21.9.2020 | Svátek má Matouš


VĚDA: Může za sucho klima, nebo něco jiného?

21.8.2020

Může za sucho „klimatická změna“, nebo něco jiného? A pokud je to něco jiného, jakou váhu mají tvrzení, že za klimatickou změnu může jenom, nebo především CO2, které produkuje člověk?

Sucho v ČR z astronomického pohledu

Každá společnost je závislá na přírodním prostředí, ve kterém se nachází, a na klimatu a jeho výkyvech, které ji krátkodobě nebo dlouhodobě ovlivňují. Je známo, že velké výkyvy klimatu měly vliv nejen na stěhování národů, ale také byly příčinou zániku mnoha říší (např. incké v Peru nebo mayské na Yucatánském poloostrově). Největší vliv mají výkyvy klimatu na ta společenství, kde se většina obyvatel živí v zemědělství a nemá velké přebytky a zásoby na dlouhou dobu. Pravděpodobně toto bylo příčinou vzniku různých kultů a náboženství, které měly za účel obrátit přízeň bohů ve svůj prospěch (Mayové, Inkové), nebo předpovědět možný vývoj počasí (Keltové, Stonehenge?). Mnohé z nich měly i brutální formy. Dnes je situace ve vývoji klimatu i náboženství podobná mnohým krizovým obdobím v minulosti, kdy i vědecké instituce ukazují na „největší výkyvy počasí“ na pětisetleté škále (např. Trnka 2020). Jak je to tedy s vývojem klimatu a zejména sucha v ČR a co můžeme očekávat v blízké budoucnosti?

Klimatické cykly – dlouhodobé

Klima na Zemi se mění dlouhodobě od počátku vzniku Sluneční soustavy jak vlivem měnící se sluneční aktivity (TSI), tak i vlivem vývoje života, který dokázal změnit jak složení naší atmosféry, tak vytvořit kilometrové mocnosti hornin.

Nejdelší teoretický klimatický cyklus souvisí vývojem zářivosti Slunce. To bude svítit ještě nějakých 7 miliard let, než spálí všechen vodík v jádře, stane se červeným obrem a pohltí nejbližší planety včetně Země.

Nejdelší pozorovaný klimatický cyklus, zapsaný do horninového sledu, je dlouhý cca 150 mil. let (Veizer et al. 1999) (obr. 1).

graf 1

Obr. 1 – Klimatické změny v průběhu fanerozoika (Veizer et al. 1999).

S touto periodou dochází jak k orogenetickým cyklům (Kalenda et al. 2012, Croll 2018), tak také odpovídá přibližně polovině doby oběhu Sluneční soustavy okolo jádra naší Galaxie (galaktický rok, Stacy 2002, Shaviv and Veizer, 2003). Za období fanerozoika (cca 540 mil. let) byla pozorována nejchladnější období na konci karbonu a začátku permu (Veizer et al. 1999), kdy také koncentrace CO2 dosahovaly svých nejmenších hodnot. Druhým nejchladnějším obdobím na Zemi za posledních cca 500 mil. let jsou čtvrtohory, kdy průměrná dlouhodobá teplota postupně klesá od jednoho glaciálu k druhému (obr. 2) a současně generelně klesá také koncentrace CO2 v atmosféře (Petit et al. 1999).

graf 2

Obr. 2 – Vývoj globální teploty na Zemi za posledních 5 mil. let, odvozený z vrtných jader (sestavil R.A. Rohde (2005) na základě dat Lisiecki and Raymo (2005))

graf 3

Obr. 3 – Vývoj koncentrace CO2 a teploty za posledních 420 000 let (Petit et al. 1999).

Zcela zásadní vliv na klima na Zemi mají tzv. Milankovičovy cykly (Milankovič 1930), které souvisí se změnami parametrů orbity Země okolo Slunce a tím pádem i osvitu kontinentů zejména na severní polokouli. Excentricita se mění s periodou přibližně 100 000 let a s touto periodou se poslední cca 1 mil. let střídají doby ledové s meziledovými (obr. 2 a 3). Přibližně 40tisícileté jsou periody změn náklonů zemské osy a tyto periody převládaly v klimatu v období před 1 až 3 mil. lety, tedy na počátku kvartéru. Precese zemské osy se mění s periodou cca 19-21000 let a tuto periodu je také možno vysledovat v zemském klimatu. Nyní se nacházíme na konci poslední meziledové doby, která byla jedna z nejdelších v kvartéru.

Na Milankovičových cyklech se dá ukázat, jak se od sebe odlišují meziledová období (interglaciály) a doby ledové (Petit et al. 1999). V teplých obdobích, kdy má světový oceán vyšší povrchovou teplotu než střední, je větší výpar a ve středních zeměpisných šířkách je klima vlhčí. Naopak v dobách ledových je klima sušší a obsahuje velké množství prachových částic, které jsou roznášeny po celém povrchu ze subglaciálních oblastí. Na koncích interglaciálu, kdy je oceán ještě dostatečně teplý, ale atmosféra se již dostatečně ochladila vlivem menšího osvitu, dochází ke změnám v proudění atmosféry více do meridionálního směru, a vlhkost má tak možnost se vysrážet nad arktickými oblastmi, kde dává základ vzniku nových ledovců (Kukla 1972). V mezidobí se střídají krátká suchá období s přívalovými dešti, protože není ustálené proudění, jako je tomu při vysoké sluneční aktivitě (Corbyn 2018).

Klimatické cykly – krátkodobé

Krátkodobé cykly (kratší než 20 000 let) už mají velice úzkou vazbu na parametry orbit planet a jejich vzájemné rázy. Ty jsou velice dobře zachyceny v pohybu Slunce okolo barycentra Sluneční soustavy a dobře korelují se sluneční aktivitou (Charvátová 1990, Scafetta 2010, Mörner 2015, Zharkova et al. 2015). Takže například vzájemná (synodická) perioda Uranu a Neptuna je 171,5 let a ta je přibližně dvojnásobná oproti Gleisbergově klimatické periodě (cca 88 let), která však také v sobě obsahuje společnou periodu všech známých planet 178,8 let (Jose 1965).

Klimaticky významná je například tzv. Halštatská perioda cca 2300 let. Velice hezké je její astronomické vyjádření pomocí orbitálních period největších planet Sluneční soustavy 1/H=1/J-3/S+1/U+1/N, podle kterého vychází Halštatská perioda H na 2318 let (Ladma 2019a). Každých cca 2300 let se tak nakupí celá série minim sluneční aktivity, které mají své projevy i v oběhu Slunce okolo těžiště Sluneční soustavy (Charvátová 2000). Naposledy se tak stalo v okolí Maunderova minima sluneční aktivity (1620 – 1710), které se projevilo v klimatu na Zemi jako malá doba ledová (15.-18. století).

Z pohledu klimatu jsou významné taky 208letá perioda, nazvaná De-Vriesova, a Gleisbergova 88letá perioda. Obě periody nemají přesnou délku periody a pouze modulují amplitudu základní sluneční 11leté periody. Obě dvě jsou taky pozorovatelné v mnoha parametrech sluneční aktivity a klimatu na Zemi. Poslední maxima Gleisbergova cyklu nastala přibližně v letech 1710-20, 1760-70, 1840-50 a 1950-60. Minima byla pozorována v letech: 1740, 1810 a 1900. Poslední minimum, které mělo nastat okolo roku 1990, bylo překryto výrazným maximem Halštatského cyklu a Josého cyklu, způsobeného posunem fází sluneční aktivity na 1000leté škále (rázy druhého řádu největších planet Sluneční soustavy (J-S)-(U-N) vůči celé soustavě) (Ladma 2019b).

Nejznámější Schwabeho perioda 11,07 let je společnou periodou rázů „slapových“ planet, tedy Venuše, Země a Jupitera (Stefani et al. 2019) a je dnes označována jako sluneční cyklus. Haleho perioda 22,14 let, tedy dvojnásobná Schwabeho perioda, vychází jak z oběhu Jupitera okolo barycentra celé Sluneční soustavy (Kalenda a Málek 2008), tak ze slapových vlivů terestrických planet. Za dobu cca 22 let dojde dvakrát k magnetickému přepólování Slunce, takže Haleho periodu označujeme jako jeden magnetický sluneční cyklus. Oba dva tyto cykly (Haleho i Schwabeho) jsou pozorovatelné jak ve sluneční aktivitě (změna zářivého výkonu Slunce, TSI), tak také například v zemětřeseních na některých místech na Zemi nebo ve vulkanické aktivitě (Khain and Khalilov 2008, Kalenda et al. 2012).

Přestože je možno přímo změřit kolísání zářivého výkonu Slunce v 11letém cyklu s amplitudou přibližně 1 – 2 W/m2 (Soon et al. 2015), samotný cyklus se v klimatu neprojevuje příliš výrazně, pravděpodobně proto, že je příliš krátký a klimatický systém není schopen tak rychle reagovat díky své stabilitě, zejména oceánských a atmosférických proudů. (Pozn. Klimatologie na rozdíl od meteorologie se zabývá již z definice cykly delšími než 30 let.)

Z pohledu klimatu a také počasí můžeme říci, že asi nejdůležitější „krátkodobý“ klimatický cyklus má periodu 62,5 let, která je periodou změn excentricity orbity Jupitera (Scafetta 2018). Význam tohoto cyklu spočívá v tom, že Jupiter předává svůj rotační moment nejenom Slunci, a řídí tak jeho aktivitu a tím i zářivý výkon, ale část tohoto momentu předává přímo Zemi, její atmosféře a oceánským proudům (Mörner 2018). Tato perioda je tak pozorovatelná jak v řadě fyzikálních parametrů Země, například v délce dne (LOD), nebo rotačním momentu atmosféry, také ve výškách hladin světového oceánu (obr. 4) (Jevrejeva et al. 2008, Mörner 2015), v teplotních řadách (Scafetta 2018), v Atlantické meridionální oscilaci (AMO) nebo Pacifické dekádní oscilaci (PDO). Protože ve stejném rytmu dochází ke změnám aktivity Slunce (Usoskin 2013), mají také polární záře stejnou periodu (Křivský a Pejml 1988). 62,5letý cyklus je také pozorovatelný na směrech a rychlosti proudění mořských proudů (Mörner 2018) a také na křivkách sucha nebo výparu. Protože perioda 62,5 let je svázána s orbitou Jupitera, můžeme také velice přesně spočítat, kdy dochází k extrémním situacím. Poslední maximum excentricity Jupitera bylo v roce 2011 a současně nejmenší vzdálenost Jupitera od Slunce (4,948 AU) byla 21. března 2011. Další přiblížení Jupitera ke Slunci bude o 11,87 let později (17. ledna 2023), ale při menší excentricitě a tím větší vzdálenosti (4,951 AU). K těmto datům můžeme vztáhnout také některé klimatické parametry.

graf 4

Obr. 4 – Rychlost růstu výšky hladiny světového oceánu (Jevrejeva et al. 2008). Modře – sinus s periodou 62,5 let a maximem v roce 2005.

Index sucha

Standardní srážkový index PSI (McKee et al. 1993) v Kalifornii ukázal, že od prosince 2011 se nacházela většina distriktů (okrsků) v Kalifornii v různém stupni sucha, vysychaly přehrady, kanály i studny (obr. 5). V červnu 2018 guvernér státu Kalifornia Jerry Brown vyhlásil legislativně stav „permanentního sucha“ s přísnými postihy za překročení odběru pitné vody na osobu a den (Hunt 2018). Ihned následující rok v březnu byl ale stav „permanentního sucha“ odvolán, protože v zimě 2018/19 napadlo 180 % obvyklých sněhových srážek a stav vody byl doplněn ve všech okrscích Kalifornie (Watts 2019). Můžeme se podívat na vývoj Palmerova indexu sucha (PDSI 2020) a porovnat období 2011 – 2019 s předchozími dekádami. Je dobře patrné, že sucha na začátku 21. století v USA nebyla výjimečná a jsou jako celek i jednotlivě menší, než sucha v letech 1934-58 (obr. 5). V roce 2019 už stav nasycenosti půdy vodou spíše vykazoval extrémní hodnoty, obdobné těm z 80. let. Hodnotami indexu PDSI je možno snadno proložit sinusovou křivku s periodou 62,5 let. Je zajímavé, že extrémy indexu sucha předbíhají o 6 let okamžiky maximální excentricity Jupitera, obdobně jako je tomu u výšek hladin světového oceánu (obr. 4).

graf 5

Obr. 5 – Palmer Drought Severity Index (PDSI) za roky 1895 až 2019 v kontinentálních USA. Šipky označují okamžiky největší excentricity Jupitera a současně nejmenší vzdálenosti Jupitera od Slunce.

graf 6

Obr. 6 – Minimální průtoky, pozorované na Punkvě v Moravském krasu v letech 1924 – 2018 (převzato z Lejska a kol. 2019). Šipky označují okamžiky největší excentricity Jupitera a současně nejmenší vzdálenosti Jupitera od Slunce (stejné jako na obr. 3).

Můžeme vývoj sucha v Kalifornii a celých USA porovnat s vývojem sucha ve střední Evropě. Je tedy sucho v Evropě zcela výjimečné za posledních cca 500 let, jak tvrdí například M. Trnka (2020)? Za srovnávací etalon jsem vzal říčku Punkvu, která protéká jeskyněmi Moravského krasu a z důvodu bezpečnosti lidí v podzemí se měří její průtoky již od roku 1924 (obr. 6) (Lejska a kol. 2019). Je vidět, že také průtoky říčky Punkvy je možno proložit sinusovku s periodou 62,5 let, avšak extrémní sucha nastávají cca 5 let po maximu excentricity Jupitera, tedy přibližně o 11 let později než v USA. Největším obdobím sucha mezi lety 1944 – 57 nyní odpovídá sucho, které je pozorováno od roku 2011 (resp. 2004). Pokud přijmeme tezi, že periodicita sucha odpovídá změnám excentricity Jupitera, tedy 62,5 let, tak by se sucho z let 1944 – 57 mělo opakovat v letech 2004 – 2019 a po něm by měly opět následovat katastrofické povodně, obdobné jako zaplavily Žitný ostrov v roce 1965. O tom, že by povodně mohly být ještě větší, svědčí zejména to, že střední výpar v 60. letech minulého století byl díky nižší teplotě menší, než je současný výpar z oceánu. Také velké množství srážek v USA v zimě 2018/2019 a záplavy z jara roku 2020 ukazují na stejný princip (obr. 5).

Závěr

Jak vyplývá z měření řady klimatických parametrů, je možno v nich jasně vysledovat 62,5letou periodu, která je periodou změny excentricity orbity Jupitera. Když porovnáme indexy sucha případně průtoky Punkvy v současnosti a před cca 60 lety, tak vidíme, že dosahují obdobných parametrů. V USA dokonce Palmerův index sucha PDSI mírně narůstá (známka větší vlhkosti) za celých 120 let pozorování a počet vlhkých period se zvyšuje. V ČR vrcholilo období „katastrofického sucha“ po 2. světové válce velkou neúrodou v roce 1947, kdy ČSR musela dovážet obilí ze SSSR. Následně byla urychlena výstavba největších přehrad na Vltavské kaskádě (Slapy 1949-55, Lipno 1953-58 a Orlík 1954-61).

Tento článek byl časopisem Vesmír zamítnut v průběhu recenzního řízení.

Převzato z webu iUhli.cz

Pavel Kalenda







 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.