Mit: Przeciwdziałanie zmianie klimatu to nic pilnego

W 1992 roku, 154 krajów podpisało Ramową Konwencję Narodów Zjednoczonych w sprawie Zmiany Klimatu, mającą na celu zapobieżenie „niebezpiecznemu wpływowi ludzi na system klimatyczny”. Co to właściwie znaczy? James Hansen, główny autor pracy „Docelowa koncentracja atmosferycznego CO₂: Dokąd powinna zmierzać Ludzkość?” (Hansen i inni, 2008), wieloletni główny klimatolog NASA i dyrektor Instytutu Badań Kosmicznych Goddarda, który już w latach 70. jako jeden z pierwszych przewidywał wystąpienie szeregu bezprecedensowych zjawisk związanych z ocieplaniem klimatu, stwierdził, że już obecna koncentracja CO₂ w atmosferze jest zbyt wysoka.

Sprzężenia zwrotne: szybkie i wolne

Od czasów Rewolucji Przemysłowej, stężenie CO₂ w atmosferze wzrosło z 280 do 400 cząsteczek na milion (ppm). W ciągu setek tysięcy lat cykli epok lodowcowych koncentracja dwutlenku węgla w atmosferze oscylowała w zakresie 180-300 ppm. Obecnie jest ona bliska 400 ppm, a tempo jej narastania (2 ppm/rok) – wyjątkowo szybkie. Tak dużej ilości dwutlenku węgla nie było w atmosferze od kilku, a być może nawet od kilkunastu milionów lat. Hansen i jego koledzy pokazują, że aby ustabilizować klimat Ziemi musimy nie tylko zatrzymać wzrost ilości CO₂ w atmosferze, ale obniżyć jego koncentrację do względnie bezpiecznego poziomu 350 ppm.

Próg 350 ppm podaje się w oparciu o empiryczne obserwacje dawnych zmian klimatu w odpowiedzi na zmiany w ilości gazów cieplarnianych w atmosferze. Na ich podstawie można stwierdzić, że w długim okresie klimat jest mniej więcej dwukrotnie bardziej czuły na wzrost ilości gazów cieplarnianych, niż przyjmowały dotychczasowe modele uwzględniane przez IPCC – oznacza to, że w długim horyzoncie czasowym (setki i tysiące lat), wzrost temperatury może być nawet dwukrotnie większy, niż wynika to z powszechnie przyjmowanego wzrostu temperatury +3°C w odpowiedzi na podwojenie ilości dwutlenku węgla w atmosferze. Stanie się tak ze względu na tak zwane sprzężenia zwrotne, czyli zjawiska wzmacniające (lub osłabiające) działanie gazów cieplarnianych.

Szybkie sprzężenia zwrotne

Niektóre sprzężenia zwrotne działają bardzo szybko. Przykładem jest tu para wodna, która dostosowuje swoją zawartość w atmosferze do temperatury w ciągu kilku dni. Ocieplenie powoduje wzrost zawartości pary wodnej (silnego gazu cieplarnianego) – w atmosferze o 7% na 1°C wzrostu temperatury, co prowadzi do wzmożonego ocieplenia (i dalszego wzrostu ilości pary wodnej w atmosferze). Inne sprzężenia zwrotne działają wolniej, czego najlepszym przykładem jest, trwający dekady zanik lodu pływającego w Arktyce, który ostatecznie prowadzi do odsłonięcia ciemnej powierzchni lądu, wzrostu ilości energii pochłanianej przez powierzchnię Ziemi, a tym samym jej mocniejszego nagrzewania. Wszystkie te „szybkie” sprzężenia zwrotne są ujęte w modelach, których analiza doprowadziła naukowców do stwierdzenia, że czułość klimatu wynosi około 3°C (czyli w odpowiedzi na podwojenie koncentracji CO₂ w atmosferze średnia temperatura powierzchni Ziemi wzrośnie o około 3°C).

Wolne sprzężenia zwrotne

Wolne sprzężenia zwrotne działają w skali tysiącleci i przez to często w prognozach zmiany klimatu do 2100 lub 2300 roku są po prostu ignorowane. Przykładem może tu być roztapianie się lądolodów Antarktydy i Grenlandii lub przesuwanie się strefy lasów borealnych na północ (roślinność jest ciemniejsza od gleby, co powoduje wzrost ilości absorbowanej energii). Działanie tych sprzężeń zależy od ilości lodu na Ziemi. Są one tym silniejsze, im większe są czapy polarne. Gdy na Ziemi są duże czapy polarne (które przy ocieplaniu się klimatu mogą topnieć), czułość klimatu jest bliska 6°C. Obecnie Ziemia ma czapy polarne (choć mniejsze niż podczas maksimum epok lodowcowych), więc i reakcja klimatu będzie silniejsza niż 3°C.

Jak znaleźć odpowiedni balans?

Do tej pory temperatura powierzchni Ziemi wzrosła tylko o około 0,8°C. Jednak jeśli utrzymamy obecną koncentrację dwutlenku węgla przez długi czas, to średnia temperatura powierzchni Ziemi będzie rosnąć dalej, aż osiągnie wartość wyższą o około 2,5°C niż w epoce przedprzemysłowej. Oznaczałoby to przesunięcie się stref klimatycznych, pustyń i linii brzegowych. Ostatnim razem, kiedy w atmosferze Ziemi było tyle gazów cieplarnianych co obecnie, poziom wód w oceanach był wyższy niż dziś o 25 metrów.

Taka zmiana klimatu byłaby czymś ekstremalnie niebezpiecznym. Jak szybko mogłoby do niej dojść? W przeszłości reakcje czap lodowych na zmiany warunków wymagały stuleci, a nawet tysiącleci (choć kiedy rozpad czap przyspieszał, poziom wód w oceanach rósł nawet o kilka metrów na stulecie). Tym razem tempo wzrostu ilości gazów cieplarnianych w atmosferze jest bezprecedensowo szybkie, a reakcja czap lodowych trudna do przewidzenia. Tempo zaniku lodu pływającego w Arktyce jest tak szybkie, że już teraz ubyło go tyle, ile IPCC w raporcie z 2007 roku przewidywało dopiero na przełom XXI i XXII wieku . Kiedy rozpad lądolodów Antarktydy i Grenlandii przyspieszy, to nie będziemy dysponować żadnymi metodami powstrzymania tego procesu.

Analiza próbek osadów oceanicznych pozwala na badanie klimatu z przeszłości odległej o dziesiątki milionów lat. W czasach dinozaurów na Ziemi było tak ciepło, że czapy lodowe w ogóle nie istniały. Jednak po tym, jak subkontynent indyjski zderzył się z Azją, wypiętrzyły się Himalaje i Tybet, a ich skały w procesie wietrzenia zaczęły wyciągać z atmosfery dwutlenek węgla, ilość CO₂ w atmosferze zaczęła spadać. Gdy spadła do poziomu około 450 ppm, temperatura Ziemi obniżyła na tyle, że na Antarktydzie mógł zacząć narastać lądolód (co miało miejsce około 34 mln lat temu). Koncentracja dwutlenku węgla na poziomie 450 ppm była progiem dzielącym Ziemię wolną od lodu od Ziemi z czapami lodowymi. Jeśli obecne trendy wzrostu stężenia CO₂ w atmosferze utrzymają się, to 450 ppm osiągniemy ponownie w latach 30. XXI wieku. Utrata czap polarnych przez naszą planetę będzie oznaczała wzrost poziomu wody w oceanach o 75 metrów.

Prof. Hansen przyjrzał się w swojej słynnej pracy nie tylko zmianom prognozowanym, ale także tym już zachodzącym. Według niego obecny poziom CO₂ w atmosferze z dużą dozą prawdopodobieństwa oznacza topnienie lodu arktycznego w lecie, pustynnienie Australii i innych regionów leżących na zbliżonych szerokościach geograficznych, niedobór wody dla setek milionów ludzi po stopnieniu lodowców i masowe wymieranie raf koralowych.

Zatrzymać sprzężenia zwrotne

Wszystkich tych problemów można uniknąć. Wystarczy by Ziemia przestała absorbować ciepło jeszcze zanim włączą się opisywane wyżej wolne sprzężenia zwrotne. Aby to osiągnąć, musimy ograniczyć emisje największego, najszybciej narastającego i najdłużej żyjącego czynnika sterującego klimatem: CO₂. Jeśli gospodarka dalej będzie rozwijać się swoim utartym torem, a emisje gazów cieplarnianych stale będą rosnąć, do 2100 roku koncentracja CO₂ sięgnie 1000 ppm, lub inaczej mówiąc, blisko dwóch podwojeń względem okresu przedprzemysłowego (270 ppm -> 540 ppm -> 1080 ppm). Przy „konwencjonalnej”, nie uwzględniającej wolnych sprzężeń zwrotnych czułości klimatu oznaczałoby to wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi o 6°C (choć ze względu na obecność aerozoli i opóźnione nagrzewanie się oceanów do 2100 roku cały ten wzrost nie nastąpiłby od razu). To katastrofa niewyobrażalnych rozmiarów! Nawet najbardziej ambitny (i mający nikłe polityczne szanse na realizację) scenariusz mówi o ograniczeniu koncentracji CO₂ w atmosferze do 450 ppm – poziomu, który Hansen uznaje za dzielący Ziemię z czapami lodowymi od Ziemi bez lodu.

Zamiast zwiększać wykładniczo emisje dwutlenku węgla, powinniśmy uruchomić hamulce. Nie wystarczy spowolnić wzrost ilości CO₂ (która rośnie już o ponad 2 ppm rocznie), lecz także zmniejszyć jego ilość w atmosferze z 400 do 350 ppm. Tylko to może powstrzymać akumulację ciepła przez system klimatyczny Ziemi. Cel ten wymaga szybkiej redukcji emisji do poziomu, w którym natura będzie pochłaniać ten gaz szybciej, niż go emitujemy. W praktyce oznacza to konieczność zredukowania emisji prawie do zera.

Jedyną fizycznie realną możliwością jest pozostawienie większości paliw kopalnych pod ziemią. Ponieważ CO₂ pozostaje w atmosferze przez bardzo długi czas , spalanie ich w wolniejszym tempie z punktu widzenia końcowego rezultatu naszego eksperymentu ze spalaniem paliw kopalnych, praktycznie nic nie zmienia.

Z trzech konwencjonalnych paliw kopalnych (węgiel, ropa i gaz), największe są rezerwy węgla. Nie ma tu miejsca na kombinacje z przetwarzaniem węgla w gaz czy paliwa ciekłe. Kwestią fundamentalną jest, że jeśli chcemy zapobiec przekroczeniu przez klimat punktów krytycznych, rezerwy węgla nie mogą być spalone w ogóle.

Nie można też zastąpić węgla innymi paliwami, takimi jak piaski roponośne, gaz łupkowy czy łupki bitumiczne. Zasoby niekonwencjonalne mogą być tak duże, że skutkiem ich spalenia będą emisje jeszcze większe, niż ze spalenia węgla.

A co z rezerwami konwencjonalnych zasobów gazu i ropy – jak duże one są? Poglądy ekspertów są zróżnicowane. Jeśli zużyliśmy już mniej więcej połowę całości, to w zasadzie spalenie drugiej połowy może być dopuszczalne (o ile nie będziemy spalać żadnych innych paliw kopalnych). Jeśli jednak ich rezerwy okażą się większe, to powinniśmy zrezygnować z wydobycia każdej możliwej kropli ropy i metra sześciennego gazu.

Przypuśćmy, że uda się nam zatrzymać wzrost ilości CO₂ w atmosferze. Wciąż jednak pozostanie nam zadanie usunięcia z atmosfery znajdującej się tam już nadwyżki. W wyniku działania mechanizmów naturalnych pewną ilość dwutlenku węgla jest usuwana z atmosfery. Nie jest to jednak ilość nieskończona. Nasze rolnictwo i leśnictwo muszą przejść prawdziwą rewolucję, aby w wyniku naszych działań dwutlenku węgla w powietrzu ubywało, a nie przybywało.

Wszystko to nie będzie prostym zadaniem, jest jednak możliwe jeśli:

1. do roku 2030 przestaniemy spalać węgiel
2. nie będziemy eksploatować piasków roponośnych i łupków bitumicznych
3. nie będziemy poszukiwać i uruchamiać wydobycia ze złóż ropy i gazu, których dziś nie uznajemy za znane rezerwy
4. skończymy z wylesianiem i zastąpimy je zalesianiem.

W tym scenariuszu emisje dwutlenku węgla szybko osiągną szczyt, a do końca XXI wieku spadną do poziomu odpowiadającego pierwszej połowie XX w.

Podjęcie tych działań pozwoliłoby zatrzymać wzrost stężenia CO₂ w atmosferze trochę powyżej 400 ppm, a do końca stulecia osiągnąć jego powrót do poziomu 350 ppm. Nie ma barier fizycznych dla tego scenariusza; to kwestia woli politycznej. Jednak okno czasowe dla zmian szybko się zamyka – nawet jedno dziesięciolecie bez zmian w gospodarce spowoduje pozostanie ilości gazów cieplarnianych a wraz nimi klimatu, w niebezpiecznym przedziale przez bardzo długi czas.

Problem w tym, że mechanizmy maskujące i opóźniające zmiany klimatu utrudniają zrozumienie powagi sytuacji przez społeczeństwo i decydentów. Proces trwający przez dziesięciolecia, choć gwałtowny w skali historii planety, jest dla nas zbyt powolny, byśmy go dostrzegali i traktowali jako poważne zagrożenie. Jeśli będziemy czekać zbyt długo, uspokojeni powolnym wzrostem temperatury wynikającym z silnego maskowania wpływu gazów cieplarnianych przez aerozole, to bez żadnego ostrzeżenia przekroczymy punkty krytyczne koncentracji gazów cieplarnianych, zupełnie nie zdając sobie z tego sprawy. Wielu nie dostrzega faktu, że gazy cieplarniane nie są po prostu jeszcze jedną formą zanieczyszczeń. Wielu z nas wciąż sądzi, że można je usunąć z powietrza z taką samą łatwością jak substancje, które wywołują kwaśne deszcze. Tak jednak nie jest.

Bezwładność klimatu powstrzymująca wzrost temperatury i włączanie się dodatnich sprzężeń zwrotnych nie jest naszym sprzymierzeńcem, lecz koniem trojańskim – zanim zrozumiemy, jak poważna jest sytuacja, sprawy zajdą już bardzo daleko. Próby działania podejmowane wtedy, gdy zmiany klimatu będą już ewidentne, będą przypominać próbę zmiany kursu rozpędzonego Titanica na sekundy przed zderzeniem. Nakłada się na to inercja naszej infrastruktury bazującej na paliwach kopalnych. Poważnym problemem jest, że kiedy wreszcie uświadomimy sobie konieczność wprowadzenia zmiany, wymiana elektrowni, fabryk i środków transportu na niewykorzystujące paliw kopalnych zajmie dekady. W tym czasie wciąż będziemy wypuszczać do atmosfery dalsze miliardy ton dwutlenku węgla.

Marcin Popkiewicz na podstawie: Skeptical Science, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski