29.3.2020 | Svátek má Taťána


VĚDA: Globální oteplování a klimatické změny v minulosti I.

2.4.2007

1. Skleníkový efekt a teplota Země

Oxid uhličitý CO2 patří ke skleníkovým plynům podobně jako metan, oxidy dusíku nebo vodní pára. Názvem skleníkový vyjadřujeme společnou zkratkou vlastnost této skupiny plynů. Skleníkové plyny přítomné v atmosféře propouštějí krátkovlnné sluneční záření, kterým se ohřívá povrch Země. Odtud je zpětně vyzařováno dlouhovlnné (IR) záření, které je absorbováno skleníkovými plyny, a proto je propouštěno jen v malé míře do vnějšího prostoru mimo atmosféru Země. Tím se zase ohřívají nižší vrstvy atmosféry a povrch Země. Velikost efektu zahřívání záleží na koncentraci uvedených plynů v atmosféře, vyšší koncentrace má za následek vyšší teploty. Na celém procesu se značně podílí svislé proudění vzduchu (konvekce), teplý vzduch stoupá vzhůru, chladný vzduch klesá. Protože tento způsob zahřívání Země je podobný jako ohřívání vzduchu ve skleníku, mluvíme o skleníkovém efektu. Podobnost je jenom částečná. Ve skleníku se teplota zvyšuje mnohem více, neboť v něm nepůsobí větrné proudy, jako tomu je v atmosféře. Navíc je skleník malý, relativně homogenní objekt ve srovnání se Zemí, ve skleníku nejsou ani rozlehlé vodní plochy, jako jsou oceány na Zemi, ani v něm nejsou ledové útvary. Obojí, jak oceány tak ledovce, mají na Zemi významný vliv na vytváření klimatu.

Jednotlivé skleníkové plyny mají různý radiační absorpční potenciál, např. metan má tento potenciál osmkrát větší než CO2 a koncentrace skleníkových plynů v atmosféře je také rozdílná. Protože koncentrace metanu v atmosféře je mnohonásobně nižší než tomu je u CO2, je jeho příspěvek na oteplení třikrát menší. Významný podíl na skleníkovém efektu má také vodní pára.

Existence skleníkových plynů a jejich působnost v ovzduší je známá od první třetiny předminulého století zásluhou J. - B. Fouriera. V r. 1896 odhadl Arrhenius vliv skleníkových plynů na průměrnou teplotu Země. Vlivem všech skleníkových plynů je průměrná teplota Země podstatně vyšší, než by byla bez absorpce skleníkovými plyny a bez zpětné radiace. Jednotlivé odhady uvádějí zvýšení průměrné teploty Země vlivem skleníkových plynů v rozmezí 21 až 30oC. Bez skleníkového efektu by Země byla jakousi zmrzlou koulí. Skleníkový efekt tedy není žádným strašákem. Právě naopak. Způsobuje to, že Země je pro nás obyvatelná.

Koncentrace CO2 v ovzduší v průběhu jednoho miliónu let před současností kolísala v mezích 180 až 300 ppm (částí v milionu), s výjimkou posledních zhruba 150 let, kdy se zvyšovala koncentrace CO2 z 280 až ke dnešním přibližně 370 ppm. Zároveň se také zvýšila koncentrace metanu o více než 100%. Vzestup koncentrace metanu byl mnohem strmější, než tomu bylo u CO2. V současné době se však jeho koncentrace stabilizuje.

Z klasických znalostí o vlastnostech skleníkových plynů byl odvozen jednoduchý vztah mezi zvyšováním koncentrace CO2 v industriálním období společnosti a oteplováním. Vytvořila se tak nová hypotéza, která se bez hlubších analýz stala "teoretickým" základem studií a především klimatických modelů mnoha týmů v osmdesátých a devadesátých letech dvacátého století. Obvykle se uvádí, že vzrůst koncentrace CO2 v atmosféře je důsledkem spalování fosilních paliv, a proto že dochází ke vzrůstu průměrné teploty Země. Autoři a propagátoři této hypotézy publikují grafy, ve kterých je vynášena závislost průměrné teploty Země na vzrůstu obsahu CO2 v atmosféře. Podle těchto úvah je tedy globální oteplování, zkratkovitě řečeno, trestem za naše spalování uhlí a nafty. Jestliže se vztahy mezi globální teplotou a koncentrací CO2 extrapolují, tedy protáhnou daleko za dosud měřená data až k 600 ppm CO2, vychází zvýšení průměrné teploty Země o 2,5 až 4,5 oC, citováno podle autorů hypotézy o jednoznačném vlivu CO2 na klimatické změny. Odtud je už jen krůček ke katastrofickým vizím o nástupu polopouští i v našich zeměpisných šířkách, o vzestupu hladiny oceánů a o zaplavení celých států v přímořských oblastech, o hladomorech a o zániku civilizace, jak nás obvykle přesvědčují média. To všechno kvůli spalování fosilních paliv v industriálních společnostech. Reakcí politiků byly konference představitelů států v Riu, v Kyótu a v Haagu. V závěrech těchto politických konferencí se mluví o nutnosti snižovat emise (vypouštění) CO2 do atmosféry. Nejznámější je Kyótský protokol, přijatý na konferenci v prosinci 1997. Obsahuje závazky na snížení produkce a vypouštění CO2 do ovzduší o 5%, vztaženo na úroveň v roce 1990. Dále pojednává o nutnosti výzkumu a využívání obnovitelných zdrojů energie, o podpoře výzkumu těch postupů v zemědělství, které směřují k menší produkci CO2 (například z půdy). Neomezuje se jen na skleníkové plyny, uvádí také nutnost snížit emise freonů. Několik vlád tento protokol neratifikovalo. Když budu v tomto článku zmiňovat Kyótský protokol, budu mít na mysli tu část, která pojednává o skleníkových plynech. Kdyby se omezila produkce CO2 podle scénáře protokolu, snížil by se předpokládaný vzrůst teploty o 0,3oC v roce 2100, tedy místo předpovídaného vzrůstu teploty o 2,5oC by teplota vzrostla jen o 2,2oC.

Usnesení politiků se stala pádným argumentem některých skupin vědců modelujících klimatické změny a jejich důsledky pro životní prostředí. Ohánějí se protokolem v Kyótu, jako kdyby politický protokol byl totožný s prověřením hypotézy. Vědecké prověření hypotéz a modelů bylo takto nahrazeno názorem politiků, kteří nerozumějí odborné problematice o klimatických změnách.

Názorová shoda (konsensus) určité části klimatologů je vydávaná za vědecký objev, což je postup neslučitelný s vědeckými metodami. Zatímco konsensus je běžný v politice, ve vědě není přípustný jako argument. Řada zásadních objevů ve vědě vznikla právě proti existujícímu konsensu. Kde se argumentuje konsensem, a to především proti vyvracení neprověřených hypotéz, tam je nebezpečí, že končí věda. Pasáže v Kyótském protokolu o vlivu emisí CO2 na vzrůst globální teploty mají charakter konsensu, a proto je na místě se touto hypotézou podrobněji zabývat.

Poplach kolem zvyšování koncentrace CO2 v atmosféře s následným oteplením pravděpodobně odstartovala známá publikace "Hranice růstu" vydaná v r. 1972 Římským klubem za redakce Meadowsových. Nechci tímto zpochybňovat zásluhy celého kolektivu vědců, kteří přispěli k tomu, že se společnost, a především politici, museli intenzivněji zabývat problémy životního prostředí. Na druhé straně nelze nevidět rozpor mezi prognózami Římského klubu a dnešní realitou, kdy nedošlo ke katastrofickému vyčerpání zdrojů, ani k nebývalému vzrůstu teploty Země.

Po Římském klubu následovala tzv. Charneyho zpráva publikovaná Národní výzkumnou radou USA (National Research Center, NRC) v roce 1979 a v menších obměnách v letech 1982 a 1983. Zpráva uváděla výsledky klimatických modelů, podle nichž zdvojnásobení koncentrace atmosférického CO2 ze 300 na 600 ppm povede ke zvýšení globální teploty o 2,5 až 4,5 oC. Při prudkém vzrůstu koncentrace CO2 v postindustriálním období je podle zprávy dvojnásobné zvýšení koncentrace reálné. Z této předpovědi byly vyvozovány důsledky o hydrologických změnách a o negativním vlivu těchto změn na zemědělskou produkci, a to především v pozdějších zprávách NRC. Zprávu NRC (1979) zpochybnil jako jeden z prvních meteorolog S. B. Idso (1980). Přestože jeho argumenty nebyly vyvráceny, ve zprávách publikovaných NRC se opakovala a rozvíjela původní tvrzení z r. 1979. Diskuse pokračovala na stránkách Science, kde J. E. Hansen se svými spolupracovníky v roce 1981 explicitně uváděl, že klimatická změna je důsledkem zvyšování koncentrace CO2 v atmosféře. Brzy poté se objevila úplná záplava studií a publikací na uvedené téma, konala se vědecká symposia a workshopy. Vládní instituce vydávají dodnes milióny dolarů na výzkum na toto téma. Není bez zajímavosti, že dnešní globální teplota předpověděná v r. 1983 podle modelu Seidela a Keyese z Úřadu na ochranu životního prostředí (Environmental Protection Agency, EPA) by měla být o 1,5 až 3 oC vyšší, než je podle meteorologů odhad dnešní globální teploty. Hypotéza o vlivu skleníkových plynů a hlavně CO2 na růst průměrné teploty byla podpořena dvěma publikacemi vědeckého týmu profesora M. E. Manna v roce 1998 a 1999. První byla otištěná ve známém, vysoce ceněném žurnálu Nature. Ve studii byly vyhodnoceny údaje o teplotách na severní polokouli pro období 1400 - 1980. Zatímco v 19. a 20. století jsou k dispozici přímo měřené teploty, pro období starší se užívají nepřímé metody: proměřování letokruhů stromů, pylové analýzy, izotopové rozbory mořských korálů a hlubokých vrtů v ledu. Ze statistického vyhodnocení přímých měření teplot a nepřímých údajů vyplývajících z letokruhů stromů a vrtů v ledovcích vycházel Mannovi a jeho spolupracovníkům graf, který vypadá jako hokejka. Není to můj výmysl, ani metafora, ale název, který si pro klimatický jev vymysleli vědci, o kterých panuje všeobecné mínění, že postrádají fantazii a vtip. V grafu je na vodorovné ose vynesen čas od čtrnáctého století do dneška. Na svislé ose je odchylka teploty od střední teploty dvacátého století. Po celé délce časové osy až do začátku dvacátého století vypadá graf jako vodorovná hůl, a až ve dvacátém století se zvedá prudce vzhůru čepel hokejky. Neboli, po celé období se teplota příliš nemění s výjimkou 16. až 18. století, kdy byly teploty nižší. A pak ve dvacátém století nastává prudký vzestup teplot, nebývalý v celém tisíciletí a křivka stoupá strmě vzhůru. Ve stejném období dochází k výraznému zvyšování koncentrace CO2 v ovzduší. Hokejka se stala jedním z nejpádnějších argumentů podporujících hypotézu o vlivu skleníkových plynů na globální oteplování. V rozsáhlých materiálech Mezivládního panelu o změně podnebí (IPCC) z roku 2001 je Mannův graf otištěný šestkrát. Toto, prý nebývalé oteplení, by mělo být způsobené spalováním fosilních paliv a hromaděním CO2 v atmosféře. V Kyótském protokolu se píše, že když omezíme produkci skleníkových plynů, především CO2, oteplení prý nebude mít tak osudový vliv na lidstvo. Toto tvrzení se opakuje v materiálech IPCC spolu s citací Kyótského protokolu. Jedním z argumentů obhájců hypotézy je konsensus části vědecké obce klimatologů. Ten však nemůže zastupovat prověření hypotézy a není žádným vědeckým tvrzením.

2. Kritika hypotézy

Kritické výhrady k četným objemným zprávám NRC a EPA, k publikovaným hypotézám a k výsledkům modelování byly zpočátku málo početné jak z řad meteorologů, tak z řad geologů, pedologů, biologů. Jejich argumentům nebyla věnována pozornost a především média je ignorovala. Teprve na přelomu tisíciletí se ve vědeckých publikacích objevují častější kritiky, případně alespoň určité nejistoty o důvodech globálního oteplování, ale i nadále jen menší část médií věnuje těmto názorům pozornost.

Tyto kritické studie ukazují, že bude nezbytné zabývat se uváděnou klimatickou změnou, jejími příčinami a také případnými následky.

Prvním problematickým údajem je "průměrná" nebo globální teplota. K přenosům tepla a ke změnám teploty dochází v několika systémech vzájemně složitě propojených do globálního systému: v troposféře, v přízemní vrstvě atmosféry nad zemským povrchem a uvnitř nadzemní části vegetace, v půdě a v jejím podloží, v oceánech a v polárních ledových čepičkách. Každý systém je značně heterogenní a skládá se z několika subsystémů, které se opět vyznačují značnou proměnlivostí, a to v prostoru i v čase. Dokonce lze mluvit o neuspořádanosti v těchto systémech. Přenos tepla mezi jednotlivými systémy vyvolává další typy transportních procesů se zpětnými vazbami. Většinou se navíc jedná o nelineární procesy. Pro takto složitý globální systém, a v něm probíhající procesy, není možné jednoduše průměrovat nebo sečítat výsledky měření z jednotlivých systémů a subsystémů.

I kdybychom předpokládali, že se nalezne způsob odhadu teplot charakteristických pro jednotlivé subsystémy, je obtížné přisoudit jednotlivým subsystémům různou váhu a zpracovat tyto údaje do odhadu teplot celého globálního systému a do stanovení jakési reprezentativní teploty celé Země. Hodnoty odvozené z chování některého subsystému (například z tání ledovců), svědčí pouze o směru probíhajícího procesu v subsystému a rozhodně nemohou být podkladem pro číselné vyhodnocení charakteristické teploty globálního systému. Podobně teploty stanovené v mnohaleté řadě na jedné meteorologické stanici, sebelépe statisticky zpracované, mohou pouze vést k údaji charakteristickému pro nejbližší okolí stanice. Hustota meteorologických stanic není rovnoměrná, v bohatší části světa je znatelně vyšší než v chudé části světa. Čím je hustší síť stanic, tím přesnější je stanovení průměrné teploty. Vyrovnání takto vzniklých rozdílných úrovní přesnosti je první problém. Druhý problém vyplývá z heterogenit, zvýšení průměrné teploty v jednom regionu neznamená, že ke stejnému zvýšení dojde v jiném, geograficky odlišném regionu, dokonce zde může docházet k opačnému trendu, ke snižování teploty. Jestliže existuje velký počet pozorovacích stanic a velký počet pozorování z různých subsystémů, můžeme odvodit pouze základní trendy procesu a nikoliv číselný údaj o vzrůstu teploty za rok. Tento typ údaje nemá navíc nic společného s klimatickou charakteristikou, patří do oboru meteorologie. Metody užívané v geologii a paleoklimatologii nám naopak poskytují odhady o změnách teplot za mnohem delší časový úsek, než jsou současná pozorování, obvykle to jsou desítky až stovky let. Patří proto do oboru klimatologie. Při řešení úvah o změně klimatu se postupuje tak, že se kombinují odhady získané několika metodami. Je zřejmé, že stanovení průměrné, reprezentativní teploty Země je velice složitý úkol, a proto bude seriózní mluvit pouze o trendu dnešního postupného zvyšování globální teploty, o oteplování, aniž bychom používali nejistý číselný údaj o změnách globální teploty, a to dokonce v desetinách stupně Celsia. Toto je také jedním z důvodů, byť méně významným, proč je chybné, když se koreluje obsah CO2 v atmosféře s číselnými údaji o globální teplotě, obojí stanovené v jednotlivých letech.

Jeden z hlavních argumentů hypotézy o skleníkových plynech a o globálním oteplování byl nejen zpochybněn, ale přímo vyvrácen v roce 2003. Jedná se o hokejkový efekt, který byl už popsán na předchozích stránkách. Dva Kanaďané S. McIntyre a R. McKitrick (2003) se rozhodli přezkoumat výsledky Mannova výzkumu. Použili stejné výchozí datové soubory jako Mannův tým a zpracovali je statisticky, bez jakýchkoliv zásahů do dat, tedy bez vynechávání nebo extrapolace dat, bez různého odfiltrování nevhodných dat atd., tedy na rozdíl od Mannova postupu pracovali se všemi "syrovými" daty. Výsledky způsobily rozruch. Odchylky teplot od středních teplot v období 1400 až 1480 byly podle nich povětšinou podstatně větší, než jsou dnešní odchylky, ve vrcholu křivky ve středověku byla teplota vyšší o celý jeden stupeň Celsia, než je dnešní odhad průměrné teploty. Astrofyzici W. Soon a S. Baliunas (2003) navíc kriticky zpracovali různé údaje pro období 800 až 1300 (včetně dřívějších materiálů IPCC) a došli k závěru o teplé středověké periodě, kdy teploty byly vyšší než náš odhad současné průměrné teploty. Z historických záznamů uvádím, že v období 900 až 1300 byly pěstovány olivovníky v údolí řeky Pádu v severní Itálii, fíkovníky poblíž Kolína nad Rýnem, vinná réva v Anglii. Název Greenland pro Grónsko také pochází z této doby a zřejmě svědčí o teplotách vhodných pro rozvoj vegetace, především pak v západní části ostrova. Potvrzují to i hlubinné vrty. Znamená to, že poslední dekáda minulého století nebyla nejteplejší za tisíciletí a rok 2003 nebyl také nejteplejší. Připomínám, že koncentrace CO2 v ovzduší byla ve středověku nižší, než je dnešní stav. Objektivnost postupů McIntyra a McKitricka nebyla zatím zpochybněna, oba jsou zkušení experti ve statistice a jejich datové soubory a postupy zpracování jsou veřejně přístupné (na rozdíl od Mannova týmu). O práci McIntyra a McKitricka referovaly také deníky: např. USA Today (28. 10. 2003), Washington Times (26. 12. 2003), u nás pouze internetový deník Neviditelný pes.

(Dokončení zítra)

Stránky autora

Profesor pedologie a půdní fyziky



Otestovali jsme: Obstála kosmetika pro nejmenší Nivea Baby?
Otestovali jsme: Obstála kosmetika pro nejmenší Nivea Baby?

Dvacet maminek mělo možnost vyzkoušet šetrnou kosmetiku od Nivea Baby, která je určena těm nejmenším do 3 let. Jak dětem vyhovoval micelární gel a krém proti opruzeninám? A sáhly by maminky po této kosmetice znovu?






 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.