatrzymy na wartość wymuszania radiacyjnego, to okazuje się że najważniejszy jest wpływ smug kondensacyjnych i powstających z nich chmury pierzastych. Jest on większy nawet od wpływu wyemitowanego do tej pory przez samoloty dwutlenku węgla. 

Między tymi dwoma procesami jest jednak istotna różnica. Czas życia smug jest krótki, natomiast CO₂ pozostaje w atmosferze bardzo długo. Szerzej, względne znaczenie różnych procesów zawiązanych z lotnictwem zależy od skali czasu, w jakiej patrzymy na ich wpływ na ziemski klimat. W przypadku większości z nich (poza emisją CO₂) wpływ ten jest krótszy niż rok (w przypadku smug kondensacyjnych jedynie rzędu dni). Tylko w przypadku wpływu zmniejszania stężenia metanu przez tlenki azotu skala czasu jest dłuższa (dekady). 

Dlatego gdyby z nieba zniknęły nagle wszystkie samoloty, to silny, ogrzewający wpływ smug szybko spadł by do zera, natomiast wyemitowany przez samoloty dwutlenek węgla będzie ogrzewał naszą planetę jeszcze przez tysiące lat. Jednak jak długo samoloty będą latać i tworzyć smugi kondensacyjne, z których dodatkowo będą powstawać chmury pierzaste, tak długo będziemy mieć do czynienia z silnym, ocieplającym wpływem obu rodzajów chmur na klimat.

Jeśli weźmiemy pod uwagę zarówno emisje CO₂, jak i inne procesy związane z przelotami samolotów pasażerskich (w tym powstawanie smug kondensacyjnych i tworzących się z nich chmur pierzastych), okaże się, że wkład lotnictwa do efektywnego wymuszania radiacyjnego związanego z działalnością człowieka wyniósł w 2011 r.  ok. 3,5 proc. (Lee i in., 2021), a w kolejnych latach lekko wzrósł (do ok. 3,7 proc. – obliczone na podstawie ERF lotnictwa wyznaczonego przez  Lee i in., 2021 dla 2018 i całkowitego wymuszania antropogenicznego podanego dla 2019 w raporcie IPCC, 2021).  Do roku 2019 lotnictwo podgrzało Ziemię już o ok. 0,04 ± 0,02°C, z czego aż o 0,03°C od 1990 roku (Klöwer i in. 2021). Dla porównania, wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi od lat 1850-1900 do 2011-2020 wyniósł 1,09°C (IPCC, 2021). 

Przewiduje się, że do połowy tego stulecia lotnictwo będzie odpowiadało za wzrost temperatury Ziemi o ok. 0,1°C (dokładniej: 0.09 ± 0.04°C), z czego ponad połowa przypadnie na trzy najbliższe dekady (Klöwer i in. 2021). Przypomnijmy zaś, że celem, na który zgodziły się wszystkie kraje świata, jest w miarę możliwości zatrzymanie ocieplania się klimatu na poziomie 1,5°C względem epoki przedprzemysłowej, a dziś jesteśmy już na poziomie ocieplenia o 1,1°C. Jeśli nie podejmiemy odpowiednich działań ograniczających oddziaływanie tego sektora na klimat, jego wpływ na ocieplenie będzie oczywiście trwał także po roku 2050.    

Jakub Jędrak, konsultacja merytoryczna: dr Aleksandra Kardaś i prof. Szymon Malinowski

The post Wpływ lotnictwa na klimat – smugi kondensacyjne i chmury appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Substancje emitowane przez samoloty biorą udział w wielu procesach fizykochemicznych zachodzących w atmosferze. Między innymi powodują powstawanie smug kondensacyjnych, których wpływ na klimat jest jeszcze silniejszy niż wpływ dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania paliw lotniczych. O smugach kondensacyjnych i powstających z nich chmurach przeczytasz w drugiej części artykułu.

Współczesne lotnictwo umożliwia nam relatywnie łatwy, tani, szybki i bezpieczny sposób na dotarcie w praktycznie każdy zakątek naszej planety. Pełni więc bardzo ważną rolę gospodarczą i społeczną, ma również istotne znacznie dla rozwoju nauki i kultury. Niestety, transport lotniczy ma też silny wpływ na ocieplanie się naszej planety. Co ciekawe, w grę wchodzi tu nie jeden, a wiele mechanizmów, zjawisk i procesów fizykochemicznych. Spore znaczenie ma też fakt, że samoloty latają, a w związku z tym emitują różne substancje na znacznych wysokościach (kilku – kilkunastu kilometrów, czyli w górnej troposferze a czasem też dolnej stratosferze), gdzie mogą brać udział w innych procesach i wpływać na klimat nieco inaczej, niż gdyby były emitowane przy powierzchni Ziemi. Zacznijmy jednak od najbardziej oczywistego efektu związanego z wykorzystaniem samolotów:

Emisje CO₂

Większość współczesnych samolotów wciąż napędzanych jest paliwami produkowanymi z ropy naftowej. Silniki odrzutowe i turbośmigłowe spalają naftę lotniczą (kerozynę), a stosowane w części samolotów śmigłowych silniki tłokowe – benzynę lotniczą (ang. aviation gasoline, w skrócie avgas). 

Pomijając dodatki (np. środki biobójcze czy substancje zapobiegające korozji, a w przypadku benzyn lotniczych także tetraetyloołów), oba rodzaje paliw są mieszanką ciekłych węglowodorów. W przypadku najczęściej używanych typów nafty lotniczej (Jet A  i Jet A-1) są to głównie węglowodory zawierające od 8 do 16 atomów węgla na cząsteczkę. (Skład chemiczny nafty lotniczej zależy m. in. od składu, a więc od źródła ropy naftowej, z której nafta została wyprodukowana.) 

Stosowanie takich paliw wiąże się więc rzecz jasna z emisją dwutlenku węgla (CO₂) i wody (H₂O), produktów łączenia się węgla i wodoru z tlenem, ale także z emisją innych substancji – o czym więcej za chwilę. 

Globalna roczna emisja CO₂ związana z transportem lotniczym wynosi około miliarda ton. International Air Transport Association (IATA) szacuje ją na 1034 milionów ton (dane za rok 2018, patrz Lee i in., 2021). Mniejszą wartość podaje niezależna organizacja non-profit, International Council on Clean Transportation (ICCT): według niej cywilny transport pasażerski i towarowy był w roku 2018 odpowiedzialny za wyemitowanie ok. 918 mln ton CO₂, z czego większość (ok. 750 mln ton) przypadła na loty pasażerskie. To prawie tyle samo ile w roku 2018 wyniosła całkowita emisja CO₂ czwartej największej gospodarki świata, Republiki Federalnej Niemiec (754 mln ton). 

Różnice w podawanych wartościach emisji CO₂ mogą wynikać z różnic w metodyce obliczeń. Przykładowo, Lee i współautorzy dla okresu 1971–2016 lat szacowali emisje korzystając z danych Międzynarodowej Agencji Energii (MAE) dotyczących całkowitego zużycia paliw lotniczych (Lee i in., 2021). Są one zwykle o ok. 10% wyższe niż szacunki lotnictwa cywilnego, które bazują na liczbie, dystansach i pułapach rejestrowanych przelotów. Taka inwentaryzacja jest na ogół niekompletna, a realne spalanie paliwa większe niż zakładane. Dodatkowo, MAE bierze również pod uwagę emisje z lotnictwa wojskowego. A armie są sporymi emitentami CO₂. Na przykład szacuje się że w roku 2017 najpotężniejsza armia świata – armia USA – wyemitowała 59 milionów ton dwutlenku węgla (to więcej niż wynosi roczna emisja CO₂ m. in. Węgier, Portugalii, Finlandii czy Szwecji), z czego prawie połowa (28,5 mln ton) przypadła na spalanie nafty lotniczej (Crawford 2019). I chodzi tu nie tylko o loty samolotów bojowych, ale i o wojskowy transport lotniczy.

Niezależnie od metodologii, szacunki dla lotniczych emisji CO₂ są jednak dość zbliżone. Podobną wartość – ok. miliarda ton CO₂ z lotnictwa cywilnego – podaje się też dla roku 2019 (Klöwer i in. 2021).  Dla porównania, w każdym z lat 2017 – 2019 całkowita globalna emisja CO₂ ze spalania paliw kopalnych była rzędu 36-37 miliardów ton (GtCO₂), patrz 2019: Globalna emisja dwutlenku węgla wciąż rośnie. 

Udział lotnictwa w emisji CO₂ wynosi więc z grubsza między 2 a 3 procent całkowitej rocznej antropogenicznej emisji tego gazu cieplarnianego. Dokładna wartość zależy od roku, sposobu szacowania emisji z lotnictwa oraz tego, czy patrzymy na całą antropogeniczną emisję CO₂, (obejmującą emisję związaną ze spalaniem paliw kopalnych, biomasy, produkcją cementu, wypalaniem roślinności i związanymi z tym pożarami, czy innymi zmianami użytkowania terenu) czy też tylko na jej część związaną ze spalaniem paliw kopalnych.

Dwa-trzy procent globalnej emisji to wbrew pozorom całkiem sporo. Mówimy przecież nie o całym transporcie, a tylko o jednym jego sektorze. Tym bardziej, że jak podróże lotnicze są dostępne jedynie dla małej części ludzkości, o czym przeczytacie niedługo w naszym portalu, w kolejnym wywiadzie z dr. Michałem Czepkiewiczem.

Opowieść o spektakularnym wzroście, czyli krótka historia lotnictwa pasażerskiego 

W naszym tekście przytaczamy dane sprzed pandemii SARS-CoV-2. Robimy tak oczywiście dlatego, że liczby dla lat 2020-2021 odnoszą się do sytuacji bezprecedensowej, nie są więc w żaden sposób typowe ani reprezentatywne.  W wyniku wprowadzonych trakcie w pandemii obostrzeń i lockdownów, globalna emisja dwutlenku węgla zauważalnie spadła. A ze wszystkich sektorów największy (procentowo) spadek emisji dotyczył właśnie lotnictwa, w związku z odwołaniem znacznej części lotów (Le Quéré i in., 2020).

Ale pandemia to najprawdopodobniej jedynie chwilowe zaburzenie utrzymującego się przez dekady prawie nieprzerwanego trendu wzrostowego: wzrostu intensywności ruchu lotniczego, liczby wykonanych lotów, przewiezionych pasażerów. I niestety także ilości wyemitowanego dwutlenku węgla. W ciągu ostatnich ośmiu dekad – aż do pandemii – mieliśmy do czynienia z praktycznie stałym wzrostem emisji lotniczych. Wyjątkiem było małe tąpnięcie po kryzysie finansowym z lat 2008–2009, po którym nastąpiło jednak silne pokryzysowe „odbicie”. 

Jak pandemia COVID-19 wpłynęła na transport lotniczy? 
Obostrzenia związane z pandemią miały bardzo silny wpływ na intensywność ruchu lotniczego. W marcu i kwietniu 2020 przez wiele dni liczba lotów w Europie spadła poniżej 5 tysięcy dziennie, co oznaczało spadek o 80% w porównaniu z sytuacją sprzed pandemii. W lecie 2020 nastąpiło częściowe „odbicie” – liczba dziennych lotów przekroczyła 15 tysięcy. Jednak liczba podróży lotniczych znowu spadała z nadejściem jesieni (Klöwer i in. 2021).
Spowodowało to oczywiście spadek emisji CO₂ z sektora lotniczego. W czasie gdy ograniczenia były największe (kwiecień 2020) emisje „lotniczego” dwutlenku węgla były niższe nawet o 60% w stosunku średniej dla roku 2019. W liczbach bezwzględnych oznaczało to spadek nawet o 1,5 do 2 milionów ton dziennie, a dokładniej: -1,7 [-1,3, -2,2] MtCO₂ (Le Quéré i in., 2020). Średni spadek liczby lotów i emisji dla całego roku 2020 był oczywiście mniejszy. Globalnie, w porównaniu z rokiem 2019 liczba lotów zmniejszyła się w ciągu całego roku 2020 o 45%, podobnie zmniejszyła się też emisja dwutlenku węgla z sektora lotniczego (Klöwer i in. 2021). 
O ile chwilowe uziemienie lotów w 2020 roku miało relatywnie mały wpływ na emisje, znacznie większy może być wpływ długofalowy. Wciąż nie możemy dziś być jednak pewni, jak bardzo lotnictwo odczuje długotrwały wpływ pandemii. Ani też tego, w jakim stopniu wpłynie ona na aktualność tych prognoz rozwoju sektora lotniczego, które pochodzą sprzed kilku lat. Obecnie szacuje się, że podnoszenie się branży z kryzysu spowodowanego pandemią COVID-19 może zmniejszyć ocieplający wpływ lotnictwa w roku 2050 o ok. 10% (Klöwer i in. 2021)
To co wiemy na pewno już dziś, to to że w porównaniu z sytuacją sprzed pandemii mocno wzrosły ceny paliwa lotniczego. Oraz że – przynajmniej w Europie, gdzie łatwo znaleźć dane na ten temat – intensywność ruchu lotniczego (dzienna liczba lotów) jest dziś na poziomie prawie 90% wartości przed-pandemicznych. 

Coraz większe emisje CO₂ z lotnictwa

Popatrzmy na liczby. W latach 1970-2018 liczba podróży lotniczych wzrosła z 310 milionów do 4,3 miliarda rocznie (Klöwer i in. 2021). Z kolei liczba pasażerokilometrów w transporcie lotniczym wzrosła ze 109 miliardów w roku 1960 do 8269 miliardów w roku 2018. W tym samym okresie (1960 – 2018) roczne emisje CO₂ związane z ruchem lotniczym wzrosły prawie siedmiokrotnie (jeśli dla 2018 roku przyjmiemy wartość 1034 mln tCO₂/rok, patrz Lee i in., 2021). Jeszcze w drugiej połowie lat 60-tych emisje CO₂ generowane przez branżę lotniczą były cztery razy niższe niż w roku 2018, a w drugiej połowie lat 80-tych – dwa raz niższe. Szczególnie duży wzrost emisji nastąpił w latach 2013–2018: 4-5% rok, a w liczbach bezwzględnych 44 mln ton CO₂/rok (patrz Lee i in., 2021). Według niektórych źródeł w ciągu tych 5 lat emisje wzrosły nawet o 32% (ICTT, 2019), choć jak widzimy dane przytaczane przez  Lee i współautorów sugerują raczej „jedynie” wzrost o nieco ponad 20 procent.

Pomimo tak dużego wzrostu całkowitej emisji CO₂z lotnictwa na przestrzeni lat, udział procentowy tego sektora w całkowitej globalnej emisji dwutlenku węgla utrzymuje się na podobnym poziomie – między 2 a 3 procent. Po prostu w ciągu ostatnich kilku dekad emisja CO₂z innych sektorów również bardzo wzrosła. Ten procentowy udział może jednak wzrosnąć, jeśli lotnictwo będzie dekarbonizować się wolniej niż inne sektory. A jest to prawdopodobne, bo zmniejszenie emisji z transportu lotniczego jest szczególnie trudne technicznie. Choćby ze względu na jego silną zależność od paliw płynnych oraz długi czas użytkowania samolotów i infrastruktury (buduje się je z założeniem, że będą w użyciu przez kilkadziesiąt lat) (Gota i in., 2019). Przełom przyniosłyby  duże samoloty wodorowe lub z innego typu napędami bez- lub niskoemisyjnymi, jednak na nie przyjdzie nam poczekać jeszcze przynajmniej kilkanaście lat, a w najlepszym razie prawie dekadę.

Coraz większa wydajność lotnictwa

Z porównania wzrostu liczby pasażero-kilometrów i wzrostu emisji na przestrzeni lat (patrz np. OurWorldInData) widzimy, że w ostatnich dekadach nastąpił imponujący wzrost efektywności samolotów (zmniejszenie zużycia paliwa koniecznego do przewiezienia jednego pasażera na daną odległość). Ale po pierwsze, największy wzrost efektywności miał miejsce przed rokiem 1980. Po drugie, wzrost efektywności nie rekompensuje jeszcze większego wzrostu intensywności ruchu lotniczego, w wyniku czego obserwujemy tak znaczny wzrost emisji z tego sektora. 

Spojrzenie w przyszłość 

Według obliczeń ICAO (ICAO, 2016) podsumowanych przez Carbon Brief (Pidcock i Yeo, 2016), lotnicze emisje CO₂ w latach 2015-2050 mogą wyczerpać aż 27% pozostałego budżetu węglowego – ilości CO₂, jaką możemy jeszcze wyemitować i jednocześnie uniknąć ocieplenia klimatu o więcej niż 1,5 stopnia względem epoki przedprzemysłowej. Udoskonalenia samolotów i infrastruktury oraz całkowite przejście na biopaliwa mogłyby obniżyć ten udział do 12%. 

Chwilowe spadki emisji związane z pandemicznymi obostrzeniami najprawdopodobniej wiele tu niestety nie zmienią – ocenia się że pandemia oznacza opóźnienie ocieplającego wpływu transportu lotniczego na klimat o 5 lat. W artykule opublikowanym w zeszłym roku przewidywano że jeśli po pandemii wszystko „wróci do normy”, to emisja dwutlenku węgla z transportu lotniczego będzie rosnąć w tempie 3% na rok. W rezultacie do roku 2050 wzrośnie ponad dwukrotnie w stosunku do obecnego poziomu, przekraczając 2 mld ton CO₂ rocznie (Klöwer i in. 2021).

Jednym z powodów dla których prognozuje się tak duży wzrost emisji jest to, że (jak już wspominaliśmy) lotnictwo jest też sektorem szczególnie trudnym do zdekarbonizowania. Wzrost natężenia ruchu lotniczego z konieczności pociągnie więc też za sobą wzrost emisji. 

W jakim stopniu lotnicze emisje CO₂ dołożyły się do globalnego ocieplenia klimatu?

Wkład lotnictwa we wzrost stężenia CO₂

Czas przebywania CO₂ w atmosferze jest bardzo długi (znacznie dłuższy niż w przypadku aerozoli czy większości innych gazów cieplarnianych), dlatego określając wpływ lotnictwa na klimat, powinniśmy spojrzeć przede wszystkim na tzw. emisje skumulowane. Czyli na to, ile CO₂ wyemitowanego przez samoloty już trafiło do tej pory do atmosfery. 
Okazuje się, że okresie 1940–2019 transport lotniczy wyemitował 32,6 GtCO₂, z czego około połowę w ciągu ostatnich 20 lat (Lee i in., 2021). Odpowiada ok. 2% skumulowanej, historycznej emisji CO₂  dla całego świata. Albo jak kto woli, to prawie tyle, ile globalnie emitujemy przez rok spalając paliwa kopalne.

Można też na wpływ lotnictwa popatrzyć od jeszcze innej strony. Okazuje się że ta branża odpowiada za wzrost stężenia CO₂ w atmosferze o 2,4 – 2,9 ppm, z czego znowu połowa tego przyrostu to kwestia ostatnich dwu dekad (Lee i in., 2021). 

CO₂ z samolotów a wzrost temperatury

Wielkość emisji i stężenia CO₂ są bardzo ważne, ale jeszcze ważniejsze są konsekwencje nadmiaru dwutlenku węgla w atmosferze. Dotychczasowe emisje CO₂ za które odpowiada lotnictwo, już spowodowały ocieplenie naszej planety o 0,015°C. W zależności od tego, jak będzie przebiegał rozwój tej branży, wzrost średniej temperatury Ziemi związany z  wyemitowanym przez nią dwutlenkiem węgla do 2050 roku osiągnie 0,025°C–0,04°C (Klöwer i in. 2021).

CO₂ z samolotów a zmiana bilansu energetycznego Ziemi

Gazy cieplarniane wpływają na temperaturę Ziemi, zmieniając jej bilans energetyczny. Możemy więc zapytać, w jakim stopniu na bilans energetyczny naszej planety wpływa wyemitowany przez samoloty dwutlenek węgla. Do określenia tego wpływu używa się wielkości nazywanej wymuszaniem radiacyjnym. 

Wymuszanie radiacyjne (RF) i efektywne wymuszanie radiacyjne (ERF) 
Wymuszanie radiacyjne mówi nam jak bardzo obecność w atmosferze danego czynnika (na przykład gazu cieplarnianego) zmienia wypadkowy strumień energii niesionej przez promieniowanie na szczycie atmosfery (tak określamy jej górną granicę), czyli różnicę między strumieniem energii promieniowania skierowanego w dół i w górę. Dodatnie wymuszanie oznacza wzrost strumienia skierowanego w dół, a więc ocieplenie klimatu. Ujemne oznacza ochłodzenie. 
Strumień energii to ilość energii przechodząca przez jednostkę powierzchni (np. metr kwadratowy) w jednostce czasu (np. w ciągu sekundy). Dlatego jednostką w jakiej podaje się wartość wymuszania radiacyjnego są waty (albo miliwaty) na metr kwadrat (W/m², mW/m²). Wat jest jednostką mocy, definiowaną jako dżul (jednostka energii) na sekundę.  
W praktyce zmiana w składzie atmosfery (np. wzrost koncentracji danego gazu cieplarnianego) może jednak skutkować niemal natychmiastowym dostosowaniem temperatury poszczególnych warstw atmosfery, zawartości pary wodnej oraz zachmurzenia do nowej sytuacji. Te dodatkowe zmiany również zmieniają bilans energetyczny atmosfery (jedne go zwiększają, inne zmniejszają, w różnym stopniu). Dlatego uzasadnione jest też wielkości zwanej efektywnym wymuszaniem radiacyjnym (ERF), mówiącej o łącznym wpływie interesującego nas czynnika (np. zmiany koncentracji CO₂) i wspomnianych wyżej, szybko następujących efektów.
Obliczenie ERF jest trudniejsze (np. wymaga dłuższych symulacji) niż w przypadku RF. Za to ERF jest lepszym wskaźnikiem w tym sensie, że lepiej opisuje odpowiedź systemu klimatycznego, odpowiedź manifestującą się ostatecznie wzrostem średniej temperatury Ziemi. W pracach poświęconych oddziaływaniu transportu lotniczego jako miary wpływu różnych czynników i procesów na klimat używa się zarówno RF (patrz np. Lee i in., 2021, Klöwer i in. 2021, Kärcher, 2018, Bock i Burkhardt 2019) jak i ERF (Lee i in., 2021). 

Wymuszanie radiacyjne dla CO₂ jest dodatnie (nadmiar dwutlenku węgla ogrzewa planetę), a najnowsze jego oszacowanie (średnia z trzech zbliżonych wartości dla trzech różnych modeli klimatycznych) to 34,3 [31, 38] mW/m² (Lee i in., 2021). Widać więc, że wartość ta znana jest ze stosunkowo dużą dokładnością – przedział ufności (podany w nawiasie) jest relatywnie wąski. 

Wartość efektywnego wymuszania radiacyjnego (ERF) jest dla emitowanego przez lotnictwo CO₂ taka sama jak dla wymuszania radiacyjnego (zakłada się, że dla CO₂ stosunek ERF do RF jest równy jedności): 34,3 mW/m² , ale wyznaczona z nieco szerszym przedziałem ufności [28, 40] mW/m² (Lee i in., 2021). Dla porównania, całkowite antropogeniczne wymuszanie radiacyjne wyniosło w 2019r. 2720 mW/m² (IPCC, 2021).

Lotnicze emisje CO₂ mają zauważalny wpływ na klimat.  Ale wpływ lotnictwa nie kończy się na tym. Jakie jeszcze substancje pojawiające się w spalinach lotniczych zmieniają bilans energetyczny Ziemi?

Nie tylko CO₂

Gdyby:

1. paliwo lotnicze nie zawierało żadnych pierwiastków poza węglem i wodorem, 
2. jego spalanie było całkowite, 
3. następowało w czystym tlenie,

to jedynymi substancjami chemicznymi emitowanymi przez silniki samolotów byłyby woda (H₂O) i dwutlenek węgla (CO₂). 

Jednak choć ogromną większość masy spalin faktycznie stanowią CO₂ i H₂O (z każdego kilograma paliwa powstaje ok. 3,16 kg CO₂ i ok. 1,23 kg H₂O), w rzeczywistości żadne z tych trzech wyżej wymienionych założeń (a, b, c) nie jest spełnione. Dlatego samoloty emitują również inne substancje: dwutlenek siarki (SO₂), sadzę i tlenki azotu (NO_x). Substancje te biorą udział w szeregu procesów fizykochemicznych i w rezultacie bezpośrednio lub pośrednio wpływają na klimat (choć ich wypadkowe wpływy znamy z mniejszą dokładnością, niż wpływ CO₂). W tej części artykułu skupimy się na efektach bezpośrednich, z drugiej dowiesz się o wpływie niektórych z tych substancji na powstawanie i czas życia chmur (patrz Wpływ lotnictwa na klimat – smugi kondensacyjne i chmury). 

Sadza

Ponieważ proces spalania w silnikach nie jest pełny (spalanie węglowodorów wchodzących w skład  nafty lotniczej nie jest całkowite), nie cały zawarty w paliwie pierwiastkowy węgiel utlenia się do dwutlenku węgla. Część węgla emitowana jest do atmosfery w postaci sadzy: drobinek (cząstek) o średnicy kilkunastu, kilkudziesięciu nanometrów.

Współczynnik emisji dla sadzy przyjmuje się równy 0,03 g/kg paliwa, co odpowiada emisji ok. 2*10¹⁴ cząstek (a nie cząsteczek!) sadzy na kilogram zużytego paliwa. Wartość ta zależy jednak mocno od warunków spalania i rodzaju paliwa. Roczną globalną emisję sadzy z transportu lotniczego szacuje się na ok. 93 tysiące ton (Lee i in., 2021, dane za rok 2018.)

Wpływ sadzy na klimat może być zarówno bezpośredni (oddziaływanie z promieniowaniem) jak i pośredni (wpływ na powstawanie i własności chmur). Tu mówimy tylko o wpływie bezpośrednim, do innych efektów związanych z obecnością sadzy wrócimy w drugiej części naszego artykułu.

Sadza absorbuje promieniowanie widzialne (dlatego zresztą wydaje nam się czarna), co prowadzi do ocieplenia klimatu. Związane z tym procesem wymuszanie radiacyjne jest zatem dodatnie i według ostatnich obliczeń wynosi 0,9 mW m² [0,1, 4,0] (Lee i in., 2021). Jak widać, wartość ta jest obarczona sporą niepewnością: zawiera się w szerokim przedziale ufności od 0,1 do 4,0 mW/m². 

Aerozole siarczanowe

Paliwa lotnicze zawierają siarkę, zwykle w postaci różnych organicznych związków tego pierwiastka. W wyniku utleniania zawartej w paliwie siarki powstaje przede wszystkim dwutlenek siarki (SO₂). Przyjmuje się że emisja tej substancji to ok. 1,2 g SO₂/kg paliwa (zakładając zawartość siarki w paliwie na poziomie 600 ppm, patrz Lee i in., 2021). 

W wyniku dalszych reakcji chemicznych i procesów zachodzących w atmosferze z dwutlenku siarki powstają aerozole siarczanowe. Podobnie jak w przypadku sadzy, mają one zarówno bezpośredni  jak i pośredni wpływ na klimat. Wpływ bezpośredni aerozoli siarczanowych polega na rozpraszaniu promieniowania słonecznego. Dzięki temu chłodzą one naszą planetę, a ich wymuszanie radiacyjne jest ujemne: -7.4 [-19,  -3] mW/m²  (z powodu braku jakichkolwiek oszacowań, tak dla sadzy jak i aerozoli siarczanowych stosunek ERF/RF przyjmuje się za równy jedności).

Dlatego wprowadzenie paliw lotniczych o niskiej zawartości siarki (co rozważa się w celu zmniejszania negatywnego oddziaływania spalin na zdrowie ludzkie) zneutralizowałoby część chłodzącego efektu związanego z aerozolami siarczanowymi i nieco zwiększyło ocieplający wpływ lotnictwa na klimat. Wpływ pośredni aerozoli siarczanowych na klimat jest bardziej złożony, i napiszemy o nim w drugiej części artykułu.

Tlenki azotu

Silniki samolotów emitują też tlenki azotu. Przez „tlenki azotu” rozumiemy tu tlenek (NO) i dwutlenek (NO₂), co krótko zapisuje się jako NO_x (x = 1 lub 2). Żadnego z tych dwu związków nie należy mylić z ważnym gazem cieplarnianym: podtlenkiem azotu N₂O. 

Emisja NO_x wynosi ok. 15 g/kg paliwa (Lee i in., 2021), czyli jest o dwa rzędy wielkości mniejsza niż emisja dwóch głównych składników spalin: pary wodnej i dwutlenku węgla. Ta stosunkowo duża wartość wynika z faktu, że spalanie paliwa lotniczego nie odbywa się w czystym tlenie, ale w powietrzu atmosferycznym. W wysokich temperaturach, jakie występują w procesie spalania, zawarty w powietrzu azot łączy się z tlenem tworząc tlenek azotu NO. NO z kolei szybko utlenia się do NO₂. Sytuacja jest tu więc inna niż w przypadku siarki i dwutlenku siarki SO₂ – mamy do czynienia z emisją NO₂  nawet jeśli paliwo lotnicze nie zawiera praktycznie w ogóle związków azotu (albo zwiera jedynie śladowe ich ilości). 

Jeśli chodzi o oddziaływanie na klimat naszej planety, to tlenki azotu mają na niego istotny wpływ pośredni (Lee i in., 2021):

1. zmniejszają stężenie metanu (CH₄), ważnego gazu cieplarnianego, co przekłada się na ujemne efektywne wymuszanie radiacyjne (-21,2 [− 40, − 15] mW/m²), 
2. zmniejszają w stratosferze ilość pary wodnej (również gazu cieplarnianego), co może dawać ujemne efektywne wymuszanie radiacyjne na poziomie  -3,2 [-6,0, -2,2] mW/m²,
3. w długiej skali czasowej mogą zmniejszać także stężenie ozonu (również gazu cieplarnianego), co może przekładać się na ujemne efektywne wymuszanie radiacyjne  -10,6 [− 20, − 7,4] mW/m²…
4. … ale w krótkim okresie zwiększają stężenia tego gazu, co daje z kolei dodatnie efektywne wymuszenie radiacyjne: ERF = 49,3 [32, 76] mW/m².

Warto zwrócić uwagę na to, że NO_x emitowane na dużych wysokościach są szczególnie efektywne w tworzeniu ozonu i wygrywają w tej konkurencji z takimi samymi tlenkami azotu emitowanymi przy powierzchni Ziemi (IPCC, 1999).

To cztery główne, ale nie jedyne mechanizmy, w jaki tlenki azotu oddziałują na klimat naszej Planety. Inne to np. tworzenie aerozoli azotanowych, a także wpływ NO_x na powstawanie i wzrost aerozoli siarczanowych (Lee i in., 2021). 

Z porównania podanych wyżej wartości efektywnego wymuszania radiacyjnego (dane dla roku 2018) widzimy, że pierwsze trzy procesy mają ochładzający wypływ na klimat, ale czwarty –  ocieplający, w dodatku dominuje nad pozostałymi. Dlatego wypadkowy wpływ emisji NO_x z sektora lotniczego uznaje się za ocieplający, a wartość wypadkowego efektywnego wymuszenia radiacyjnego dla NO_x szacuje się na 17,5 [0,6, 28,5] mW/m². Nie jest to prosta suma wymienionych wyżej wkładów – ponieważ ich występowanie opisują różne rozkłady prawdopodobieństwa, obliczenie jest bardziej skomplikowane. 

Para wodna w stratosferze

Emisje pary wodnej (H₂O) z silników lotniczych zwiększają ilość tego gazu w stratosferze, co ma ocieplający wpływ na klimat. Najnowsze oszacowania dla efektywnego wymuszania radiacyjnego związanego z obecnością w stratosferze H₂O emitowanego przez samoloty to 2,0 [0,8, 3,2] mW/m² (Lee i in., 2021, dane dla roku 2018). Stosunek ERF/RF dla stratosferycznej pary wodnej przyjmuje się równy jedności.

Warto tu przypomnieć, że H₂O jest bardzo szczególnym gazem cieplarnianym, patrz Para wodna – klimatyczny „dopalacz”. Jej ilość w niższych warstwach atmosfery zależy przede wszystkim od procesów parowania i skraplania. W warunkach ziemskich procesy takie nie zachodzą oczywiście dla innych gazów cieplarnianych – nie obserwujemy na przykład opadów CO₂  – ani ciekłego (deszcz) ani stałego – jako śnieg składający się z „suchego lodu”. Dlatego obecności pary wodnej w troposferze nie traktuje się jako wymuszania (jak ma to miejsce np. dla CO₂), ale jako dodatnie sprzężenie zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym. Dodatniego, bo im cieplej, tym więcej pary wodnej w powietrzu.

Jednak dla stratosfery sytuacja wygląda nieco inaczej. O ile para wodna transportowana do stratosfery z troposfery w naturalnych procesach transportu również jest traktowana jako sprzężenie zwrotne, to już ta dostająca się tam w inny sposób, czyli emitowana z samolotów jest wymuszeniem (IPCC, 2013). Jako wymuszenie traktowana jest też para wodna powstająca przez utlenianie wodoru i metanu obecnych w stratosferze.

To jeszcze nie koniec

Wpływ samolotów na klimat nie ogranicza się do bezpośredniego oddziaływania emitowanych przez nie substancji i ich pochodnych z promieniowaniem oraz wpływu tych substancji na ilość ozonu i metanu w atmosferze. Składniki spalin – zwłaszcza para wodna, sadza i związki siarki – przyczyniają się też do powstawania smug kondensacyjnych i innych zmian w zachmurzeniu. Znaczenie tych zjawisk dla klimatu jest nawet większe niż znaczenie CO₂ emitowanego przez samoloty. Przeczytasz o nich w drugiej części naszego artykułu. Polecamy też wywiad z dr. Michałem Czepkiewiczem, z którym rozmawialiśmy m.in. o tym, kto w największym stopniu odpowiada za lotnicze emisje CO2.

Jakub Jędrak, konsultacja merytoryczna: dr Aleksandra Kardaś, prof. Szymon Malinowski

The post Wpływ lotnictwa na klimat – CO2 i inne substancje emitowane przez samoloty appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Od kilku lat (szczególnie od czasu rekordowego smogu z początku 2017 r.) w naszym kraju dużo mówi się o problemie złej jakości powietrza. Większa jest również świadomość wpływu zanieczyszczeń na nasze samopoczucie, zdrowie i życie. Coraz więcej mówi się też w Polsce o przyczynach i konsekwencjach zmiany klimatu.

Wielu ludziom, w tym niektórym dziennikarzom, politykom i aktywistom, oba te problemy mniej lub bardziej mylą się lub mieszają. Pomylić je zresztą nietrudno – mają ze sobą dużo wspólnego, a ich zrozumienie wymaga pewnych informacji o chemii i fizyce atmosfery.

Co to jest smog?

„Smog” jest zbitką angielskich słów: „smoke” (dym) i „fog” (mgła). Przy odpowiedniej pogodzie dymy z domowych lub przemysłowych kominów (czasem też dymy z pożarów lasów lub wypalania łąk czy ściernisk) oraz spaliny z rur wydechowych nie rozpraszają się, lecz kumulują przy powierzchni ziemi.

„Odpowiednia pogoda” to brak wiatru wywiewającego zanieczyszczenia z terenów zamieszkanych. Ale powstawaniu smogu jeszcze bardziej niż sam brak wiatru sprzyja występowanie tzw. inwersji termicznej. To sytuacja, gdy do pewnej wysokości temperatura powietrza rośnie wraz z wysokością – zamiast, jak to ma zwykle miejsce – maleć. Blokuje to konwekcyjne unoszenie się powietrza od powierzchni ziemi w górę (wyjaśnienie np. w Efekt cieplarniany dla średniozaawansowanych (1): Termiczna struktura atmosfery).

Wpływ inwersji termicznej na stężenia zanieczyszczeń dobrze widać w miejscowościach położonych w dolinach lub kotlinach. Wystarczy wejść na odpowiednio wysokie wzniesienie: w dole zobaczymy szarobrunatną „dymo-mgłę”, zaś ponad nią powietrze „na oko” jest już czyste.

Jak zapewne dobrze wiecie z własnego doświadczenia, mocno zanieczyszczone powietrze nie tylko widać, ale i czuć: ma ono mniej lub bardziej intensywny i nieprzyjemny zapach. Po spacerze na zewnątrz włosy i ubranie pachną też często dymem lub spalenizną.

Mgła (a precyzyjniej wysoka wilgotność powietrza) odgrywała istotną rolę podczas niektórych historycznych „epizodów smogowych”. Choćby tego z doliny Mozy (Belgia) z grudnia 1930 r., który pochłonął 63 ofiary śmiertelne (Firket, 1936). A także podczas słynnego „Wielkiego Smogu Londyńskiego” z grudnia 1952 r., który w ciągu kilku dni zabił ok. 4 tysiące, a w sumie ok. 12 tysięcy osób (Bell i Davis, 2001). (Stężenia zanieczyszczeń były bardzo wysokie przez kilka dni, ale zwiększoną umieralność obserwowano znacznie dłużej.)

Co ciekawe, analizujący przyczyny tragedii w Belgii Firket napisał, że gdyby podobne zdarzenie miało miejsce np. w Londynie, ofiar śmiertelnych byłoby ok. 3200. Jak widzimy, była to iście prorocza przepowiednia, która spełniła się po 16 latach.

W latach 30-tych, 40-tych i 50-tych używano właśnie określenia „mgła” a nie „smog”, co widać choćby po tytułach prac naukowych poświęconych epizodom smogowym (Firket, 1936, Logan, 1953). Obecność prawdziwej mgły nie jest jednak konieczna, by mówić o smogu.

Powietrze jest też mniej lub bardziej zanieczyszczone przez cały rok – nawet wtedy, gdy nie ma typowego, widocznego gołym okiem smogu zimowego („londyńskiego”) ani smogu letniego – fotochemicznego, zwanego również „smogiem typu Los Angeles”. Obecnie w języku potocznym (ale nie w publikacjach naukowych) często używa się już terminu „smog” jako krótkiego i wygodnego synonimu dla „zanieczyszczeń powietrza”. O jakie zanieczyszczenia chodzi?

Z czego składa się smog?

Jeśli interesuje nas bezpośredni wpływ na zdrowie i samopoczucie, najważniejszym zanieczyszczeniem obecnym w powietrzu jest tzw. pył zawieszony (PM, od ang. particulate matter). Pył to bardzo niejednorodna substancja. Mogą go tworzyć drobinki sadzy, powstającej w wyniku niepełnego spalania paliw w silnikach lub domowych paleniskach. Pył powstaje też w trakcie ścierania materiałów (na przykład opon i klocków hamulcowych samochodów) czy w trakcie prac budowlanych.

Cząstkami (nie cząsteczkami!) pyłu mogą być również bardzo drobne ziarenka piasku, wywiewanego znad Sahary lub innych pustyń (pył mineralny). Szerzej, bardzo istotnym źródłem pyłu są procesy wietrzenia gleby i skał.

Do pyłu zaliczamy też wirusy, bakterie, zarodniki grzybów czy pyłki roślin – całe lub ich fragmenty, a także cząstki soli morskiej (Juda-Rezler i in., 2016). W ostatnich latach w powietrzu znajduje się nawet mikroskopijne kawałeczki tworzyw sztucznych (PAP 2019, Brahney i in., 2020, Lim, 2021).

Pył często zawiera metale przejściowe i ciężkie oraz ich związki. W skład pyłu pochodzącego z procesów spalania zwykle wchodzą też związki chemiczne o charakterze rakotwórczym lub mutagennym. Przykładem może tu być benzo(a)piren i niektóre inne związki z ważnej grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA). W powietrzu WWA występują nie tylko w fazie stałej (związane z cząstkami pyłu), ale też gazowej (Kozielska i Rogula-Kozłowska, 2014).

Unoszące się w powietrzu cząstki pyłu mają bardzo różną wielkość – od kilku nanometrów (nm) do ok. 100 mikrometrów (μm). Dla porównania, średnica ludzkiego włosa to kilkadziesiąt μm. Liczby podawane przy skrócie PM (np. PM_2,5 albo PM₁₀) oznaczają właśnie tzw. średnicę aerodynamiczną, w mikrometrach (Juda-Rezler i in., 2016).

Mimo że słowo „pył” sugeruje cząstki stałe, tym terminem często określa się też małe kropelki cieczy. Fizycy atmosfery zamiast „pył zawieszony” wolą używać terminu „aerozole”. Z naszego punktu widzenia jest to praktycznie to samo.

Wśród „składników smogu” (to nienaukowe, ale obrazowe i użyteczne określenie, którego będę dalej używał) oprócz pyłu mamy też zanieczyszczenia gazowe. Najważniejsze z nich to tlenek azotu (NO) i powstający z niego dwutlenek azotu (NO₂), dwutlenek siarki (SO₂), ozon (O₃) i tlenek węgla (CO). Uwaga: choć azot tworzy z tlenem kilka różnych związków (w tym ważny gaz cieplarniany – podtlenek azotu N₂O), to specjaliści od zanieczyszczeń powietrza i ich wpływu na zdrowie mówiąc o „tlenkach azotu” mają na myśli jedynie NO i NO₂ (prawdopodobnie dlatego, że z innymi tlenkami azotu nie mają do czynienia).

Ważnymi „składnikami smogu” są też tzw. lotne związki organiczne (LZO) – na przykład „niedopalone” składniki benzyny, składniki rozpuszczalników czy substancje pochodzenia naturalnego, takie jak pineny, wchodzące w skład olejków eterycznych emitowanych przez rośliny.

W większości miejsc na świecie wpływ pyłu na zdrowie i życie ludzkie jest silniejszy niż wpływ innych zanieczyszczeń. Istotną część skutków zdrowotnych (w tym zgonów), związanych z niską jakością powietrza przypisuje się też jednak wpływowi NO₂ i O₃. Ozon oddziałuje zresztą negatywnie nie tylko nasze zdrowie. Szkodzi też roślinom, w tym roślinom uprawnym i drzewom.

Prosty podział na zanieczyszczenia pyłowe i gazowe komplikuje się jeśli wiemy, że poza opisanymi wyżej pyłami pierwotnymi istnieją też pyły wtórne. Powstają one ze związków chemicznych w fazie gazowej (Juda-Rezler i in., 2016). Na przykład, w reakcji dwutlenku siarki z amoniakiem (NH₃) i innymi substancjami gazowymi powstają cząstki stałe lub ciekłe, w skład których wchodzi dobrze rozpuszczalna w wodzie sól: siarczan amonu (Wang i in., 2016; Liu i in., 2019). Zanieczyszczenia gazowe mogą też reagować z cząstkami pyłu pierwotnego, zmieniając ich skład chemiczny oraz wielkość.

Dobrą ilustracją tego, jak dwa gazy reagują w powietrzu tworząc „dym” (pył) jest reakcja amoniaku z chlorowodorem (HCl), w wyniku której powstaje stały chlorek amonu (NH₄Cl). Podobne reakcje zachodzące w atmosferze mogą być jednak bardziej skomplikowane.

Spalanie odpadów i emisje przemysłowe

Omówione wyżej „typowe zanieczyszczenia powietrza” to najważniejsze, ale oczywiście nie wszystkie szkodliwe substancje obecne w powietrzu, na jakie jesteśmy narażeni.

Powietrze (a także gleba i woda) może być też zanieczyszczone na przykład substancjami powstającymi przy spalaniu odpadów: przedmiotów wykonanych z tworzyw sztucznych (gumy, „plastików” itd.), płyt wiórowych, lakierowanego lub impregnowanego drewna. Chodzi tu też o spalanie odpadów poza przeznaczonymi do tego instalacjami (spalarniami): w domowych piecach i kotłach lub na otwartej przestrzeni. To ostatnie zjawisko (ang. open waste burning) jest bardzo poważnym problemem zdrowotnym i środowiskowym, zwłaszcza w krajach rozwijających się (Cogut 2016; Velis i Cook 2021). Także w Polsce w ostatnich latach miały miejsce liczne pożary składowisk odpadów.

Oprócz pyłu (sadzy) i WWA, spalanie odpadów poza profesjonalnymi spalarniami może być źródłem emisji m. in. cyjanowodoru (HCN), chlorowodoru (HCl), benzenu (C₆H₆), styrenu (C₆H₆-CH=CH₂) czy formaldehydu (HCHO). Ale też związków jeszcze bardziej „egzotycznych”: różnych kwasów mono- i di- karboksylowych, estrów kwasu ftalowego (ftalanów), bromowanych eterów difenylowych (PBDE), dioksyn (PCDD/F), czy bromowanych odpowiedników dioksyn (PBDD/F), (Levin 1987; Lemieux i in., 2004; Simoneit i in., 2005; Estrellan i Iino, 2010; Gullett i in., 2010; Kumar i in., 2015). Jeśli więc nawet nie mamy tu do czynienia z przysłowiową „połową tablicy Mendelejewa” (chyba że płonie zużyty sprzęt elektryczny i elektroniczny), to na pewno ze znaczną częścią chemii organicznej.

Wpływ tych substancji na środowisko i zdrowie ludzkie jest wciąż przedmiotem badań. Wiadomo jednak, że długo pozostają w środowisku, mogą kumulować się w łańcuchu pokarmowym i nie są obojętne dla naszego zdrowia.

Wbrew temu co sądzą niektóre osoby, spalanie śmieci w domowych paleniskach nie jest główną przyczyną smogu w Polsce. Palenie odpadów dodatkowo zwiększa jednak toksyczność oraz uciążliwość i tak mocno szkodliwego dymu ze spalania węgla lub drewna. Część szkodliwych substancji pozostaje też w popiele. Spalanie odpadów poza przeznaczonymi do tego instalacjami jest w Polsce nielegalne.

Źródłem emisji benzenu, formaldehydu i wielu innych szkodliwych związków może być również przemysł – na przykład koksownie, rafinerie, zakłady chemiczne czy zakłady produkujące płyty wiórowe.

Zanieczyszczenia powietrza („składniki smogu”) a klimat

Jak widać, wśród omówionych wyżej „smogowych” zanieczyszczeń powietrza nie ma trzech gazów cieplarnianych: dwutlenku węgla (CO₂), metanu (CH₄) i podtlenku azotu (N₂O). Uwaga: tego ostatniego nie należy mylić z dwutlenkiem azotu (NO₂) ani z tlenkiem azotu (NO).

Substancje odpowiadające za zmianę klimatu i te składające się na smog mogą się nam jednak mieszać i mylić. Choćby dlatego, że praktycznie wszystkie wymienione wcześniej typowe zanieczyszczenia powietrza („składniki smogu”) mają mniejszy lub większy wpływ na klimat naszej planety (Myhre i in., 2013).

Niektóre z nich podgrzewają naszą planetę (mówiąc językiem naukowym, mają dodatnie wymuszenie radiacyjne), jak na przykład ozon troposferyczny, czyli ten znajdujący się w troposferze. To ważny gaz cieplarniany, choć mówimy o nim rzadko – pewnie także dlatego, że nie jest przez nas emitowany w istotnych ilościach, a powstaje głównie z innych zanieczyszczeń w wyniku reakcji (foto)chemicznych.

Kolejnym przykładem jest sadza (ang. black carbon, BC), wchodząca często w skład pyłu zawieszonego. Sadza, powstająca w wyniku niepełnego spalania paliw kopalnych i biomasy, ma ocieplający wpływ na klimat nie tylko wtedy, gdy jest obecna w atmosferze. Zwiększa też ilość promieniowania słonecznego pochłanianego przez powierzchnie, na których osiada. Jeśli osiada na lodzie lub śniegu, przyspiesza ich topnienie.

Niektóre substancje, na przykład dwutlenek siarki (SO₂), a precyzyjniej: powstające z niego aerozole siarczanowe (Wang i in., 2016; Liu i in., 2019) ochładzają klimat – mają ujemne wymuszenie radiacyjne (Myhre i in., 2013). Właśnie z tym faktem związany jest przejściowy, ochładzający wpływ erupcji wulkanicznych na ziemski klimat (patrz Jak wpłynęłaby na klimat duża erupcja wulkaniczna?). A także pewien paradoks: dzięki m. in. oczyszczaniu spalin w elektrowniach węglowych, w ostatnich dekadach globalną emisję dwutlenku siarki znacznie ograniczono, co przełożyło się na zmniejszenie stężeń tego gazu w powietrzu. Jest to korzystne dla naszego zdrowia, ekosystemów i budynków, szczególnie zabytków (SO₂ powoduje tzw. kwaśne deszcze), ale przyspieszyło zmianę klimatu – patrz Globalne ocieplenie będzie postępować szybciej, niż sądzimy.

Skoro „pył zawieszony” oznacza z grubsza to samo co „aerozol”, do pyłu stosuje się praktycznie wszystko, co wiemy na temat aerozoli (więcej w: Efekt cieplarniany dla średniozaawansowanych (6): Aerozole), patrz też (Penner 2019) oraz art. K. Markowicza w pracy zbiorowej Juda-Rezler i in., 2016).

Mamy wreszcie zanieczyszczenia, które co prawda nie wpływają na klimat bezpośrednio, ale substancje powstające z nich w różnych reakcjach chemicznych już tak. Na przykład z dwutlenku azotu (NO₂) i innych związków chemicznych pod wpływem promieniowania słonecznego powstaje ozon (O₃).

Wspólne źródła smogu i gazów cieplarnianych

Zanieczyszczenia powietrza tworzące smog i gaz cieplarniany – dwutlenek węgla (CO₂) mogą się nam mieszać i mylić także dlatego, że mają w dużej mierze wspólne źródła: spalanie paliw kopalnych (węgla, pochodnych ropy naftowej i gazu ziemnego) oraz biomasy.

Używanie paliw kopalnych wiąże się też z emisjami innego gazu cieplarnianego: metanu (CH₄). Metan jest głównym składnikiem gazu ziemnego, jest także emitowany z głębinowych kopalń węgla kamiennego (Methane Tracker 2020, IEA, Methane Tracker 2021, IEA).

Ważnym źródłem emisji CO₂ jest również spalanie tworzyw sztucznych, produkowanych zresztą w dużej mierze z surowców pochodzących z paliw kopalnych, głównie ropy naftowej. Roczna globalna emisja CO₂ związana tylko ze wspomnianym już zjawiskiem spalania odpadów na otwartej przestrzeni szacowana była parę lat temu na ok. 1,4 mld ton (Wiedinmyer i in., 2014). To kilka procent całkowitej światowej emisji dwutlenku węgla (5% globalnej emisji CO₂ z 2010 r.), a nie liczymy tu spalania odpadów w profesjonalnych instalacjach. Szacuje się że w wielu krajach rozwijających się, np. w Lesotho, Burundi, Mali, Somalii, i na Sri Lance, emisja CO₂ związana ze spalaniem odpadów na otwartej przestrzeni jest większa niż emisja CO₂ oficjalnie raportowana przez te państwa (Wiedinmyer i in., 2014). Spalanie odpadów jest też źródłem silnie ocieplającej klimat sadzy (Cogut 2016; Velis i Cook 2021).

Raz jeszcze: chodzi tu wyłącznie o wpływ jaki na klimat ma spalanie odpadów poza spalarniami. Emisja związana z produkcją tworzyw sztucznych szacowana jest na ok. 800 mln ton ekwiwalentu CO₂; emisja związana ze spalaniem tworzyw sztucznych w profesjonalnych spalarniach jest znacznie mniejsza, patrz Plastik a klimat.

Duże emisje CO₂ i brudne powietrze nie muszą iść w parze

Ranking państw czy regionów, w których problem smogu jest najpoważniejszy nie pokrywa się ani z listą największych emitentów CO₂, (choć w obu zestawieniach w czołówce znalazły by się Chiny i Indie), ani też z listą krajów o największej emisji CO₂ w przeliczeniu na mieszkańca.

(Taki „smogowy” ranking można stworzyć w oparciu o tzw. indeksy jakości powietrza, zawierające informacje o średnich stężeniach najważniejszych zanieczyszczeń.)

Pozostaje to prawdą także wtedy, gdyby patrząc na jakość powietrza, brać pod uwagę tylko zanieczyszczenia pochodzące ze źródeł antropogenicznych, a wykluczać np. pył pustynny – w wielu miejscach na świecie pył z procesów erozji stanowi większość masy pyłu obecnego w powietrzu.

Przykładowo, emisja CO₂ na osobę w Niemczech jest zbliżona do polskiej, ale problem zanieczyszczenia powietrza pyłem i związkami z grupy WWA jest znacznie mniejszy niż u nas. I jest tak pomimo dużo większej gęstości zaludnienia u naszych zachodnich sąsiadów. Stężenia benzo(a)pirenu (a więc najpewniej także i innych WWA) w powietrzu są w Niemczech kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt razy niższe niż w Polsce (Air quality in Europe — 2020 report, EEA). W niemieckich miastach wciąż wysokie są za to stężenia dwutlenku azotu. Skąd te różnice?

W naszym kraju za „smog” odpowiadają przede wszystkim zainstalowane w domach prymitywne urządzenia grzewcze – kotły, piece i kominki, w których spala się węgiel lub drewno, a czasem i odpady. Według danych Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE), gospodarstwa domowe odpowiadają za około połowę (masy) pyłu PM_2,5 emitowanego każdego roku w Polsce. A także za ok. 90% emisji substancji z grupy wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) i ok. 2/3 emisji dioksyn (PCDD/F), (KOBiZE 2020), patrz Ilustracje 12 i 13.

Uwaga: w terminologii używanej przez KOBiZE kategoria „Inne sektory” to „instytucje, handel, usługi, gospodarstwa domowe, spalanie paliw w rolnictwie, leśnictwie i rybołówstwie”. Zarówno w przypadku emisji PM 2.5 jak i WWA dominują tu gospodarstwa domowe. Najbardziej aktualne dostępne dane dotyczą 2018 r.

W Polsce w budynkach jednorodzinnych wciąż mamy prawie 3 miliony pieców i kotłów na paliwa stałe (Raport „Droga do czystego powietrza”, Polski Alarm Smogowy 2021). Do tego dochodzi kilkaset tysięcy, może nawet milion ogrzewanych piecami węglowymi mieszkań w budynkach wielorodzinnych (brak tu dokładnych danych). Ogromna większość (nawet 87%) węgla kamiennego spalanego w Unii Europejskiej w gospodarstwach domowych jest spalana w Polsce.

To między innymi właśnie z tych powodów jakość powietrza jest w naszym kraju gorsza niż w większości państw Unii. Gorsza nie tylko niż w Niemczech, ale też w krajach podobnych do Polski: w Czechach, na Węgrzech czy na Słowacji.

Tak jak w wielu miejscach na świecie, bardzo duży wpływ na jakość powietrza ma w Polsce transport drogowy – pojazdy z silnikami spalinowymi, zwłaszcza silnikami Diesla. Transport jest w naszym kraju ważnym źródłem emisji pyłu i głównym źródłem emisji tlenków azotu (KOBiZE 2020).

W dalszej kolejności wpływ na jakość powietrza mają różne gałęzie przemysłu (koksownie, zakłady chemiczne i inne), wreszcie energetyka zawodowa – elektrownie i elektrociepłownie. Energetyka zawodowa plasuje się na drugim miejscu po transporcie pod względem całkowitej emisji NO_x (KOBiZE 2020).

Chodzi tu oczywiście o uśredniony wpływ różnych źródeł na jakość powietrza. Lokalnie, sytuacja może wyglądać inaczej – na przykład jeśli w danej miejscowości mamy zakład przemysłowy.

Warto też pamiętać, że przypadku pyłu, WWA czy tlenków azotu, zwykle nie mamy prostej zależności (proporcjonalności) między wielkością emisji danej substancji a jej stężeniami w powietrzu i wpływem na nasze zdrowie. Na przykład, emisja tej samej ilości NO₂ przez samochody i zawodową energetykę prowadzi do zupełnie innego narażenia ludzi. Samochody emitują zanieczyszczenia blisko naszych nosów i płuc, w dodatku często w obszarach o dużej gęstości zaludnienia. Emisje NO₂ z wysokich kominów elektrowni i są relatywnie mniejszym zagrożeniem.

To, jaki wpływ na jakość powietrza mają różne źródła zanieczyszczeń można próbować oceniać i szacować różnymi metodami. Można znaleźć takie oszacowania na przykład dla Warszawy (Juda-Rezler i in., 2020) i Krakowa (Samek i in., 2021).

Jeśli chodzi o emisje dwutlenku węgla, sytuacja wygląda z grubsza na odwrót niż w przypadku pyłu. W Polsce największym emitentem CO₂ spośród wszystkich sektorów jest energetyka zawodowa: elektrownie i elektrociepłownie. Odpowiadają one za prawie połowę całkowitej rocznej emisji tego gazu, choć transport i ogrzewanie budynków za pomocą domowych kotłów i pieców mają tu też znaczny udział (Poland. 2021 National Inventory Report). Dlaczego tak jest?

Elektrownie i elektrociepłownie spalają większość zużywanego w Polsce węgla kamiennego i prawie cały węgiel brunatny, a także coraz więcej gazu ziemnego. Jednak w przeciwieństwie do domowych urządzeń grzewczych są wyposażone w coraz lepsze instalacje zmniejszające emisje pyłu, tlenków azotu i siarki. Dużo efektywniejszy jest też sam proces spalania. Dlatego wpływ energetyki na powstawanie smogu jest stosunkowo niewielki, za to na klimat – bardzo duży.

I dlatego też organizacje antysmogowe mówią głównie o domowych piecach i kotłach na węgiel i drewno, o kominkach oraz o samochodach, czasem też o zakładach przemysłowych, innych niż elektrownie i elektrociepłownie. Osoby i organizacje zajmujące się walką ze zmianą klimatu koncentrują się natomiast na elektrowniach węglowych i gazowych.

Praw chemii nie da się oszukać

Węgiel, ropę, gaz i biomasę można spalać „czysto” – czyli tak, by (prawie) nie powodować smogu. Bardziej precyzyjnie: tak by emitować tylko małe ilości pyłu (w tym sadzy) czy dwutlenku siarki.

Trudniej jest poradzić sobie z emisjami tlenków azotu, ale i je da się znacznie zmniejszyć. Trudność polega tu na tym, że w wysokich temperaturach zawarty w powietrzu azot łączy się z tlenem, tworząc tlenek azotu NO, który z kolei utlenia się do NO₂. W przeciwieństwie do siarki i SO₂, możemy więc mieć dużą emisję NO₂, nawet jeśli dane paliwo nie zawiera w ogóle azotu ani jego związków.

„Czyste” spalanie paliw kopalnych da się osiągnąć używając nowoczesnych kotłów przemysłowych, domowych urządzeń grzewczych i silników spalinowych. A także stosując różnego typu filtry, katalizatory i inne rozwiązania techniczne, tak jak ma to miejsce choćby w zawodowej energetyce węglowej. Czasem wystarczy po prostu zamiana innych paliw na gaz ziemny, używany do ogrzewania naszych domów lub do produkcji energii elektrycznej (zamiast węgla i biomasy) i w silnikach spalinowych (zamiast oleju napędowego). Przykładowo, nawet prymitywne piece i kotły gazowe emitują bardzo niewielkie ilości pyłu zawieszonego. Po prostu paliwo gazowe łatwiej jest spalić „czysto” niż paliwo ciekłe, a tym bardziej stałe.

Praw chemii nie da się jednak oszukać. W skład paliw kopalnych i biomasy wchodzi przecież węgiel (tu w znaczeniu: szósty pierwiastek układu okresowego). I dlatego przy ich spalaniu zawsze powstaje dwutlenek węgla. Jeśli spalanie jest całkowite, każdy atom węgla (masa molowa 12 g) łączy się z dwoma atomami tlenu O₂ (o masie molowej 2x16g = 32 g). Z każdego grama pierwiastkowego węgla zawartego w spalanej substancji powstaje wtedy 44/12 ≈ 3,67 gramów CO₂. Jeśli spalanie nie jest całkowite, to powstanie nieco mniej CO₂, ale „za to” część pierwiastkowego węgla zawartego w paliwie wejdzie w skład tlenku węgla (CO), lotnych związków organicznych (LZO), wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA) czy też sadzy – wspomnianych już wyżej, ważnych „składników smogu”. (Część WWA występuje w sadzy, a część w fazie gazowej.)

Emisji CO₂ związanej ze spalaniem paliw kopalnych lub biomasy nie da się więc zmniejszać tak, jak da się obniżać (w idealnym przypadku praktycznie do zera) emisję pyłu, LZO, tlenków siarki czy azotu. To nie jest kwestia jakości paliwa, techniki spalania czy oczyszczania spalin, tylko praw przyrody.

Pułapka gazyfikacji.

Ilość dwutlenku węgla powstającego przy spalaniu gazu ziemnego jest zwykle znacznie mniejsza (ok. 2–3 razy) niż w przypadku spalania węgla kamiennego lub brunatnego (w przeliczeniu na jednostkę uzyskanej energii). Dokładne liczby zależą od tego, czy mówimy o zawodowej energetyce i produkcji energii elektrycznej, czy o domowych urządzeniach grzewczych i uzyskanej energii cieplnej. Dlatego gaz ziemny jest uważany często za źródło energii bardziej przyjazne dla klimatu niż węgiel. A także za „paliwo pomostowe” albo „przejściowe” między gospodarką opartą na paliwach kopalnych a przyszłą gospodarką nisko- i zeroemisyjną.

Jednak gaz ziemny składa się głównie z silnego gazu cieplarnianego: metanu (CH₄) (patrz Efekt cieplarniany dla średniozaawansowanych (4): Gazy cieplarniane a transport energii). Dlatego wykorzystanie gazu ziemnego jako źródła energii wiąże się nie tylko z emisjami CO₂, ale też z emisjami metanu, których źródłem są wycieki gazu ziemnego podczas jego wydobycia, transportu i składowania.

W zależności od wielkości wycieków, wpływ spalania gazu ziemnego na klimat może być w skrajnych sytuacjach nawet większy niż wpływ spalania węgla (znowu: w przeliczeniu na jednostkę energii). Jest to prawdą przynajmniej w kluczowej dla nas perspektywie czasowej najbliższych 20–30 lat i krótszej, bo metan utlenia się do dwutlenku węgla, więc z czasem jego wpływ na klimat maleje.

Zmiana klimatu jest dużo większym wyzwaniem niż smog

Widać, że działania antysmogowe nie zawsze pomagają klimatowi. I że znacznie łatwiej jest poradzić sobie ze smogiem niż ze zmianą klimatu.

By oczyścić powietrze ze smogu, nie trzeba rezygnować ze spalania paliw kopalnych – wystarczy spalać je „czysto”. Ale żeby spowolnić zmianę klimatu, by uchronić się przed katastrofą klimatyczną, potrzebne są dużo bardziej radykalne kroki – jako źródeł energii nie możemy już używać węgla, ropy ani gazu ziemnego. Albo przynajmniej robić to tak, by nie emitować powstającego przy ich spalaniu dwutlenku węgla do atmosfery (sekwestracja dwutlenku węgla, ang. carbon capture and storage, CCS), patrz Geoinżynieria, czyli jak naprawić klimat – część druga. Co jest trudne technicznie, kosztowne i poza pilotażowymi instalacjami nie jest obecnie stosowane.

Poza tym, jeśli tylko przestaniemy emitować substancje takie jak pył, tlenki azotu czy siarki, to powietrze oczyści się z nich samo, bez naszej ingerencji. W dodatku stanie się to szybko – w skali dni, tygodni.

Z dwutlenkiem węgla już tak prosto nie jest – wyemitowany do atmosfery trafia do tzw. szybkiego cyklu węglowego i krąży między atmosferą, biosferą, i oceanami, wpływając na klimat naszej planety przez tysiące lat – dopóki nie zostanie trwale usunięty w działającym w skali geologicznej tzw. wolnym cyklu węglowym (patrz Impuls węglowy i jego usuwanie z atmosfery). By przywróć atmosferę do stanu pierwotnego (czyli tego sprzed rewolucji przemysłowej) trzeba więc aktywnie usuwać CO₂ bezpośrednio z powietrza za pomocą zalesiania lub technologii DAC (ang. Direct Air Capture).

Z kolei średni czas życia cząsteczki metanu w powietrzu to ok. 10 lat – znacznie krócej niż w przypadku dwutlenku węgla, ale i tak znacznie dłużej niż w przypadku „składników smogu”.

Co więcej, choć zanieczyszczenia takie jak pył mogą się przenosić na znaczne odległości, smog jest i tak w dużej mierze problemem lokalnym. Czasem wystarczy zrobić naprawdę niewiele, by w danym miejscu powietrze stało się o wiele czystsze. Na przykład zlikwidować kilka prymitywnych palenisk zatruwających życie całej okolicy. Albo ograniczyć na jakiejś ulicy ruch – na przykład zakazując wjazdu pojazdom nie spełniającym ustalonych norm emisji spalin. Zmiana klimatu jest zaś jak wiemy problemem globalnym. Istotne jest to, jaka ilość gazów cieplarnianych została przez nas wyemitowana do atmosfery. To gdzie i w jaki sposób były emitowane, nie ma większego znaczenia.

Smogu nie należy jednak lekceważyć

To, że łatwiej jest poprawić jakość powietrza niż powstrzymać zmianę klimatu nie oznacza, że problem smogu nie jest poważny.

Jakością powietrza („smogiem”) interesujemy się przede wszystkim ze względu na jej bezpośredni negatywny wpływ na nasze samopoczucie, zdrowie i życie. Wpływ ten jest bardzo silny: szacuje się, że zanieczyszczenia powietrza (przede wszystkim pył PM_2,5) powodują na całym świecie około 6,5 milionów przedwczesnych zgonów rocznie (Landrigan i in., 2018, dane za 2015 r.). To większość z 9 milionów wszystkich zgonów przypisywanych każdego roku na świecie zanieczyszczeniu środowiska.

Ogromna większość ofiar zanieczyszczonego powietrza to osoby starsze. Jednak w krajach o niższym poziomie rozwoju wśród zgonów spowodowanych przez zanieczyszczenia powietrza mamy też każdego roku setki tysięcy zgonów dzieci w wieku do lat 5 (problem ten praktycznie nie dotyczy państw europejskich). Według Światowej Organizacja Zdrowia (WHO) wszystkich zgonów dzieci poniżej 5 roku życia z powodu zapalenia płuc na całym świecie było w 2017 r. ponad 800 tysięcy (WHO 2017), z czego ok. 45% zgonów przypisuje się właśnie wpływowi zanieczyszczeń powietrza (WHO 2021).

Według raportów Europejskiej Agencji Środowiska (EEA), w Unii Europejskiej z powodu złej jakości powietrza w 2018 r. przedwcześnie zmarło ok. 450 tys. osób (EEA na razie wciąż nie opublikowała szacunków dla lat 2019–2021). W Polsce – w zależności od użytej metodyki i konkretnego roku – zanieczyszczenia powietrza zabijają od ok. 25 tys. (WHO 2016) do ok. 50 tys. osób (EEA 2020). Każdego roku. Jednak niektóre lata są pod pewnymi względami wyjątkowe.

W styczniu a także w lutym 2017 r. na większości terytorium naszego kraju stężenia zanieczyszczeń powietrza były rekordowo wysokie. W styczniu 2017 r. w całej Polsce mieliśmy też o 11 tys. zgonów więcej niż w styczniu 2016 r. Do dziś nie wiadomo, w jakiej mierze za tak duże zwiększenie umieralności odpowiada zanieczyszczenie powietrza, a w jakiej infekcje układu oddechowego, w tym grypa i jej powikłania, a w jakiej wreszcie interakcje między tymi czynnikami. Definitywnej odpowiedzi nie znajdziemy bowiem w istniejących analizach (Wojtyniak i in., 2017).

Prawie nikt w akcie zgonu nie ma jednak wpisane, że umarł przez złą jakość powietrza (jednym z nielicznych wyjątków była dziewięcioletnia Ella Kissi-Debrah, która mieszkała w Londynie przy ruchliwej ulicy i zmarła w lutym 2013 r. po ataku astmy). Zgony przypisywane zanieczyszczeniom powietrza są związane z chorobami układu oddechowego i układu krążenia.

Choć nawet krótkie narażeniu na zanieczyszczone powietrze może mieć bardzo negatywne następstwa, to jednak jeszcze większym problemem jest przewlekłe narażenie nawet na stosunkowo niskie stężenia zanieczyszczeń.

Jest tak dlatego, że narażenie na zanieczyszczenia powietrza nie tylko nasila istniejące choroby układu oddechowego (takie jak astma i przewlekła obturacyjna choroba płuc), ale często odgrywa także istotną rolę w ich rozwoju (Kelly i Fussell, 2011; Khreis i in., 2017). Podobnie jest, jeśli chodzi o funkcjonowanie układu krążenia i dotyczące go choroby (Simkhovich i in., 2008; Mills i in., 2009; Brook i in., 2010; Sun i in., 2010; Newby i in., 2014), a nawet układu nerwowego (Clifford i in., 2016).

U dzieci narażenie na zanieczyszczenia powietrza (zwłaszcza na pył i zawarte w nim substancje) przekłada się na gorszy rozwój intelektualny oraz gorsze wyniki w nauce i testach psychometrycznych. Zanieczyszczone powietrze ma wpływ na późniejszy rozwój i funkcjonowanie mózgu już na etapie życia płodowego. U osób dorosłych długotrwałe narażenie na zanieczyszczenia przyspiesza starzenie się układu nerwowego, pogłębiając i przyspieszając upośledzenie zdolności poznawczych i spadek sprawności umysłowej w podeszłym wieku (Clifford i in., 2016; Weuve i in., 2021).

Narażenie ciężarnej matki na zanieczyszczenia powietrza ma wpływ nie tylko na układ nerwowy dziecka. Może też być jednym z czynników zwiększających ryzyko wewnątrzmacicznego obumarcia płodu (DeFranco i in., 2015; Yang i in., 2018), wcześniactwa (Fleischer i in., 2014; Zhao i in., 2015; DeFranco i in., 2016) i niskiej wagi urodzeniowej noworodków (Choi i in., 2006; Jędrychowski i in., 2010; Pedersen i in., 2013; Fleischer i in., 2014; Smith i in., 2017).

To jeszcze nie koniec tej ponurej wyliczanki. W 2012 r. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem (ang. International Agency for Research on Cancer, IARC) sklasyfikowała spaliny silników Diesla jako substancję o udowodnionym działaniu kancerogennym (grupa 1 w klasyfikacji IARC). Spaliny dieslowskie zostały sklasyfikowane jako substancja „prawdopodobnie rakotwórcza dla ludzi” (grupa 2A) już w 1988 r. Z kolei w 2013 r. za rakotwórcze dla człowieka zostały uznane również zanieczyszczenia powietrza zewnętrznego, w szczególności pył zawieszony.

W obu przypadkach ocena IARC potwierdziła coś, czego można się było spodziewać. W skład pyłu zawieszonego pochodzącego ze spalania paliw kopalnych i biomasy wchodzi przecież wiele substancji rakotwórczych – choćby wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA) i ich pochodne.

Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO), w 2019 r. ok. 90% ludzi na świecie oddychało powietrzem zanieczyszczonym na tyle, by stanowiło to poważne zagrożenie dla ich zdrowia (WHO 2019). Co oznacza: powietrzem nie spełniającym wytycznych WHO. Dziś procent ten byłby jeszcze wyższy, bo wytyczne WHO zostały niedawno znacznie zaostrzone – rosnąca liczba dowodów naukowych wskazywała, że stężenia uznawane do tej pory za akceptowalne wcale takimi nie są.

Warto tu raz jeszcze podkreślić, że w danym regionie świata wielkość emisji typowych zanieczyszczeń powietrza („składników smogu”) wcale nie musi być proporcjonalna do ilości emitowanych gazów cieplarnianych. Zupełnie inne mogą być też główne źródła zanieczyszczeń pyłowych i dwutlenku węgla. Na przykład, pokazano że istnieje jedynie słaba dodatnia korelacja między liczbą zgonów przypisywanych wpływowi pyłu PM_2,5 a emisjami CO₂ w 250 największych miastach świata (Anenberg i in., 2019).

W krajach o niskim dochodzie (np. Indie, Bangladesz, państwa afrykańskie) bardzo duże skutki zdrowotne wiążą się z używaniem biomasy (czasem też węgla kamiennego) do gotowania posiłków. Mowa tu między innymi o większości ze wspomnianych wcześniej kilkuset tysięcy zgonów rocznie wśród dzieci w wieku do 5 lat (WHO 2021). Zastąpienie biomasy używanej do gotowania „czystymi” paliwami (ang. clean cooking fuels), na przykład gazem ziemnym albo gazem LPG (propan-butan) byłoby więc bardzo korzystne z punktu widzenia ochrony zdrowia ludzkiego. Mniej jasne jest, czy taki krok byłby korzystny z punktu widzenia ochrony klimatu. Jest to jednak prawdopodobne, nawet przy zastąpieniu biomasy paliwami kopalnymi. Istotnie zmniejszyły by się bowiem emisje sadzy, a m. in. dzięki większej efektywności energetycznej urządzeń grzewczych na gaz, także emisje CO₂. Pozyskanie biomasy wiąże się też często z wylesianiem, które ma bardzo negatywny wpływ na klimat.

Wysokie stężenia CO₂ bezpośrednio wpływają na nasze samopoczucie

Praktycznie wszystko co zostało do tej pory powiedziane o wpływie zanieczyszczeń powietrza na zdrowie dotyczyło wpływu pyłu zawieszonego, dwutlenku azotu i ozonu. Jednak kolejnym z punktów wspólnych problemu jakości powietrza i problemu zmian klimatycznych jest bezpośredni wpływ, jaki na nasze zdrowie i samopoczucie będzie mieć rosnące stężenie dwutlenku węgla w atmosferze.

Negatywny wpływ dwutlenku węgla na naszą sprawność intelektualną, koncentrację i uwagę można zaobserwować w zatłoczonych, dusznych, niewietrzonych pomieszczeniach już przy stężeniach CO₂ wynoszących ok. 600–700 ppm (cząsteczek na milion cząsteczek powietrza), patrz (Satish i in., 2012; Fisk i in., 2013; Jacobson i in., 2019), patrz też Homo sapiens w świecie wysokich stężeń CO₂.

Jeszcze bardziej powinno interesować nas jednak powietrze zewnętrzne. Stężenie tła dla dwutlenku węgla obecnie osiąga nawet 420 ppm i stale rośnie (z dokładnością do sezonowych wahań związanych z okresem wegetacyjnym na półkuli północnej). Jeśli nie ograniczymy emisji CO₂, to w końcu stężenie tego gazu w atmosferze w dowolnym miejscu planety przekroczy próg 600 ppm. Nawet przy niższych stężeniach CO₂ w powietrzu zewnętrznym coraz trudniej będzie nam wietrzyć budynki, by utrzymać w nich wystarczająco dobrą jakość powietrza – jeśli patrzymy właśnie pod kątem nie za wysokiego stężenia CO₂.

Miejska „czapa” CO₂

Co gorsza, stężenie globalnego tła CO₂ mierzymy z dala od źródeł emisji dwutlenku węgla – na przykład na środku Oceanu Spokojnego (Mauna Loa). W miastach, gdzie mamy wiele różnych źródeł CO₂ – silniki spalinowe, domowe lub przemysłowe paleniska – stężenia tego gazu są dużo wyższe niż stężenia tła, a w niektórych miejscach i porach doby już dziś przekraczają 600 ppm.

To, z jakimi stężeniami CO₂ mamy zwykle do czynienia w miastach, zależy zarówno od wielkości lokalnej emisji, jak i od warunków meteorologicznych. Ale możemy przyjąć, że stężenia te są wyższe przynajmniej o kilkadziesiąt ppm niż stężenie tła.

Pokazały to choćby badania prowadzone w Phoenix (Arizona, USA) w styczniu 2000 r. (Idso i in., 2001). Były to tzw. badania transektowe, w których jeździ się z urządzeniami pomiarowymi daną trasą przez kolejne dni. W zależności od wybranej trasy, punktu na trasie i pory dnia, średnie stężenie CO₂ z okresu prowadzenia pomiarów wahało się między 400 a ponad 500 ppm. Jednak najwyższe zanotowane chwilowe stężenie CO₂ w centrum Phoenix sięgało 650 ppm. Wyższe stężenia zanotowano w dni robocze niż w weekendy – miało to oczywiście związek z natężeniem ruchu samochodowego. Kiedy prowadzono te badania, stężenie CO₂ tła (z dala od miasta) było szacowane na ok. 369 ppm, a nie jak dziś blisko 420 ppm. A było to ledwie dwie dekady temu. Patrząc na Krzywą Keelinga widzimy, że od 1960 r. stężenie dwutlenku węgla w ziemskiej atmosferze wzrosło o ok. 100 ppm – niemal o jedną trzecią.

Inne badania z USA – z Salt Lake Valley w Utah (Mitchell i in., 2018) prowadzą do podobnych wniosków. Stężenia CO₂ w Salt Lake Valley są wyższe w zimie niż w lecie, a to przede wszystkim w związku z ogrzewaniem budynków – klimat jest tam chłodniejszy niż w Phoenix.

Można domyślać się, że sytuacja w naszym kraju wygląda podobnie – nie ma bowiem żadnego powodu, by było inaczej. Tak jak w USA, do wzrostu stężeń dwutlenku węgla przyczynia się zarówno ogrzewanie (zwłaszcza w przypadku zimowych epizodów smogowych, kiedy mamy do czynienia z inwersją i brakiem wiatru), jak i motoryzacja (przez cały rok).

To zjawisko „miejskiej czapy CO₂” (ang. urban CO₂ dome), czyli lokalnie podwyższonego stężenia dwutlenku węgla (w stosunku do globalnego tła) jest trochę podobne do zjawiska miejskiej wyspy ciepła. Mniej się jednak o nim mówi. A dzieje się tak pewnie także dlatego, że tylko w nielicznych miastach (niemiecki Heidelberg czy Pasadena w Kalifornii) od dłuższego czasu regularnie mierzone są stężenia CO₂. Rozwój sieci monitoringu CO₂ to kwestia dopiero ostatnich lat. Osoby zainteresowane tą tematyką mogą zapoznać się też z listą starszych prac (wraz z krótkim omówieniem każdej z nich) poświęconych „miejskiej czapie CO₂”.

Pożary lasów

Innym ważnym przykładem zależności między jakością powietrza – smogiem, a zmianą klimatu są pożary lasów, które wraz z postępującym ociepleniem naszej planety prawdopodobnie będą coraz częstsze.

Pożary lasów (a szerzej także łąk, torfowisk, itd.) są źródłem emisji nie tylko znacznych ilości CO₂, ale i pyłu (dymu). Lokalnie mogą więc bardzo pogarszać jakość powietrza. Dobrze było to widać w ostatnich latach w Australii i Kalifornii, a także w Brazylii, w związku z pożarami lasów Amazonii. Wpływ pożarów lasów na jakość powietrza to zresztą problem znany od dawna. Okresowe wypalanie lasów w Indonezji od lat powoduje smog w Singapurze. Dekadę temu potężne pożary lasów i torfowisk spowiły gęstym dymem Moskwę.

Pożary lasów, łąk czy torfowisk są zwykle uznawane za naturalne (a nie antropogeniczne) źródła emisji pyłu i CO₂. Prosty podział na źródła „naturalne” i „antropogeniczne” zaciera się jednak w związku z naszym wpływem na ziemski klimat.

Podsumowanie

Zmiana klimatu i problem złej jakości powietrza (smogu) są często ze sobą mylone. Nic dziwnego – oba problemy mają tą samą główną przyczynę: spalanie paliw kopalnych i biomasy.

Państwa i regiony z najwyższymi emisjami gazów cieplarnianych nie muszą jednak wcale być tymi, gdzie zanieczyszczenie powietrza jest największe.

Co więcej, procentowy udział ogrzewania budynków, transportu, przemysłu, czy energetyki w emisji „składników smogu” takich jak pył lub dwutlenek azotu może istotnie różnić się od ich udziału w emisji gazów cieplarnianych. Konkretne liczby zależą też oczywiście od analizowanego państwa lub regionu świata.

Skutki zmian klimatycznych będą najprawdopodobniej znacznie poważniejsze niż konsekwencje zanieczyszczenia powietrza pyłem, dwutlenkiem azotu czy ozonem. Globalne ocieplenie jest dla ludzkości nieporównywalnie większym zagrożeniem niż zanieczyszczenie powietrza.

Dużo łatwiej jest też poradzić sobie ze złą jakością powietrza niż powstrzymać zmianę klimatu. Choćby dlatego, że nie trzeba rezygnować z paliw kopalnych, by zlikwidować smog.

Ale zanieczyszczenie powietrza to i tak bardzo poważny problem: na całym świecie zła jakość powietrza każdego roku jest przyczyną prawie 7 mln zgonów, a także wielu innych negatywnych skutków zdrowotnych.

Jednym z punktów wspólnych problemu jakości powietrza i zmiany klimatu jest rosnące stężenie CO₂ w atmosferze, zwłaszcza w miastach, które będzie coraz bardziej negatywnie wpływać na nasze samopoczucie. Choć na razie mówiąc o smogu, zwykle nie wspominamy o dwutlenku węgla, być może należy zacząć to już robić.

Jakub Jędrak, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

Tekst jest zmienioną i rozszerzoną wersją rozdziału wydanego przez Uniwersytet Warszawski podręcznika „Klimatyczne ABC”.

The post Smog a zmiana klimatu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Frustracja młodzieży

W czerwcu 2020 roku w wielu polskich miastach pod kuratoriami oświaty odbyły się protesty, organizowane przez Młodzieżowy Strajk Klimatyczny oraz Extinction Rebellion. 22 czerwca wydarzenie takie miało miejsce w Warszawie pod Ministerstwem Edukacji Narodowej. Protestujący domagali się rzetelnej edukacji na temat zmiany klimatu.

To bardzo dobra okazja, by skomentować błędy i mity na temat zmiany klimatu, jakie możemy znaleźć w podręcznikach wykorzystywanych w polskich szkołach średnich.

Problematyka zmian klimatycznych jest praktycznie nieobecna w ich oficjalnej podstawie programowej (więcej piszemy o tym w dalszej części tekstu, gdzie porównujemy pod tym kątem polską podstawę programową z programem Matury Międzynarodowej, ang. International Baccalaureate).

Jednak w niektórych książkach do geografii, biologii, a nawet do WOS-u wciąż znajdziemy pewne informacje na temat zmiany klimatu. Niestety, w podręcznikach niejednokrotnie mówi się o tym problemie w sposób, którego spodziewalibyśmy się raczej po „siewcach wątpliwości” – zawodowych negacjonistach klimatycznych, a nie po rzetelnych dydaktykach.

Poniżej przedstawiamy i komentujemy wybrane przykłady takich sformułowań. Nie jest to oczywiście kompletna ani systematyczna analiza polskich podręczników szkolnych pod kątem rzetelności przekazywania wiedzy o zmianie klimatu. Nie twierdzimy przy tym, rzecz jasna, że wszystkie (lub choćby większość) polskich podręczników szkolnych, w których mowa jest o zmianach klimatycznych, zawiera nieprawdziwe informacje na ten temat. Skupiamy się tu jednak wyłącznie na przykładach negatywnych.

Fałszywa symetria, czyli opowieść o tym, że część naukowców uważa tak, a część zupełnie inaczej

Na początek fragment „Vademecum maturzysty – Biologia” autorstwa Ewy Pyłki-Gutowskiej, wydane przez Grupę Wydawniczą Adamantan (tu wydanie z roku 2019):

Część naukowców uważa, że przyczyna globalnego ocieplenia nie wynika ze spalania paliw kopalnych, rozwoju przemysłu czy też hodowli bydła, czyli działalności człowieka.

Jaka część? I jakich naukowców? Stanowisko nauki jest przecież w tej sprawie jednoznaczne: przyczyną globalnego ocieplenia jest właśnie emisja gazów cieplarnianych związana z działalnością ludzi, w tym w głównie ze spalaniem paliw kopalnych, a także produkcją żywności czy wylesianiem. Mamy na to bardzo mocne dowody (więcej na ten temat możesz przeczytać w artykule: Mit: Nauka nie jest zgodna w temacie globalnego ocieplenia). Negowanie lub podawanie tego w wątpliwość w szkolnym podręczniku, biorąc pod uwagę wagę problemu, jest czymś nadzwyczaj szkodliwym (polecamy lekturę artykułów Ziemia się nagrzewa i wiemy dlaczego oraz Mit: Nie ma empirycznych dowodów na antropogeniczność globalnego ocieplenia).

Dalej mamy: „okresy globalnego wzrostu temperatury Ziemi powtarzały się cyklicznie na przestrzeni wieków, a ich przyczyną mogą być np. zmiany natężenia promieniowania Słońca (tzw. aktywność słoneczna).” O tym, dlaczego to nieprawda można przeczytać w artykule Mit: Globalne ocieplenie jest powodowane wzrostem aktywności słonecznej.

„Wielu uważa”…

W tym samym podręczniku pojawia się też stwierdzenie:

Wielu naukowców [tu cytowany jest raport IPCC z 2007 roku – przyp. red.] uważa, że postępujący w ostatnim stuleciu wzrost koncentracji gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla (CO₂₎ i metanu (CH₄), został spowodowany nadmiernym spalaniem paliw kopalnych (węgla, ropy i gazu) oraz postępującym rozwojem hodowli bydła i upraw (zwłaszcza ryżu).

Słowo „wielu” sugeruje, że istnieje też duża grupa (być może nawet większość), która uważa coś wręcz przeciwnego. A przecież, jak wspominaliśmy już wcześniej, stanowisko nauki jest tu jasne i jednoznaczne. Gwałtowny wzrost stężenia dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych w atmosferze, jaki obecnie obserwujemy (wzrost do poziomu najwyższego od wielu milionów lat!) jest bezdyskusyjnie powodowany przez nas, ludzi. Przede wszystkim przez spalanie paliw kopalnych (więcej na ten temat przeczytasz w artykule Mit: Dwutlenek węgla emitowany przez człowieka nie ma znaczenia, a odnośnie konsensusu naukowego w artykule Mit: Nauka nie jest zgodna w temacie globalnego ocieplenia).

Klimat zmienia się powoli czy szybko?

Inny ciekawy przykład pochodzi z podręcznika do gimnazjum. Gimnazjum to już przeszłość. Jednak zanim wrócimy do bardziej współczesnych przykładów pochodzących z podręczników licealnych, uważamy że warto pokazać, czego jeszcze niedawno uczono w niektórych polskich szkołach:

„Klimat na Ziemi stale się zmienia” to zdanie z kategorii „fałszywie głębokie”. Tak, to prawda, stale się zmienia, ale kluczowe jest to jak szybko i jak bardzo. Co istotne, przez kilka tysięcy lat istnienia naszej cywilizacji zmieniał się w nieznacznym stopniu – aż do niedawna. Natomiast stwierdzenie: „Jest to jednak bardzo powolny proces.” jest już głęboko fałszywe. Obecnie klimat naszej planety zmienia się bardzo szybko.

Oczywiście, nie jest prawdą że „naukowcy nie są zgodni, czy obserwowane w naszych czasach ocieplenie jest spowodowane działalnością człowieka, czy jest to zmiana naturalna.” Jak już dwukrotnie wcześniej podkreśliliśmy, ogromna większość naukowców zajmujących się klimatem jest w tej kwestii całkowicie zgodna.

Wróćmy do liceum. W podręczniku „Teraz matura – Geografia. Vadamecum” wydawnictwa Nowa Era (rok wydania 2019) przeczytamy:

Część naukowców przypuszcza, że główną przyczyną wzrostu średniej temperatury powietrza Ziemi jest wzrost emisji gazów cieplarnianych pochodzących ze źródeł antropogenicznych, np. tlenku węgla (IV), metanu, podtlenku azotu czy pary wodnej.

Dla osób nie przyzwyczajonych do purystycznego nazewnictwa związków chemicznych: tlenek węgla (IV) to po prostu dwutlenek węgla.

Stwierdzenie pozornie ostrożne i wyrażone, a w gruncie rzeczy bałamutne i wprowadzające w błąd. Nie „część naukowców”, tylko przytłaczająca większość – w tym praktycznie wszyscy specjaliści zajmujący się fizyką atmosfery czy klimatologią. I nie „przypuszcza”, a ma dowody naukowe.

W zdaniu mamy także nieścisłość na temat pary wodnej. Nasze emisje tego gazu nie mają bowiem większego znaczenia dla zmiany klimatu, choć sama para wodna jest bardzo istotnym gazem cieplarnianym, wzmacniającym działanie innych wpływających na klimat czynników (więcej o roli pary wodnej w ziemskim systemie klimatycznym i o tym, czy różni się ona od pozostałych gazów cieplarnianych możesz przeczytać w tekstach: Mit: Para wodna jest najważniejszym gazem cieplarnianym, więc CO₂ się nie liczy oraz Para wodna – klimatyczny „dopalacz”).

Także w podręczniku: „Biologia na czasie 3” wydawnictwa Nowa Era (wydanym po raz pierwszy w roku 2017) przy haśle „Globalne ocieplenie klimatu” znajdziemy fragment podobny do cytowanych wcześniej:

…Niektórzy naukowcy są jednak zdania, że globalne ocieplenie klimatu nie ma związku z działalnością człowieka. Jako przyczynę obserwowanych pod koniec XX w. zmian klimatycznych podają oni zwiększoną aktywność Słońca i zwiększoną ilość promieniowania, docierającego do powierzchni Ziemi.

Czyli znowu w duchu powiedzenia: „Panu Bogu świeczkę i diabłu ogarek”.

Być może autorzy takich sformułowań sądzą, że zwrócenie uwagi na istnienie różnych punktów widzenia na dany problem świadczy o rzetelności i obiektywizmie w przedstawianiu tematu? Jednak nie mówimy tu o przedstawianiu konkurencyjnych, lecz niepotwierdzonych hipotez, z których każda może okazać się prawdziwa. Mamy tu do czynienia z przeplataniem wartościowej wiedzy z dawno obalonymi mitami klimatycznymi – w dodatku w sposób, który podważa zaufanie do ustaleń nauki i zasiewa w uczniach wątpliwości dotyczące konsensusu naukowego oraz potwierdzonych ponad wszelką wątpliwość faktów. Idąc dalej tym tropem, czy powinniśmy zatem w podręcznikach fizyki z astronomią wspominać o tym, że „o ile niektórzy naukowcy przypuszczają, że Ziemia nie jest płaska, to wielu innych jest zwolennikami Teorii Płaskiej Ziemi”? A tak przy okazji – aktywność słoneczna w ostatnim 11-letnim cyklu słonecznym spadła do poziomu najniższego od ponad stulecia, co powinno powodować ochłodzenie klimatu – a tymczasem padają kolejne rekordy temperatury…

O korzyściach ze zmiany klimatu dla polskiego rolnictwa…

I jeszcze wątek znany już między innymi z niesławnego filmu MEN – teza, że zmiana klimatu będzie miała pozytywne aspekty z punktu widzenia produkcji żywności w naszym kraju. Spójrz na mapkę:

Pochodzi ona ze zbioru zadań z geografii, a polecenie brzmi: „Uzasadnij, że zachodzące współcześnie zmiany klimatyczne mogą być korzystne dla rolnictwa w Polsce.”

Sęk w tym, że te korzyści są bardzo nieliczne i niewielkie w zestawieniu z problemami, jakie niesie zmiana klimatu. Uprawa w Polsce roślin z (niegdyś) innych stref klimatycznych to wizja kusząca, ale niekoniecznie realna, a zagrożenia i wyzwania dla rolnictwa związane ze zmianą klimatu są ogromne i jak najbardziej realne. Z wodą już teraz mamy w Polsce poważny problem i najprawdopodobniej będzie się on dalej pogłębiał. Nawet w rządowych dokumentach wyraźnie mówi się o zagrożeniu pustynnieniem np. w województwie łódzkim. Przecież przymrozki na wiosnę i tak będą zapewne jeszcze długo się u nas zdarzać. Nie zmieni się też rzecz jasna nasłonecznienie typowe dla naszych szerokości geograficznych, nie zmieni się długość dnia i nocy o danej porze roku (więcej piszemy o tym w artykułach: Drzewka pomarańczowe? Raczej susze i grad, PAN o klimacie, suszy, powodziach i gospodarce wodnej, Coraz częstsze susze w Polsce – konsekwencja zmiany klimatu i działań anty-adaptacyjnych). Zamiast liczyć na zbiory dwa razy do roku (jak sugerowały materiały edukacyjne MEN) powinniśmy się raczej martwić o to, jak w danym roku zapewnić sobie przyzwoite plony choćby raz.

Wreszcie, skąd osoba układająca to zadanie może z całą pewnością wiedzieć, jak będzie wyglądał klimat w Polsce w roku 2075? Scenariusze rozwoju sytuacji są bardzo różne, a największa niewiadoma w prognozowaniu przyszłego stanu klimatu to nasze zachowanie wobec kryzysu klimatycznego. A konkretnie to, jaką ilość gazów cieplarnianych wpompujemy jeszcze do atmosfery.

Jeśli jednak drastycznie nie ograniczymy ich emisji, a tym bardziej, jeśli dalej będziemy postępować tak jak do tej pory, to w 2075 znajdziemy się już w naprawdę niewesołej sytuacji. Porównanie jej z rzeczywistością rodem wprost z ponurych dystopii science-fiction takich jak Mad Max nie jest tu wielką przesadą (patrz: Ziemia „stabilna” czy „cieplarniana”?, Upały „nie do zniesienia” mogą już za 50 lat dotknąć jedną trzecią ludzkości).

Polska szkoła o zmianie klimatu uczyć jednak nie musi (prawie) wcale

Mamy już za sobą (siłą rzeczy dość wyrywkowy) przegląd negatywnych przykładów fatalnego nauczania o zmianie klimatu, jakie można spotkać w szkolnych podręcznikach. Zobaczmy, co na temat współczesnej zmiany klimatu można znaleźć w oficjalnej podstawie programowej polskiej szkoły średniej.

Okazuje się że niezbyt wiele – temat pojawia się dopiero na geografii w liceum i to tylko w programie rozszerzonym. W dodatku przedstawiany jest on w sposób budzący bardzo poważne zastrzeżenia.

O strefach klimatycznych i podobnych tematach oczywiście uczy się już wcześniej, i poświęca się im relatywnie dużo miejsca. W ramach lekcji geografii możemy trafić też na takie zjawisko jak zanik pokryw lodowych w obszarach okołobiegunowych. A także na dyskusję o wpływie energetyki na środowisko (to akurat zakres podstawowy).

Fragmenty podstawy programowej:

XVIII. Problemy środowiskowe współczesnego świata: tropikalne cyklony, trąby powietrzne, sztormy, powodzie, tsunami, erozja gleb, wulkanizm, wstrząsy sejsmiczne, powstawanie lejów krasowych, zmiany klimatu, pustynnienie, zmiany zasięgu lodowców, ograniczone zasoby wody na Ziemi, zagrożenia georóżnorodności i bioróżnorodności.

Uczeń:

7. dyskutuje na temat wpływu deforestacji i innych czynników na zmiany klimatu na Ziemi oraz proponuje działania służące ograniczaniu tych zmian;

8. wskazuje na mapach obszary współcześnie zlodzone i ocenia wpływ zmian klimatycznych na zasięg pokrywy lodowej;

Jak widać to, co się w programie na temat zmian klimatycznych ostało, pozostawia wiele do życzenia. Punkt 7. odnoszący się do „wpływu deforestacji i innych czynników” sugeruje wprost, że to wylesianie jest najważniejszą przyczyną zmiany klimatu. I choć jego rola jest istotna, to jednak główną przyczyną obecnej zmiany klimatu jest przecież antropogeniczna emisja gazów cieplarnianych ze spalania węgla, gazu ziemnego i ropy naftowej.

Nigdzie nie są też jawnie wymienione te „inne czynniki”.

A jeśli poszukamy po słowach kluczowych, to i tak nie znajdziemy nic o emisjach antropogenicznych, gazach cieplarnianych czy globalnym ociepleniu.

Tak nieprecyzyjne, niepełne i mylące przedstawienie tego zagadnienia w podstawie programowej ułatwia przenikanie do podręczników szkolnych rozmaitych półprawd, mylących stwierdzeń czy wręcz negacjonizmu klimatycznego.

Porównanie polskiego programu szkolnego z programem Matury Międzynarodowej (IB)

Pisząc o nauczaniu o zmianie klimatu w polskich szkołach średnich warto mieć jakiś punkt odniesienia. Może to być międzynarodowy, cieszący się uznaniem uczelni wyższych, program edukacyjny IB (International Baccalaureate).

Zgodnie z nim uczniowie przechodzą oddzielny tryb edukacji w języku angielskim, francuskim lub hiszpańskim. Praktykowany jest w 158 krajach, w Polsce zaś klasy IB znajdziemy w 47 liceach.

Na tle naszych polskich standardów szczególnie pozytywnie wyróżnia się przedmiot „Environmental systems and societies”, który w jednej ze ścieżek nauczania może wybrać uczeń. Jak można oczekiwać po nazwie, w całości jest on poświęcony problemom ochrony środowiska, w tym także globalnemu ociepleniu.

Ale tematyka klimatu i jego ochrony pojawia się też w wielu innych miejscach.

Fizyka

Klimatologia ma swoje podstawy w fizyce. Można więc oczekiwać że to właśnie w ramach tego przedmiotu szkolnego uczniowie otrzymają porcję wiedzy związanej z mechanizmami funkcjonowania ziemskiego klimatu. Uczniowie zdający maturę międzynarodową w na zajęciach z fizyki dowiedzą się o bilansie energetycznym i efekcie cieplarnianym. Dostaną też solidną dawkę wiedzy o podstawach energetyki, w tym zarówno o energetyce konwencjonalnej jak i odnawialnej.

W polskim programie nauczania fizyki o klimacie i powiązanych z nim pojęciach fizycznych w podstawie programowej nie ma nic.

Biologia

Kolejny przedmiot, od którego moglibyśmy oczekiwać informacji powiązanych z globalnym ociepleniem jest biologia. Widać to też zresztą na pokazanych przez nas wcześniej przykładach polskich podręczników. W programie biologii zgodnym z IB, w ramach rozdziału dotyczącego ekologii, mamy omówienie cyklu węglowego. Po nim zaś obszerne wymogi edukacyjne dotyczące zmiany klimatu. Dotyczy to zwłaszcza związku między obecnością CO2 w atmosferze a temperaturą panującą na Ziemi. Mamy też opisane istotne gazy cieplarniane wraz z ich własnością absorpcji promieniowania podczerwonego i wpływu na ziemski klimat.

W polskim programie nauczania, w ramach podstawowego kursu biologii z interesujących nas tu procesów pojawia się co prawda cykl węglowy („uczeń opisuje obieg węgla i azotu w przyrodzie, wykazując rolę różnych grup organizmów w tych obiegach”), jednak pod bardzo wąskim kątem, niewystarczającym dla zrozumienia postępującego ocieplenia naszej planety. Przy punkcie dotyczącym ochrony przyrody w kontekście zaniku bioróżnorodności nie znajdziemy niestety żadnej wzmianki na temat zmiany klimatu. W zakresie rozszerzonym niczego więcej w tym temacie też niestety nie znajdziemy.

Geografia

W programie IB globalne ocieplenie ma swoje istotne miejsce w nauczaniu także i tego przedmiotu. Uczeń ma szansę zdobyć rozległą wiedzę o fizycznych aspektach zmiany klimatu (efekt cieplarniany, albedo, sprzężenia zwrotne) oraz o jej skutkach (podnoszenie się poziomu morza, spadek plonów upraw, częstsze ekstrema pogodowe itd.).

Przedstawiliśmy już wcześniej polskie wymogi programowe dla przedmiotu geografia, dotyczące zmiany klimatu. Nie tylko są one bardzo skromne, ale też traktują interesujące nas tu problemy i zagadnienia bardzo powierzchownie.

Już z tego krótkiego porównania widać, że w świetle międzynarodowych standardów nasz polski program nauczania zawiera rozpaczliwie mało wymogów co do edukacji o zmianie klimatu.

Fałszywa wiedza – gorsza niż brak wiedzy

Nieobecność zmiany klimatu w podstawie programowej polskiej szkoły jest według nas czymś niezrozumiałym i wymagającym jak najszybszej zmiany. A przecież jeszcze gorsze niż brak nauczania o zmianie klimatu jest przekazywanie na ten temat informacji nieprawdziwych lub podawanie sformułowań wprowadzających uczniów w błąd.

Nauczanie o zmianie klimatu w polskiej szkole wymaga reformy. Widzą i zgłaszają to także sami uczniowie. Już ponad rok temu młodzież apelowała:

Edukacja o zmianach klimatu w szkołach jest nieaktualna i niewystarczająca, ale przede wszystkim nie przygotowuje nas na wyzwania jutra. To musi się zmienić! Potrzebujemy edukacji uświadamiającej o przyczynach i skutkach zmian klimatu.

„Uczniowie nie dowiadują się o skali zagrożenia, o sytuacji w jakiej znalazła się ludzkość.”

Rok temu edukację klimatyczną w Polskiej szkole (a raczej jej brak) komentował też między innymi prof. Piotr Skubała (*):

Temat wydaje się gorący i ważny. Zapewne przed nami kolejne strajki młodzieżowe. Ostatnio udzielałem wywiadu dla Holistic News przed strajkiem klimatycznym o stanie edukacji ekologicznej w szkołach. Szkoła nie porusza takich zagadnień jak masowe wymieranie, czy zmiany klimatyczne. Uczniowie nie dowiadują się o skali zagrożenia, o sytuacji w jakiej znalazła się ludzkość. Nie mają pojęcia o co chodzi ze zmianami klimatycznymi, na czym polega efekt cieplarniany. Prowadziłem wiele warsztatów, w których zebrałem takie doświadczenie. Młodzież, która wyszła na ulice, na pewno nie dowiedziała się tego w szkole w ramach programu nauczania.

W pełni zgadzamy się z tym, że nie tylko o zmianie klimatu powinno się w szkole uczyć znacznie więcej (i rzetelniej) niż obecnie. Uczniowie powinni dowiadywać się o też o szeroko rozumianym skażeniu środowiska, wyczerpywaniu zasobów naturalnych czy wreszcie o wspomnianym przez prof. Skubałę „szóstym wielkim wymieraniu”.

Psychologia nauczania o zmianie klimatu

Zmiana klimatu i jej konsekwencje to tematy bardzo przygnębiające. Bliższe zapoznanie się z nimi może wywołać szczególnie silne zaniepokojenie stanem naszego świata. Szczególnie u osób młodych, które w dodatku będą ponosić konsekwencje decyzji i działań (lub ich braku) podejmowanych przez poprzednie pokolenia.

Rzetelne nauczanie o zmianie klimatu niesie więc ze sobą dodatkowe problemy i rodzi trudne pytania. Co będzie czuła kilkunastoletnia osoba żyjąca ze świadomością grożącej nam katastrofy klimatycznej – destabilizacji ziemskiego klimatu i jej dramatycznych następstw społecznych, politycznych i gospodarczych? Co będzie czuł ktoś, kto już wie, że grozi nam załamanie się naszej cywilizacji, a może nawet zagłada naszego gatunku? Czy udźwignie ciężar takiej wiedzy? Czy szkoła pomoże? Czy nie należało by do nauczania o zmianie klimatu zaangażować również psychologów szkolnych?

Może więc jednak lepiej nie mówić na ten temat za wiele? Może należy ograniczyć się tylko do podania podstawowych informacji o przyczynach zmiany klimatu (np. o gazach cieplarnianych), a unikać mówienia o wszystkich jej konsekwencjach – szczególnie tych najpoważniejszych? Może też lepiej nie używać terminów takich jak choćby „katastrofa klimatyczna”?

Uważamy, że byłoby to błędne i szkodliwe podejście. Naszym zdaniem należy jasno przedstawiać faktyczny stan rzeczy – w myśl zasady, że lepsza najgorsza prawda niż najsłodsze kłamstwo. Nie bojąc się przy tym oskarżeń o „alarmizm”, padających ze strony ludzi, będących często de facto negacjonistami klimatycznymi. I zwykle należących do pokolenia, którego nie dotkną najpoważniejsze konsekwencje zmian klimatycznych.

Konsekwencje te zaczynają nas zresztą dotykać coraz wyraźniej już tu i teraz. Cytując raport Polskiej Akademii Nauk:

Z powodu zmiany klimatu (…) musimy się liczyć z częstszym występowaniem zarówno suszy (meteorologicznej, rolniczej i hydrologicznej), jak i niszczącego nadmiaru wody. Nawet w jednym roku może wystąpić zarówno susza, jak i powódź. Dawna „nienormalność” staje się nową normalnością, a przyszłe ekstrema będą jeszcze bardziej ekstremalne niż w przeszłości, negatywnie oddziaływając na mieszkańców i gospodarkę Polski.

Wiedza na temat przyczyn i konsekwencji zmiany klimatu jest dostępna. Uważamy, że obowiązkiem szkoły jest ją rzetelnie przekazywać. Utrzymywanie młodego pokolenia w niewiedzy odnośnie kryzysu, który sprowadzają na nie nasze obecne działania, jest – oględnie mówiąc – nieuczciwe i nieetyczne. I musi się jak najszybciej skończyć.

Jakub Jędrak, Hubert Kordulewski

The post Bzdury z podręczników szkolnych: klimat się ociepla, bo Słońce mocniej świeci appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Medialne zamieszanie wokół Amazonii

Latem 2019 na całym świecie bardzo głośno było o pożarach lasów w brazylijskiej części Amazonii. Internet był pełen zdjęć i apeli – często bardzo emocjonalnych – o ratowanie puszczy tropikalnej. Zamieszczali je nie tylko naukowcy, ale też zwykli ludzie, a także znani artyści i politycy.

Pojawiały się też jednak głosy sceptyczne i studzące emocje. Jako przykład można wymienić artykuł Michaela Shellenbergera, a w polskim internecie film znanego popularyzatora nauki dr Tomasza Rożka pt. „Amazonia w ogniu fake newsów”. Dowiemy się z nich, że obecny rok nie jest pierwszym, w którym puszcza amazońska płonęła. I że kiedyś płonęła nawet bardziej intensywnie niż teraz. Że wycinka lasów była prowadzona też w Brazylii dawniej, czasem na dużo większą skalę niż dziś. Że udostępniane zdjęcia pożarów pochodzą często sprzed wielu lat albo z zupełnie innych części świata (tak jakby to miało jakiekolwiek znaczenie…). I że nie ma powodów do paniki, bo nic takiego niezwykłego się nie dzieje, ale akurat w tym roku nie wiedzieć czemu temat stał się modny. Przede wszystkim zaś autorzy tych materiałów podkreślają, że Amazonia wcale nie jest „płucami świata”. Więc nawet jakby się spaliły wszystkie lasy w tym regionie, to i tak ilość tlenu w ziemskiej atmosferze zmaleje bardzo nieznacznie – nawet jakby cała Amazonia poszła z dymem to i tak na pewno się nie podusimy.

Te wypowiedzi można by uznać za głosy rozsądku. Jednak choć w wielu kwestiach ich autorzy podają jak najbardziej prawdziwe informacje, to z drugiej strony często ignorują albo marginalizują pewne bardzo istotne problemy, przez co przekazują odbiorcom swoich materiałów niepełny, a czasem wręcz fałszywy, obraz rzeczywistości. Tak jest też w szczególności zarówno w przypadku filmu redaktora Rożka, jak i tekstu Shellenbergera, który Rożek cytuje zresztą jako jedno ze źródeł (komentarz do artykułu Shellenbergera można znaleźć w artykule Rhetta Butlera z portalu Mongabay).

Warto więc bliżej przyjrzeć się całej sprawie i sprawdzić fakty.

Amazonia jako źródło tlenu

Często spotykamy się ze stwierdzeniem, że Amazonia odpowiada za 20% produkcji tlenu na świecie. Czy więc bez jej lasów ziemska atmosfera zawierałaby 20% mniej tlenu? Nie.

Amazonia odpowiada nie za 20%, a za jakieś 6% tlenu produkowanego przez wszystkie organizmy fotosyntetyzujące (nie tylko rośliny) na naszej planecie (Brannen, 2019). Ale te 6% to też myląca liczba. Prawie dokładnie tyle samo tlenu, ile wyprodukują organizmy zdolne do fotosyntezy, jest zużywane przez inne istoty żywe poprzez oddychanie – proces odwrotny do fotosyntezy. Tutaj nadwyżka emisji O2 nad jego pochłanianiem jest na tyle mała, że nazywanie puszczy amazońskiej „płucami świata” faktycznie może wprowadzić w błąd.

Jeśli nawet taki ekosystem jak puszcza amazońska zużywa praktycznie tyle samo tlenu ile produkuje, to dlaczego w ogóle w atmosferze naszej planety jest tak dużo tlenu? Odpowiedź może być dość zaskakująca: z tego samego powodu dla którego… istnieją paliwa kopalne.

Z jednej strony w procesie fotosyntezy rośliny wiążą część węgla, który znajduje się w powietrzu w postaci dwutlenku węgla (CO₂). Z drugiej strony procesy rozkładu materii organicznej uwalniają do atmosfery CO₂ (oraz metan, który po średnim czasie „życia” w atmosferze – ok. 12 lat – jest utleniany do CO₂).

Jednak w ciągu milionów lat pewna mała część z całości martwej materii organicznej uniknęła rozkładu – te szczątki roślin i zwierząt stały się w końcu torfem, węglem, ropą lub gazem ziemnym. Dzięki temu od niepamiętnych czasów w ziemskiej atmosferze pozostawała mała nadwyżka tlenu „niezużytego” na procesy rozkładu tlenowego. Więc faktycznie, nawet gdybyśmy spalili całą biomasę znajdującą się na powierzchni naszej planety, to tlenu w atmosferze byłoby po tym niewiele mniej niż obecnie, a jego koncentracja spadałaby dopiero w skali geologicznej (dobre wytłumaczenie tego problemu zawiera cytowany wyżej artykuł Petera Brannena, patrz też Szybki cykl węglowy, część 1: atmosfera i ekosystemy lądowe).

Ale to wszystko niestety nie oznacza, że pożarami lasów Amazonii (ani jakichkolwiek innych lasów lub tym bardziej torfowisk) przejmować się nie należy. Bo to nie o tlen (O₂) i jego produkcję czy ilość w atmosferze przede wszystkim tu chodzi, a właśnie o dwutlenek węgla. Dobrze wiemy, że nawet nieznaczne zmiany stężenia CO₂ w atmosferze mają poważne konsekwencje dla klimatu naszej planety, a zatem także i dla nas. A wpływ tego co się dzieje w Amazonii i z Amazonią na ilość CO₂ w ziemskiej atmosferze jest naprawdę znaczący.

Jak już wspomnieliśmy, za wymianę węgla między biosferą i atmosferą odpowiada zarówno fotosynteza (wiązanie węgla przez biosferę), jak i procesy oddychania i rozkładu materii organicznej (uwalnianie CO₂ i metanu do atmosfery). Do tego źródłem CO₂ (a także sadzy i metanu) są pożary. Jak wygląda więc ten „węglowy bilans zysków i strat” w przypadku Amazonii? Dla uproszczenia, pomijając metan, skupimy się tu tylko na dwutlenku węgla.

Amazonia – miejsce akumulacji węgla jak i źródło CO₂

Kilka lat temu w Nature – jednym z najlepszych czasopism naukowych na świecie – ukazała się praca (Gatti i in., 2014), której autorzy postanowili tę kwestię zbadać (patrz też Balch, 2014). Okazuje się, że akumulacja węgla zależy od… pogody.

Stężenie CO₂ i powstającego w wyniku pożarów tlenku węgla (CO) mierzono w kolumnie powietrza wysokości ponad 4 km w czterech lokalizacjach w brazylijskiej części Amazonii. Autorzy oszacowali, że w wilgotnym roku 2011 roślinność związała netto 0,25 ± 0,14 GtC (mld ton węgla pierwiastkowego), zaś w suchym roku 2010 jedynie 0,03 ± 0,22 GtC. Różnica ta miała związek nie tyle z temperaturą, bo ta w obu latach była powyżej średniej z lat poprzednich, lecz z wilgotnością, głównie dlatego, że niska wilgotność przekłada się na mniej wydajną fotosyntezę.

Powodem do niepokoju powinno być już to, że przez coraz częstsze susze i coraz dłuższą porę suchą Amazonia nie działa jako „pochłaniacz” emitowanego przez nas CO₂ , więc i nie spowalnia zmiany klimatu tak, jak by potencjalnie mogła i jak to robiła kiedyś. W ciągu dwu dekad poprzedzających rok 2005 lasy Amazonii wiązały 0,3-0,6 GtC (średnio 0,4 GtC) rocznie. Dla porównania, cała roślinność na Ziemi akumuluje rocznie 2,6±0,7 GtC rocznie (szacunki sprzed kilku lat).

Jednak w przypadku Amazonii ta „węglowa księgowość” nie kończy się na wypadkowym „przepływie” węgla między żywym, nietkniętym ogniem lasem a atmosferą. Nie wystarczy poprzestać na oszacowaniu różnicy między ilością węgla związaną przez rośliny w procesie fotosyntezy i jego ilością uwolnioną do atmosfery na skutek rozkładu materii organicznej. Musimy bowiem pamiętać, że każdego roku lasy Amazonii mniej lub bardziej intensywnie płoną.

Amazonię trawią pożary

Skutki pożarów są bardziej dewastujące w latach suchych, w których do atmosfery uwalniane są szczególnie duże ilości węgla – głównie w postaci CO₂ , a także sadzy i tlenku węgla. W wilgotnym roku 2011 było to ok. 0,3±0,1 GtC, więc odejmując ilość węgla, którą (netto) związały rośliny, wychodzimy z grubsza na zero. Ale w suchym roku 2010 emisje związane z pożarami wynosiły już 0,5±0,1 GtC, co wraz z bardzo małą akumulacją węgla daje netto emisję równą 0,5±0,2 GtC (czyli ok. 1,8 GtCO₂).

W oparciu o szacunki Gatti i in., 2014 można stwierdzić, że w suchym roku 2010 Amazonia wyemitowała z grubsza 5-krotnie więcej dwutlenku węgla niż Polska. To 4-5% procent globalnej antropogenicznej emisji tego gazu (patrz Emisje CO₂ dalej rosną – budżet węglowy 2018). Z kolei w 2015 roku, kiedy w Amazonii również panowała susza, emisje CO₂ z Amazonii były mniej więcej 3-krotnie większe od polskich (patrz Aragão i in., 2018).

Trawa zamiast lasu

Naukowcy nie od dziś dostrzegają ryzyko zmiany lasów tropikalnych w ekosystemy trawiaste (patrz Coraz dłuższa pora sucha w Amazonii). Pisaliśmy też o tym w tekście o dodatnich sprzężeniach zwrotnych w ziemskim systemie klimatycznym, nasilających i przyspieszających zmianę klimatu, patrz Ziemia „stabilna” czy „cieplarniana”?

Taki scenariusz oznaczałby utratę bezcennego, niezwykle bogatego ekosystemu na rzecz ekosystemu nie tylko znacznie uboższego z punktu widzenia bioróżnorodności, ale też o znacznie mniejszych możliwościach wiązania węgla i tym samym spowalniania zmiany klimatu i bardziej wrażliwego na działanie ognia.

W dłuższej skali czasu sam wpływ zmian klimatycznych (tzn. bez innych działań ze strony człowieka) grozi degradacją, a w końcu zagładą lasów tropikalnych. Jednak połączony wpływ suszy, wylesiania i pożarów może to znacząco przyspieszyć, zaś wpływ człowieka już dziś istotnie nasilił proces niszczenia tropikalnych lasów Amazonii przez ogień.

Wykazują na to wyniki badań (Brando i in., 2014, Silverio i in., 2013) prowadzonych kilka lat temu w dość suchym południowo-wschodnim rejonie Amazonii (górny bieg rzeki Xingu). Zaobserwowano tam wdzieranie się roślin trawiastych na obszar spalonego lasu, szczególnie nasilone po pożarach w suchym roku 2007. Naukowcy zwracają uwagę na kilka czynników sprzyjających temu procesowi. Już sama fragmentacja lasu i zwiększenie długości jego granic zwiększają ryzyko pożarów.

Ponadto susza bardzo nasila intensywność pożarów, a przez to straty w drzewostanie powodowane przez ogień – większy odsetek drzew (szczególnie tych rosnących przy granicy lasu) ginie w wyniku pożaru. Inaczej mówiąc, pożar zajmujący tę samą powierzchnię będzie miał inne skutki w roku suchym, a inne w roku wilgotnym. Wiąże się to choćby z większą ilością suchych liści lub gałęzi w lesie, co zazwyczaj skorelowane jest z większą intensywnością ognia w trakcie pożaru. Brando i współpracownicy zwracają też uwagę, że w roku suszy (2007) temperatura powietrza była znacząco wyższa, a wilgotność względna niższa niż w pozostałych czterech analizowanych latach (2004-2006 i 2009).

Autorzy podkreślają też, że wraz z wysiłkami na rzecz ograniczenia czy wręcz zakończenia procesu wylesiania na obszarze Amazonii muszą być tam podejmowane także działania redukujące ryzyko pożarów, w tym rozprzestrzenianie się ognia z sąsiadujących z lasami terenów rolniczych.

Amazonia na równi pochyłej

Z powodu zmian klimatycznych częstotliwość susz na obszarze Amazonii będzie prawdopodobnie dalej rosła. Jeśli jednocześnie w dalszym ciągu będzie prowadzona intensywna wycinka, a z drugiej strony nie zrobimy nic, by zmniejszyć liczbę i intensywność pożarów, to lasy w tym rejonie przestaną być pochłaniaczem netto dwutlenku węgla, przynajmniej częściowo kompensującym nasze emisje, a staną się istotnym źródłem tego gazu cieplarnianego.

W dodatku rośnie ryzyko, że ekosystem leśny z czasem zamieni się w ekosystem trawiasty. Zniknięcie (nawet tylko częściowe) amazońskich lasów tropikalnych miałoby poważne i trudne do przewidzenia konsekwencje nie tylko dla Ameryki Południowej, ale dla całej planety i jej klimatu. I nie chodzi tu tylko o wpływ takiego scenariusza na zawartość dwutlenku węgla w powietrzu, ale również o wpływ na obieg wody w atmosferze (patrz Podniebne rzeki: jak wylesianie wpływa na globalny cykl hydrologiczny).

Trudno więc dziś powiedzieć, jaka przyszłość czeka Amazonię i jaki będzie scenariusz rozwoju wypadków w tej części świata. Jest to zresztą jedno ze źródeł niepewności w prognozowaniu tempa zmiany klimatu. Ważne są nie tylko emisje CO₂ z obszaru Amazonii, ale także emisje metanu, związane zarówno z procesami beztlenowego rozkładu materii organicznej, jak i emisjami mającymi miejsce podczas pożarów.

Istotne jest też, jak na bilans węgla wpływa to co dzieje się nie tylko w lasach, ale też w rzekach Amazonii, którymi część pochłoniętego przez las węgla spływa do oceanu (Sawakuchi i in., 2017). Liczą się również zmiany zawartości fosforu w glebie pierwiastka bezpośrednio wpływającego na tempo przyrostu biomasy, a więc na ilość wiązanego przez rośliny węgla (Fleischer i in., 2019).

Szczególnie duże zainteresowanie pożarami w Amazonii

Dlaczego to, co działo się ostatniego lata w Amazonii stało się obiektem zainteresowania społeczeństwa, mediów i decydentów?

O ile liczba pożarów w latach 2003-2007 była większa niż w ostatniej dekadzie, a tempo wylesiania w latach 90. XX wieku i na początku obecnego stulecia znacznie wyższe, to po spadku w poprzednich latach jedno i drugie zjawisko uległy ostatnio intensyfikacji. Tak dużej liczby pożarów jak w 2019 roku nie było na obszarze brazylijskiej Amazonii od 2010 roku. Do września wycięto zaś więcej hektarów lasu niż kiedykolwiek po 2008 roku. Czy to, że w pewnych okresach było jeszcze gorzej, oznacza, że nie należy mówić o bardzo poważnym problemie, który mamy dziś? Należy tu zauważyć, iż problem ten może jeszcze narastać, także w wyniku sprzyjającej wylesianiu polityki nowych władz Brazylii.

O skali pożarów w 2019 roku na własne oczy (i nos) mogli się zresztą przekonać mieszkańcy São Paulo. Miasto to pewnego popołudnia spowił dym, mimo że płonące lasy były odległe o setki kilometrów.

Zapewne też po rekordowych pożarach lasów i torfowisk Syberii, Alaski i Kanady ludzie na całym świecie stali się wyczuleni na ten temat. A może zwrócili uwagę już wcześniej, w wyniku pożarów lasów w Kalifornii, Szwecji, Grecji, które pochłonęły życie wielu osób.

Wszystko wskazuje na to, że właśnie od lata 2019 w wielu krajach bardzo wzrosła świadomość problemu zmian klimatycznych i ich konsekwencji.

A czy wcześniej nie mówiono o zagrożeniach dla Amazonii? Oczywiście, że mówiono i pisano. Jako przykład można podać tekst z The Guardian sprzed dziesięciu lat, referujący ustalenia klimatologów na temat wpływu globalnego ocieplenia na los Amazonii i ostrzegający przed tym, jak dramatyczne skutki dla tego rejonu będzie miała obecna zmiana klimatu. Już wtedy mówiono też o możliwej zamianie lasu tropikalnego w trawiasty ekosystem, zwany w Brazylii cerrado, tyle że większość ludzi po prostu się tym wtedy nie interesowała. Zainteresowanie pożarami lasów w Brazylii w ostatnim roku nie było nadmierne czy histeryczne – raczej temat ten wywołał wreszcie zainteresowanie, na jakie zasługuje.

Jakub Jędrak, konsultacja merytoryczna: dr hab. Bogdan H. Chojnicki

Artykuł jest zmienioną wersją tekstu, który ukazał się na portalu smoglab.pl.

The post Amazonia w ogniu półprawd appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W tym roku wzrost emisji CO₂ był mniejszy głównie dzięki dużemu spadkowi emisji związanych ze spalaniem węgla i jednoczesnemu wzrostowi produkcji energii ze źródeł niskoemisyjnych, takich jak energetyka wiatrowa i słoneczna. Ale także dzięki spowolnieniu tempu wzrostu światowej gospodarki.

Autorzy raportu podkreślają jednak, że obserwowany rozwój niskoemisyjnych źródeł energii w najlepszym wypadku jedynie spowolnił wzrost emisji CO₂ związany ze spalaniem paliw kopalnych. Obserwujemy bowiem także trwający trend wzrostowy dla emisji CO₂ ze spalania ropy naftowej i gazu ziemnego.

Za wzrost zużycia ropy naftowej odpowiada głównie transport: drogowy, lotniczy i morski. Z kolei wzrost zużycia gazu wiąże się z ogólnym wzrostem zapotrzebowania na energię oraz przewagą ekonomiczną nowych elektrowni gazowych względem węglowych i atomowych (Peters i in. 2019, Jackson i in. 2019, Conca 2016). W przypadku „błękitnego paliwa” emisje CO₂ wzrosły w 2019 aż o 2,6%. W kolejnych latach wzrost zużycia gazu będzie prawdopodobnie kompensował spadek wykorzystania węgla.

Spalanie paliw kopalnych nie jest jednak jedynym źródłem CO₂ związanym z naszą działalnością. Wstępne szacunki za bieżący rok mówią o rekordowej emisji 6 mld ton CO₂ związanej z pożarami lasów, wylesianiem i innego rodzaju zmianami użytkowania terenu. Oznacza to wzrost o 0,8 mld ton w porównaniu z 2018 r., co razem z emisjami ze spalania paliw kopalnych i produkcją cementu daje łączną emisję CO₂ na poziomie 43,1 mld ton (w przedziale ufności od 39,9 do 46,2 mld ton CO₂) wyemitowanych przez ludzkość w 2019 r. Nie powinno nas to dziwić, jeśli przypomnimy sobie że w tym roku zdarzyły się rekordowe pożary tajgi oraz pożary o bardzo dużej skali w Amazonii, Afryce czy Australii.

Pożary to dopiero początek problemów

Pożary lasów nie tylko zwiększają emisje dwutlenku węgla, ale zmniejszają też możliwości usuwania tego gazu z atmosfery w procesie fotosyntezy. Jest to szczególnie niepokojące z dwu powodów. Po pierwsze, oznacza że w przyszłości przy tej samej wielkości emisji co dziś, stężenie CO₂ w atmosferze będzie rosło szybciej niż obecnie. Lub, jak kto woli, przy mniejszej emisji będzie rosło równie szybko.

Po drugie, przypomina nam o tym że w ziemskim systemie klimatycznym istnieją tzw. dodatnie sprzężenia zwrotne. Wzmacniają one bezpośredni wpływ, jaki na zmianę klimatu mają emitowane przez nas gazy cieplarniane i pyły. Pożary lasów i ich stopniowa zamiana na ekosystemy mniej wydajne pod względem wiązania CO₂ z powietrza to właśnie jedno z takich sprzężeń. I chyba niestety nie jedyne, które już udało nam się uruchomić.

Międzyrządowy Panel ds. Zmiany Klimatu rozpoczął analizę punktów krytycznych ziemskiego systemu klimatycznego już dwadzieścia lat temu. W tamtym czasie uważano, że wielkoskalowe zaburzenia klimatu i przekroczenie punktów krytycznych stają się prawdopodobne dopiero przy ociepleniu przekraczającym 5°C. Stopniowo granica ta była obniżana, w specjalnym raporcie z września 2018 roku już do poziomu w granicach 1,5-2°C.

Bardzo niepokojące są też wieści dochodzące z Arktyki, której znaczenie dla ziemskiego klimatu jest kluczowe (patrz np. Ciepło w Arktyce: mniej śniegu, mniej lodu, więcej pożarów), a która ociepla się znacznie szybciej niż reszta naszej planety (więcej na ten temat w tekście Arktyczne wzmocnienie). Oznacza to również coraz szybsze topnienie wieloletniej zmarzliny (Turetsky i in., 2019), wielkiego magazynu węgla mogącego mieścić nawet 1600 mld ton (GtC) tego pierwiastka (dla porównania, w atmosferze mamy obecnie „dopiero” 870 GtC). Gdy skuta wcześniej lodem ziemia zamienia się w błoto, ruszają w niej procesy rozkładu szczątków organicznych a także ich wymywania, co sprzyja emisjom metanu i dwutlenku węgla (więcej na ten temat w tekście Topnienie zmarzliny niszczy lądowe magazyny węgla). To kolejny z procesów, które może przyśpieszyć zapoczątkowane przez nas ocieplenie klimatu.

Jak napisali w swoim ostatnim artykule dla Nature Lenton i in. (2019), już w przypadku 9 z 15 ważnych, wielkoskalowych zjawisk zachodzących w związku ze zmianą klimatu (patrz Lenton i. in. 2008) zbliżamy się do momentu, w którym zostaną przekroczone ich punkty krytyczne – zmiany staną się nieodwracalne i niemożliwe do powstrzymania (patrz także O co chodzi z „progiem wzrostu temperatury o 2C”). Oprócz wymierania nękanych coraz częstszymi suszami dżungli Amazonii i niszczonych przez pożary i szkodniki lasów północy, oraz topnienia wieloletniej zmarzliny, należą do nich także zanik lodu morskiego w Arktyce (również przyśpieszający ocieplanie się klimatu – patrz Arktyczne wzmocnienie), cofanie się lodowców Grenlandii, Antarktydy Zachodniej czy wybielanie raf koralowych.

A. Dżungla amazońska (częste susze, pożary, zmiana ekosystemu w trawiasty), B. Arktyczny lód morski (zmniejszenie powierzchni, zmiana albedo), C. Cyrkulacja atlantycka (spowalnia od lat 1950.), D. Tajga (pożary i nowe szkodniki), F. Rafy koralowe (masowe wymieranie), G. Lądolód Grenlandii (przyśpieszający spadek masy), H. Wieloletnia zmarzlina (topnieje), I. Antarktyda Zachodnia (przyspieszenie rozpadu lądolodu), J. Basen Wilkesa (spadek masy lodowców przyśpiesza). Źródło: Lenton i in. (2019)

Minimalizacja strat – na razie idzie nam średnio

By mieć jakiekolwiek szanse na uniknięcie przekroczenia destabilizujących klimat punktów krytycznych powinniśmy jak najszybciej przestać emitować gazy cieplarniane. Nie tylko dwutlenek węgla, ale także metan (pochodzący zwłaszcza z wydobycia paliw kopalnych i hodowli zwierząt (patrz The Global Methane Budget 2000-2012, Saunois i in. 2016) oraz podtlenek azotu (którego emisje są związane głównie z rolnictwem).

Wciąż daleko jesteśmy od redukcji emisji, która pozwoliłaby wypełnić cele ujęte w Porozumieniu paryskim i tym samym uniknąć najgorszych skutków zmiany klimatu. Potwierdza to raport „Emissions Gap” (UNEP, 2019), w którym zestawiono dalsze scenariusze emisji:

• zgodne z obecnymi trendami,
• zakładające wypełnienie zobowiązań redukcji emisji zadeklarowanych przez państwa (bezwarunkowych i warunkowych),
• takie, które z prawdopodobieństwem ok. 66% pozwoliłyby na zatrzymanie globalnego ocieplenia na poziomie 2°C oraz 1,5°C (lub takie, które mają maksimum poniżej 1,7°C, a potem temperatura spada znów do 1,5°C).

Nawet przy założeniu, że wszystkie kraje wypełnią zgłoszone przez siebie zobowiązania, suma naszych emisji w 2030 r. przekroczy poziom pozwalający na zatrzymanie wzrostu temperatury na poziomie 2°C względem epoki przedprzemysłowej o 12 Gt ekwiwalentu CO_2. Tymczasem (jak pokazuje porównanie linii niebieskiej z czerwoną i pomarańczową na rysunku 7), obecne polityki nie prowadzą nas nawet do realizacji wspomnianych zobowiązań. Każdy rok, w którym nasze emisje wykraczają ponad pożądany poziom oznacza, że nasz „budżet węglowy” wyczerpuje się szybciej niż byśmy chcieli a zatrzymanie zmiany klimatu będzie wymagać usunięcia z atmosfery coraz większej ilości dwutlenku węgla.

Jakub Jędrak i Aleksandra Kardaś

Artykuł jest zmienioną i rozszerzoną wersją tekstu, który ukazał się na portalu Smoglab

The post 2019: Globalna emisja dwutlenku węgla wciąż rośnie appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W Specjalnym Raporcie IPCC przyjęto, że wzrost temperatury będzie postępował w tempie takim, jak dotychczas, czyli ok. 0,2°C na dekadę. Tymczasem w grudniu w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature ukazał się artykuł o dającym do myślenia tytule: „Globalne ocieplenie będzie postępować szybciej, niż sądzimy” (Xu i in., 2018). Przyczyn, z powodu których autorzy ostrzegają, że temperatura na Ziemi będzie prawdopodobnie rosła jeszcze szybciej jest kilka. Przyjrzyjmy się im.

Emisje gazów cieplarnianych, zamiast maleć, wciąż rosną

Emitujemy coraz więcej dwutlenku węgla. Po krótkim okresie zahamowania (lata 2014-2016) wzrost emisji CO₂ ze spalania paliw kopalnych znów przyśpieszył – w roku 2018 wyniósł ok. 3% (wyemitowaliśmy w sumie 37,1 mld ton CO₂ – patrz Emisje CO₂ dalej rosną – budżet węglowy 2018).

Oznacza to, że globalne emisje CO₂ podążają trajektorią zbliżoną do najgorszego rozpatrywanego przez IPCC scenariusza RCP8.5 (tzw. Biznes-jak-zwykle). W scenariuszu tym stosowane przez IPCC modele klimatu prognozują ocieplenie w tempie 0,25-0,32°C na dekadę, czyli szybsze niż założone w ostatnim Specjalnym Raporcie IPCC 0,2°C na dekadę. Różnicę pokazuje rysunek 1.

Emisje dwutlenku siarki (SO₂) spadają szybciej niż zakładano

Spalając paliwa kopalne, emitujemy do atmosfery tlenki siarki i azotu, które w wyniku różnych reakcji chemicznych tworzą aerozole siarczanowe i azotanowe. Ich obecność w atmosferze działa na klimat chłodząco. Po pierwsze, bezpośrednio – zawieszone w powietrzu cząstki odbijają część padającego na Ziemię promieniowania, czyli zwiększają albedo planety (tzw. bezpośredni efekt aerozolowy). Po drugie, pośrednio: im więcej cząstek aerozolu mogących służyć jako niezbędne do powstawania kropelek chmurowych jądra kondensacji, tym zarówno czas życia, jak i albedo chmur są większe, co przekłada się na silniejszy efekt chłodzący (tzw. pośredni efekt aerozolowy). W sumie chłodzący wpływ aerozoli jest szacowany nawet na 0,7°C (z dużym stopniem niepewności w obydwie strony).

Aerozole siarczanowe i azotanowe są istotnym składnikiem smogu. A ponieważ ludzie nie chcą wdychać tzw. pyłów wtórnych czy kropelek kwasu siarkowego, od lat podejmowane są na całym świecie działania mające na celu zmniejszanie emisji tlenków siarki. Sęk w tym, że działania te przebiegają szybciej, niż prognozowało IPCC i większość grup zajmujących się modelowaniem klimatu. Xu ze współpracownikami przywołują tu przykład Chin, które w latach 2014-2016 zredukowały emisje SO₂ z energetyki o 7–14%. Tymczasem modele klimatu w większości przewidywały wzrost emisji tej substancji. Zmniejszenie emisji dwutlenku siarki to niewątpliwie dobra wiadomość z punktu widzenia ochrony zdrowia oraz ochrony ekosystemów i rolnictwa przed negatywnym wpływem kwaśnych deszczy, ale gorsza dla tempa globalnego ocieplenia klimatu.

Zmiany prądów oceanicznych i temperatury oceanów

Na temperaturę powietrza przy powierzchni planety wpływa nie tylko nasza działalność, ale także czynniki naturalne, w tym oscylacje oceaniczne, objawiające się m. in. zmianami temperatury powierzchni oceanów. Jak zauważają autorzy, pojawiają się oznaki sugerujące, że nasza planeta może właśnie wchodzić w związaną z tymi oscylacjami ciepłą fazę, która może potrwać parę dekad.

Wydaje się, że wody powierzchniowe Oceanu Spokojnego ulegają ociepleniu, zgodnie z cyklicznym zjawiskiem zwanym Pacyficzną Oscylacją Międzydekadową (nie należy jej mylić z Pacyficzną Oscylacją Dekadową, która obejmuje mniejszy obszar, ani też z oscylacją El Niño-La Niña). Podobne procesy zachodzą także na Atlantyku: dane z pływających w oceanach boi pomiarowych pokazują, że w ciągu ostatnich kilkunastu lat osłabło mieszanie wód powierzchniowych i głębinowych na północnym Atlantyku. Z tego powodu więcej energii cieplnej (wewnętrznej) pozostaje w atmosferze, zamiast – jak to miało miejsce do tej pory – trafiać w głębiny oceaniczne. Jest też możliwe, że osłabienie cyrkulacji termohalinowej na Atlantyku nie jest związane z naturalnymi oscylacjami, lecz z topnieniem lądolodu Grenlandii, będącym następstwem powodowanego przez nas ocieplenia. Tak sugerują badania pokazujące, że cyrkulacja termohalinowa osłabła do poziomu nie mającego precedensu w ostatnim tysiącleciu (patrz Golfsztrom najsłabszy od ponad 1000 lat, Gulf Stream current at its weakest in 1600 years). Tak czy inaczej, jeśli w najbliższych dekadach usuwanie ciepła w głębiny oceaniczne spowolni, wzrost globalnego ocieplenia klimatu przyspieszy.

Prawdopodobne szybsze globalne ocieplenie klimatu niż mówią prognozy IPCC

Na skutek szybszego niż zakładano wzrostu emisji CO₂ i spadku emisji SO₂, przekroczenie progu globalnego ocieplenia o 1,5°C nastąpi najprawdopodobniej już około 2030 roku, a o 2°C ok. 2045 roku. To o wiele wcześniej, niż wynikałoby z prognozy z ostatniego Specjalnego Raportu IPCC, który ocenia prawdopodobieństwo ocieplenia o 1,5 °C do 2030 roku na 17% , zaś do 2052 roku na 83%. Jeśli dodatkowo weźmiemy pod uwagę zmiany prądów oceanicznych i temperatury powierzchni oceanów, to istnieje co najmniej 10-procentowe ryzyko, że próg ocieplenia o 1,5°C przekroczymy już do 2025 roku.

Czasu na skuteczne działania zostało nam więc bardzo niewiele. Tym bardziej, że być może już gdzieś w okolicy globalnego ocieplenia o 1,5-2°C znajduje się „punkt bez powrotu” – próg nieodwracalnego przejścia do stanu „Cieplarnianej Ziemi”. Wskazany w Porozumieniu Paryskim graniczny próg 1,5-2°C wzrostu temperatury względem epoki przedprzemysłowej nie wziął się „z sufitu” – to zakres maksymalnych temperatur, jakie występowały na Ziemi w ostatnim milionie lat. Ocieplenie powyżej tego poziomu doprowadzi do „wyrwania się dżina z butelki”. Arktyka zacznie topnieć, a odbijające promieniowanie słoneczne lód i śnieg zostaną zastąpione przez pochłaniające energię, ciemną powierzchnię ziemi i wodę, co nasili ogrzewanie się naszej planety. Wraz ze wzrostem temperatury przyspieszy rozkład materii organicznej w glebach, powodując emisje dwutlenku węgla i metanu. Proces ten dotknie też w szczególności wiecznej (dotychczas) zmarzliny i zamrożonej w niej materii organicznej. Zacznie się też wydzielać metan z oceanicznych pokładów hydratów metanu. Fale upałów i susze, nakładające się na przesuwające się strefy klimatyczne, doprowadzą do pożarów lasów, przez co uwięziony w nich węgiel trafi w postaci CO₂ do atmosfery. Dojdą do tego także inne sprzężenia zwrotne, które po przekroczeniu pewnego progu (2,5°C? 2°C? 1,5°C?) dalej już same z siebie będą napędzać zmianę klimatu (patrz Ziemia „stabilna” czy „cieplarniana”?).

Rekomendacje

To, że autorzy artykułu Xu i in., 2018 są w swoich prognozach bardziej pesymistyczni niż IPCC nie powinno specjalnie dziwić. Nie od dziś wiadomo, że prognozy IPCC są mocno konserwatywne (patrz Mit: Naukowcy z IPCC to alarmiści). Autorzy podkreślają, że musimy więc działać bardzo szybko, a w szczególności:

Po pierwsze, politycy powinni zwrócić się do IPCC po raport dotyczący bliskiej przyszłości, czyli perspektywy czasowej najbliższego ćwierćwiecza. Należy przy tym oszacować tempo, w jakim obecne systemy polityczne mogą odpowiedzieć na stojące przed nami wyzwania, i to biorąc pod uwagę tendencję do obrony status quo przez grupy interesów i biurokratów. Naukowcy powinni do celów raportu przygotować modele klimatyczne tak, aby mogły bardziej szczegółowo opisywać ewolucję klimatu w ciągu najbliższych 25 lat, uwzględniając przy tym najnowsze dane dotyczące atmosfery i oceanu, a także cykle oceaniczne.

Po drugie, należy przemyśleć cele polityczne. Autorzy zauważają, że w miarę jak zbliżamy się do wyznaczonych „limitów ocieplenia” coraz trudniej jest o realistyczne strategie. Świadczy o tym choćby uwzględnienie w planowanych działaniach, mających na celu uniknięcie globalnego ocieplenia o 1,5°C technologii takich jak wychwyt CO₂ (ujemne emisje), które w praktyce obecnie jeszcze nie funkcjonują (patrz Ograniczenie ocieplenia do 2C – nierealny optymizm naukowców). Realistyczne cele powinny brać pod uwagę uwarunkowania społeczne i polityczne, a nie jedynie parametry geofizyczne. Powinny też wynikać z analizy koniecznych kompromisów, kosztów, korzyści i wykonalności.

Xu, Ramanathan i Victor zwracają przy tym uwagę, że choć lepsze oszacowanie kosztów podejmowanych kroków może motywować do działania, to może być też politycznie niewygodne. Pokazuje bowiem przepaść między tym, co poszczególne kraje obiecują zrobić w celu redukcji emisji gazów cieplarnianych, a co musi być wspólnie osiągnięte, by realnie zatrzymać ocieplenie przed progiem niebezpiecznej zmiany klimatu. Autorzy proponują więc, żeby wiedza o kosztach, korzyściach i koniecznych kompromisach pochodziła spoza procesu politycznego, od grup i organizacji niezależnych od polityków – na przykład z jednostek i instytucji takich jak narodowe akademie nauk czy też z organizacji pozarządowych. Jak zauważają autorzy, łatwo jest naginać modele na papierze, lecz znacznie trudniej wdrażać realnie funkcjonującą politykę klimatyczną.

Po trzecie, zmiana klimatu zaszła już tak daleko, że konieczne będzie szybkie wdrażanie strategii adaptacyjnych. Należy przy tym skierować więcej uwagi i środków na zdolność radzenia sobie ze skutkami zdarzeń zgodnych z najgorszymi scenariuszami rozwoju wypadków.

Po czwarte, musimy zrozumieć, jakie mamy możliwości szybkiej, doraźnej odpowiedzi na zmianę klimatu i zmniejszenia jej skutków. W tym kontekście autorzy zwracają uwagę, że oprócz redukcji emisji CO₂ bardzo istotne jest również ograniczenie emisji metanu, sadzy oraz fluorowęglowodorów (HFC), a także prekursorów ozonu (patrz Xu i Ramanathan 2017). Pozwoliło by to znacząco zmniejszyć tempo ocieplania się klimatu w ciągu następnego ćwierćwiecza. Trzeba jednak pamiętać, że samo ograniczenie emisji tych krótko żyjących substancji to działanie tyleż konieczne, co niewystarczające (patrz Zmniejszenie emisji metanu i sadzy to za mało). Jest to tylko jeden z trzech niezbędnych elementów stabilizacji klimatu, razem z uzyskaniem neutralności węglowej i wychwytem CO₂. I z pewnością nie może zastąpić redukcji emisji CO₂.

Szybsze niż ograniczenie emisji efekty przyniosła by geoinżynieria, polegająca na rozpylaniu aerozolu siarkowego w górnych warstwach atmosfery, jest to jednak rozwiązanie bardzo kontrowersyjne i obarczone wieloma ryzykami (patrz Geoinżynieria, czyli jak naprawić klimat – część pierwsza).

Xu, Ramanathan i Victor tak kończą swój tekst następującymi słowami:

Przez dziesięciolecia naukowcy i politycy wypracowali debatę na temat polityki klimatycznej według następującego schematu: naukowcy analizują cele długoterminowe, a politycy udają, że będą je honorować. Te czasy są już za nami. Poważna polityka klimatyczna musi skupiać się w większym stopniu na celach krótkoterminowych i na analizie ich wykonalności. Musi uwzględniać wszystkie dostępne opcje, nawet jeśli niektóre są [dla nas] mało komfortowe i obarczone ryzykiem.

Jakub Jędrak we współpracy z redakcją portalu Naukaoklimacie.pl, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

The post Globalne ocieplenie będzie postępować szybciej, niż sądzimy appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Zacznijmy od tytułu. Antropocenem coraz częściej nazywa się epokę, w której obecnie żyjemy. Powód? To, jak bardzo w ciągu ostatnich 200 lat przekształciliśmy, i wciąż przekształcamy naszą planetę. Między innymi, emitując do atmosfery potężne ilości gazów cieplarnianych, w wyniku czego zmieniliśmy i zmieniamy coraz szybciej ziemski klimat tak, że będzie to widoczne w zapisie geologicznym nawet po wielu milionach lat.

Już obecnie najprawdopodobniej wytrąciliśmy system klimatyczny naszej planety z trwających przez ostanie 1,2 mln lat oscylacji pomiędzy kolejnymi zlodowaceniami (zamknięta niebieska trajektoria na Rysunku 2). W tej chwili znajdujemy się w położeniu oznaczonym małą szarą kulką między punktami A i B. W porównaniu do czasów sprzed rewolucji przemysłowej średnia temperatura Ziemi wzrosła do tej pory o ok. 1 stopień Celsjusza, i wciąż rośnie.

Katherine Richardson z Uniwersytetu Kopenhaskiego, będąca jednym z autorów pracy, podkreśla, że

Ziemia w swojej historii nigdy nie miała quasistabilnego stanu klimatycznego, który byłby o ok. 2 stopnie cieplejszy od przedprzemysłowego, co sugeruje ryzyko, że system sam z siebie będzie ‘chciał’ ocieplać się dalej ze względu na te wszystkie inne procesy nawet gdy zatrzymamy nasze emisje.

Punkty krytyczne

Autorzy zwracają uwagę, że jeśli ocieplenie naszej planety przekroczy pewną graniczną wartość, stabilizacja ziemskiego systemu klimatycznego w stanie choćby z grubsza podobnym do stanu obecnego stanie się niemożliwa.

Przekroczenie tego progu może doprowadzić do sytuacji, w której średnia temperatura powierzchni Ziemi będzie znacznie wyższa niż kiedykolwiek w ciągu ostatniego 1,2 mln lat. Oczywistą konsekwencją wyższych temperatur będzie też wzrost poziomu mórz i oceanów.

Ziemski system klimatyczny bardzo szybko (przynajmniej w skali typowych procesów geologicznych i klimatycznych) i w sposób najprawdopodobniej nieodwracalny „stoczy się” do stanu tzw. „Ziemi cieplarnianej” (ang. Hothouse Earth): niegościnnej, wręcz wrogiej dla człowieka i większości obecnie istniejących gatunków. Nie przypominającej planety, jaką znamy dziś.

Nastąpi degradacja biosfery, która nie zdąży przystosować się do tak gwałtownych zmian. Wiele będzie zależało od tego, jak szybko nastąpi przejście do stanu ‘Ziemi cieplarnianej’ – im szybciej, tym gorzej, bo tym mniej czasu na przystosowanie się do nowych warunków będziemy mieli i my, i inne gatunki. Tak czy inaczej, będzie to jakościowo nowa sytuacja.

Dodatnie sprzężenia w systemie klimatycznym

Dlaczego miałoby się tak stać? Wszystko przez uruchomienie dodatnich sprzężeń zwrotnych w ziemskim systemie klimatycznym.

O co chodzi? Najlepiej wyjaśnić to na przykładzie. Lód i śnieg odbijają promieniowanie słoneczne w większym stopniu (fachowo mówi się, że mają większe albedo) niż otwarty ocean lub ląd pozbawiony lodu i śniegu. Jednak im jest cieplej, tym mniej jest lodu i śniegu. I tym więcej promieniowania zostaje pochłonięte (zamiast być odbite) przez wolne od lodu morza i przez lądy bez pokrywy śnieżnej. Skoro powierzchnia naszej planety pochłania więcej energii, to tym szybciej się nagrzewa, więc tym szybciej topi się pozostały lód i śnieg, itd…

Inny przykład: im jest cieplej, tym więcej gazów cieplarnianych: dwutlenku węgla i metanu uwalnia się z topniejącej wieloletniej zmarzliny, więc tym szybciej ogrzewa się planeta.

Potencjalnych dodatnich sprzężeń zwrotnych jest niestety na naszej planecie znacznie więcej (patrz Rysunek 4). Więcej informacji na temat uwzględnionych w artykule sprzężeń systemu klimatycznego można znaleźć w materiałach dodatkowych do artykułu.

W ziemskim systemie klimatycznym istnieją też oczywiście ujemne sprzężenia zwrotne, częściowo kompensujące wzrost stężenia dwutlenku węgla (CO₂) i innych gazów cieplarnianych. Niestety, mechanizmy te słabną, a ich możliwości kompensacyjne są na wyczerpaniu. W szczególności zmniejszają się możliwości pochłaniania CO₂ z atmosfery, i to zarówno przez lądy, jak i przez oceany (patrz Dodatkowe emisje ze źródeł naturalnych a przyszła zmiana klimatu, Groźne sprzężenie zwrotne: ocieplenie zubaża gleby, ich węgiel trafia do atmosfery, Oceany będą pochłaniały coraz mniej dwutlenku węgla, Ograniczenie ocieplenia do 2C – nierealny optymizm naukowców).

„Punkt, za którym nie będzie już powrotu” jest już blisko

Oczywiście o tym wszystkim naukowcy wiedzieli już od dawna. Jednak chyba nie zdawano sobie w pełni sprawy, że „punkt, za którym nie będzie już powrotu” może być osiągnięty tak szybko. Choć nie jest pewne, gdzie dokładnie się on znajduje, autorzy sugerują, że najprawdopodobniej w okolicy ocieplenia o 2 stopnie Celsjusza w stosunku do stanu sprzed rewolucji przemysłowej.

Dziś wiele osób mniej czy bardziej świadomie zakłada, że wzrost temperatury Ziemi jest, i dalej będzie, w przybliżeniu proporcjonalny do ilości wyemitowanych przez nas gazów cieplarnianych. Czyli dwa razy większe emisje to z grubsza dwa razy większy wzrost temperatury. Obecnie nasze emisje gazów cieplarnianych są dominującą przyczyną zmiany klimatu, jest to więc sensowna intuicja.

Jednak po przekroczeniu progu ocieplenia o 2 stopnie dominujące mogą stać się omawiane wyżej sprzężenia zwrotne. Wystąpi efekt domina: kaskada uruchamiających się jeden po drugim procesów, nasilających zapoczątkowaną przez nas zmianę klimatu, która zacznie żyć własnym życiem i nad którą stracimy wszelką kontrolę (nie, żebyśmy obecnie świadomie ją kontrolowali…).

W takiej sytuacji, po uruchomieniu tego samonapędzającego się mechanizmu nawet zredukowanie emisji do zera już nie pomoże – na zatrzymanie staczania się klimatu Ziemi do nowego cieplarnianego stanu będzie już za późno.

W 2015 roku w porozumieniu paryskim rządy świata uzgodniły

utrzymanie wzrostu globalnej średniej temperatury na poziomie znacznie poniżej 2 stopni Celsjusza ponad poziom przedindustrialny i kontynuowanie wysiłków na rzecz ograniczenia wzrostu temperatury do 1,5 stopnia

Wzrost temperatury o 2°C „ociera się o bandę” krytycznego punktu wzrostu temperatury. Tym pilniejsze staje się ograniczenie wzrostu temperatury do 1,5°C. Jak napisaliśmy w artykule IPCC o ograniczeniu wzrostu temperatury do 1,5C, „uniknięcie przekroczenia progu 1,5°C jest – oględnie mówiąc – ekstremalnie trudne i będzie wymagać bezprecedensowej współpracy międzynarodowej, masowego wdrożenia technologii usuwania dwutlenku węgla z powietrza, zmian społecznych, a do tego… wiele szczęścia.”

Głosy zaniepokojonych klimatologów są coraz liczniejsze. Na przykład James Anderson (jeden z najbardziej znanych i zasłużonych naukowców zajmujących się zmianą klimatu i chemią atmosfery) ostrzegał niedawno, że zmiany klimatyczne pchają nas z powrotem do stanu, w jakim ziemia była 33 miliony lat temu – w Eocenie – kiedy na żadnym z biegunów nie było pokrywy lodowej. Przestrzegał też, że o ile nie zaprzestaniemy używania paliw kopalnych w ciągu następnych pięciu lat, to zmiana klimatu „wymaże całą ludzkość z powierzchni Ziemi”.

Daniel Rothman, profesor geofizyki w MIT ostrzegł, że cykl węglowy doświadcza w wyniku naszej działalności na tyle poważnego zakłócenia, że mogłoby ono wypchnąć biosferę planety poza punkt, za którym rozpocznie się szóste masowe wymieranie. Wystąpienie szóstego wielkiego wymierania w nieodległej przyszłości będzie zależeć od tego, czy do oceanów (za pośrednictwem atmosfery) zostanie dodana krytyczna ilość węgla: ok. 310 Gt, co z grubsza odpowiada ilości, która dzięki ludzkiej aktywności trafi do oceanów przed rokiem 2100. Więcej na ten temat przeczytasz w artykule Masowe wymieranie w oceanach – to już niedługo.

Tymczasem paliw kopalnych zużywamy z roku na rok coraz więcej (Międzynarodowa Agencja Energii, 2018), a ich udział w globalnej produkcji energii od dekad pozostaje na praktycznie niezmiennym poziomie przekraczającym 80% (British Petroleum, 2018).

Nie oznacza to jednak, że należy poddać się defetyzmowi, a tym bardziej go szerzyć. Pokazuje za to, że musimy zdecydowanie zwiększyć wysiłki na rzecz ratowania naszej planety i nas samych. Autorzy podkreślają, że za wszelką cenę musimy zatrzymać klimat naszej planety w stanie „Ustabilizowanej Ziemi” – choć nawet jeśli uda się to osiągnąć, to i tak nie obędzie się bez poważnych konsekwencji. Ziemia będzie bowiem i tak cieplejsza niż kiedykolwiek w ciągu przynajmniej ostatnich 800 tys. lat. Ale to i tak dużo lepsza perspektywa niż stan „Ziemi cieplarnianej”.

Uniknięcie najgorszego scenariusza wymaga od nas zdecydowanych działań, przede wszystkim radykalnego i jak najszybszego zredukowania emisji gazów cieplarnianych. Autorzy artykułu wskazują też, że do tej pory zrobiliśmy bardzo niewiele by zapobiec katastrofie, a nasze dotychczasowe działania są zupełnie nieadekwatne do powagi sytuacji.

Powolne zmiany technologii nie wystarczą

Jak pokazuje m.in. raport IPCC dotyczący ograniczenie ocieplenia do 1,5°C, nie wystarczą same zmiany technologiczne, lecz osiągnięcie celu jest uzależnione od zmiany zachowań ludzi. Konieczne będą ograniczenie ilości spożywanego mięsa, oszczędne wykorzystywanie energii i masowa rezygnacja z prywatnych aut. Niezbędne będzie też przezwyciężenie barier instytucjonalnych dla podjęcia działań, takich jak nastawienie opinii publicznej, niedostępność zasobów czy wpływ grup interesów.

Od tego, co zrobimy (a raczej: czego nie zrobimy) w najbliższym czasie (dwie najbliższe dekady, może nawet najbliższa dekada) zależeć będą losy planety, a więc i ludzkości. Wygląda na to, że – czy nam się to podoba, czy nie – przyszło nam żyć w chwili decydującej o przyszłości naszego gatunku. W obliczu śmiertelnego zagrożenia ludzie zazwyczaj się mobilizują. Oby tak było i tym razem.

Jakub Jędrak we współpracy z redakcją portalu Naukaoklimacie.pl

Artykuł jest zmienioną i rozszerzoną wersją tekstu, który ukazał się na portalu „Smoglab”

The post Ziemia „stabilna” czy „cieplarniana”? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.