Mit: Wzrost średnich temperatur na świecie wynika z przyczyn naturalnych

Naukowcy przeprowadzili cały szereg analiz, w których zastosowano różnorodne metody, aby wyodrębnić wpływ poszczególnych zjawisk naturalnych i antropogenicznych na globalne ocieplenie (nazywa się to badaniami atrybucji zmian). Wszystkie te analizy, wykorzystujące różnorodne, niezależne metody badawcze, dostarczają dowodów, że ludzie są głównymi sprawcami globalnego ocieplenia na przestrzeni ostatniego stulecia, a szczególnie w ostatnim półwieczu (Rysunek 1).

Szybki rzut oka na różne wpływające na temperaturę czynniki

Większość badań omówionych poniżej skupiło się na kilku dominujących czynnikach.

• Antropogeniczne emisje gazów cieplarnianych ogrzewają Ziemię wskutek wzmocnienia efektu cieplarnianego.
• Zmiany aktywności Słońca mogą powodować ocieplenie lub ochłodzenie powierzchni Ziemi poprzez wzrost albo spadek dopływu promieniowania słonecznego.
• Aktywność wulkaniczna generalnie ochładza planetę w krótkiej skali czasu poprzez emisję do atmosfery aerozoli siarkowych, które odbijają w kosmos światło słoneczne i ograniczają jego dopływ do powierzchni planety. W przeciwieństwie do gazów cieplarnianych, aerozole są szybko usuwane z atmosfery – w większość ciągu 1-2 lat. Dlatego wpływ wulkanów na zmiany temperatury w dłuższej perspektywie zależy od występowania okresów ich szczególnie wysokiej albo niskiej aktywności.
• Ludzkie emisje aerozoli (przede wszystkim dwutlenku siarki) również ochładzają planetę (sumarycznie, bo niektóre – np. sadza – mogą mieć wpływ ocieplający). W przeciwieństwie do wulkanów, ludzie wypuszczają zanieczyszczenia do atmosfery nieprzerwanie. Wpływ tych emisji na temperaturę jest więc długoterminowy. Ponieważ jednak efekty związane z aerozolami są złożone (wyróżnia się miedzy innymi efekt bezpośredni, polegający na blokowaniu światła słonecznego, oraz pośredni, czyli wpływ na właściwości chmur), oszacowanie wielkości wpływu aerozoli antropogenicznych na klimat charakteryzuje sie dużym zakresem niepewności.
• ENSO – Oscylacja Południowa El Niño-La Niña to cykl oceaniczny, w którym na przemian przychodzą fazy El Niño (w której ocean oddaje energię termiczną atmosferze) i La Niña (w której energia termiczna przepływa z powietrza do oceanu). Ponieważ cykl ENSO ma charakter oscylacyjny, w dłuższym (wielodekadalnym) okresie efekty La Niñii i El Niño nie wpływają na trend zmian temperatury powierzchni planety.

Są jeszcze inne efekty (np. zmiana albedo powierzchni, zmiany parowania wskutek działalności rolniczej), ale emisja gazów cieplarnianych i aerozoli to dwa najsilniejsze efekty antropogeniczne, a zmiany aktywności Słońca i wulkanów to dwa największe efekty naturalne.

Sprawdźmy, co na temat współzależności pomiędzy różnymi wpływami mówią najważniejsi autorzy artykułów naukowych.

Naukowcy o klimacie: przegląd literatury

Tett i in. (2000) dostrajali w swojej pracy globalny model klimatu tak, aby jego wyniki pasowały do danych obserwacyjnych. Na wejściu modelu podano dane o zawartości gazów cieplarnianych w atmosferze, aerozoli pochodzących z erupcji wulkanów, natężenie promieniowania słonecznego, ludzkie emisje aerozoli i zmiany poziomu ozonu (ozon to też gaz cieplarniany).

Tett i in. badali temperatury powierzchni Ziemi w latach 1987-97. Ich najlepsze oszacowanie bardzo dobrze pasowało do całkowitego ocieplenia w tym okresie. Jednak symulacje niedoszacowały ocieplenia z lat 1897-1947 i przeszacowały ocieplenie w okresie 1947-97. Ten ostatni wynik, pokazany na ciemnoniebiesko na Rysunku 1, powoduje, że suma wpływów ludzkich i naturalnych jest większa niż 100%. Zarówno w skali 50, jak i 100 lat autorzy ocenili, że czynniki naturalne miały w sumie niewielki efekt ochładzający, więc czynniki antropogeniczne spowodowały ponad 100% globalnego ocieplenia.

Meehl i in. (2004) zastosowali podobne podejście, uruchamiając symulacje z różnymi kombinacjami głównych parametrów wpływających na temperatury globalne (gazy cieplarniane, aktywność Słońca, aerozole wulkaniczne, aerozole antropogeniczne i ozon) i porównując wyniki z danymi o temperaturze z lat 1890-2000. Stwierdzili, że czynniki naturalne mogły odpowiadać za większość ocieplenia w latach 1910-1940, lecz nie za globalne ocieplenie, którego doświadczamy od połowy XX wieku.

Meehl i in. ocenili, że około 80% globalnego ocieplenia w latach 1890-2000 było spowodowane działalnością człowieka. W latach 1950-2000 zjawiska naturalne miały efekt chłodzący, więc tak jak Tett i in., Meehl i in. doszli do wniosku, że człowiek odpowiada za ponad 100% globalnego ocieplenia w tym okresie. W okresie ostatnich 25 lat prawie 100% ocieplenia jest według nich dziełem ludzi.

Stone i in. (2007). Zespół Stone’a opublikował w 2007 roku dwa badania. W pierwszym przeanalizowano zbiór 62 symulacji klimatu dla lat od 1940 do 2080 („Challenge Project” Holenderskiego Instytutu Meteorologii). Te symulacje (podobnie jak Tetta i Meehla) korzystały z pomiarów gazów cieplarnianych, aerozoli wulkanicznych, aerozoli antropogenicznych i aktywności Słońca z lat 1940-2005, a następnie użyły przewidywanych emisji w przyszłości (wg IPCC), żeby prognozować przyszłe globalne ocieplenie. Podczas gdy Tett i Meehl analizowali reakcję klimatu na wszystkie poszczególne czynniki (albo ich kombinacje), Stone porównał te 62 przebiegi modeli z serią symulacji stanów równowagi energetycznej, z których każdy reprezentował odpowiedź klimatu na inne zjawisko. Dla okresu ostatnich 60 lat Stone i in. ocenili, że ludzie spowodowali około 100% obserwowanego ocieplenia, a czynniki naturalne miały ujemny wpływ. Podobnie jak u Stotta (2010), wyniki symulacji nie były doskonale zgodne z danymi obserwacyjnymi, chociaż różnica miała przeciwny znak, co oznaczało niedoszacowanie obserwowanego ocieplenia.

W drugim artykule z 2007 roku Stone i in. zaktualizowali swoje wyniki o nowe, rozszerzone symulacje i późniejsze dane, oraz zajęli się przedziałem czasu 1901-2005. Dla całego okresu 104 lat oszacowali, że zjawiska ludzkie i naturalne przyczyniły się do obserwowanego ocieplenia mniej więcej po połowie. Gazy cieplarniane spowodowały 100%, ale połowę tego wpływu zneutralizowały ludzkie emisje aerozoli. Wpływ aktywności Słońca i wulkanów na ocieplenie wyznaczono odpowiednio na 37 i 13 procent.

Lean i Rind (2008) skorzystali z bardziej statystycznego podejścia niż poprzednie zespoły, używając regresji liniowej wielu zmiennych. Wzięli pod uwagę dane o aktywności Słońca i wulkanów, zmiany koncentracji gazów cieplarnianych oraz wpływ ENSO, i dopasowali je statystycznie do danych obserwacyjnych o temperaturze, tak, żeby osiągnąć najlepszą zgodność. Analiza wielkości rezydualnej (różnicy przebiegu temperatury i krzywej uzyskanej na podstawie najlepszego dopasowania do niej czynników wymuszających), pokazuje, czy właściwie wybrano te najważniejsze czynniki.

Lean i Rind przeprowadzili procedurę dla różnych odcinków czasu i stwierdzili, że za ocieplenie w okresie od 1889 do 2006 w około 80% odpowiadaja ludzie, podczas gdy czynniki naturalne odpowiadają za około 12%, a reszta to wielkość rezydualna. Dla okresów czasu zaczynających się w 1955 i w 1979 roku, szacowany wpływ człowieka na obserwowane ocieplenie wynosi około 100%.

Stott i in. (2010) (S10) zastosowali podobne podejście jak Lean i Rind, ale użyli regresji statystycznej do zainicjowania pięciu różnych symulacji modelami klimatu. Obliczyli współczynniki regresji dla gazów cieplarnianych, innych oddziaływań antropogenicznych (w których przeważają aerozole) i efektów naturalnych (słonecznych i wulkanicznych), a następnie oszacowali, jakie ocieplenie każdy z nich wywołał w XX wieku. Średnia z 5 modeli określa wkład człowieka w zmianę temperatury na 86%, z czego gazy cieplarniane to 138%, wpływ zjawisk naturalnych jest zaś bardzo mały.

Stott i in. potwierdzili też swoje wyniki przez spojrzenie na zmianę klimatu nie tylko globalnie, ale też lokalnie na podstawie literatury naukowej. Zauważyli, że wpływ człowieka wykryto w lokalnych zmianach temperatur, opadów i wilgotności powietrza, suszach, ubytku lodu arktycznego, ekstremalnych falach upałów, zmianach zawartości cieplnej i zasolenia oceanów, oraz wielu innych efektach regionalnych.

Huber i Knutti (2011) wdrożyli w swoich badaniach bardzo ciekawe podejście. Korzystając z zasady zachowania energii w globalnym bilansie energetycznym, oceniali ilościowo wkłady różnych czynników we wzrost temperatury powierzchni Ziemi obserwowany w latach 1850-1950 oraz 1950-2000+. Huber i Knutti oszacowali globalny przyrost energii termicznej w systemie klimatycznym poczynając od 1850 r. Obliczyli, jaka część tego wzrostu jest efektem wymuszeń radiacyjnych przez poszczególne oddziaływania, obliczyli też przyrost ciepła w oceanach i zmiany w wypromieniowywanej w kosmos energii promieniowania długofalowego. Ponad 85% przyrostu energii termicznej zgromadziło się w oceanach, co jest zgodne z danymi pomiarowymi.

Huber i Knutti pokazują, że od 1850 oraz od 1950, odpowiednio około 75% oraz 100% wzrostu temperatury powierzchni globu jest spowodowane działalnością człowieka.

Foster i Rahmstorf (2011; FR11) zastosowali podejście statystyczne podobne do tego w pracy Lean i Rind (2008). Główną różnicą jest to, że F&R przebadali 5 różnych serii pomiarów temperatur, w tym satelitarnych, i brali pod uwagę tylko dane z lat 1979-2010 (wtedy rozpoczęły się pomiary satelitarne). Ograniczyli swoją analizę do trzech głównych czynników naturalnych – aktywności Słońca, aktywności wulkanów i ENSO. Wartość rezydualna, która pozostaje po odsianiu tych czynników, to w dominującej mierze (chociaż nie wyłącznie) wpływ człowieka.

Korzystając z danych o temperaturze z brytyjskiego Centrum Hadleya (których używali też Lean i Rind, i które są najczęściej używanym zestawem danych w opisanych badaniach), F&R stwierdzili, że łącznie analizowane trzy przyczyny naturalne wywarły w okresie 1979-2010 mały wpływ chłodzący. Pozostałe czynniki, wśród których dominuje wpływ człowieka, przyczyniły się w ponad 100% do wzrostu temperatury planety w badanym okresie.

Kluczowym aspektem analiz takich jak Lean i Rind czy Foster i Rahmstorf jest to, że nie wymagają one żadnych założeń dotyczących różnych możliwych oddziaływań Słońca na temperaturę globalną. Każdy efekt słoneczny (pośredni lub nie), który jest skorelowany z aktywnością słoneczną (czyli natężeniem promieniowania, polem magnetycznym – a zatem także galaktycznym promieniowaniem kosmicznym , promieniowaniem nadfioletowym itp.) jest w regresji wieloliniowej uwzględniany automatycznie. Zarówno Lean i Rind, jak i Foster i Rahmstorf, stwierdzili, że aktywność słoneczna odgrywała w ociepleniu bardzo małą rolę.

Gillett i in. (2012), podobnie jak Stott i in. (2010) zastosowali do modelu klimatu (CanESM2) regresję liniową wielu zmiennych. Korzystali z danych o antropogenicznych emisjach gazów cieplarnianych i aerozoli, zmian w użytkowaniu ziemi, aktywności Słońca, ozonie i emisjach aerozoli wulkanicznych. Dla oceny wpływów pogrupowali pewne efekty w kategorie „naturalne”, „gazy cieplarniane” i „inne”. Autorzy ocenili wpływ każdego z nich w 3 przedziałach czasu: 1851-2010, 1951-2000 i 1961-2010. W przypadku ich analiz obejmujących okresy 50 lat, do przedstawienia ich wyników na Rys. 1 posłużono się średnią z tych dwóch ostatnich, oraz wykorzystano kategorię „inne” do oszacowania wpływu ludzkich emisji aerozoli (co skutkuje pewnym niedoszacowaniem, bo większość „innych” ma wpływ ocieplający).

Wyniki Gilletta i in. pokazują, że w obydwu okresach ludzie odpowiadają za ponad 100% obserwowanego wzrostu temperatury.

Konsensus w sprawie przyczyn ocieplenia klimatu

Zgodność między wynikami analiz korzystających z różnorodnych metod badań jest godna uwagi. Każda z prac wykazała, że na przestrzeni ostatnich 100-150 lat ludzie odpowiadają za co najmniej połowę obserwowanego ocieplenia, a większość oszacowań wskazuje na wartość w przedziale 75-90% (Rysunek 2). W ciągu ostatnich 25-65 lat, według każdego z artykułów, wkład człowieka to nie mniej niż 98%, a większość mówi o wkładzie zdecydowanie ponad 100%, ponieważ łącznie czynniki naturalne w ostatnich dziesięcioleciach według wyników badań powodują ochłodzenie (Rys. 3,4).

Dodatkowo w każdej z prac i w każdym rozpatrywanym przedziale czasu, dwa największe czynniki wpływające na wzrost temperatury globu związane były z działalnością człowieka. Pierwszy to gazy cieplarniane, a drugi to emitowane przez ludzi aerozole. Jest to niebezpieczna sytuacja, bo gdy oczyszczamy powietrze z pyłów i zmniejszamy emisje SO₂, ich chłodzący efekt będzie zanikać, co ujawni część ocieplenia związanego z efektem cieplarnianym, maskowanego teraz przez efekty aerozolowe. Zauważmy, że nie we wszystkich pracach tak samo podzielono zjawiska (np. nie wszystkie rozważały czynniki naturalne inne niż słoneczne i wulkaniczne). Dlatego na Rysunku 2 i kolejnych, niektórych pasków nie ma.

W okresie między 1910 i 1940 rokiem , obserwowano okres ocieplenia, który spowodowała głównie rosnąca aktywność słoneczna i długi okres niskiej aktywności wulkanów, z pewnym udziałem zjawisk antropogenicznych. Jednak od lat 60. aktywność Słońca spadała, wulkanizm był umiarkowany, a ENSO nie miało wielkiego wypadkowego wpływu na globalne temperatury. Tymczasem gazów cieplarnianych ciągle przybywało i stały się przeważającą przyczyną zmian temperatury powierzchni Ziemi, co pokazują rysunki 3 i 4.

Szeroki wybów metod statystycznych i fizycznych doprowadził do tego samego wniosku: działalność ludzi jest najważniejszą przyczyną obserwowanego globalnego ocieplenia, szczególnie w ostatnich 50 latach. Te mocne dowody naukowe to powód, dla którego panuje zgoda pośród specjalistów, że głównym sprawcą globalnego ocieplenia jest człowiek .

Również najnowszy, V raport IPCC stwierdza, że jest niezwykle prawdopodobne (czyli z prawdopodobieństwem przekraczającym 95%), że to człowiek w sposób dominujący wpłynął na obserwowane od połowy XX wieku ocieplenie.

Marcin Popkiewicz, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski