Co ovlivňuje globální klimatické změny na planetě Zemi? Je Green Deal postaven na racionálních myšlenkových základech a validních datech?

To jsou základní otázky, které si v knize „Nejistá věda“ (v originále Unsettled) neboli Co věda o klimatu říká, co neříká, a proč na tom záleží“ její autor Steven E. Koonin. Tento autor byl náměstkem ministra pro vědu na ministerstvu energetiky za prezidenta Obamy, kde zodpovídal za program výzkumu klimatu a strategii energetických technologií. Z tohoto pohledu jsou jeho názory na výše uvedenou problematiku o to překvapivější a zajímavější.

Na základě této knihy jsem do dovolil sepsat hutnější text, kde se pokusím vypíchnout nejzajímavější názory a postřehy autora na problematiku globálních klimatických změn.

Vesmír je drsné místo pro známý biologický život. Jeho teplota je -270 stupňů Celsia. Aby biologický život vůbec vznikl a dále prosperoval, potřebuje k tomu optimální podmínky, včetně určitého teplotního rozmezí, které v tekutém prostředí umožní průběh biochemických procesů nutných k zajištění základních funkcí živých organismů. Ač se naše planeta Země nachází uvnitř planetární obyvatelné zóny života našeho Slunce, kde se může vyskytovat voda v tekutém skupenství, tak její průměrná globální teplota bez současné atmosféry by byla -18 stupnů Celsia. Potom by se naše planeta podobala ledovým měsícům planet Jupitera (Europa) a Saturnu (Enceladus) . Měla by tedy s velkou pravděpodobností ledovou krustu pokrývající podpovrchový oceán a pevninu pokrytou ve velkém rozsahu ledovcovým příkrovem. Taková perioda se v hluboké minulosti naší planety podle teorie sněhové koule (iceball theory) odehrála několikrát. Naposled před 750 až 650 miliony lety, před vznikem a prudkým rozvojem mnohobuněčného života.

Proč je tedy průměrná globální teplota v současnosti pohybuje kolem 15 stupňů Celsia?

Sluneční záření se skládá (antropocentricky) ze tří základních složek lišící se vlnovou délkou – infračerveného, světelného a ultrafialového záření, které dopadají na zemský povrch a na základě jeho vlastností se buď absorbují u námi rozeznávaných tmavých povrchů (což vede k jeho zahřívání) nebo odrážejí u světlých povrchů. Hodnota míry odrazivosti se jmenuje albedo a je vysoká u světlých povrchů (led) a nízká u vodních povrchů oceánů a většiny hornin. Platí nepřímá úměra, čím vyšší albedo (odrazivost po vrchu) tím více slunečního záření se odrazí zpět do vesmíru, a tím méně slunečního záření se absorbuje a tím méně se ohřeje povrch planety a tím méně se vyzáří tepla ve formě infračerveného záření směrem do okolního prostoru. Pokud by neexistovala atmosféra s poměrně malou koncentrací isolačních skleníkových plynů, které jsou schopny interagovat s určitou vlnovou délkou vyzářeného infračerveného záření z povrchu Země, tak by toto záření uniklo přímo do vesmíru a rovnovážná globální teplota naší planety by byla zmíněných -18 stupňů Celsia. Jelikož ale molekuly skleníkových plynů mohou z důvodu své specifické atomárně-kvantové struktury s patřičným uspořádáním elektronových obalů a z toho vyplývajícímu kmitání atomů v těchto molekulách absorbovat do vesmíru unikající infračervené záření (neuvěřitelných 83% celkového množství) a opět ho vyzářit všemi směry, je část tohoto tepelného záření vyzářena zpět k zemskému povrchu a do atmosféry a tím je zajišťěna zemská globální teplota na úrovni +15 stupňů Celsia.

Nejdůležitějšími skleníkovými plyny jsou vodní pára, oxid uhličitý, metan, ozon a oxid dusný. Každý z těchto plynů se podílí jiným procentem na množství zachycené energie ve formě infračerveného záření. Vodní pára tvoří 0,4 % molekul v atmosféře, ale zachycuje 90% zmíněného tepelného záření, další nejvíce zastoupený plyn je oxid uhličitý jehož koncentrace ve vzduchu je 0,00041, tedy připadá na milion molekul vzduchu 410 molekul oxidu uhličitého, ale na zachycování odraženého tepla se podílí ze 7%. Od roku 1750 se dle měření zvýšila koncentrace oxidu uhličitého z hodnoty 280 částic na zmíněných 410 částic na milion molekul vzduchu, a to znamenalo zvýšení absorpce tepla z 82,1% na 82,7%. To znamená, že oxid uhličitý je daleko výkonnější absorbér infračerveného záření než vodní pára a zachycuje jiné frekvenční spektrum infračerveného záření než vodní pára nebo methan. Další zajímavou vlastností je, že při nárůstu koncentrace oxidu uhličitého se významně snižuje jeho schopnost zachycovat tepelnou energii. Při zdvojnásobení současné koncentrace z 400 na 800 částic na milion molekul vzduchu by se jeho ohřívací schopnosti zvýšily pouze o 0,8% , tedy ze 7,6% při hodnotě 400 částic na 8,4% při hodnotě 800 částic.

Podle oficiálního pohledu činnost lidské civilizace zásadním způsobem mění globální klima prostřednictvím emise skleníkových plynů, zejména kysličníku uhličitého CO2 a metanu CH4. Oxid uhličitý je v současné době produkován zejména spalováním fosilních paliv. Fosilní paliva jsou vlastně molekuly oxidu uhličitého uložené v minulosti / černé uhlí v karbonu během prvohor/ tehdejšími rostlinami během fotosyntézy poháněné energií ze slunečního záření, kdy využívá této energie k tvorbě energeticky bohatých složitějších chemických struktur z oxidu uhličitého a vody, které se uložily v době, kdy neexistovaly mikroorganismy schopné je účinně rozložit za uvolnění retinovaného CO2 do ovzduší.

Globální koloběh uhlíku, jehož je kysličník uhličitý součástí, je poměrně složitá záležitost a kromě atmosféry, je do ní zapojena zemská kůra, oceány a rostliny a jiné organismy. Nejvíce uhlíku se nachází v zemské kůře a jako druhé následují oceány, hlavně hlubokomořské vody. Množství uhlíku v atmosféře odpovídá jenom 2% uhlíku obsaženém v oceánech.

Aby bylo možno predikovat dopad skleníkových plynů na budoucí klima, je nutno pochopit, jakým způsobem je klima ovlivňováno přirozeně působícími procesy.

Z dlouhodobého geologického hlediska nyní žijeme v době výrazně nízké hladiny kysličníku uhličitého, která byla v geologické minulosti daleko vyšší, v prvohorách až 20x vyšší, ve druhohorách 5-8x vyšší a ve třetihorách 3x vyšší. Předpokládané snížení koncentrace oxidu uhličitého jde pravděpodobně na vrub tvorby masivních vrstev vápence jako následek usazování vápenatých schránek odumřelých mořských živočichů tvořených uhličitanem vápenatým na mořském dně.

Taktéž globální teplota ve zmiňovaných geologických dobách byla podstatně vyšší než dnes. Postupně docházelo z dlouhodobého hlediska k poklesu teplot a vše vyvrcholilo nástupem cyklického střídání dob ledových a meziledových koncem třetihor a ve čtvrtohorách. Poslední meziledové období začalo před 127 000 lety a trvalo 20 000 let a průměrná globální teplota byla o 2 stupně Celsia vyšší než dnes. Poslední doba ledová skončila před cca 10 000 lety. Z hlediska krátkodobého několika tisíciletí až staletí se objevují cykly malých ledových dob střídané obdobími teplotního optima (mínojské, římské, středověké), kdy docházelo k rozkvětu těchto civilizací nikoli k jejich uškvaření a jejich civilizační kolaps přineslo spíše ochlazení. Poslední malá doba ledová trvala cca od roku 1350 a skončila kolem roku 1850 a oteplování, které na ni navázalo trvá dodnes.

Z toho vyplývá, že globální klima je ovlivňováno mnoha vlivy a otázka, jak podstatné jsou antropogenní vlivy, je značně nejasná. Stejně jako otázka vztahu zvýšené koncentrace CO2 v atmosféře a globální teploty, kdy bezpochyby platí jednoduchý Henryho zákon, který udává závislost rozpustnosti plynu v kapalině na jeho parciálním tlaku nad kapalinou při konstantní teplotě, a tedy z něho lze vyvodit, že rozpustnost plynu v kapalině klesá s rostoucí teplotou. Z toho lze dovodit jednoduchý závěr, že během globálního oteplování z jakékoli příčiny se z oceánů uvolňuje zde rozpuštěný CO2 do atmosféry, čímž jeho koncentrace v atmosféře stoupá.

Pokračování příště.