Klima na Zemi se mění

Atmosféra Země podporuje život. Je zdrojem kyslíku, vodní páry a oxidu uhličitého, jež jsou nezbytné pro biologické procesy. Obsahuje též vrstvu stratosférického ozonu, která chrání planetu před účinky škodlivého ultrafialového slunečního záření, a další plyny, které udržují teplotu zemského povrchu v potřebných mezích. Každý z těchto faktorů důležitých pro život působí již miliony let.

První satelitní snímky z konce šedesátých let 20. století naznačily, že planeta prochází změnami. Zdá se, že změny nejsou spjaty jen s externími vlivy zvenku, ale i s důsledky technologického rozvoje a stoupajícího počtu obyvatel. Od druhé poloviny 18. století vzrostly s rozvojem průmyslové výroby dopady lidské činnosti na životní prostředí. Roste spotřeba energií (lidí přibývá, nároky jednotlivců rostou). Mění se využívání krajiny. Problémy již dlouho působí místní znečištění ovzduší, vody i půdy, leckde si vyžádalo legislativní opatření.

Globální důsledky však byly dlouho opomíjeny, neboť jsou často způsobovány látkami, o nichž běžný občan ani neví, nejsou pocitově zjistitelné. Zejména v posledních dvaceti letech se ukázalo, že některé z nich mohou zásadním způsobem měnit složení atmosféry a působit i změny v biosféře. Nejvíce se odborníci obávají zeslabování ochranné ozonové vrstvy ve stratosféře (viz Vesmír 84, 471, 2005/8) a oteplování zemského povrchu i nejbližších atmosférických vrstev.

Globální klimatický systém

Tento systém si lze představit jako obrovský „tepelný motor“, řízený přísunem krátkovlnného slunečního záření. Sluneční energie ohřívá zemský povrch a přilehlou atmosféru, formuje atmosférické a oceánické proudění, ovlivňuje výpar a srážky. Výsledkem je počasí, z dlouhodobého pohledu klima. Do atmosféry vstupuje krátkovlnné sluneční záření o intenzitě 343 W.m^–2. Z toho je přibližně 30 % energie odráženo atmosférou a zemským povrchem zpět do kosmického prostoru a 70 % je jimi pohlcováno (50 % zemským povrchem, 20 % atmosférou). Má-li se v systému udržet energetická rovnováha, musí stejné množství energie odejít do vnějšího prostoru ve formě dlouhovlnného záření. Energii dopadající na zemský povrch (168 W.m^–2) by měla odpovídat teplota povrchu –19 °C. Jelikož je však průměrná teplota planety asi o 33 °C vyšší, lze tento rozdíl přisoudit vlivu skleníkového efektu, na kterém se podílejí skleníkové plyny a vodní páry v atmosféře. Pokud by veškerá vstupující energie klimatický systém opustila, jeho průměrná teplota by se významně neměnila.

Výsledné klima je určováno „přerozdělováním“ tepelné energie v atmosféře a oceánech, která se mění v závislosti na zeměpisné šířce a denní i roční době, neboť nikdy nejsou všechny části planety ohřívány stejně. Řídící silou atmosférického a oceánického proudění jsou teplotní rozdíly mezi tropickými a polárními oblastmi i rozdílná spotřeba energie na výpar, který ovlivňuje rozložení oblačnosti i srážek. Na klima rovněž působí zásoby sněhu a ledu, topografie krajiny a řada dalších procesů v biosféře. Všechny tyto složky jsou vzájemně propojeny a na stav klimatického systému působí i zpětnými vazbami. Změna kterékoliv z těchto složek může narušit rovnováhu systému, který pak „hledá“ novou rovnováhu působením na ostatní zúčastněné složky (obrázek 1). Některé takové reakce mohou probíhat velmi pomalu, jiné velice rychle. Základní příčinou změn klimatu musí být právě změny v energetické bilanci systému, tedy v množství dopadajícího krátkovlnného nebo odcházejícího dlouhovlnného záření.

Klima v minulosti

Změny klimatu probíhaly i v dávné minulosti. Byly krátkodobé i dlouhodobé a pravděpodobně měly regionální i globální charakter. Opírat se můžeme jen o nepřímé důkazy, z písemných záznamů známe až klima v posledním tisíciletí. Celkem solidní odhady vývoje klimatu během posledního půlmilionu let vycházejí z analýz struktur antarktických ledovců. Po většinu tohoto půlmilionového období kolísala teplota s periodou 120 až 140 tisíc let. Nejnižší teploty se vážou k dobám ledovým (o 8 až 10 °C nižší), nejvyšší k dobám meziledovým (o 3 až 4 °C vyšší než dnes). K oteplování planety docházelo téměř vždy rychleji než k ochlazování. Základními příčinami jsou změny v energetické bilanci systému, které v dávné minulosti byly vyvolávány změnami rotace Země i naklánění její osy. V posledním tisíciletí (obrázek 2) byly tyto změny minimální a oteplování se začalo projevovat od druhé poloviny 19. století s výjimkou krátkodobého ochlazení po r. 1940 pokračovalo i ve 20. století (obrázek 3). Teplota je dnes nejvyšší za poslední tisíciletí, byť stále ještě o 2 až 3 °C nižší, než byla v posledním interglaciálu.

Zesilování skleníkového efektu atmosféry

Při analýzách vzorků ledu byly hodnoceny i tehdejší koncentrace nejvýznamnějších skleníkových plynů: oxidu uhličitého a metanu. Ukázalo se, že jejich trendy vždy souvisely s teplotou. V dávné minulosti se koncentrace oxidu uhličitého pohybovaly v rozpětí 180 až 280 ppmv a tyto hodnoty tenkrát pravděpodobně nebyly překročeny. ¹⁾ Koncentrace se ale rychle zvyšují, blíží se již hodnotě 380 ppmv. Podobně vzrostly i koncentrace metanu (z původních 700 ppbv na současných 1775 ppbv) a oxidu dusného (z 270 ppbv na 320 ppbv). Jako nové skleníkové plyny (účinnější než oxid uhličitý) se v posledních letech vyskytují halogenované fluorovodíky a fluorid sírový. Na zesilování skleníkového efektu se podílí i troposférický ozon, jehož koncentrace rovněž narůstají, a vodní pára, která ovlivňuje řadu zpětných klimatických vazeb, byť se její celkový obsah v atmosféře téměř nemění.

Produkce všech skleníkových plynů souvisí s lidskou činností. Oxid uhličitý primárně vzniká při spalování fosilních paliv, na emisích metanu se podílejí těžba a zpracování ropy či zemního plynu stejně jako zemědělská výroba a odpadové hospodářství, oxid dusný uniká při řadě zemědělských procesů a emise halogenovaných fluorovodíků souvisejí s rozvojem chladírenské a klimatizační techniky. Lidskou činností jsou do atmosféry uvolňovány i pevné aerosoly, které však působí proti zesilování skleníkového efektu. Přeměna lesů na zemědělskou půdu či sídelní území mění energetickou bilanci systému a snižuje přirozené pohlcování oxidu uhličitého vegetací. Je tedy nesporné, že člověk se na zesilování přirozeného skleníkového efektu atmosféry podílí.

Možnosti „předpovědi“ dalšího vývoje

Se změnou klimatu jsou spjaty i přeměny ekosystémů. Kdyby se obavy v předpokládaném rozsahu opravdu splnily, stála by společnost před problémem jak takovým fyzikálním, společenským i ekonomickým přeměnám účin ně a rychle čelit. Lze vůbec vývoj změn klimatického systému spolehlivě odhadnout?

Složitost všech zmíněných procesů a jejich vzájemné propojení nedovoluje, abychom změny simulovali laboratorně. Znalost historických trendů klimatu může být pro odhady dalšího vývoje užitečná, ale řada fyzikálních aspektů se v odhadu ztrácí. Navíc v budoucnu bude docházet ke změnám, které se v minulosti nevyskytovaly.

Mnoho reakcí, vzájemných vazeb a změn lze vyjádřit matematickým popisem obecně platných fyzikálních zákonitostí. Jejich numerická řešení mohou dát alespoň základní představu o tom, jakou odezvu lze od sil působících na systém očekávat. Numerické simulace klimatických změn jsou v posledních letech rozvíjeny ve snaze, aby daleko přesněji než dosud popsaly vlivy sopečných činností, nehomogenit v oceánickém proudění a co nejvíce vlivů člověka (obrázek tab. I), z nichž řada ještě není v plném rozsahu známá. Proto je třeba stále pracovat s předpoklady o různé důležitosti jednotlivých vlivů. Některé z modelů dnes již zahrnují složité dynamické vnitřní i vnější časoprostorové vztahy v atmosféře, oceánech, ledovcích i biosféře a jejich součinnost se zemským povrchem. Přesto však reálný klimatický systém popisují pouze přibližně. Jejich výstupy nelze považovat za předpovědi, ale pouze za projekce dalšího vývoje. S ještě většími problémy se setkáváme, chceme-li tyto výstupy použít pro měřítka regionální.

Jaké změny můžeme očekávat?

Vývoj budoucího klimatu nelze popsat bez odhadu budoucí socio-ekonomické situace ve světě. Proto byl připraven soubor scénářů SRES, které reagují na předpokládaný populační nárůst, technologický rozvoj, stav energetických zásob, nové zdroje energie apod. Většina modelů se dnes shoduje v tom, že do konce 21. století by se mohla průměrná globální teplota zemského povrchu oproti současnému stavu zvýšit o 1,9 až 4,3 °C. Během první poloviny století by teplota měla vzrůst v rozpětí 1,3 až 1,9 °C. V druhé polovině století by horní hranice rozpětí (4,3 °C) mohla být dosažena tehdy, jestliže dojde k naplnění nejméně příznivého, kritického scénáře. Ten předpokládá existenci světa s nižší mírou globalizace, další přibývání obyvatel, rozdílný ekonomický růst a v rozvojových státech pomalý rozvoj moderních technologií. Konzervativní odhady naznačují, že je dnes již téměř vyloučené, aby během tohoto století globální teplota vzrostla o méně než 1 °C, ale na druhé straně je nepravděpodobné, že by vzrostla o více než 6 °C. Horní hranice nejnovějších odhadů jsou poněkud nižší než odhady, které byly publikovány v poslední souhrnné zprávě Mezivládního panelu změny klimatu IPCC r. 2001 (obrázek 4).

Nelze předpokládat, že bude oteplování klimatického systému všude na planetě stejné. Více vzroste teplota nad pevninami a ve vyšších zeměpisných šířkách, méně nad oceánem a v nižších zeměpisných šířkách. Extrémně vysoké teploty se budou vyskytovat častěji než extrémně nízké. Obtížnější je projekce srážkového režimu (modely ještě nedokážou přesně simulovat složité mechanizmy atmosférické cirkulace). Lze ale vymezit oblasti předpokládaného úbytku, nebo naopak nárůstu vlhkosti, a tedy oblasti snížených či zvýšených srážkových úhrnů. S vyšší mírou nejistot jsou spojeny odhady podrobnějšího vývoje proměnlivosti klimatu a pravděpodobnosti výskytu extrémních jevů. Zejména ve středních zeměpisných šířkách severní polokoule lze očekávat výraznější kolísání počasí. Zatím se těžko odhaduje regionální rozložení klimatických charakteristik, nemáme k dispozici dostatek podkladů.

Přestože globální klimatické modely poskytují řadu možností nahlédnout do podstaty působení koncentrací skleníkových plynů a aerosolů, existuje řada dalších faktorů, které zatím neumíme do modelů zahrnout. Stoupající teplota je však velmi neobvyklá, a proto je dnes již mimo pochybnost, že je tento nárůst důsledkem přirozené změny klimatu. Přesto od sebe nemůžeme oddělit vliv přirozených změn a vliv člověka.

Naše poznání se opírá o výstupy klimatických modelů a souhrnné klimatologické studie. Lze se domnívat, že na změnách klimatu v první polovině 20. století se podílely: intenzita slunečního záření, pokles sopečné činnosti a mírný nárůst koncentrací emisí skleníkových plynů. Jelikož se v druhé polovině 20. století zastavil nárůst intenzity slunečního záření a vzrostla sopečná činnost, vliv přirozených faktorů zřejmě působil spíše proti oteplování planety. Protože ale v téže době narůstaly emise skleníkových plynů a jejich koncentrace v atmosféře, lze dovodit, že se na pokračujícím nárůstu teploty nepochybně podílel člověk.

Můžeme klimatické změně zabránit?

Problém klimatických změn nespočívá pouze v tom, že se planeta otepluje. Důležitější je, že se mění chování klimatického systému, v němž negativní odezvy převažují. Dopady klimatické změny se projevují ve vodohospodářství, zemědělství, lesnictví, na celých ekosystémech, na ekonomické prosperitě, na duševní pohodě a lidském zdraví. Obecně platí, že ekonomicky méně vyspělé oblasti budou klimatickou změnou zranitelnější.

Nabízejí se dvě řešení. Snažit se vliv člověka omezovat, tj. zaměřit se na snižování emisí skleníkových plynů, nebo se klimatické změně přizpůsobovat a hledat způsoby omezování negativních důsledků. Obě cesty mají své opodstatnění a nebylo by správné vydat se pouze jednou z nich. Měli bychom se daleko více než dosud zaměřit na zpřesňování odhadů budoucích změn a předpovědi extrémních výkyvů počasí. Nelze podceňovat ani investice do účinných varovných systémů, které mohou ochránit lidské majetky i životy. V zájmu sledování principu předběžné opatrnosti rozhodně není na místě nečinnost, protože klima planety se skutečně mění.