Modele klimatu to skomplikowane twory. Ich działanie polega na zastosowaniu praw fizyki do opisu przepływów materii i energii w atmosferze i oceanie (więcej na ten temat przeczytasz w artykule Wirtualny klimat). Układy równań, będące matematyczną formą tych praw, są następnie rozwiązywane numerycznie (z wykorzystaniem komputerów). Innymi słowy, modele te pozwalają nam na wykonywanie w wirtualnej rzeczywistości doświadczeń, których w prawdziwym świecie nie moglibyśmy przeprowadzić. W pamięci superkomputerów możemy stworzyć setki kopii naszej planety i sprawdzić, jak wpływają na nią zmiany aktywności słonecznej, kształtu orbity, pokrycia powierzchni czy składu atmosfery.

Modele numeryczne nie są oczywiście naszym jedynym źródłem wiedzy o klimacie. Dysponujemy także rozlicznymi pomiarami stanu atmosfery, oceanu i powierzchni Ziemi, zarówno współczesnymi instrumentalnymi, jak i opartymi na badaniu próbek geologicznych, glacjologicznych itd. (patrz nasz cykl o paleoklimatologii). Stanowią jednak ich doskonałe uzupełnienie. Pozwalają prześledzić związki przyczynowo-skutkowe, co z kolei pozwala zrozumieć mechanizmy fizyczne odpowiedzialne za przeszłe zdarzenia klimatyczne i wykorzystać je jako narzędzia do tworzenia projekcji na przyszłość.

Syukuro Manabe – współtwórca pierwszych modeli klimatu

Syukuro Manabe był pionierem modelowania klimatu. W latach 60. stworzył wraz Richardem T. Weetheraldem jednowymiarowy model opisujący zjawiska zachodzące w kolumnie powietrza – zarówno konwekcyjne (związane z pionowymi ruchami powietrza) jak i radiacyjne (związane z przenikaniem, absorpcją i emisją promieniowania).

Nagle okazało się, że jesteśmy w stanie wytłumaczyć całą strukturę termiczną atmosfery, łącznie ze stratosferą. To był przełom.

– komentuje prof. Jacek Piskozub (Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk w Sopocie).

Wszyscy pamiętamy szkice z podręczników szkolnych pokazujące podział atmosfery na warstwy: leżącą przy powierzchni Ziemi troposferę, w której temperatura spada z wysokością oraz wyższą stratosferę, w której temperatura z wysokością rośnie. Od dawna wiedzieliśmy, czemu takie relacje zachodzą w każdej z tych warstw, ale nie rozumieliśmy dokładnie stojących za tym zależności. W pracy Manabe i Wetherald (1967) po raz pierwszy pojawiło się określenie „równowaga radiacyjno-konwekcyjna” i wyjaśnienie tego, jak wzajemne oddziaływanie transferu promieniowania w atmosferze i procesów konwekcyjnych „reguluje” te warstwy (więcej na ten temat przeczytasz w tekście Efekt cieplarniany dla średniozaawansowanych (1): Termiczna struktura atmosfery).

Z przedstawionych w pracy obliczeń wynika wprost, że wzrost koncentracji CO₂ w atmosferze przyczynia się do wzrostu temperatury w troposferze i jednocześnie spadku temperatury w stratosferze. Kontrastuje to z sytuacją, w której np. wzrost temperatury planety byłby skutkiem zwiększenia aktywności słonecznej (co doprowadziłoby do ogrzania obu warstw).

Autorzy pokazali też, jak istotną rolę pełni w klimacie para wodna – związane z nią sprzężenie zwrotne nasila zmiany temperatury wywołane innymi czynnikami, np. zmianą koncentracji CO₂ czy ilości promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi (więcej w artykule Para wodna – klimatyczny “dopalacz”).

Manabe kontynuował karierę, uczestnicząc w tworzeniu i rozwijaniu trójwymiarowych modeli atmosfery. W kolejnych słynnych pracach (Manabe i Wetherald 1975, Manabe i Stouffer 1980), oszacował nowoczesnymi metodami fizycznymi czułość klimatu na podwojenie atmosferycznej koncentracji CO₂. Później rozwijał modele opisujące zarówno to, co dzieje się w atmosferze jak i zjawiska w oceanach wraz ze wzajemnym oddziaływaniem elementów systemu klimatycznego (tzw. coupled atmosphere-ocean models) i z ich pomocą badał przeszłe i możliwe przyszłe stany klimatu. W jednej z prac jego autorstwa (Manabe i Stouffer 1998) wyjaśniono szczegółowo jak rozlanie słodkiej wody z topniejącego lądolodu na powierzchni Atlantyku zachwiało klimatem przy wychodzeniu z ostatniej epoki lodowej. Wszystkie współczesne modele klimatu, w tym te stosowane w badaniach opisanych w ostatnim Raporcie IPCC korzystają z podstaw, które zbudował Manabe.

Klaus Hasselmann – wyjaśnił, czemu klimat ma pamięć

Patrząc na wykres zmian temperatury, łatwo zauważamy, że jest on pełen „górek i dołków”. Są one przejawem naturalnej zmienności klimatu, czyli naturalnych zjawisk prowadzących do ociepleń i ochłodzeń klimatu (np. zmian aktywności słonecznej, erupcji wulkanicznych czy zmian w prądach morskich). W analizie statystycznej nazywamy ich obecność „szumem” (przez analogię do analizy fal dźwiękowych). Aby móc powiedzieć, że w klimacie pojawił się jakiś „sygnał”, czyli istotna zmiana idąca w jakimś konkretnym kierunku, musimy sprawdzić, czy odróżnia się ona od „szumu” zmienności naturalnej. A w takim razie musimy umieć dobrze taką zmienność opisać.

Jeśli obecność szumu wynika z całkowicie losowych zjawisk, to mamy do czynienia z tzw. „szumem białym” – takim, na który składają się po równo wszystkie możliwe częstości fal (podobnie jak na światło białe składają się fale o wszystkich częstościach odpowiadających światłu widzialnemu, wszystkie kolory). Jednak w przypadku systemu klimatycznego wcale tak nie jest, a zrozumienie tego faktu zawdzięczamy drugiemu z laureatów Nagrody Nobla 2021, Klausowi Hasselmannowi. Jak wyjaśnia prof. Jacek Piskozub:

Hasselmann wytłumaczył teoretycznie coś, co było znane doświadczalnie: że jeśli zamienimy jakiekolwiek parametry klimatyczne na szum, to zwykle nie jest to „szum biały” (chyba że dotyczy to krótkoterminowej pogody), tylko tak zwany „szum czerwony” – mający przewagę niższych częstotliwości, dłuższych cykli.

Hasselman pokazał, że obecność oceanu w systemie musi coś takiego spowodować. Autokorelacja spowodowana przez ocean skutkuje tym, że system nie jest czysto stochastyczny, bez pamięci, kroczący przypadkowo. Ocean powoduje, że w systemie klimatycznym mamy pamięć.

Ocean jest wielkim zbiornikiem energii. Według najnowszego raportu IPCC (IPCC AR6, 2021) to właśnie w nim odkłada się ponad 90% energii, której przybywa na Ziemi w związku z globalnym ociepleniem. Ciepło właściwe wody jest cztery razy większe niż powietrza, a masa oceanu jest ok. 300 razy większa od masy atmosfery. To powoduje, że ocean zmienia temperaturę (ogrzewa się lub stygnie) bardzo powoli. Także przemieszczanie się wód oceanicznych (którego skutkiem jest m. in. transport ciepła na duże odległości i mieszanie) zachodzi niezwykle wolno w porównaniu z przemieszczaniem się mas powietrza.

Jednocześnie jednak procesy zachodzące w oceanie istotnie wpływają na to, co dzieje się w atmosferze, bo ocean stanowi dla niej ważne źródło ciepła i pary wodnej. Właśnie temu zawdzięczamy pamięć klimatyczną. Przykładowo, jeśli w wyniku erupcji wulkanicznej dojdzie do gwałtownego ograniczenia ilości promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi, obecność oceanu może złagodzić ochłodzenie atmosfery, bo on „pamięta jeszcze” czasy, gdy było cieplej i może podzielić się z atmosferą nadwyżką energii.

Klaus Hasselmanna pokazał swoimi obliczeniami (np. Hasselmann, 1975 , Frankingoul i Hasselmann 1977), że choć pogoda charakteryzuje się daleko idącą przypadkowością (chaotycznością) i nie da się jej przewidzieć na dłużej niż kilka dni na przód, z klimatem jest inaczej. Metody stworzone przez niego pomogły także w rozdzielaniu wpływu poszczególnych czynników na klimat i pozwoliły na odróżnienie efektów związanych z działalnością człowieka od przejawów zmienności naturalnej. Podobnie jak Manabe, Haselmann rozwijał też modele oddziaływania atmosfera-ocean – wiele z nich ma niezwykle praktyczne zastosowania i służy dziś np. do prognoz stanu morza.

Giorgio Parisi – zrozumienie zachowania układów złożonych

Blisko zagadnień badanych przez Hasselmana zlokalizowanych jest kilka prac trzeciego laureata tegorocznego nobla z fizyki, Giorgio Parisiego (np. Benzi, Parisi i in., 1980). Parisi wyjaśnia, jak zaburzenia losowe (np. wybuchy wulkanów), nakładając się na wymuszanie orbitalne przez cykle Milankovicha, pomagały „przerzucać” stan klimatu między glacjałami (zlodowaceniami) i interglacjałami. Dorobek naukowy Parisiego, wspaniałego fizyka teoretyka, obejmuje wiele zagadnień wykraczających poza zakres naszego portalu. Znany jest przede wszystkim ze swoich prac dotyczących wzrostu powierzchni, tzw. szkieł spinowych, teorii turbulencji a nawet chromodynamiki kwantowej. Jednak łączy go z pozostałymi laureatami jedno, co znakomicie opisał komitet noblowski: „przełomowy wkład do rozumienia działania układów złożonych”.

Fakt że jakiś układ fizyczny, np. układ klimatyczny, jest skomplikowany, nie oznacza, że nie możemy zrozumieć sposobu, w jaki działa. Wspaniale dowodzą tego osiągnięcia tegorocznych noblistów z fizyki, a specjalne docenienie fizyki klimatu w tym werdykcie pokazuje nam wszystkim na jak solidnych fundamentach naukowych oparta jest nasza wiedza o klimacie i jego zmianach. Obyśmy potrafili, z pożytkiem dla wszystkich, skorzystać z nauk, jakie ze sobą niesie.

Aleksandra Kardaś i Szymon Malinowski, konsultacja merytoryczna: prof. Jacek Piskozub

Zobacz też:

The post Nagroda Nobla 2021 dla Manabe, Hasselmanna i Parisiego appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Rozwój mocy obliczeniowych komputerów oraz metod numerycznych umożliwił rozwój modeli cyrkulacji globalnej atmosfery, używanych do numerycznych symulacji klimatu. W procesie uczestniczyli tacy badacze jak J. Smagorinsky, Norman Philips, Syukuro Manabe i wielu innych. W roku 1967 Manabe i Wetherald opublikowali fundamentalną pracę na temat modelu globalnego, opisującego warunki klimatyczne całej planety, uwzględniającego też w uproszczony sposób, rolę procesów konwekcyjnych (wprowadzili pojęcie tzw. równowagi radiacyjno-konwekcyjnej), co pozwoliło lepiej zrozumieć rozkład temperatury w atmosferze z wysokością w różnych warunkach i na różnych szerokościach geograficznych. Na temat tych zjawisk przeczytasz w tekście Efekt cieplarniany dla średniozaawansowanych (1): Termiczna struktura atmosfery

Chociaż większość doniesień ze źródeł naukowych z tego okresu ostrzegała przed nadciągającym globalnym ociepleniem, opinię publiczną lat 70-te XX wieku zdominowała wizja nadchodzącej rzekomo… epoki lodowej. Był to w pewnej mierze efekt publikacji dwójki naukowców z NASA, Rasoola i Schneidera (1971), którzy obliczyli, jaki wpływ na bilans energetyczny Ziemi miałby dalszy wzrost koncentracji aerozolu atmosferycznego, który odbija część promieniowania słonecznego w kosmos, ograniczając jego dopływ do powierzchni planety (więcej na ten temat: Efekt cieplarniany dla średniozaawansowanych (6): Aerozole). Bardziej szczegółowo przeczytasz o tej sprawie w naszym artykule Mit: W latach 70. XX wieku naukowcy przewidywali epokę lodowcową. Warto wspomnieć, że efekt jest prawdziwy, wielokrotnie rozważany np. w wielu, publikowanych do dziś artykułach naukowych na temat hipotetycznej “zimy jądrowej”, a praca była jedną z tych które zapoczątkowały globalne badania nad wymuszaniem radiacyjnym w skali globu przez aerozole atmosferyczne.

W latach 70. prowadzono intensywne badania, które przyniosły wiele ważnych ustaleń dotyczących między innymi roli gazów innych niż CO₂ (np. metanu) w efekcie cieplarnianym,a także wkładów wylesiania czy przemysłu (na przykład produkcji cementu) w emisję dwutlenku węgla. Ponadto, znaczącą konkluzją przełomu lat 70/80 stało się rozpoznanie ograniczonych możliwości oceanów i biosfery do naturalnego sekwestrowania dwutlenku węgla.

W głąb lodowej historii

Chociaż rok 1957/1958 został nazwany Międzynarodowym Rokiem Geofizyki, co poskutkowało między innymi rozwojem glacjologii i rozpoczęciem wydobywania rdzeni lodowych na światową skalę, to dopiero okres późniejszy, lat 70 tych i 80 tych zaowocował szerokim spektrum możliwości badań historii klimatu planety w oparciu o dane glacjologiczne. Informacje odczytane z rdzeni lodowych Antarktydy i Grenlandii, sięgające w czasie do 800 tys. lat wstecz, umożliwiły bezpośrednie badanie atmosfery minionych epok, na podstawie składu uwięzionych w lodzie pęcherzyków powietrza.

Między innymi w oparciu o materiał z rdzenia Wostok (rdzeniowanie rozpoczęto w 1970 roku, głębokość 2 km została osiągnięta w połowie lat 80 tych) wykazano związek zmian temperatury ze zmianami zawartości CO₂ w powietrzu. Postacią, którą należy w tym momencie przywołać, jest Claude Lorius, francuski fizyk, glacjolog oraz badacz klimatu (urodzony w 1932), który znacząco przyczynił się do rozwoju tej dziedziny. Uczestniczył w ponad 20 wyprawach polarnych, badał skład powietrza zawartego w pęcherzykach w rdzeniach lodowych, oraz opracował zasady działania termometru izotopowego (odtwarzania paleotemperatur w oparciu o izotopy obecne w pęcherzach powietrza).

Poza bezpośrednimi danymi opisującymi minione epoki, badania rdzeni lodowych zapewniły odpowiedź na wiele kwestii – potwierdziły wnioski pochodzące z obliczeń modeli klimatu, pokazując związek zmian temperatury ze składem powietrza, aktywnością słoneczną i cyklami Milankovicia. W połączeniu z rekonstrukcją dawnego rozmieszczenia kontynentów na Ziemi, oraz migracją biegunów, udało się ustalić, że w historii naszej planety występowały okresy wysokich temperatur, podczas których zawartość CO₂ była znacząco wyższa niż obecnie. Więcej o rdzeniach w artykule Paleoklimatologia: sekrety rdzeni lodowych.

Raport Charneya

Przełomową publikacją czasów współczesnych stał się raport „Dwutlenek węgla a klimat. Oszacowanie naukowe” Carbon Dioxide and Climate: A Scientific Assessment, 1979. Opublikowany w 1979, opracowany przez grupę badawczą kierowaną przez Jule’a Charneya, na polecenie Narodowej Akademii Nauk Stanów Zjednoczonych. W oparciu o dwa modele zespołowi udało się nadzwyczaj trafnie przewidzieć wzrost temperatury w zakresie 1,5 a 4,5°C przy przewidywanym, dwukrotnym wzroście zawartości dwutlenku węgla w atmosferze. Jakkolwiek wnioski oparte na dwóch modelach były obarczone niepewnością, intuicja oparta na podstawach fizycznych atmosfery okazała się trafna. Raport do dzisiaj jest ceniony za prostotę, a kolejne modele potwierdzają przewidywania sprzed czterdziestu lat.

Bezposrednim skutkiem opublikowania Raportu Charneya było zaalarmowanie znacznej częsci środowiska naukowego i powolanie w roku 1980, World Climate Research Programme (WCRP) ktory dziala do tej pory i pomaga w światowej koordynacji badań nad klimatem naszej planety. Coraz ścislejsza wspólpraca naukowa w ramach tego programu pozwala dzis przygotowywać wspólne plany dzialania (pomiarow, obserwacji badań, kampanii geoficzycznych), które w wielkiej mierze wykorzystywane są w wielu raportach klimatycznych.

Pod koniec XX wieku

Wyczerpujący opis obiegu węgla w przyrodzie, z podziałem na szybki (patrz Szybki cykl węglowy, część 1: atmosfera i ekosystemy lądowe, Szybki cykl węglowy, część 2: węgiel w oceanach) i wolny cykl węglowego (patrz Wolny cykl węglowy i termostat węglowy) zawdzięczamy rozwojowi nauki o klimacie w latach 80-tych. Wtedy też potwierdzono, że choć temperatura w ubiegłych epokach bywała nawet do 8℃ wyższa niż obecnie, to prowadziły do takich stanów do niej stosunkowo powolne wzrosty koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze trwające miliony, a raczej dziesiątki milionów lat. To procesy zupełnie inne, niż sytuacja dzisiejsza, w której, kiedy obserwujemy nagły, trwający zaledwie stulecia i bardzo intensywny wzrost koncentracji gazów cieplarnianych i temperatury.

Pod koniec lat 80. naukowcy z NASA pod kierownictwem Jamesa Hansena opublikowali projekcje klimatu na kolejne trzydzieści lat, przygotowane z użyciem nowoczesnego modelu numerycznego – takiego, w którym obliczenia prowadzone są w sposób podobny jak możliwa ewolucja atmosfery w czasie w poszczególnych oczkach regularnej siatki obliczeniowej obejmującej całą atmosferę (patrz Wirtualny klimat, Hansen i in., 1988). Coraz bardziej alarmujące przewidywania tej i innych grup zwróciły wreszcie uwagę rządzących.

Wzrosło zainteresowanie wpływem zmian klimatu na jakość życia ludzi a w 1988 roku na wniosek członków ONZ powstał IPCC (Międzynarodowy Zespół ds. Spraw Klimatu), którego rolą jest przygotowywanie dla państw członkowskich podsumowań aktualnej wiedzy naukowej na temat zmiany klimatu (stało się to możliwe dzięki istnieniu WCRP), związanych z tą zmianą ryzyk oraz możliwości zapobiegania lub przystosowywania się skutków do globalnego ocieplenia. Od utworzenia, IPCC opublikowało 5 raportów podsumowujących oraz wiele raportów specjalnych. Wnioski z nich skłoniły ONZ podpisania Ramowej konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmiany klimatu (1992) a następnie protokołu z Kyoto 1998, czy Porozumienia paryskiego z 2015 roku.

Badania klimatu rozwijają się cały czas. Z każdym rokiem publikowanych jest coraz więcej prac z tej dziedziny, do pracy zaprzęgane są już nie tylko naziemne przyrządy pomiarowe, ale także samoloty (Jak się to robi: pomiary atmosferyczne z pokładu samolotu, Fizyk buja w obłokach, Kampania pomiarowa EUREC4A, czyli jak się bada chmury i klimat), autonomiczne boje (Jak i po co mierzymy temperaturę oceanu – pomiary bezpośrednie, Program ARGO sięga głęboko) czy satelity (Jak i po co mierzymy temperaturę oceanu – pomiary satelitarne, Co satelity mówią o ociepleniu atmosfery, Satelitarne obserwacje stężeń, źródeł emisji i miejsc pochłaniania CO2). Jeśli chcecie znać ich aktualne wyniki, zapraszamy do śledzenia naszej strony!

Klara Górska, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

The post Historia naukowa fizyki klimatu, część 4: Lody i modele appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Prof. Mario Molina jest chemikiem słynnym z powodu kluczowej roli, którą odegrał w odkrywaniu dziury ozonowej nad Antarktydą. W 1995 r. otrzymał Nagrodę Nobla za wkład w badania chemii atmosfery, zwłaszcza destrukcji warstwy ozonowej spowodowanej chlorofluorowęglowodorami (czyli freonami). Od 2004 r. jest profesorem na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego oraz w Centrum Nauk Atmosferycznych Instytutu Oceanografii im. Scrippsa. Jest także Dyrektorem w Centrum Badań nad Energią i Środowiskiem im. Maria Moliny w stolicy Meksyku.

Academia: Jak to się stało, że zajął się pan badaniami atmosfery?

Mario Molina: Nauką zainteresowałem się w dzieciństwie, głównie dzięki czytanym biografiom naukowców. Jako dziecko lubiłem też robić eksperymenty chemiczne i od wczesnego wieku pragnąłem być naukowcem. Kiedy po liceum poszedłem na studia w Meksyku, wiedziałem, że lubię chemię ogólną i fizyczną. Na studiach nie miałem zajęć z chemii fizycznej, ale studiowałem inżynierię procesową, w której chemia fizyczna odgrywa ważną rolę. Doktorat obroniłem na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley z zakresu nauk podstawowych. Badałem szybkość reakcji chemicznych, związane z nimi zjawiska kwantowe itd. Postanowiłem zostać na uczelni jako postdoc, żeby kontynuować badania prowadzone z kolegą, również z zakresu badań podstawowych. Kolega używał różnych technik do badania reakcji chemicznych. Chcieliśmy zająć się czymś, co należałoby do zakresu badań podstawowych, ale też ściślej wiązało się z autentycznymi problemami ludzi. Postanowiliśmy się zająć chemią atmosfery, bo to pozwalało nam pozostać przy chemii podstawowej, a zarazem badać coś bardziej praktycznego: atmosferę naszej planety.

Wtedy dość niewiele osób zajmowało się chemią atmosfery. Postanowiliśmy się zająć chlorofluorowęglowodorami (CFC), czyli grupą związków wykorzystywanych w przemyśle, które wówczas gromadziły się w atmosferze. Uznaliśmy, że te niewielkie cząsteczki, podobne do badanych przez nas laboratoryjnie, będą dobrym punktem wyjścia do zdobywania wiedzy na temat atmosfery. Tak to się zaczęło – właściwie z czystej ciekawości i przejścia od badań podstawowych do stosowanych. Potem wszystko potoczyło się już stosunkowo szybko.

Badałem wtedy związki i reakcje chemiczne obecne w atmosferze. CFC to bardzo stabilne związki, które z założenia miały być nieszkodliwe przy wdychaniu. Uświadomiliśmy sobie z kolegą, że takich cząsteczek nie zdołają rozbić naturalne procesy, tak jak to się dzieje z innymi zanieczyszczeniami powietrza. A to znaczyło, że CFC z czasem dotrą do stratosfery, gdzie na odpowiednio dużej wysokości rozbije je promieniowanie ultrafioletowe. Taki mechanizm rozpadu cząsteczek był logiczny, jednak ważne było nie tyle zrozumienie samego schematu, ile jego skutki. Zdaliśmy sobie sprawę, że z rozpadu cząsteczek powstają bardzo aktywne substancje, takie jak atomy chloru czy wolne rodniki – tymczasem z chemicznych badań podstawowych wiedzieliśmy, że atomy chloru wchodzą w gwałtowne reakcje z cząsteczkami ozonu.

Dzięki wcześniejszym badaniom podstawowym z dziedziny chemii rozumiałem, że taki proces może mieć właściwości katalityczne, czyli minimalna liczba atomów chloru wystarczy do zniszczenia dużej liczby cząsteczek ozonu. W tamtym czasie było to dopiero hipotezą, więc w dyskusjach ze współpracownikami uznaliśmy, że do badań trzeba zaprosić więcej naukowców i sprawdzić naszą hipotezę empirycznie. Tak to wyglądało z punktu widzenia historii.

Zatem od badań podstawowych przeszedł pan do nauk stosowanych i odkrył zjawisko o fundamentalnym znaczeniu dla życia na naszej planecie. Ile czasu upłynęło od chwili, kiedy uświadomił pan sobie wagę tych wyników, do momentu, w którym nabrały one znaczenia politycznego?

Trudno powiedzieć dokładnie, ile to trwało, ale mówimy tu o wielu latach. Najpierw skonsultowaliśmy się z innymi chemikami atmosfery, żeby potwierdzili, czy nasza hipoteza ma sens. Środowisko naukowe było zdania, że raczej przesadzamy. Specjalnie opublikowaliśmy wyniki w jednym z najbardziej prestiżowych czasopism, Nature, bo przy publikacji w Nature czy Science trzeba wstrzymać się z informacjami dla prasy do chwili, kiedy badanie zostanie zrecenzowane i opublikowane. Inni naukowcy najbardziej obawiali się tego, że chcemy tylko zrobić wokół siebie szum. Musieliśmy sporo czekać na publikację, bo trudno było znaleźć recenzentów. Po publikacji świat naukowy stopniowo przyjął nasze wyniki do wiadomości, chociaż reakcja przemysłu była bardziej niechętna.

Ostatecznie uznaliśmy, że mamy obowiązek zakomunikować wyniki badań opinii publicznej. Wtedy zaczęliśmy rozmawiać z mediami, decydentami, politykami, członkami Kongresu i tak dalej. To trwało dość długo. Przekonaliśmy się, że najłatwiej będzie wszystko przyśpieszyć, jeśli włączymy w nasze działania Amerykańską Akademię Nauk (NAS). Dzięki niej ukazały się artykuły wskazujące, że nasza praca ma solidne oparcie naukowe, a uzyskane wyniki są niepokojące, co zwróciło uwagę opinii społecznej. Kongres rozpoczął debatę nad zakazem stosowania CFC w puszkach z aerozolami – w przemyśle stosowano je głównie jako propelent w aerozolach, np. lakierach do włosów, środkach czyszczących itp. Do tego oczywiście CFC były wykorzystywane jako czynnik chłodniczy, bo były o wiele bezpieczniejsze od amoniaku czy dwutlenku siarki.

Potem trzeba było się jeszcze zmierzyć z producentami. Na szczęście związki te produkowało zaledwie pięć czy sześć dużych koncernów chemicznych, więc można było z nimi rozmawiać. Początkowo koncerny twierdziły, że nie zaprzestaną produkcji CFC tylko na podstawie naszej teorii. Zwłaszcza DuPont ma tradycje własnych badań naukowych – to były inne badania niż nasze, ich celem było tworzenie nowych materiałów, takich jak teflon. Obiecali nam, że wstrzymają produkcję CFC, jeśli nasze badania się potwierdzą. Kiedy udało się potwierdzić nasze wyniki, przyznali nam rację „W porządku, zamykamy produkcję tych związków”. Wtedy prowadziliśmy już badania nad związkami, które mogą zastąpić CFC jako propelenty i czynniki chłodnicze, ale nie docierają do stratosfery. Dlatego firmy mogły przestawić produkcję na inne tory, ale ten proces zajął co najmniej dekadę.

Czy to było frustrujące?

Owszem, bo wtedy nasze wyniki przyjmowano już nawet w prasie. Długo trwało, zanim problemem zajął się ONZ i rozpoczął prace nad międzynarodowym porozumieniem w tej sprawie – zatem coś tam się działo, ale powoli. Potem przyszło odkrycie dziury ozonowej nad Antarktydą. Tego nie przewidzieliśmy, więc odkrycie wywołało silną publiczną reakcję. Na początku nawet naukowcy mówili: „Niesamowita sprawa, zjawisko jest nadzwyczajne i nie ma pewności, czy ma związek z CFC!”. Jednak dokładne pomiary wskazały, że dziurę ozonową nad Antarktydą ponad wszelką wątpliwość wywołały atomy chloru pochodzące z rozpadu CFC. To przyśpieszyło prace i mógł powstać Protokół Montrealski, który odegrał kluczową rolę w rozwiązaniu problemu.

Czy nie miał pan wtedy poczucia, że nie zawsze udaje się skutecznie przekazać wiedzę naukową?

Tylko z początku. Zwłaszcza producenci aerozoli twierdzili, że rozdmuchujemy problem, żeby zaistnieć w mediach, ale o dziwo większość naukowców i branż przemysłowych dała nam wiarę. Mieliśmy więcej szczęścia niż klimatolodzy, bo zmiany klimatu zostały błyskawicznie upolitycznione. Trochę to wynikało z faktu, że mieliśmy do czynienia z małą grupą producentów, którzy zachowali się odpowiedzialnie i przyjęli wyniki badań do wiadomości. W przypadku zmian klimatu mamy całe mnóstwo branż i grup politycznych, a problem jest bardzo upolityczniony, zwłaszcza przez Partię Republikańską w USA. CFC nie były aż tak ogromnym problemem, więc łatwiej go było rozwiązać. Nasza historia to przykład tego, jak społeczeństwa mogą wspólnymi siłami rozwiązać globalny problem. Jeśli jest jakieś podobieństwo między zmianami klimatu a CFC, to takie, że nie ma znaczenia, który kraj emituje gazy cieplarniane – współpracować muszą wszystkie.

Jednak ludzie inaczej postrzegają dziurę ozonową, a inaczej zmiany klimatu. Z klimatem każdy ma styczność na co dzień, a z dziurą ozonową nie. Jak pańskim zdaniem trzeba mówić o niebezpieczeństwie związanym z kolosalnym problemem na skalę całej planety?

Naukowcom nie do końca udało się dotrzeć do opinii publicznej z tą wiedzą. Wypowiadają się na ten temat również grupy spoza świata nauki, np. działacze ekologiczni, niektóre sprawy przedstawia się w sposób przerysowany. Co najważniejsze, wiedza naukowa spotyka się z bardzo silnym, upolitycznionym odporem ze strony tak zwanych denialistów, czyli osób, które nie wierzą nauce. Z naszego punktu widzenia jako naukowców jest to całkowicie nie do przyjęcia. Oczywiście w nauce zawsze istnieje niepewność, bo klimat to złożony układ. Nasze prognozy w dużej mierze zależą od reakcji społeczeństwa. Możemy więc dyskutować o takich sprawach jak prawdopodobieństwo czy ryzyko, ale dla naukowców jest rzeczą nie do przyjęcia, żeby odrzucać naukę jako taką. Niestety, z pobudek politycznych Partia Republikańska od pewnego czasu sprzeciwia się zaangażowaniu rządu w kwestie przemysłu czy handlu i twierdzi, że Partia Demokratyczna za bardzo chce w nie ingerować. Jednak już w przypadku działań tzw. Partii Herbacianej, konserwatywnego skrzydła Partii, sprawę postrzega się w kategoriach wiary, a to zupełnie irracjonalne.

Można to porównać do szczepionek. Organizm ludzki to też złożony system, a pierwsze wersje szczepionek nie były doskonałe. Jednak nauka poszła do przodu, a skutki stosowania szczepionek są mierzone i dokumentowane, dzięki czemu wiemy ponad wszelką wątpliwość, że szczepionki uratowały życie wielu dzieci, które bez nich padłyby ofiarą chorób zakaźnych. Nasza wiedza jest tu solidna. Jednak i ta kwestia została upolityczniona; są ugrupowania przekonane, że naukowcy nie powinni ingerować w naturę i szczepionki nie są wyjątkiem. W polityce amerykańskiej to samo stało się z republikanami w kwestii zmian klimatu. Dla nas to rzecz całkiem absurdalna i nie do przyjęcia. Świadczy o niewiedzy na temat tego, czym jest nauka, pomimo jej kolosalnego wpływu na ludzkie życie, które dzięki niej wydłużyło się już ponad dwukrotnie. To oczywiste, że dzięki nauce zmienił się nasz sposób życia, cieszymy się wyższą jakością życia. Postęp naukowy pozwala tworzyć nowe technologie, takie jak telefonia komórkowa, której używamy na co dzień. Dlatego absurdem jest nie ufać nauce albo wyobrażać sobie, że chodzi tu o politykę. Takie myślenie to owoc ignorancji. Ale niestety tak właśnie się dzieje w USA z Partią Republikańską. Współpracujemy z niektórymi republikanami i oni mają świadomość, że pewnych rzeczy po prostu nie wolno im powiedzieć na głos, bo spotkają ich dotkliwe skutki polityczne. Najbardziej skrajnym przypadkiem jest prezydent Trump, który najzwyczajniej ignoruje naukę, bo takie już ma poglądy.

Ten sam problem mamy i w Polsce.

I to jest zupełny nonsens. Powinniśmy umieć wytłumaczyć, że to nonsens oparty na nieracjonalnych podstawach, tymczasem nauka opiera się na metodzie naukowej, danych empirycznych. Takie dane biorą się stąd, że naukowcy uzyskują te same wyniki. Kiedy jabłko spada z drzewa, nie jest tak, że raz spadnie, a raz nie – za każdym razem dzieje się to samo. Dlatego ufamy, że samolot przeleci bezpiecznie nad oceanem z Europy do USA. Wiemy, że samoloty są wyjątkowo bezpieczne, bo dzięki naukowym podstawom lotnictwo dostarcza spójnych wyników. Dlatego ta irracjonalna postawa jest w oczach naukowców bez sensu: to kwestia czysto polityczna.

Do tego oczywiście dochodzą względy socjologiczne i staram się to rozumieć. Są osoby, których zarobki zależą od niewiary w zmiany klimatyczne. Ma to tak silny wpływ na ich myślenie, że może w końcu rzeczywiście dochodzą do wniosku, iż zmiany klimatu nie są czymś realnym. Wtedy możemy się odwołać do badań psychologicznych i pokazać, że takie osoby zachowują się nieracjonalnie. Nie powinno to dotyczyć prezydenta USA, ale niestety dotyczy.

Czy ma pan pomysł, jak zainspirować naukowców, żeby rozpowszechniali te informacje w przystępnej formie na użytek zwykłych ludzi?

Przywołam pewien historyczny precedens. Kiedy odkryliśmy problem CFC, powszechnie sądzono, że informowanie opinii publicznej o wynikach badań nie należy do obowiązków naukowców; że powinien się tym zajmować ktoś inny. Jednak odtąd społeczeństwo zmieniło się i stanęło wobec nowych wyzwań, niemal wszyscy zgadzają się, że naukowcy mają wobec niego obowiązki. Naszym zdaniem jest to również ważne w edukacji. Studentów nie można uczyć tylko tego, czym jest nauka i jak działa. Dzisiaj ważne jest też, żeby naukowców i inżynierów kształcić także z dziedziny etyki i kwestii społecznych. Nie chodzi o to, żeby dodawać kolejne przedmioty do programu studiów, tylko żeby studenci mogli się zmierzyć z realnymi problemami społecznymi. Mieliśmy z tym świetne doświadczenia zarówno na MIT, jak i w Meksyku – studenci pozytywnie reagowali na takie nauczanie. Chyba tutaj leży droga do postępu społecznego i mam nadzieję, że młodzi ludzie nabierają odpowiedzialności ze względów etycznych. Dlatego inwestujemy w kształcenie podstawowe, choć takie inwestycje nie dają szybkich wyników – potrzeba dziesięcioleci, żeby przyniosły wyraźną poprawę gospodarczą. To kwestia odpowiedzialności społecznej. Na dłuższą metę wszystko się opiera na edukacji, ale musimy też działać w krótszej skali czasowej. Naukowcy muszą lepiej komunikować się ze społeczeństwem. Udało nam się zachęcić pewne środowiska naukowe do współpracy nad publikacją raportów. Współpracuję z AAAS, organizacją działającą na rzecz rozwoju nauki, która wydaje czasopismo Science, i wspólnie stworzyliśmy raport poświęcony zmianom klimatu. To wszystko jednak za mało. To nie tylko kwestia publikowania większej liczby artykułów; musimy też komunikować się z politykami. Sądzę, że w najbliższych latach zobaczymy tu poprawę.

Politycy chcą, żeby nauka i technologia lepiej przekładały się na przemysł i gospodarkę. Ale chyba mamy też problem z tym, żeby nauka przekładała się na politykę?

Rządy muszą mieć świadomość, że inwestycje w naukę i innowacyjność są kluczowe. Badania stosowane są szczególnie ważne dla krajów rozwijających się. Z drugiej jednak strony krajowe akademie nauk jasno pokazały, że finansowanie badań podstawowych jest niezbędne, bo pozwala kształcić świetnych nauczycieli i profesorów, którzy wytyczą kierunki kształcenia studentów w dziedzinie nauki i badań. Nie da się oddzielić nauk stosowanych od podstawowych, trzeba finansować jedne i drugie – to kwestia kulturowa.

Historia pańskich badań jest fascynująca. Dzięki wrodzonej ciekawości rozwiązał pan poważny problem społeczny, z którego nie zdawano sobie nawet sprawy. Nie jest to więc tylko kwestia postępu naukowego, ale także troski o naszą planetę i dobro ludzkości.

Mam to szczęście, że przez lata udało mi się nawiązać przyjaźń z wieloma noblistami. Opowiem pewną historię. Kiedy jako student przyjechałem po raz pierwszy do Berkeley, na kampusie panował ogromny ścisk i trudno było znaleźć miejsce do zaparkowania. Było jednak trochę wolnych miejsc oznaczonych tabliczkami, a na jednej z nich było nazwisko „Charles Townes”. Pomyślałem sobie: „Kurde, co to za jeden?”. Kiedy go spotkałem w laboratorium, dotarło do mnie, że ma własne miejsce parkingowe, bo jest laureatem Nagrody Nobla. Potem bardzo się zaprzyjaźniliśmy i obaj byliśmy członkami Papieskiej Akademii Nauk. Charles zmarł kilka lat temu w wieku 99 lat. Pamiętam, że kiedy pytano go, za co dostał Nobla, odpowiadał po prostu „A, to za laser”. Miał mnóstwo pokory, choć laser to niezwykle ważne dokonanie z dziedziny badań podstawowych. Jako pierwszy taką możliwość postulował Einstein, sam korzystałem z równań Einsteina w doktoracie. To tylko jeden przykład tego, jak badania podstawowe przenikają do mainstreamu. Lasery są dziś wszędzie – w odtwarzaczach płyt, wskaźnikach laserowych itd. Stały się powszechne, ale długo trwało, zanim technologia laserowa została przebadana i ukazana światu nauki. Pierwszy laser był niezwykle skomplikowany i potężny w porównaniu z używanymi obecnie. Nauka obfituje w takie przykłady. Gdy sformułowano podstawy mechaniki kwantowej, przez długi czas ta nowa dziedzina wydawała się zbyt skomplikowana, żeby znaleźć praktyczne zastosowanie, a teraz jest filarem fizyki ciała stałego, chemii itd.

To prawda – wykorzystuje się ją w telefonach komórkowych i tak dalej.

Ma bezlik zastosowań. Z perspektywy ekonomisty kraje inwestujące część produktu krajowego brutto w badania podstawowe lepiej sobie radzą gospodarczo – jest to korzystne dla gospodarki. W Meksyku inwestujemy za mało, tylko pół procent PKB.

To dokładnie tyle samo co u nas, w Polsce.

Zgadza się. Naukowcy muszą powiedzieć otwarcie: „Wiemy, że nie od razu będą z tego namacalne korzyści, ale to dobra inwestycja i powinniśmy zacząć jak najszybciej”. Od jakiegoś czasu gospodarka meksykańska boryka się z problemami, więc takie inwestycje odkłada się na później, a naukowcy nie wywierają dość presji. Ale to całkowita racja – musimy skuteczniej uświadamiać społeczeństwu, jak ważne jest finansowanie badań podstawowych.

Zapytam z innej beczki. Wspomniał pan o członkostwie w Papieskiej Akademii Nauk. Akademia odegrała ważną rolę w powstaniu Laudato si’, ważnej encykliki, w której papież Franciszek wezwał do szybkich wspólnych działań na globalną skalę, m.in. po to, żeby zapobiec zmianom klimatu. Jak udało się wam przekazać wiedzę naukową nie politykom, ale zupełnie innemu ciału?

Papieska Akademia Nauk w Watykanie to międzynarodowe ciało naukowe złożone z około 50 naukowców, w większości niekatolików. Włożyliśmy ogromną pracę, dzięki której możliwe stało się unowocześnienie stanowisk różnych religii na temat ważnych prac naukowych, takich jak badania Galileusza i tak dalej – Kościół zaakceptował je dopiero niedawno. Udało nam się posunąć ten proces do przodu z pozytywnym odzewem i od początku wiedzieliśmy, że to ważne, aby Kościół rzymskokatolicki rozumiał zmiany klimatu. Z początku mieliśmy obawy, bo jest kilku wysoko postawionych hierarchów, którzy powątpiewają w zmiany klimatu, ale postanowiliśmy spróbować. Bardzo nam pomógł Marcelo Sánchez Sorondo z Argentyny, kanclerz Papieskiej Akademii Nauk i cudowny człowiek, który kieruje pracami grupy ds. komunikacji z opinią publiczną i papieżem. Mieliśmy ogromne szczęście, że papież napisał w zdecydowanym tonie encyklikę popierającą naukowy konsensus, a nie opinie klimatycznych denialistów. Widać było, że ten papież rozumie, jak ważna jest ta sprawa dla dobra całej ludzkości.

Na szczycie klimatycznym w Katowicach odbyło się spotkanie zorganizowane przez przedstawicieli Polskiej i Papieskiej Akademii Nauk. Akademia papieska wydała raporty oparte na najaktualniejszych ustaleniach naukowych podkreślające, że religia nie musi stać w konflikcie z nauką. W przeszłości zdarzało mi się pracować z organizacjami religijnymi. Jako profesor na MIT miałam do czynienia z organizacjami katolickimi na Uniwersytecie Harvarda (głównie w ich akademii medycznej, bo MIT nie kształci lekarzy) oraz z amerykańskim Publicznym Instytutem Zdrowia (PIH). Nasza praca dotycząca zmian klimatu to świetny przykład tego, jak świat nauki może działać ramię w ramię z organizacją religijną. Z negatywów – musimy się nauczyć, jak współpracować z Partią Republikańską w USA. To się dopiero zaczyna dziać, ale owszem, jest to możliwe.

To zaskakujące, że choć republikanom zawdzięczamy pierwsze przepisy ochrony przyrody, obecnie partia całkowicie zmienia stanowisko. Na logikę partia o konserwatywnym programie powinna chyba dążyć do konserwacji, a więc chronienia istniejącego stanu rzeczy w przyrodzie?

Ściśle współpracowaliśmy z byłymi republikanami, takimi jak William Riley i George Shultz. Nawet prezydent Richard Nixon był wielkim zwolennikiem ochrony środowiska. Ale teraz takim republikanom trudno się przebić z takim przesłaniem do aktualnych władz partii. To się nareszcie zaczyna zmieniać – niestety nie w przypadku prezydenta Trumpa, ale Partii Republikańskiej owszem.

Czyli ma pan nadzieję, że da się dotrzeć z takimi informacjami do konserwatystów?

Tak. Istnieją przypadki skrajne, republikanie o ciasnym myśleniu „religijnym”. Mam tu na myśli kreacjonistów wierzących, że dzieło stworzenia dokonało się dosłownie w ciągu sześciu dni, jak podaje Biblia. Nie wierzy w to ani Kościół Rzymskokatolicki, ani większość protestantów, ale niektórzy republikanie mają silnie zasklepione poglądy i zasiadają w Kongresie. Niestety to są przypadki beznadziejne.

I tak wracamy do problemu komunikacji między nauką i polityką. Co na koniec chciałby pan przekazać czytelnikom Academii?

Najważniejsze przesłanie jest takie, że wierzę w racjonalność. Moim zdaniem da się przekonać opinię publiczną, że zmiany klimatu to rzecz realna. Ale ważne jest też, żeby środowisko naukowe rozwijało w sobie poczucie społecznej odpowiedzialności i przekazało opinii publicznej, że jeśli zmienimy zasadniczo nasze podejście do środowiska naturalnego, będzie to korzystne dla całej ludzkości. Oto nasz cel: sprawić, żeby nasze działania przynosiły korzyść wszystkim ludziom, a nie tylko niektórym.

Z prof. Mario Moliną rozmawiał prof. Szymon Malinowski

© Academia, wydanie specjalne 1/6/2019

The post Mario Molina o ozonie, klimacie i docieraniu do ludzi – wywiad appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Ozon to po prostu trójatomowa cząsteczka tlenu, O₃. Takie molekuły są dużo mniej stabilne niż „standardowe” cząsteczki dwuatomowe, dlatego ozonu jest w atmosferze bardzo mało. Występuje przede wszystkim w dwóch rejonach:

• przy powierzchni Ziemi, gdzie pojawia się w wyniku oddziaływania różnego rodzaju zanieczyszczeń (związków azotu produkowanych przez samochody czy związków organicznych, np. substancji czyszczących) ze światłem słonecznym,
• w stratosferze, na wysokości kilkunastu-kilkudziesięciu kilometrów, gdzie stale zachodzą reakcje tworzenia i rozbijania cząsteczek ozonu i tlenu, związane z pochłanianiem słonecznego promieniowania ultrafioletowego (UV).

Niezależnie od wysokości, jego własności fizyczne i chemiczne są oczywiście takie same – w szczególności jest to gaz cieplarniany. Mimo to my, jako ludzkość, ozon lubimy lub nie, zależnie od tego, gdzie się znajduje. W warstwie przyziemnej traktujemy go jako niepożądanego gościa, ponieważ jest silnym utleniaczem, więc jego wdychanie jest dla nas niezdrowe (np. Wolfe i Patz, 2002, McKee, 1993), a w dodatku stanowi zagrożenie dla uprawianych przez nas roślin (np. Krupa i Manning, 1988, McKee, 1993, Ainsworth i in. 2012). Z kolei jego obecność w stratosferze jest dla nas niezwykle cenna – tu nie może nam bezpośrednio zaszkodzić, tworzy natomiast warstwę chroniącą nas przed promieniowaniem ultrafioletowym, którego nadmiar uszkadzałby nasze tkanki (np. Norval i in., 2011, 2007, de Gruijl i in., 2003).

Ozonowa [nie]równowaga

Molekuły „dobrego ozonu” w stratosferze nieustannie ulegają rozpadom – to właśnie w tym procesie pochłaniane jest promieniowanie ultrafioletowe (rysunek 2). Proces ten nie niepokoiłby nas, gdyby jednocześnie tyle samo cząsteczek ozonu powstawało. Okazuje się jednak, że istnieją mechanizmy, dzięki którym rozpady ozonu robią się częstsze, bardziej prawdopodobne (i niekoniecznie wymagają UV). Ich występowanie prowadzi do zachwiania równowagi pomiędzy tworzeniem i niszczeniem ozonu, co w skrajnym przypadku powoduje powstawanie „dziury” w warstwie ozonowej.

Jak odkryto w latach siedemdziesiątych (Molina i Rowland, 1974, Molina, 1996), w „podkradaniu” ozonu mogą brać udział związki chemiczne produkowane przez człowieka, „freony”. Ściśle rzecz biorąc, są to chloro-fluoropochodne węglowodorów, czyli związki powstające, gdy w metanie (CH₄), etanie (C₂H₆) czy propanie (C₃H₈) zamienimy atomy wodoru (H) na atomy chloru (Cl) lub fluoru (F). Są one bardzo trwałe, niepalne i nieszkodliwe dla człowieka, a jednocześnie łatwo jest je skraplać i odparowywać. Dlatego znalazły wiele zastosowań, na przykład w chłodnictwie czy jako gazy nośne dla produktów sprzedawanych w puszkach aerozolowych (np. dezodoranty).

Jak się okazało, ich trwałość ma też swoje wady: gdy dostaną się do atmosfery, pozostają w niej bardzo długo i mają szansę rozpaść się dopiero wtedy, gdy niesione ruchami powietrza wywędrują w górne rejony warstwy ozonowej. Dostępne tu promieniowanie ultrafioletowe rozbija ich wiązania i powoduje uwalnianie atomów chloru. Oswobodzone atomy chloru mogą z kolei wchodzić w rekcje z cząsteczkami ozonu, „zabierając” im atomy tlenu. Co więcej, jeden atom chloru może zniszczyć wiele cząsteczek ozonu (zobacz reakcje na rysunku 3).

Cykl niszczenia ozonu zostaje przerwany dopiero, gdy atomy chloru wejdą w reakcje z innymi związkami. Niestety zachodzą także reakcje, które z powrotem wprowadzają chlor (w postaci jonów Cl^– lub ClO^–) do gry. O skomplikowanej chemii stratosferycznej przeczytasz na przykład w artykułach McElroy i in. (1986), Molina i Molina (1987), Abatt i Molina, (1993), Solomon (1999).

Prawdopodobieństwo poszczególnych reakcji prowadzących do niszczenia ozonu czy uwalniania atomów chloru lub jonów ClO^– zależy od panujących w atmosferze warunków. Istotne są w szczególności temperatura i dostępności powierzchni, na których mogłyby te reakcje zachodzić. To dlatego znaczących ubytków ozonu nie obserwujemy na całym świecie, a tylko w konkretnych lokalizacjach i porach roku: w okolicach biegunów (południowego – regularnie, północnego – sporadycznie), pod koniec nocy polarnej. To właśnie tu i wtedy możliwe jest powstawanie w stratosferze chmur – tak zwanych „polarnych chmur stratosferycznych” (ang. polar stratospheric clouds, PSC). Są one rzadkim zjawiskiem, ponieważ w stratosferze (w przeciwieństwie do niższych warstw atmosfery) znajduje się mało pary wodnej. Dopiero gdy temperatura spada poniżej -78°C, w powietrzu pojawiają się kropelki kwasu siarkowego i azotowego*, a przy temperaturze poniżej -83°C kryształki lodu (np. Browell i in. 1990, Molina i in. 1993, Peter 1997). Na powierzchni tych cząstek dochodzi do reakcji, w których powstają jony ClO^–, których obecność umożliwia kolejne cykle reakcji niszczących ozon. W rezultacie powstaje i rozrasta się dziura ozonowa (Molina i in. 1993, Solomon 1999, Voigt i in. 2000, Harris i in. 2010).

Powstawaniu chmur stratosferycznych sprzyjać mogą duże erupcje wulkaniczne, podczas których w wyższe partie atmosfery dostają się związki siarki tworzące następnie kropelki kwasu siarkowego (Stoiber i Jepsen 1973, Solomon i in. 1996, Klobas i in. 2017). Efekty z tym związane są jednak złożone: w środkowej stratosferze niszczenie ozonu spowalnia a w dolnej – przyśpiesza. To, który proces „wygrywa” zależy od wielu czynników, przede wszystkim dostępności freonów. Najnowsze analizy wskazują, że gdy ich koncentracje spadną, erupcje wulkaniczne mogą zacząć sprzyjać tworzeniu, a nie niszczeniu ozonu (Klobas i in. 2017).

Wreszcie dziura ozonowa

Warstwa ozonowa nie przypomina obrusa – nie jest jednolitą warstwą, w której cząsteczki ozonu przylegałyby do siebie. To otaczająca Ziemię otoczka o grubości kilkunastu kilometrów, w której luźno poruszają się cząsteczki ozonu i pozostałe gazy tworzące atmosferę. Aby określić, ile ozonu znajduje się w sumie w kolumnie powietrza, podaje się, jak grubą warstwę utworzyłby, gdyby wyciągnąć go z atmosfery i umieścić na powierzchni Ziemi (w tak zwanych warunkach standardowych, czyli ciśnieniu 1000 hPa i temperaturze 0°C). Wynik podany w metrach byłby niezwykle mały, mnożymy go więc przez 100 000 i w ten sposób otrzymujemy grubość warstwy w specjalnej jednostce nazwanej na cześć jednego z pierwszych badaczy warstwy ozonowej, G.M.B. Dobsona – dobsonem (ang. Dobson Unit, DU).

Średnia grubość warstwy ozonowej to zaledwie 300 dobsonów (3 mm), obszar, w którym spadnie ona poniżej 220 DU nazywamy dziurą ozonową. Kryterium to zostało przyjęte ze względu na fakt, że przed rokiem 1979 tak niskie zawartości ozonu były rzadkością, natomiast po roku 1979 zaczęły one być regularnie obserwowane (Newman i in. 2004). Należy pamiętać, że jest to próg umowny. Nawet jeśli nie zostaje on osiągnięty, to ryzyko chorób związanych ze zwiększoną ekspozycją na UV i tak rośnie wraz z obniżeniem koncentracji ozonu (np. Norval i in., 2011, 2007, de Gruijl i in., 2003).

Chociaż naukowcy zaczęli obawiać się o los ozonu stratosferycznego już w latach siedemdziesiątych (Johnston, 1971, Molina i Rowland, 1974), problem spotkał się z szerszym zainteresowaniem dopiero w latach osiemdziesiątych, gdy obserwacje potwierdziły występowanie nad Antarktydą dramatycznie obniżonych (w porównaniu z dotychczasową historią pomiarów) koncentracji ozonu (Farman i in. 1985).

Jak pokazały pomiary, dziura ozonowa pojawia się tu cyklicznie: podczas zimy polarnej na powierzchni cząstek tworzących chmury stratosferycznych dochodzi do licznych reakcji tworzących jony ClO^–, a pojawienie się pierwszych promieni Słońca uruchamia uwalnianie swobodnych atomów chloru, jak opisaliśmy to wcześniej (Solomon 1999). W rezultacie największe ubytki ozonu są na półkuli południowej obserwowane na przełomie września i października (początek tamtejszej wiosny). Najmniejszą koncentrację ozonu zaobserwowano tu w roku 1994 – średnia w dniach 21.09-16.10 wyniosła zaledwie 92 dobsony. Największy zasięg dziury ozonowej przypadł z kolei na rok 2006, w dniach 7.09-13.10 wynosił on średnio 27 mln km² (dane za stroną NASA Ozone Watch).

Temperatury w stratosferze nad Arktyką są zwykle wyższe niż nad Antarktyką, co skutkuje rzadszym występowaniem chmur stratosferycznych i mniejszym zagrożeniem dla warstwy ozonowej. Jednak również tu obserwuje się okresy obniżonej koncentracji ozonu. W marcu 2011, po wyjątkowo długim okresie dużego obniżenia temperatury w stratosferze i powstaniu w niej silnego wiru „ściągającego” cząsteczki zanieczyszczeń, po raz pierwszy doszło do epizodu zakwalifikowanego jako pojawienie się dziury ozonowej na półkuli północnej (Manney i in. 2011). Zawartość ozonu w kolumnie powietrza spadła wtedy o 38%. Znaczne obniżenie koncentracji ozonu w Arktyce (o 27%) nastąpiło także zimą 2015-2016, tym razem jednak nie zarejestrowano koncentracji ozonu rzędu lub poniżej 220 DU (Pommereau i in. 2018).

Wielkie cerowanie

W związku z rosnącą liczbą dowodów na niszczący wpływ freonów na warstwę ozonową i obawami o przyszłość warstwy ozonowej, chroniącej nas przed niebezpiecznym promieniowaniem ultrafioletowym (m.in. Molina i Rowland 1974, Farman i in. 1985, Solomon i in. 1986, WMO 1988), państwa zrzeszone w Organizacji Narodów Zjednoczonych uchwaliły w roku 1985 Konwencję Wiedeńską o ochronie warstwy ozonowej, a w 1987 tzw. Protokół montrealski. Dokumenty zostały ratyfikowane przez wszystkie kraje świata, które tym samym zobowiązały się do stopniowego wycofania z produkcji substancji niszczących ozon, przede wszystkim freonów. Postanowienia protokołu były kilkukrotnie poprawiane, by ostatecznie zapewnić spadek koncentracji szkodliwych substancji w atmosferze w XXI wieku (patrz rysunek 8).

Przy okazji warto zauważyć, że Protokół montrealski znacząco zmniejszył także zagrożenie związane ze zmianą klimatu, ponieważ freony są silnymi gazami cieplarnianymi i gdyby ich dodawanie do atmosfery nie zostało zahamowane, mielibyśmy dziś do czynienia z dużo silniejszym efektem cieplarnianym, co szczegółowo opisujemy w osobnym artykule Przed czym uchronił nas Protokół montrealski. Najnowsza poprawka do Protokołu, uchwalona w 2016 r. w Kigali (weszła w życie na początku roku 2019) dotyczyła już nie substancji niszczących ozon, ale używanych w ich zastępstwie HFC – hydrofluorowęglowodorów (Bolaji i in. 2011, Wallington i in. 1995), które podobnie jak CFC mogą istotnie nasilić efekt cieplarniany i przyśpieszyć ocieplanie się klimatu (Pinnock i in. 1995, Zhang i in. 2011).

Rysunek 9 pokazuje, jak z biegiem lat zmieniało się zużycie substancji objętych Protokołem montrealskim. Ponieważ czas życia freonów w atmosferze jest bardzo długi, nikt nie oczekiwał, że zaprzestanie ich wykorzystania spowoduje ich natychmiastowe zniknięcie z atmosfery. Jak pokazuje rysunek 8, spodziewamy się powolnego, trwającego kilkadziesiąt lat spadku ich wpływu na ozon. W połowie XXI wieku sytuacja powinna wrócić do stanu z lat osiemdziesiątych XX wieku. Pojawiły się już pierwsze opracowania wykazujące, że warstwa ozonowa zaczęła się z wolna odbudowywać oraz wiążące ten fakt z malejącymi koncentracjami substancji niszczących ozon (Shepherd i in. 2014, Solomon i in. 2016, Strahan i Douglass 2018) – patrz rysunek 10.

Nie wszystko idzie gładko

Niestety jest jednak za wcześnie, by ogłosić „happy end”. Jak w prawdziwym horrorze, gdzie ostatnia scena sugeruje, że „wroga” nie udało się jeszcze do końca wyeliminować i będzie o czym nakręcić drugą część.

W roku 2018 ukazał się w Nature artykuł Montzki i kolegów (2018), w którym wykazano, że chociaż po roku 2012 nikt nie przyznawał się do produkcji CFC-11 (trichlorofluorometanu), a jego koncentracja w atmosferze wciąż spadała, to jednak zaczęła spadać o połowę wolniej niż wcześniej. Na podstawie pomiarów i obliczeń ustalono, że przyczyną jest nielegalna, niezgłoszona do specjalnego Sekretariatu ds. Ozonu Programu Środowiskowego ONZ produkcja tego związku.

W 2019 Rigby i in. potwierdzili na podstawie pomiarów atmosferycznych to, co już wcześniej sugerowały wyniki śledztw dziennikarskich i prowadzonych przez organizacje pozarządowe (Buckley i Fountain, 2018, EIA 2018): nowe emisje CFC-11 pochodzą z Chin, przede wszystkim z prowincji Szantung. Dokumentacja zebrana przez dziennikarzy Buckley i Fountain, 2018 wskazuje, że w substancje niszczące ozon (jako stosunkowo tanie i mające dobre parametry użytkowe) wciąż są tam wykorzystywane przy produkcji pianek poliuretanowych znajdujących zastosowanie w izolacji urządzeń chłodniczych oraz budynków. Władze chińskie deklarują, że prowadzą działania zmierzające do wykrycia odpowiedzialnych za zanieczyszczenie fabryk i usunięcia nieprawidłowości.

Sukces nauki

To, jak poradziliśmy sobie z wytworzonym przez nas zagrożeniem dla warstwy ozonowej to prawdziwa historia sukcesu. Ostrzeżeni przez naukowców politycy zgodzili się na wspólne działanie, a sprawnie wprowadzone regulacje pozwoliły na uniknięcie katastrofy i zahamowanie wzrostu dziury ozonowej.

Ostatnie doniesienia o nowych emisjach CFC-11 pokazują, że choć monitoring postępów w realizacji traktatów takich jak Protokół montrealski opiera się w dużej mierze na deklaracjach państw-stron, to nawet jeśli ktoś świadomie dostarczałby nieprawdziwych danych o emisjach, fałszerstwo zostanie wykryte. Podobne narzędzia – stałe naziemne i satelitarne pomiary składu atmosfery oraz zachodzących w niej zjawisk – pomogą nam także w weryfikacji tego, jak poszczególne kraje wypełniają zobowiązania do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, jakie nałożyły na siebie w związku z Porozumieniem Paryskim (por. np. Kort i in., 2014 oraz Satelitarne obserwacje stężeń, źródeł emisji i miejsc pochłaniania CO₂).

Aleksandra Kardaś, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

—————————————

* Związki siarki dostają się do atmosfery na przykład w efekcie erupcji wulkanicznych (np. Stoiber i Jepsen 1973, Stoiber i in. 1987), a azotu są emitowane m.in. przez bakterie glebowe (Crutzen, 1970, Bates i Hays, 1967) i silniki, np. samolotów (Johnston, 1971).

The post Dziura ozonowa – historia sukcesu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Polecamy także poniższe wykłady na temat historii badań klimatu oraz znaczenia badań noblistów:

The post Historia badań klimatu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Jako pierwszy wśród przywódców państw zapoznał się z tym tematem prezydent USA Lyndon B. Johnson. Miało to miejsce już ponad pół wieku temu – w 1965 roku. Dokument Restoring The Quality of Our Environment był pierwszym oficjalnym raportem, przedstawionym jakiemukolwiek rządowi na świecie, w którym opisano możliwe zagrożenia spowodowane wzrostem stężenia CO₂ w atmosferze.

W części poświęconej globalnemu ociepleniu wymieniono ponad 30 prac naukowych, które były podstawą do jej napisania. Nie były to tylko najświeższe doniesienia, ale wiedza naukowa zweryfikowana przez czas – wiele z prac powstało już w latach 50., a najstarsze nawet w XIX wieku (patrz „Historia naukowa fizyki klimatu”). Gromadzone przez dziesięciolecia odkrycia i dowody układały się w logiczną całość, a wnioski, które można było wysnuć z badań nad stężeniem CO₂ w atmosferze były na tyle niepokojące, by zwrócić na nie uwagę prezydenta.

Napisania tej części dokumentu podjęli się uznani naukowcy, aktywnie uczestniczący w badaniach: Roger Revelle (oceanolog), Wallace Broecker (specjalista od paleoklimatologii), Charles Keeling (geochemik i fizyk atmosfery), Harmon Craig (geochemik i oceanograf) oraz Joseph Smagorinsky (meteorolog i specjalista od modelowania numerycznego). Roger Revelle był m.in. autorem (wraz z Hansem E. Suessem) przełomowego artykułu z 1957 roku dotyczącego rosnących emisji CO₂ i roli, jak pełnią oceany w ich pochłanianiu. Wskazywał w nim, że oceany nie pochłoną całych emisji przemysłowych, które będą kumulować się w atmosferze.

Wallace Broecker – jeden z pierwszych naukowców używających modeli klimatycznych – prognozował w Restoring The Quality of Our Environment, że rozwój tych narzędzi pozwoli w przyszłości na lepsze prognozowanie zmian temperatury powierzchni Ziemi. Ale już stosowane przez niego modele, choć z dzisiejszego punktu widzenia bardzo proste, sprawdziły się całkiem nieźle. Choć w swoich prognozach Broecker uwzględniał tylko CO₂, pomijając z jednej strony emisje innych gazów cieplarnianych (ocieplających klimat), a z drugiej aerozoli siarkowych (chłodzących klimat), to jednak czynniki te wzajemnie się skompensowały, dzięki czemu prognozy Broeckera z 1974 roku okazały się bardzo bliskie rzeczywistości.

Charles Keeling przytaczał w raporcie własne pomiary stężenia CO₂ w atmosferze prowadzone od 1958 roku w Obserwatorium na Mauna Loa i stacji badawczej na Biegunie Południowym:

Dane pomiarowe pokazują jasno i bezspornie, że od 1958 do 1963 roku, zawartość CO₂ w atmosferze wzrosła o 1,36%. […]. Porównując zmierzony wzrost ze znaną ilością CO₂ wytworzonego przy spalaniu paliw kopalnych, […] widzimy, że prawie dokładnie połowa CO₂ emitowanego z paliw kopalnych najwyraźniej pozostaje w atmosferze.

Uderzające jest to, jak dobrze naukowcy ci rozumieli mechanizmy zmian klimatu Ziemi już 50 lat temu, co pokazuje m.in. trafnie przewidziany w raporcie poziom CO₂ w atmosferze w 2000 roku. Autorzy korzystali jednak nie tylko ze swojego doświadczenia, ale i wiedzy nagromadzonej w ciągu kilkudziesięciu lat. W dokumencie podkreślali, że wpływ stężenia atmosferycznego CO₂ na zmiany klimatu został przedstawiony już w 1899 roku przez amerykańskiego geologa T.C. Chamberlina i niezależnie przez szwedzkiego chemika S. Arrheniusa w 1903 (patrz Historia naukowa fizyki klimatu, część 2: Czuły klimat i niestała stała), a kolejne eksperymenty pozwoliły na coraz dokładniejsze zrozumienie tego zagadnienia. Geochemicy i klimatolodzy już w latach 60. zdawali sobie sprawę z działania tak zwanego wolnego cyklu węglowego, czyli obiegu węgla w przyrodzie z udziałem m.in. wulkanów i procesów chemicznego wietrzenia skał. Potrafili też oszacować ilość paliw kopalnych czy czułość klimatu, znali widmo absorpcyjne CO₂ itp. Dzięki temu mogli prognozować, jak będzie się zmieniać temperatura Ziemi, jeśli kontynuowane będzie spalanie paliw kopalnych.

Przykładem są przytoczone w raporcie badania Gilberta Plassa – pioniera zastosowania komputerów w obliczeniach. W centrum jego zainteresowań naukowych znajdował się transfer promieniowania podczerwonego przez atmosferę. W pracy opublikowanej w 1956 roku prognozował, że podwojenie stężenia CO₂ spowoduje ocieplenie o 3,6 stopnia Celsjusza, a w 2000 roku Ziemia będzie o około 1 stopień cieplejsza niż w 1900 roku. Z perspektywy czasu możemy uznać, że jego prognozy były całkiem trafne, co więcej – obserwacje z kosmosu prowadzone od 1969 roku pozwoliły bezpośrednio zarejestrować efekt cieplarniany i jego zmiany w czasie.W Restoring The Quality of Our Environment oprócz wniosków z prac badawczych, przedstawiono również wiele dowodów na to, że za wzrost ilości CO₂ w atmosferze odpowiedzialni są ludzie. Autorzy podkreślali, że „z dużą pewnością, na obecny moment, paliwa kopalne są jedynym źródłem CO₂ dokładanego do systemu oceany-atmosfera-biosfera”. I ostrzegali, że „poprzez rozpowszechnioną na całym świecie cywilizację techniczną, ludzkość nieświadomie przeprowadza olbrzymi eksperyment geoinżynieryjny”.

W raporcie znalazły się też prognozy dotyczące topnienia lądolodu Antarktydy, wzrostu światowego poziomu morza, ocieplania i zakwaszania się wód oceanów czy przyspieszenia procesu fotosyntezy przez rośliny – wszystkie te procesy są obecnie obserwowane.

Raport z 1965 roku obalał także wiele mitów, które do dziś możemy usłyszeć z ust negacjonistów klimatycznych, m.in. to, że CO₂ ma małe znaczenie, bo w atmosferze znajduje się jego śladowa ilość. Jak udało się tym dawno obalonym przez naukę mitom przetrwać już ponad pół wieku? Przy życiu utrzymują je między innymi pieniądze z koncernów naftowych, którym zależy na fabrykowaniu wątpliwości w temacie globalnego ocieplenia (patrz Exxon i fabrykowanie wątpliwości, czyli jak za miliony dolarów zwalczać naukę).

W latach 60. XX wieku kampanie dezinformacyjne jeszcze jednak nie wystartowały. Zaalarmowany przez klimatologów prezydent Lyndon B. Johnson wygłosił w Kongresie przemówienie, w którym wezwał odpowiednie agencje rządowe do zaprezentowania propozycji na rozwiązanie nakreślonych problemów. Lyndon B. Johnson był pierwszym prezydentem, który publicznie wskazał rosnące stężenie CO₂ jako zagrożenie – tuż obok smogu czy opadu radioaktywnego po testach bomb atomowych:

Zanieczyszczenie powietrza nie ogranicza się już dłużej do określonych miejsc. To pokolenie zmieniło skład atmosfery w skali świata: poprzez materiały radioaktywne i stale rosnącą ilość dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych.

Od czasów Lyndona Johnsona każdy kolejny prezydent USA doskonale zdawał sobie sprawę z zagrożeń związanych ze zmianą klimatu. Przez długi czas nie podjęto jednak żadnych konkretnych działań w tej sprawie. Jest to tym bardziej ponure, że naukowcy już od 2 czy nawet 3 pokoleń ostrzegają nas przed poważnym niebezpieczeństwem. Problem globalnego ocieplenia „nie pojawił się” wraz z filmem Ala Gore „Niewygodna prawda” czy powstaniem IPCC. Kiedy komitet doradczy prezydenta Lyndona Johnsona przedstawiał mu raport odnośnie niebezpieczeństw wynikających ze wzrostu CO₂ w atmosferze, Al Gore miał 8 lat.

Już wtedy nasza wiedza na temat globalnych mechanizmów klimatycznych była na tyle dobra, żeby stawiać wiarygodne prognozy zmian klimatu. Dziś możemy to stwierdzić weryfikując przewidywania sprzed pół wieku. Sprawdziły się one bardzo dobrze – klimatologia przetrwała znakomicie próbę czasu.

Anna Sierpińska na podstawie:

• Scientists warned the US president about global warming 50 years ago today
• Climate Science, 50 Years Later (YouTube)
• LBJ’s climate warning 50 years ago – do we have your attention yet?
• CO₂’s Role in Global Warming Has Been on the Oil Industry’s Radar Since the 1960s
  

Konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski

The post Ostrzeżenie przed zmianą klimatu sprzed ponad pół wieku appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Na spotkaniu w głównej siedzibie Exxon Corporation naczelny naukowiec korporacji, James F. Black, zwrócił się do słuchaczy będących wpływowymi nafciarzami. Przemawiając bez kartki, przerzucając szczegółowe slajdy, Black obwieścił niepokojącą wiadomość: dwutlenek węgla pochodzący ze spalania paliw kopalnych ogrzeje planetę, co może w efekcie zagrozić ludzkości.

Po pierwsze – wśród naukowców istnieje zgoda, że najbardziej prawdopodobnym sposobem, w jaki ludzkość wpływa na klimat planety, jest wyzwalany podczas spalania paliw kopalnych dwutlenek węgla,

powiedział Black kadrze kierowniczej Exxon według pisemnej wersji raportu.

Tę dobitną diagnozę kierownictwo Exxon otrzymało w lipcu 1977 roku, na długo przed tym, nim większość świata dowiedziała się o nadchodzącym kryzysie klimatycznym.

Rok później Black, pokazał zaktualizowaną wersję tej prezentacji szerszemu gronu. Ostrzegł naukowców i kierownictwo Exxona, że niezależni badacze szacują, że podwojenie koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze podniesie średnią temperaturę na Ziemi o 2-3 stopnie Celsjusza i aż o 10 stopni Celsjusza na biegunach. Opady w pewnych regionach mogą stać się znacznie intensywniejsze, inne zaś mogą zamienić się w pustynie.

Niektóre państwa osiągną z tego korzyści, ale w innych spadną plony w rolnictwie lub nawet nastąpi ich całkowite załamanie,

stwierdził Black w pisemnym podsumowaniu swojego wystąpienia z 1978 roku.

Jego prezentacja przedstawiała też zagadnienia, odnośnie których naukowcy nie mieli jeszcze jednoznacznych wniosków, takie jak rola oceanów w absorbowaniu emisji. Mimo istnienia naukowej niepewności w niektórych szczegółowych kwestach, Black oceniał, że potrzebne są szybkie działania. „Według naszej opinii” – pisał w podsumowaniu z 1978 roku – „człowiek ma 5-10 lat, zanim potrzeba trudnych decyzji, wymagających zmian w scenariuszach energetycznych, stanie się krytyczna.”

Exxon zareagował błyskawicznie. W przeciągu zaledwie kilku miesięcy firma rozpoczęła własne, wyjątkowe badania dwutlenku węgla pochodzącego z paliw kopanych i jego wpływu na klimat Ziemi. Ambitny plan Exxona obejmował zarówno pobieranie próbek CO₂ jak i tworzenie zaawansowanych modeli klimatycznych. Firma zgromadziła grono badaczy, którzy mieli spędzić ponad 10 lat na pogłębianiu wiedzy na temat problemu środowiskowego, który stanowił zagrożenie dla samego istnienia przemysłu naftowego.

Później, pod koniec lat 80., Exxon ograniczył swoje badania, a zamiast tego, w kolejnych dekadach, zaczął działać w czołówce klimatycznych negacjonistów, przekierowując swoje wysiłki na tworzenie wątpliwości w kwestiach potwierdzonych wcześniej przez własnych naukowców. Lobbując za blokowaniem krajowych i międzynarodowych działań dotyczących kontroli emisji gazów cieplarnianych, Exxon pomógł zbudować olbrzymi gmach dezinformacji, który w głowach nie posiadających głębszej wiedzy naukowej ludzi trwa po dziś dzień.

Wielkie śledztwo

Ten nieznany rozdział historii Exxona, wyszedł na jaw w wyniku trwającego 8 miesięcy śledztwa prowadzonego przez InsideClimate News. Dziennikarze ICN przeprowadzili wywiady z byłymi pracownikami Exxona, naukowcami i urzędnikami rządowymi, sprawdzili setki stron wewnętrznych dokumentów Exxona – wiele pochodzących z okresu 1977-1986, gdy prowadzony przez koncern program nowoczesnych badań nad klimatem trwał w najlepsze. ICN przeanalizował tysiące dokumentów archiwalnych, w tym znajdujące się na University of Texas w Austin, w Massachusetts Institute of Technology oraz w American Association for the Advancement of Science.

W dokumentach odnotowywano prośby finansowe, priorytety badawcze i dyskusje nad odkryciami. Pokazują one jak wiele uwagi poświęcono wynikom badań nad związkiem spalania paliw kopalnych ze zmianą klimatu.

Jak opowiadali byli pracownicy, determinacja Exxona, by zbadać temat rosnącego poziomu dwutlenku węgla wyrastała z ówczesnej korporacyjnej kultury dalekowzroczności. Firma nieustannie badała związane ze swoją działalnością zagrożenia, drążąc tematy do samego dna i uwzględniając zagadnienia związane ze środowiskiem naturalnym. W latach 70. Exxon przejął model działu badawczego od Bell Labs, zatrudniając bardzo doświadczonych naukowców i inżynierów.

W pisemnych odpowiedziach na pytania dotyczące historii badań firmy, rzecznik ExxonMobil, Richard D. Keil, powiedział, że

od czasu gdy temat zmiany klimatu po raz pierwszy pojawił się w latach 70. jako przedmiot naukowych dociekań i analiz, ExxonMobil poświęcił się naukowym, opartym na faktach, analizach tego ważnego tematu.

Cały czas opinie i wnioski naszych naukowców i badaczy w tym temacie znajdowały się w głównym nurcie bieżącego konsensusu naukowego, a w naszej pracy kierowaliśmy się nadrzędną zasadą, by podążać tam, dokąd prowadzi nas nauka. Zagrożenia związane ze zmianami klimatu są rzeczywiste i nakazują podjęcie działań.

Na początku klimatycznego dochodzenia, prawie 40 lat temu, wielu kierowników, menadżerów średniego szczebla i naukowców Exxona miało poczucie misji i pilnego działania.

Jeden z menadżerów w dziale badań Exxona, Harold N. Weinberg, podzielił się swoimi przemyśleniami odnośnie potencjalnej roli Exxona w badaniach nad klimatem w wewnętrznym memorandum firmy z marca 1978 roku. Czytamy w nim:

Może to być rodzaj okazji, której szukamy, aby zasoby technologiczne i kierownicze Exxona umieścić w kontekście projektu nastawionego na przyniesienie pożytku ludzkości.

Te odczucia dzielił Henry Shaw, naukowiec przewodniczący firmowym badaniom wpływu dwutlenku węgla.

Exxon musi stworzyć wiarygodną grupę naukową, która mogłaby krytycznie oceniać pojawiające się w tym temacie informacje i być zdolną do dostarczenia ewentualnych złych wiadomości firmie,

napisał w 1978 roku Shaw do swojego przełożonego Edwarda E. Davida, dyrektora wykonawczego w oddziale badań i inżynierii Exxona.

Ta grupa musi być uznawana ze względu na swoje wybitne kompetencje w środowisku naukowym, rządzie i wewnętrznie przez zarząd Exxona.

Nieodwracalne i katastroficzne

Exxon zarezerwował środki finansowe w wysokości ponad 1 miliona dolarów na 3-letni projekt mający na celu zmierzenie za pomocą instalowanych na tankowcach instrumentów, jak szybko oceany pochłaniają CO₂. Była to niewielka część rocznego budżetu wydziału badań Exxona, opiewającego na 300 milionów dolarów, ale pytanie z którym mieli się zmierzyć naukowcy było jedną z większych niewiadomych w klimatologii: jak szybko oceany mogą pochłaniać CO₂ z atmosfery? Jeśli Exxon mógłby z maksymalną dokładnością wskazać odpowiedź, wiedziałby, jak wiele ma czasu, zanim gromadzenie się CO₂ w atmosferze wymusi odejście od paliw kopalnych.

Exxon zatrudnił również badaczy mających opracować lepsze modele klimatyczne i publikować wyniki badań w recenzowanych czasopismach naukowych. Do 1982 roku naukowcy firmy, współpracując z naukowcami zewnętrznymi stworzyli zaawansowane modele klimatyczne – programy komputerowe symulujące działanie klimatu planety, aby oszacować wpływ emisji na globalną temperaturę. Potwierdzili kształtujący się naukowy konsensus, że ocieplenie może być jeszcze gorsze niż to, przed którym 5 lat wcześniej ostrzegał Black.

Badacze Exxona położyli podwaliny pod firmowy elementarz z 1982 dotyczący dwutlenku węgla i zmiany klimatu, przygotowany przez oddział do spraw środowiska. Oznaczony jako „nie rozprowadzać na zewnątrz” zawierał informację, że „został rozdystrybuowany w szerokim gronie kierownictwa Exxona”. Wewnątrz dokumentu znajdowało się stwierdzenie, że firma, mimo wielu utrzymujących się niewiadomych, uznaje, że zażegnanie globalnego ocieplenia „będzie wymagało dużych redukcji w spalaniu paliw kopalnych”.

Jeśli to nie nastąpi „istnieją potencjalnie katastroficzne wydarzenia, które trzeba wziąć pod uwagę” napisano w elementarzu, cytując niezależnych ekspertów. „Gdy efekty staną się mierzalne, mogą być już nieodwracalne”.

Pewność niepewności

Jak wszyscy w naukowej społeczności, badacze Exxona wiedzieli o niewiadomych związanych z wieloma aspektami klimatologii, szczególnie w obszarze modeli prognostycznych. Ale uznawali te niewiadome za zagadnienia, którymi chcieliby się zająć, a nie za wymówkę do odrzucenia akumulującej się wiedzy.

„Modele budzą kontrowersje”, pisali Roger Cohen, kierownik nauk teoretycznych w laboratoriach badawczych Exxon i jego kolega Richard Werthamer, starszy doradca techniczny w Exxon w maju 1980 roku w podsumowaniu programu firmy Exxon dotyczącego modelowania klimatu. „Z tego też powodu, dostrzegamy w tym okazje badawcze dla nas.”

Gdy badacze Exxona potwierdzili informacje, które mogłyby być kłopotliwe dla firmy, nie zamietli ich pod dywan.

„W ostatnich latach wyłonił się jasny konsensus naukowy” – napisał Cohen we wrześniu 1982 w raporcie na temat analiz Exxona dotyczących modeli klimatycznych. Konsensus mówił, że podwojenie zawartości dwutlenku węgla w atmosferze podniesie globalną temperaturę średnio o 3 stopnie Celsjusza z niepewnością w obie strony rzędu 1,5 stopnia.

W środowisku naukowym istnieje jednomyślność, że wzrost temperatury w takim stopniu przyniesie znaczące zmiany w ziemskim klimacie, wliczając w to zmiany dystrybucji opadów i zaburzenia w biosferze.

Ostrzegł, że publikacja wniosków firmy może przyciągnąć uwagę mediów, ponieważ „istnieje powiązanie między głównymi interesami Exxona, a udziałem spalania paliw kopalnych we wzroście poziomu atmosferycznego CO₂”. Tym niemniej rekomendował opublikowanie wniosków.

Naszą „etyczną odpowiedzialnością jest zezwolenie na publikację naszych badań w naukowej literaturze”, napisał Cohen. „Nie zrobienie tego naruszy de facto publiczną pozycję Exxona i etyczne credo uczciwości i prawości”.

Exxon postąpił zgodnie z jego radą. Pomiędzy 1983 i 1984 jego badacze opublikowali swoje wyniki w co najmniej 3 recenzowanych artykułach w Journal of the Atmospheric Sciences i monografii American Geophysical Union ^{[1][2][3][4][5]}.

David, kierownik oddziału badawczego Exxon powiedział na finansowanej przez Exxon konferencji na temat globalnego ocieplenia w październiku 1982 roku, że

mało kto wątpi w to, że świat wkroczył w okres energetycznej transformacji – od uzależnienia od paliw kopalnych w kierunku jakiegoś miksu odnawialnych źródeł energii, który nie będzie stwarzał problemów z akumulacją CO₂.

Według niego jedyną kwestią było tylko to, jak szybko to się stanie.

Ale to wyzwanie go nie zniechęcało.

Jestem zasadniczo optymistą odnośnie szans przejścia przez ten najbardziej ryzykowny ze wszystkich ludzkich eksperymentów z ekosystemem,

powiedział.

Exxon uważał się, ze względu na swoje badania dwutlenku węgla i klimatu, za wyjątkową korporację. W styczniu 1981 roku firma podkreślała w raporcie „Wstępne badania CO₂” (Scoping Study on CO₂), że według jej wiedzy żadne inne przedsiębiorstwo nie prowadzi podobnych własnych badań nad dwutlenkiem węgla. I faktycznie: Exxon szybko wyrobił sobie szeroko uznawaną opinię prawdziwego eksperta w temacie.
Jesteśmy bardzo zadowoleni z celów badawczych Exxona odnośnie zagadnień dotyczących CO₂. To przykład odpowiedzialnego działania, które, jak mamy nadzieję, posłuży za wzór, jak powinien wyglądać udział w badaniach naukowych sektora komercyjnego,

napisał w liście do Shawa w maju 1979 David Slade, kierownik rządowego programu badawczego dotyczącego dwutlenku węgla w amerykańskim Departamencie Energii. „To prawdziwa służba krajowi i społeczności międzynarodowej”, dodał.

Firmowe imperatywy

We wczesnych latach 80. badacze Exxona często powtarzali, że bezstronne badania naukowe dadzą firmie prawo do pomocy w kształtowaniu prawa związanego z klimatem, które uderzy w jej zyski.

Przegląd dokumentacji rządowej pokazuje, że kierownictwo firmy zachowywało ostrożność w przekazywaniu udziałowcom Exxona informacji na temat globalnego ocieplenia i roli przemysłu naftowego w jego wywoływaniu. Firma nie rozwodziła się na temat „węglowego” problemu w swoich raportach rocznych, które przechowywane są w komisji papierów wartościowych, a były wydawane w szczytowym okresie badań nad CO₂. Nie wspomniała także, że obawy przed emisjami CO₂ zaczynały wpływać na decyzje biznesowe, przed którymi stała.

W latach 80. firma martwiła się zagospodarowywaniem ogromnego pola gazowego u wybrzeża Indonezji ze względu na ogromną ilość CO₂, jaka uwolniłaby się z tego nietypowego zbiornika.

Niepokój Exxona wzbudzały także raporty, że syntetyczna ropa z węgla, piaski roponośne czy łupki roponośne mogą znacząco zwiększyć emisje CO₂. Firma stawiała na paliwa syntetyczne, aby móc zaspokoić rosnący popyt na energię w przyszłości, w świecie, w którym, jak uważała, wyczerpanie zasobów ropy konwencjonalnej było tylko kwestią czasu.

W połowie lat 80., po niespodziewanym wzroście podaży ropy, który spowodował znaczący spadek cen, Exxon w ramach oszczędności mocno okroił swoją załogę, zwalniając także wiele osób pracujących nad sprawami klimatycznymi. Problem zmian klimatycznych jednak nie zniknął i stawał się coraz bardziej widoczną częścią politycznego krajobrazu.

„Rozpoczęło się globalne ocieplenie, mówi Senatowi ekspert ” – głosił nagłówek New York Timesa w czerwcu 1988 roku w artykule opisującym zeznania w kongresie Jamesa Hansena z NASA, wiodącego eksperta w obszarze klimatu. Stanowisko Hansena wymusiło w czasie posłuchania deklarację senatora Tima Wirtha (reprezentującego Denver – Colorado), że „Kongres musi rozważyć, jak zamierzamy spowolnić albo zatrzymać tę tendencję ocieplania klimatu”.

Były to ważne sygnały dla Exxona. Stojąc w obliczu zagrożenia swoich interesów biznesowych, koncern podjął wtedy kluczową decyzję: zamiast trzymać się nauki, rozpoczął agresywne finansowanie zabiegów wzmacniających wątpliwości odnośnie stanu wiedzy naukowej o klimacie, pomimo faktu że jego naukowcy nadal publikowali artykuły na temat roli CO₂ [1][2][3].

Exxon pomógł ufundować i stworzyć Globalną Koalicję Klimatyczną (Global Climate Coalition), sojusz kilku największych światowych korporacji, próbujących wstrzymać rządowe wysiłki mające ograniczyć emisje ze spalania paliw kopalnych. Exxon użył prawicowego think-thanku American Petroleum Institute, datków w kampaniach i własnych nacisków aby wypromować przekaz, że w klimatologii jest zbyt wiele niepewności, aby wymagać cięć w emisjach ze spalania paliw kopalnych.

Gdy międzynarodowa społeczność chciała w 1997 roku poczynić pierwszy krok w ograniczeniu emisji przy pomocy protokołu z Kyoto, prezes Exxona, Lee Raymond przekonywał aby zatrzymać prace nad dokumentem:

„Zgódźmy się, że jest wiele rzeczy, których tak naprawdę nie wiemy odnośnie tego, jak klimat zmieni się w XXI wieku i później”, powiedział Raymond w swoim przemówieniu na Światowym Kongresie Przemysłu Naftowego w Pekinie w październiku 1997 roku.

Musimy lepiej zrozumieć temat i na całe szczęście, mamy na to czas. Dla temperatur w połowie następnego wieku nie ma większego znaczenia czy zaczniemy działać teraz czy za 20 lat.

Na przestrzeni lat niektórzy z naukowców Exxona, którzy potwierdzali naukowy konsensus we wcześniejszych badaniach (w tym Cohen i David), podporządkowali się nowej polityce korporacji i zaczęli publikować opinie, które stały w opozycji zarówno do tego, co stwierdzali wcześniej, jak i do głównego nurtu naukowego.

Czas zapłaty

Zwrot Exxona odnośnie zmiany klimatu spowodował drwiny środowiska naukowego, o którego względy firma wcześniej zabiegała. W 2006 roku Royal Society, akademia naukowa Wielkiej Brytanii, wysłała ostre pismo do Exxona, oskarżając firmę o „wprowadzanie w błąd” w kwestii niepewności związanych z klimatem. Bob Ward, rzecznik akademii, zażądał, aby Exxon przestał sponsorować organizacje aktywnie fałszujące wiedzę naukową. Według Warda firma finansowała co najmniej 39 instytucji

dostarczających na swoich stronach internetowych informacji wypaczających wiedzę naukową na temat zmian klimatu, poprzez jawne zaprzeczanie dowodom, że gazy cieplarniane są przyczyną zmian klimatu albo poprzez wyolbrzymianie ilości i znaczenia niewiadomych.

W 2007 roku, pod narastającą presją udziałowców, firma ogłosiła, że zakończy od 2008 roku wspieranie kilku ważnych grup takich jak te, które wskazał Ward.

Miliony dolarów, które Exxon wydał od lat 90. na wsparcie działań negacjonistów klimatycznych już dawno przekroczyły sumę, którą firma zainwestowała w przełomowe badania klimatyczne na pokładzie tankowca Esso Atlantic.

Jak powiedział w niedawnym wywiadzie dla InsideClimate News i Frontline Edward Garvey, czołowy badacz w projekcie badawczym Exxona na tankowcach,

Wydali tyle pieniędzy i byli jedyną firmą, która prowadziła – według mojej wiedzy – tego typu badania. Była to okazja nie tylko do zajęcia miejsca przy stole, ale do przewodzenia, z dużym szacunkiem, części rozmów. I fakt, że firma przerwała to, było smutnym końcem tej historii.

Michael Mann, dyrektor Earth System Science Center na uniwersytecie stanowym Pensylwanii, powiedział, że zarówno brak działania jak i działania mają konsekwencje. W ostatniej swojej wypowiedzi dla InsideClimate News stwierdził, ze nie znał tego rozdziału historii Exxona.

Wszystko, czego było trzeba, to uznanie przez jednego prominentnego dyrektora koncernu naftowego, że tu chodzi o coś więcej niż zyski udziałowców, bo o kwestię całego naszego dziedzictwa (…). Jednak teraz, z powodu kosztu braku działań – co nazywam „karą za zwłokę” – czeka nas znacznie trudniejsza bitwa.

Anna Sierpińska na podst. Exxon’s Own Research Confirmed Fossil Fuels’ Role in Global Warming Decades Ago. Dziennikarze ICN otrzymali w 2013 nagrodę Pulitzera. Dwoje nagrodzonych ( Lisa Song i David Hasemyer) jest też autorami tego śledztwa.

The post Co przez kilkadziesiąt lat ukrywał Exxon? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Naomi Oreskes, historyczka z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego pokazuje długą, liczącą blisko 200 lat historię dochodzenia naukowców do wiedzy nt. możliwości wywołania globalnego ocieplenia klimatu poprzez emisję dwutlenku węgla ze spalania paliw kopalnych. Pokazuje, jak prognozy sprzed kilkudziesięciu lat sprawdzają się na naszych oczach. Opowiada wreszcie, jak doszło do manipulowania opinią publiczną w celu wywołania przesadnego poczucia niepewności odnośnie dowodów naukowych i stanowiska naukowców względem globalnego ocieplenia. Wszystko ze pomocą działań opartych o wypracowaną przez przemysł tytoniowy strategię wymyślania wątpliwości – prowadzoną ponadto przez tych samych ludzi.

Click here to view the video on YouTube.

The post Historia denializmu appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

W roku 1903, w którym Maria i Piotr Curie oraz Henri Becquerel uzyskali nagrodę Nobla z fizyki za odkrycie promieniotwórczości, szwedzki uczony, Svante Arrhenius (1859 – 1927), został jej laureatem w dziedzinie chemii, za elektrolityczną teorię dysocjacji. Nazywany jest często „ojcem chemii fizycznej”, jako ze większość jego badań dotyczyła pogranicza fizyki i chemii. Zainspirowany pracami Fouriera i Tyndalla, znając wyniki pomiarów Langleya, postanowił obliczyć, czy przyczyną znanych już geologom epok lodowcowych, mógł być spadek zawartości CO₂ w atmosferze. W swojej pracy z 1896 roku ^[1] przeprowadził bardzo precyzyjne (jak na swoje czasy) obliczenia zmian temperatury powierzchni Ziemi wskutek zmian zawartości CO₂ w powietrzu. Uwzględnił w nich nie tylko efekt cieplarniany związany z dwutlenkiem węgla, ale i sprzężenia związane zawartością pary wodnej w powietrzu i albedo obszarów biegunowych (czyli ilość promieniowania odbijanego przez powierzchnię Ziemi). Dzięki temu pokazał, że efekty zmian klimatu najsilniejsze będą w obszarach polarnych a najsłabsze na równiku. W wyniku obliczeń stwierdził, że przy spadku ówczesnej zawartości CO₂ w atmosferze o czynnik 2 (z ok. 300ppm do 150ppm) temperatura w Europie powinna spaść o 4-5°C.

Sprawdzając czy takie zmiany składu atmosfery były możliwe, Arrhenius skonsultował się z geologiem Arvidem Högbomem, który badał naturalne procesy geochemiczne, w tym emisje wulkaniczne. Högbom zauważył, że emisje wulkaniczne były (w tym okresie) zbliżone do emisji ze źródeł przemysłowych, co mogło w zauważalny sposób zmienić zawartość dwutlenku węgla w powietrzu. Zainspirowany tym Arrhenius powtórzył obliczenia dla sytuacji podwojenia koncentracji CO₂ w atmosferze. W wyniku otrzymał możliwy wzrost temperatury powierzchni planety o 5-6°C. Kilkanaście lat później emisje ze spalania paliw kopalnych wielokrotnie wzrosły i w 1908 roku Arrhenius pisał że przewidywany przez niego wzrost temperatury globu może wystąpić w ciągu kilkuset lat.

Warto zdawać sobie sprawę, że obliczona przez Arrheniusa czułość klimatu wyniosła ok 6°C – dwukrotnie więcej od dzisiejszych oszacowań. Wynikało to jednak z ówczesnego stanu wiedzy i związanych z tym przybliżeń i niedokładności a nie z zasadniczych błędów w założeniach.

CO₂ – wielki regulator

Teoria Arrheniusa zrobiła duże wrażenie na współczesnych. Thomas C. Chamberlin w serii publikacji z ostatnich lat XIX wieku rozpropagował ją wśród geologów. Dowodził, że atmosferyczny CO₂ jest jednym z głównych „regulatorów” temperatury powierzchni naszej planety. Był pierwszym, który pokazał że jedyną drogą do zrozumienia zmian klimatycznych jest uwzględnienie wielu różnych zjawisk i procesów porywających na klimat: nie tylko aktywności Słońca i gazów cieplarnianych, ale roli oceanów, mineralogii, zmian własności powierzchni Ziemi, przemian chemicznych. Wprowadził pojęcie sprzężeń w systemie klimatycznym, czyli powiązanych ze sobą procesów, nawzajem wzmacniających lub osłabiających swoje działanie. Warto wspomnieć, że Chamberlin był też autorem hipotezy że źródłem ciepła wnętrza Ziemi jest naturalna promieniotwórczość.

Niestety, wyniki obliczeń Arrheniusa skrytykował inny wpływowy szwedzki fizyk, Knut Ångström, który błędnie zinterpretował wyniki swoich (a ściślej – prowadzonych przez asystentów) pomiarów absorpcji podczerwieni w gazach cieplarnianych w warunkach laboratoryjnych. Ogłosił, że przy wzroście zawartości gazów cieplarnianych w powietrzu efekt cieplarniany ulegnie „wysyceniu”, czyli przestanie przybierać na sile. Ten pogląd szybko zdobył popularność w kręgach naukowych. Można o tym przeczytać np. w wydanym w 1909 roku podręczniku „Fizyka Ziemi”^[2] Maurycego Piusa Rudzkiego, polskiego wybitnego geofizyka z przełomu XIX i XX w.

W stronę Słońca

W tej sytuacji w nauce zaczęła przeważać teza o dominującym wpływie Słońca na klimat. Jej najbardziej wytrwałym propagatorem był Charles Greeley Abbot, następca Langleya w Smithsonian Astrophysical Observatory. Kontynuował on program pomiarów stałej słonecznej i na początku lat dwudziestych doprowadził do korekcji błędnych wyników Langleya oraz zauważył, że nazwa „stała” jest w tym wypadku źle użyta, dopływ energii zmienia się bowiem zależnie od liczby plam na Słońcu. Jego oszacowania pokazywały, że zmiany w strumieniu energii mogą sięgać 1%, co nie może pozostawać bez wpływu na klimat. Na tej podstawie już w 1913 Abbot twierdził, że widzi w danych prostą korelację liczby plam słonecznych i temperatury Ziemi. Pewny siebie ogłosił że poprawa obserwacji Słońca poprawi również prognozy pogody. Jednak jego tezy okazały się nieprawdziwe. Jego wyniki, uzyskane na podstawie analizy danych historycznych pochodzących z bardzo krótkiego okresu, były skutkiem przypadkowego zbiegu w czasie osłabień aktywności słonecznej i erupcji wulkanicznych.

W tym czasie serbski inżynier i matematyk, Milutin Milanković, analizując zmiany orbity Ziemi, zauważył, że zmienność w dopływie energii słonecznej spowodowana fluktuacjami kształtu orbity i nachylenia osi Ziemi jest wyraźna i to ona mogła spowodować przeszłe zmiany klimatu ^[3]. Niestety, dokładniejsze obliczenia pokazały, że zmienność jest za mała, żeby zrozumieć znaczne zmiany temperatury między epokami lodowcowymi i interglacjałami, i że do ich wytłumaczenia potrzebny jest jakiś czynnik wzmacniający. Warto jednak zauważyć że od tego momentu istniały już dwie astronomiczne hipotezy (jeszcze nie teorie – brakowało im oparcia w danych doświadczalnych) klimatu.

Powrót do tez Arrheniusa

Mimo prac Abbotta i Milankovica hipoteza Tyndalla i Arrheniusa o znaczącym wpływie zawartości atmosferycznego CO₂ na klimat nie została zapomniana. W roku 1931 amerykański fizyk E.O. Hulburt powtórzył obliczenia Arrheniusa używając znacznie dokładniejszych informacji o własnościach absorpcyjnych CO₂, które poznano w wyniku rozwoju mechaniki kwantowej ^[4]. Nowe obliczenia dały wynik: wzrost temperatury o 4°C przy podwojeniu koncentracji CO₂ w powietrzu. Ta praca, opublikowana w Physical Review, przeszła niezauważona przez badaczy klimatu mimo działań popularyzatorskich.

Pierwszym, który wykazał związek wzrostu koncentracji atmosferycznego CO₂ z obserwowanym wzrostem temperatury globu na podstawie danych obserwacyjnych, był angielski inżynier, meteorolog hobbysta, Guy Stewart Callendar. Analizując dane meteorologiczne od połowy XIX w. zauważył dodatni trend przebiegu temperatur w ciągu dziesięcioleci ^[5]. Gdy skonfrontował aktualne (w latach trzydziestych) dane o koncentracji atmosferycznego CO₂ z danymi historycznymi, zauważył dziesięcioprocentowy wzrost. Na tej podstawie oszacował że klimat ociepli się o 2°C przy podwojeniu zawartości CO₂ w powietrzu.

Warto podkreślić, że już pod koniec pierwszej połowy XX wieku, na długo przed wybuchem zainteresowania globalnym ociepleniem, wyniki badań naukowych dowodziły, że czułość klimatu na podwojenie koncentracji CO₂ w powietrzu wynosi od 2°C wg. Callendara do 4°C wg. Hulburta, co jest zgodne również z aktualnym stanem wiedzy. Wyniki badań podsumowane w ostatnim (czwartym) Raporcie IPCC (AR4) pokazują że wynosi ona najprawdopodobniej 2°C do 4,5°C. Najbardziej prawdopodobna wartość to około 3°C. Wartość niższa niż 1,5°C jest bardzo mało prawdopodobna, nie można natomiast wykluczyć wartości wyraźnie wyższych niż 4,5°C.

Pod wpływem prac Callendara zaczęto się zastanawiać jak szybko klimat może się ocieplić. Podstawowym pytaniem było, jaka część emitowanego przez ludzi CO₂ rozpuszcza się w wodach oceanu, a jaka zostaje w atmosferze. Odpowiedź na to pytanie, podobnie jak weryfikację astronomicznych teorii zmian klimatu uzyskano, co ciekawe, dzięki rozwojowi fizyki i chemii jądrowej. Badania zawartości stałych i promieniotwórczych izotopów węgla, tlenu, berylu, wodoru w osadach, koralowcach, stalaktytach, rdzeniach lodowych, w roślinach, a także w wodzie i powietrzu pozwoliły na niezwykłe postępy w rozumieniu procesów klimatycznych. Naukowcem który doprowadził do rozkwitu spektroskopię masową, metodę która pozwala bardzo precyzyjnie określanie zawartości poszczególnych pierwiastków i ich izotopów w różnych substancjach, był Harold Clayton Urey, amerykański chemik, laureat nagrody Nobla z 1934 roku otrzymanej za wyodrębnienie deuteru. Przyczynił się on później do budowy pierwszej bomby atomowej wymyślając metodę separacji ²³⁵U od ²³⁸U.

Prof. Szymon P.  Malinowski

[1] Arrhenius S., (1896) „On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground”. Philosophical Magazine and Journal of Science 41: 237-276.

[2] Rudzki M. P., (1909) „Fizyka Ziemi”. Kraków, nakładem Akademii Umiejętności, Drukarnia Uniwersytetu Jagiellońskiego.

[3] Миланковић М., (1914) „О питању астрономских теорија ледених доба”. Загреб.

[4] Hulburt E. O., (1931). „The Temperature of the Lower Atmosphere of the Earth”. Phys. Rev. 38: 1876–1890.

[5] Callendar, G. S. (1938) „The artificial production of carbon dioxide and its influence on temperature”. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 64: 223-240.

The post Historia naukowa fizyki klimatu, część 2: Czuły klimat i niestała stała appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.

Galileusza nie prześladowali, ani nie „zakrzyczeli” inni uczeni. Wielu ówczesnych badaczy zgadzało się z jego wnioskami ^[2], a jego proces ich zbulwersował ^[3]. Galileusza nękał religijno-polityczny establishment – Kościół Katolicki, który w 1616 r. zakazał mu głoszenia poglądów nt. Układu Słonecznego, godzących w kościelne dogmaty. Po opublikowaniu swego słynnego Dialogu, w 1633 r. Galileusz stanął przed obliczem Świętej Inkwizycji za obrazę majestatu Kościoła. Uznano go winnym herezji, zmuszono do wyparcia się własnych twierdzeń i do końca życia osadzono w areszcie domowym. Jego książki znalazły się na cenzurowanym ^[4]. Galileusz zmarł osiem lat później ^[5].

2. Nauka opiera się na dowodach; najgłośniejsi sceptycy opierają się na wierzeniach.

Podstawowa różnica między Galileuszem a jego kościelnymi przeciwnikami tkwiła w epistemologii, „sposobie myślenia” Galileusza, sposobie, w jaki nabywał wiedzę.

Średniowieczni badacze i dogmaty Kościoła Katolickiego umieszczały Ziemię w centrum Wszechświata, zdając się na autorytet Arystotelesa oraz dosłowną interpretację Biblii.

Za to Galileusz nie opierał swoich twierdzeń na nieomylnych autorytetach. Wnioski wyciągał na podstawie obserwacji, posiłkując się logiką. Metoda badawcza Galileusza, oparta na dowodach i logice, jest dziś określana metodą naukową.

Przeważająca część najgłośniejszych sceptyków nie prowadzi badań nad klimatem. Wg obserwatorów, to, co ich łączy, to ideologiczny system wierzeń: „Regulacje rządowe są złe, trzeba więc negować problemy, które mogłyby przynieść nowe regulacje” ^[6]. To dlatego poddają w wątpliwość wyniki badań naukowych ^[7].

W przeciwieństwie do Galileusza, czy współczesnych naukowców, nie zmieniają zdania w świetle nowych dowodów. Nie opierają się przecież na otwartym na korektę procesie naukowym, lecz kurczowo trzymają się swoich przekonań ideologicznych.

Klimatolodzy, wręcz przeciwnie, stosują metodę naukową zapoczątkowaną przez Galileusza. Naukowcy prowadzą obserwacje, formułują logiczne hipotezy, testują je za pomocą eksperymentów i dalszych obserwacji. Podążają za dowodami, gdziekolwiek ich one prowadzą.

Nie jest niczym niezwykłym ani atak Kościoła na Galileusza, ani nagonka sceptyków na naukowców zajmujących się klimatem. Historia pełna jest przypadków, w których nowe odkrycia naukowe zagrażały potężnym grupom interesu – działającym z pobudek religijnych, finansowych, czy ideologicznych – i prowokowały gwałtowny sprzeciw.

3. Odkrycie zjawiska globalnego ocieplenia obaliło wierzenie mające ponad 100 lat; sceptycy chcą to wierzenie przywrócić.

Twierdząc, że to planety krążą wokół Słońca Galileusz kwestionował ideę, która dominowała w zachodniej cywilizacji przez ponad 1400 lat. Od czasu kiedy Klaudiusz Ptolemeusz (90-168) dał matematyczną wykładnię „geocentryzmu” Arystotelesa, większość filozofów i uczonych nie podważała logiki twierdzenia, że Ziemia jest centrum Wszechświata, a Słońce i inne planety krążą wokół niej.’Twierdząc, że to planety krążą wokół Słońca Galileusz kwestionował ideę, która dominowała w zachodniej cywilizacji przez ponad 1400 lat. Od czasu kiedy Klaudiusz Ptolemeusz (90-168) dał matematyczną wykładnię „geocentryzmu” Arystotelesa, większość filozofów i uczonych nie podważała logiki twierdzenia, że Ziemia jest centrum Wszechświata, a Słońce i inne planety krążą wokół niej.

Podobnie, na przestrzeni wieków przeważała opinia, że człowiek nie jest w stanie zmieniać klimatu na skalę globalną. Zgodnie ze słowami historyka nauki Spencera Wearta, jeszcze w wieku XX przeważająca większość naukowców:

była przekonana, że atmosfera jest stabilnym, automatycznym, samoregulującym się systemem. Pomysł, że ludzkość mogłaby trwale zmienić globalny klimat był tak nieprawdopodobny, że prawie niewarty uwagi naukowców ^[8].

Niektórzy uważają, że pierwszy raz klimatologia znalazła się „na pozycji Galileusza” w 1896 r., kiedy szwedzki naukowiec Svante Arrhenius, po latach pracochłonnych, odręcznych wyliczeń, przewidział, że dojdzie do ocieplenia spowodowanego emisjami CO₂ ^[9]. Inni wskazują rok 1938, kiedy to brytyjski inżynier Guy Stewart Callendar, po prześledzeniu historycznych zapisów temperatur i stężenia CO₂, stanął samotnie wobec członków Królewskiego Towarzystwa Meteorologicznego i stwierdził, że globalne ocieplenie już ma miejsce ^[10].

Arrhenius i Callendar wyprzedzali swoje czasy i nie udało im się przekonać innych badaczy. W obu przypadkach establishment naukowy uznał, że ich wyliczenia są nazbyt uproszczone, a dowody niekompletne i niewystarczające, by obalić wiekowe przekonanie, że klimat naszej planety jest odporny na ludzkie działania.

W głównym nurcie nauki zmiany następowały wolno. Podczas powojennego boomu w nauce lat 50. pierwsze komputery i zaawansowana technika pozwoliły badaczom na bezpośrednie zbadanie zarzutów wobec teorii Arrheniusa i Callendara ^[11]. Posługując się nowymi komputerami cyfrowymi, Gilbert Plass doszedł do wniosku, że więcej CO₂ w atmosferze rzeczywiście zatrzyma więcej ciepła ^[12]. Hans Suess przeanalizował radioaktywne izotopy, by wykryć w atmosferze obecność węgla z czasów prehistorycznych, przypuszczalnie pochodzącego z paliw kopalnych (w węglu takim nie ma izotopu _¹⁴C, bo zdążył się już dawno rozpaść) ^[13]. Roger Revelle i Suess odkryli, że oceany nie są w stanie szybko zaabsorbować dodatkowego CO₂. David Keeling zbudował pierwszy czujnik zdolny dokładnie zmierzyć stężenie atmosferycznego CO₂ – tak jak Galileusz zbudował bardziej zaawansowany teleskop – i doszedł do wniosku, że ilość CO₂ w atmosferze rzeczywiście rośnie.

W latach 1960 -1990 dowody się kumulowały, napływając z tak odległych dziedzin jak geologia, astronomia i biologia. W miarę jak jedna za drugą wypełniały się luki w wiedzy, większość naukowców zmieniała zdanie i stopniowo wypracowała nowy konsensus: prawdopodobnie mamy do czynienia ze znaczącym antropogenicznym (wywołanym przez człowieka) globalnym ociepleniem ^[14].

Do roku 2000 nagromadzono przytłaczającą ilość dowodów.

Hipoteza przedstawiona przez Arrheniusa w 1896 roku – odrzucana przez niemalże wszystkich ekspertów w pierwszej połowie XX w i stopniowo rozwijana w drugiej połowie wieku – jest teraz tak bardzo akceptowana, jak to tylko możliwe w przypadku tego rodzaju propozycji naukowej ^[15].

Pionierzy klimatologii zostali zrehabilitowani.

Krytycy nauk o klimacie, wspierani przez zaalarmowany przemysł paliw kopalnych ^[16], ruszyli do akcji w późnych latach 80-ch, kiedy to – w świetle ogromu dowodów – pojawiły się wezwania do podjęcia międzynarodowych działań na rzecz ograniczenia emisji CO₂. Nie przedstawiali, jak Galileusz, żadnej rewolucyjnej hipotezy opartej na nowych dowodach, bo nie potrafili dogadać się między sobą. ^[17]. Wnieśli niewiele nowego do materiału dowodowego. Woleli wyszukiwać słabości w badaniach innych naukowców i prowadzili kampanie public relations, dyskredytujące naukę o klimacie.

Inaczej niż Galileusz, sceptycy nie próbowali obalić starych twierdzeń. Wręcz przeciwnie, chcieli przywrócić stary punkt widzenia, że sama przez się, „działalność ludzka jest zbyt mizerna, by zachwiać naturalnymi systemami” ^[18]. Upierając się twardo przy tym punkcie widzenia, sceptycy przypominają Kościół Katolicki, który zwalczał twierdzenia Galileusza jeszcze sto lat po tym, jak zaakceptował je naukowy establishment.

4. To klimatolodzy, a nie sceptycy klimatyczni są ciągani po sądach.

Uzbrojeni w ideologiczną pewność swego, wspierani przez potężne finansowe i polityczne grupy interesu, sceptycy nie tylko próbują zdyskredytować naukę, ale też kwestionują uczciwość naukowców. Swobodnie krążą niczym nie poparte oskarżenia o oszustwa i zmowy ^[19]. Co więcej, niektórym naukowcom zajmującym się klimatem nawet grożono śmiercią ^[20]. Jak stwierdziła dr Naomi Oreskes, ataki te „zmroziły naukowców. (…) Zastraszanie rzeczywiście działa” ^[21].

W kwietniu 2011 osobiste ataki na naukowców przybrały bardziej złowieszczy obrót. Wtedy to prokurator generalny stanu Wirginia, Ken Cuccinelli, zapiekły sceptyk klimatyczny, wszczął postępowanie w sprawie o oszustwo, rzekomo popełnione przez uznanego klimatologa, dr. Michaela Manna ^[22]. Śledztwa przeprowadzone przez szereg niezależnych ciał naukowych nie wykazały ani śladu nieprawidłowości w badaniach Manna i sędzia stanu Wirginia, z uwagi na brak dowodów, oddalił wniosek prokuratora generalnego o wezwanie Manna przed sąd. Mimo to, krucjata Cuccinellisa trwa do dziś ^[23]. Bardzo przypomina to działania inkwizytorów, chcących zmusić Galileusza do zaprzeczenia swoim poglądom.

Gdyby Galileusz żył dzisiaj i był świadkiem, jak klimatologów bezpodstawnie ciąga się po sądach, czy jest choć cień wątpliwości, po czyjej stanąłby stronie?

[1] Słowa te padły 7 września 2011, w trakcie republikańskiej debaty prezydenckiej w Simi Valley. Od tamtej pory gubernator Teksasu Rick Perry jest najwyższej rangi politykiem, który przywołał porównanie do Galileusza.

No cóż, zgadzam się, że tutaj … że naukowcy nie są co do tego zgodni. Pomysł, że moglibyśmy narazić budżety Amerykanów na straty w oparciu o tak niepewną teorię, według mnie, to zwyczajny nonsens. Ja na to mówię: Galileusza uznano za heretyka tylko dlatego, że jacyś uczeni wstali i powiedzieli „takie są fakty i koniec dyskusji”. The Republican Debate at the Reagan Library

Twórcy australijskiego „Ruchu Galileusza” twierdzą, że globalne ocieplenie zostało „sfabrykowane”, a jako swoją inspirację podają Galileusza, XVII-wiecznego astronoma i ojca nowoczesnej nauki, który zakwestionował dogmat Kościoła Katolickiego i orzekł, że Ziemia krąży wokół Słońca. „Galileo Movement” Fuels Climate Change Divide in Australia

[2] Divining Perry’s Meaning on Galileo Remark

[3] wypowiedź Spencera Wearta, 9-17-2011.

[4] Wooton, David. Galileo: Watcher of the Skies, Yale University Press, New Haven (2010), str. 224-5.

[5] Galileusz zmarł 8 stycznia 1642 w wieku 77 lat.

[6] The Never-Ending Story

[7] Więcej w: Oreskes, Naomi i Erik M. Conway. Merchants of Doubt, Bloomsbury Press, New York (2010)

[8] The Carbon Dioxide Greenhouse Effect

[9] The Carbon Dioxide Greenhouse Effect

[10]The Carbon Dioxide Greenhouse Effect

[12] Znakomity opis owego okresu można znaleźć u dr Spencera Wearta. Opis ogólny tutaj: A Hyperlinked History of Climate Change Science, a więcej szczegółów tutaj: The Carbon Dioxide Greenhouse Effect i w innych artykułach.

[13] Weart, Spencer. The Discovery of Global Warming, Harvard University Press, New York (2004), str. 26

[14] Weart, str. 164.

[15] Weart, str. 191.

[16] Industry Ignored Its Scientists on Climate

[17] Cool View of Science at Meeting on Warming

[18] A Hyperlinked History of Climate Change Science

[19] Oreskes i Conway, str. 4, 198-213. 264.

[20] Universities “seriously concerned” by death threats against climate scientists

[21] Oreskes i Conway, str. 264-5.

[22] Judge rejects Ken Cuccinelli’s probe of U-Va. global warming records

[23] Virginia Politics Blog: Cuccinelli uses court filing to dispute Mann climate research

Tłumaczenie: Marcin Popkiewicz na podst.Skeptical Science

The post Sceptycy klimatyczni to Galileusze naszych czasów? appeared first on Nauka o klimacie | naukaoklimacie.pl.