Mit: CO2 ma krótki czas życia w atmosferze

Sceptycy rozumują czasem w następujący, błędny sposób:

1. IPCC przedstawia przewidywania dotyczące ocieplenia powodowanego przez CO₂ na przestrzeni kilku skal czasowych: 20, 100 i 500 lat,
2. ale czas życia CO₂ w atmosferze to zaledwie 4 lata,
3. tak więc CO₂ nie może powodować długotrwałego ocieplenia przewidywanego przez IPCC.

Gdzie leży błąd? Zarówno punkty A jak i B są prawdziwe. Jednak fakt B nie ma tak naprawdę znaczenia dla rozważanego problemu i nie uzasadnia bynajmniej wniosku C.

Całe zagadnienie obraca się wokół definicji „czasu życia”. Aby wytłumaczyć to pojęcie, należy najpierw powiedzieć, czym jest tzw. „model pudełkowy”. W naukach o Ziemi często używa się tego rodzaju modeli do opisu cykli czy systemów. Na przykład obieg wody w przyrodzie można w uproszczeniu przedstawić jako trzy pudełka („rezerwuary”): ocean, woda w atmosferze (chmury) oraz woda na lądzie (jeziora, rzeki, wody gruntowe, etc.), pomiędzy którymi przelewają się strumienie wody. Poniżej kolejny przykład – nakreślony przez pracowników NASA „cykl węglowy”:

W słowniczku Czwartego raportu IPCC „czas życia” jest definiowany na kilka sposobów. Z naszego punktu widzenia, najwłaściwsza jest ta definicja:

czas obiegu (T), zwany także globalnym czasem życia w atmosferze, to stosunek masy (np. gazowego składnika atmosfery) zgromadzonej w rezerwuarze (M) do wypadkowego tempa usuwania jej z rezerwuaru (S): T = M/S. Dla każdego procesu usuwającego masę z rezerwuaru można zdefiniować osobny czas obiegu.

Innymi słowy, czas życia to średni czas, jaki konkretna cząsteczka spędza w wybranym pudełku / rezerwuarze. Czas życia cząsteczki wyznacza się, dzieląc wielkość pudełka przez tempo, w jakim ubywa/przybywa w nim danych molekuł. Więcej szczegółów znaleźć można w Trzecim raporcie IPCC (rozdział 4.1.4).

Na zamieszczonym wyżej schemacie cyklu węglowego zauważyć można dwa zestawy liczb: czarne oznaczają rozmiar rezerwuaru w miliardach ton (gigatonach) węgla (GtC), a niebieskie – tempo w jakim do pudełka napływają (lub w jakim z niego wypływają) cząsteczki węgla (w gigatonach na rok, Gt/r).

Łatwo można policzyć, że co roku atmosferę opuszcza i jest do niej wprowadzanych około 210 Gt węgla. Zakładając, że atmosfera w przybliżeniu zawiera 800Gt węgla, możemy obliczyć czas życia cząsteczki CO₂ jako: T = M/S = 800 GtC / 210 GtC/r ≈ 4 lata.

To prawda, że czas życia cząsteczki dwutlenku węgla w atmosferze nie jest długi. Jednak w większości przypadków molekuła CO₂ opuszczająca atmosferę (pochłaniana przez ocean lub roślinność) zamienia się po prostu miejscami z cząsteczką uwalnianą z oceanu, roślin lub gleby. To dlatego potencjał oddziaływania CO₂ na klimat nie ma wielkiego związku z czasem życia pojedynczej cząsteczki w atmosferze.

W naturze to czas występowania w atmosferze NADWYŻKI CO₂ warunkuje zmiany klimatu. Dwutlenek węgla zasadniczo nie wchodzi w atmosferze w żadne reakcje chemiczne i jest z niej usuwany tylko w wyniku rozpuszczania w oceanie oraz wychwytywania przez rośliny w procesie fotosyntezy (a w dłuższych skalach czasowych – w procesach wietrzenia skał). Nie licząc procesu powstawania paliw kopalnych, wymiana dwutlenku węgla między atmosferą a światem biologicznym, jest zbilansowana: każde pochłaniające dwutlenek węgla drzewo po pewnym czasie umiera i rozkłada się, uwalniając CO₂ do atmosfery. Zwiększenie zalesienia planety może zwiększyć ilość dwutlenku węgla wychwytywanego z atmosfery i zamykanego w nowej masie roślinnej, ale efekt będzie niewielki w porównaniu ze skutkami spalania paliw kopalnych. Wystarczy porównać liczby: masa węgla w materii żywej na Ziemi to ok. 550 Gt. Od początku epoki przemysłowej uwolniliśmy do atmosfery ok 350 Gt „nadmiarowego” węgla. „Zamknięcie” go w nowych lasach wymagałoby zwiększenia masy materii żywej na planecie o ponad 60%.

CO₂ jest wydajnie rozpuszczany w wodach oceanicznych, niestety jednak powierzchniowe warstwy mórz szybko się nim nasycają. By było miejsce na rozpuszczanie kolejnych partii, konieczny jest transport dwutlenku węgla w głębsze warstwy oceanu. Transport ten zachodzi na drodze cyrkulacji oceanicznej, której cykl jest bardzo powolny – trwa 500-1000 lat. Dlatego użycie 500-letniego okresu dla określenia czasu, w jakim obecny w atmosferze CO₂ może oddziaływać na klimat jest jak najbardziej uzasadnione (więcej w Czwartym raporcie IPCC).

Obecnie tylko połowa emitowanego przez nas dwutlenku węgla zostaje w atmosferze – reszta jest pochłaniana w zbliżonych proporcjach przez oceany i lądy (zwiększa się ilość biomasy roślinnej oraz zapas martwej materii organicznej w glebie). Nie możemy jednak liczyć na to, że ocean i gleba będą równie skutecznie „wyciągać” nadmiarowy dwutlenek węgla z atmosfery przez kolejne dekady i w ten sposób wybawiać nas z kłopotu. Oceany zakwaszają się, a poziom równowagi pomiędzy atmosferycznym dwutlenkiem węgla i dwutlenkiem węgla rozpuszczonym w oceanach przesuwa się w kierunku coraz wyższych koncentracji tego gazu. Ponadto, ocieplające się wody powierzchniowe mogą pomieścić w sobie mniej dwutlenku węgla niż zimne.

W miarę ocieplania się, oceany przestaną pochłaniać nadmiarowy CO₂ z atmosfery. Co więcej, zaczną oddawać gaz już rozpuszczony w wodzie. Rośliny z reguły lepiej rosną w warunkach większej koncentracji atmosferycznego dwutlenku węgla, jednak przesuwanie się stref klimatycznych, ograniczenia w dostępie do wody i wylesianie spowodują, że masa żywej materii organicznej na planecie będzie spadać. Wraz ze wzrostem temperatury przyspieszą procesy gnicia i pozbywania się węgla przez gleby. Dojdzie do tego emisja gazów cieplarnianych z wiecznej zmarzliny. Jeszcze w tym stuleciu lądy i oceany zamiast pochłaniać część naszych emisji CO₂, mogą same zacząć emitować go do atmosfery.

Biorąc pod uwagę spowolnienie pochłaniania dwutlenku węgla przez nasycające się nim oceany i zaprzestanie pochłaniania tego gazu przez lądy, jak długo wyemitowany przez nas CO₂ pozostanie w atmosferze? To zależy, ile go wyemitujemy. Cykl węglowy poradzi sobie z umiarkowaną ilością dodatkowego węgla, jednak spalenie całości paliw kopalnych możliwych do wydobycia zmieni ten cykl całkowicie. W scenariuszu spalenia całości paliw kopalnych (5000 GtC) z każdej tony wyemitowanego przez nas dwutlenku węgla po tysiącu lat w atmosferze pozostanie 30-50% (Archer 2008). Zintensyfikowane w wysokiej temperaturze wietrzenie skał usunie nadmiar dwutlenku węgla, jednak potrwa to nawet miliony lat.

Skeptical Science, tłumaczenie Aleksandra Kardaś, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski