Divoké zvíře drážděné okovanou holí

Je hodně neznámého mezi Zemí a Sluncem

Geochemik Vladimir Vernadskij byl – jako ostatně mnoho geologů a klimatologů staré školy – spíš filozof. Během první světové války, kdy bylo nutné mobilizovat obrovské lidské síly, aby se podílely na těžbě a zpracování surovin na jedné straně a na gigantickém ničení celých zemí na druhé straně, si začínal uvědomovat, že toky některých látek, jako bylo válečné „železo“, se svou intenzitou vyrovnají přírodním procesům. V roce 1920 publikoval práci, ve které argumentuje, že živé organismy jsou srovnatelné s jakýmkoliv zemětřesením či jinou přírodní silou. Položil tak myšlenkový základ vědy, jíž dnes říkáme biogeochemie a která se kromě jiného věnuje výzkumu biochemických cyklů, což jsou v případě skleníkového jevu zejména procesy vedoucí k ukládání uhlíku do vápnitých schránek řas, do půd a dřevní hmoty. Vernadskij se rovněž domníval, že svět směřující do nového evolučního stadia – noosféry – bude i na fyzické úrovni proměněn ještě mocnější sílou – lidskou inteligencí.

Ve stejné době si Charles Greeley Abbot ze Smithsonian Astrophysical Observatory uvědomil, že veličina nazývaná „sluneční konstanta“ je ve skutečnosti proměnlivá. Abbot si již předtím všiml, že existuje přímá závislost mezi teplotou a počtem slunečních skvrn. Tím na další dvě desetiletí nastartoval „hon na sluneční cykly“, kdy byl počet skvrn korelován s kdejakou meteorologickou charakteristikou, např. s počtem bouří. Přehnaná důvěra v jeden klimatický mechanismus slunečních skvrn, „které řídí všechno“, nakonec celou myšlenku zdiskreditovala. Dnes ví me, že sluneční minima se doopravdy kryjí s chladnějšími desetiletími, ale zároveň současný slabý sluneční cyklus – či možná více cyklů – nemusí nutně znamenat chladnější svět, protože světové klima je výslednicí více faktorů, např. právě skleníkových plynů, aerosolů i proudění oceánů.

Mezi desítkami vědců a matematiků zabývajících se vztahem mezi klimatem a Sluncem patří nejvýznamnější místo srbskému matematikovi Milutinu Milankovićovi, který kolem roku 1930 s tužkou v ruce propočítával stovky nikoliv hodin, ale dní a později týdnů vzájemnou polohu Slunce a Země. Základem jeho teorie, která je dnes přijímána jako nejdokonalejší vysvětlení mechanismu, jenž ovládá příchod ledových dob, byla myšlenka, že poměrně malá změna letní teploty může způsobit, že během teplé části roku neroztaje ve vyšších středních polohách sníh, takže Země odrazí víc tepla, a to pomůže dalšímu šíření sněhové a později ledové pokrývky. Naproti tomu změny zimních teplot neznamenají z globálního hlediska téměř nic. Pro tento druh jevu dnes používáme termín „klimatická citlivost“. V podstatě znamená, že na Zemi existují oblasti, kde malé změny teploty mají velké následky. Dnes víme, že to je hlavně ono rozhraní mezi středními a vysokými šířkami severní polokoule, kde v posledních dvou desetiletích vzájemná mezihra mezi albedem (odrazností) a směry větrů otepluje některé oblasti o více než 3 °C a výhledově až o neuvěřitelných 6 °C.

Polární oblasti, ale i tropy a subtropy jsou klimaticky mnohem méně citlivé (a pokud ano, tak na srážky) než ty oblasti, kde teploty kolem nuly jednou znamenají tmavé moře či pevninu bez ledu a podruhé bílou, zamrzlou a neustále se šířící chladnou skvrnu. Milanković rozeznal tři hlavní cykly vzájemné polohy Slunce a Země trvající 20 000, 40 000 a 100 000 let. Pokud by neexistovali lidé a spalování fosilních paliv, přesunuli bychom se zhruba během 20 000 let do další ledové doby. Filozoficky to může znamenat, že lidé té vzdálené doby nám budou za spalování fosilních paliv blahořečit, ale protože košile je bližší než kabát, tak bychom se spíš měli starat o to, aby nás synové a vnukové příliš neproklínali.

V desetiletí mezi rokem 1920–1930 se stala ještě jedna důležitá věc. Texaská a o něco později arabská a kaspická oblast začala svět zásobovat lacinou ropou. Začal věk automobilismu, věk oxidu uhličitého.

Studená válka – přítel klimatologů

V roce 1925 přišel do Ameriky švédský fyzik Karl-Gustaf Rossby. Prošel několika výzkumnými centry, ale skutečně významný byl pobyt na MIT, kde založil první čistě meteorologický program. Když vypukla druhá světová válka, bylo vojenským stratégům jasné, že vrtošivé počasí může rozhodnout leteckou či námořní bitvu. V jednoletých kurzech Rossby s kolegy proškolil 1700 amerických meteorologů. Po skončení války nebylo jasné, co se s těmito lidmi stane, ale naštěstí se americké válečné loďstvo rozhodlo podporovat velkorysý klimatický výzkum, a to v globálním měřítku, protože válečné lodi operovaly od tropických vod Indočíny až po ledové Grónsko. Rossby je neobvyklý případ špičkového teoretického vědce, který objevil tryskové proudění i fluidní strukturu globální atmosféry, ale zároveň za svůj život založil hned několik významných meteorologických center zabývajících se tou nejpraktičtější každodenní meteorologií.

Jedním z válečných meteorologů byl Američan Gilbert Plass. Nikdo mu neříkal, že by měl studovat skleníkový jev, přestože jeho hlavní zaměstnání bylo studium absorpce infračerveného záření v atmosféře. Vedl výzkum zaměřený na navádění bojových raket s teplotním čidlem na cíl. Důležité bylo, že raketa procházela různými vrstvami atmosféry, které měly různou teplotu a poněkud odlišné složení. Plass si byl vědom toho, že tepelné záření prochází atmosférou postupně vrstvu po vrstvě a je různým způsobem rozptylováno a stíněno. Vycházelo mu, že na celkovou tepelnou bilanci Země by měl výrazný vliv obsah oxidu uhličitého ve vyšších vrstvách atmosféry. Model proměnlivých atmosférických vrstev však byl natolik matematicky složitý, že vyžadoval výpočetní techniku. Díky vojenskému výzkumu byl Plass přesně na jednom z mála míst na světě, kde pracovaly první výkonnější počítače. Již v roce 1956 mohl oznámit, že lidské aktivity mohou za století způsobit růst globální teploty o 1,1 °C, což poměrně přesně odpovídá zjištěnému antropogennímu oteplení ve 20. století. Plass zcela současným tónem varoval před lidským vlivem na oteplování, ale domníval se, že k němu dojde až během několika staletí.

Jeho kolegové si byli dobře vědomi neurčitosti Plassových výpočtů, protože nebylo jasné, kolik uvolněného oxidu uhličitého vlastně v atmosféře zůstává. Šlo sice poměrně dobře odhadnout, kolik plynů civilizace produkuje, ale nevědělo se, kolik oxidu uhličitého pohlcuje oceán. Člověk, který měl tuto nejistotu změnit, se jmenoval David Charles Keeling. Pracoval nedaleko Plassovy laboratoře, jeho práce četl a mohl s ním přímo diskutovat. Byl to milovník dlouhých vycházek do přírody a vědu si vybral proto, že toužil být v kontaktu s divočinou.

Keeling zpočátku měřil na různých místech Kalifornie koncentrace přízemního CO₂. Překvapeně zjišťoval, že existuje nějaká základní, všudypřítomná koncentrace. Keelingovy aparatury byly drahé a jeho výzkum zdánlivě nevedl k žádnému výsledku. Většina vědců té doby předpokládala, že variace obsahu CO₂ budou příliš malé, než aby je šlo změřit, a že naměřené hodnoty budou víceméně náhodné, protože je může ovlivnit suchá vegetační sezona nebo sopečné exhalace. Bylo to dokonce pravděpodobnější, než že se podaří vysledovat nějaký globální trend. Podpora Keelingova měřičského projektu nebyla velká.

Naštěstí si jej všiml Roger Revelle ze Scrippsova oceánografického institutu u San Diega. Revella tehdy zajímal obsah CO₂ v atmosféře z jiného důvodu. Pokusné výbuchy jaderných bomb v atmosféře vedly ke zvýšení radioaktivity. Radioizotopy včetně radiokarbonu byly nejenom pohlcovány oceánem, ale také transportovány oceánskými proudy. Japonští rybáři začínali protestovat, že do jejich vody přichází radioaktivní vlna, která otráví ryby. Kvůli radiokarbonu se z obsahu oxidu uhličitého v atmosféře, a tím i v oceánu, stal vojenský problém. Revelle dokázal propočítat, že mořské proudy fungují jako nekonečný výměník, kterým molekula vody projde v průměru za několik set let. Revelle je někdy považován za „otce skleníkového jevu“, protože upozornil, že oceány jsou schopné absorbovat jen část lidmi uvolněného oxidu uhličitého, který se pak hromadí v atmosféře.

Jenže kolik toho oxidu uhličitého vlastně je? Keeling nejprve měřil v Antarktidě, ale pak se mu podařilo vybudovat měřicí stanici na Mauna Loa na Havaji. Základní myšlenkou bylo dostat se co nejvýš a co nejdál od průmyslových aktivit. Kritici však naprosto oprávněně upozorňovali, že Keeling může měřit intenzitu sopečných exhalací, nikoliv globální úroveň oxidu uhličitého. Po mnoha bitvách o peníze, během kterých laboratoři hrozilo uzavření, mohl Keeling po dvou letech měření ukázat, že úroveň CO₂ v atmosféře skutečně vzrůstá. Jeho zubatá křivka obsahu CO₂ se pak stala základem všech dalších diskusí o skleníkovém jevu a je dodnes považována za skleníkovou „ikonu“. Roční „zuby“ jsou způsobené lesy severní polokoule, které v teplé polovině roku využívají víc oxidu uhličitého.

I zde je nutné uvědomit si společenský rámec doby: zásadní objevy se odehrávaly zhruba mezi vypuštěním sovětského Sputniku a kubánskou krizí. Bylo to období studené války, která však překvapivě přála výzkumu atmosférického a oceánského proudění. K dalšímu zásadnímu momentu, tentokrát organizačního rázu, došlo v roce 1958, kdy první mezinárodní geofyzikální rok (IGY) silně podporovaný právě R. Revellem vůbec poprvé svedl dohromady interdisciplinární komunitu lidí zabývajících se atmosférou a oceánem. Geologové se poprvé v masivním měřítku sešli s matematiky, atmosférickými geochemiky a mořskými biology. V dnešní době aplikovaného výzkumu se zdá téměř neuvěřitelné, že Revelle dokázal přesvědčit americké vojenské námořnictvo, aby podporovalo především základní výzkum.

Motýli, celá hejna motýlů

Lewis Fry Richardson v roce 1922 navrhl matematický model, na jehož základě bylo možné – jak věřil – předvídat počasí. Rozdělil plochu pevniny na čtverce, které definoval teplotou a tlakem. Pak čtverec po čtverci propočítával pohyb vzdušných mas a teplot. To, co reálné počasí provedlo nad anglickým pobřežím během osmi hodin, počítal s tužkou v ruce tři týdny a výsledek byl hodně vzdálený realitě. Richardson si představoval, že jednou bude možné vytvořit dobře organizovanou kancelář – „forecast factory“ – se stovkami počtářů schopných předvídat počasí. Richardsonův neúspěch byl tak viditelný, že se do podobného experimentu dalšího čtvrtstoletí žádný meteorolog nepustil.

Teprve v roce 1946 navrhl John von Neumann, že by na předvídání počasí šly použít modely rozvíjené při studiu jaderných výbuchů, protože v obou případech šlo o rychle se měnící proudy látek. Neumann navrhl, aby se budoucí klimatický model netýkal jenom prosté předpovědi počasí na několik dní dopředu, ale znázornění globálního klimatu včetně monzunových a pasátových větrů. I v tomto případě bylo důležité, že výzkum počasí i jaderných zbraní byl koordinován stejnou organizací – americkou armádou a že námořnictvo bylo ochotné pustit se do základního výzkumu. Vedením výpočetního programu byl pověřen Jule Charney.

Polovinu času trávili matematici výměnou součástek složitého a neustále se přehřívajícího počítače. Dat bylo tolik, že bylo nutné zaokrouhlovat, což je víceméně subjektivní postup hodně závislý na matematické zkušenosti. Charneyovu týmu trvalo pět let, než stanovil alespoň hrubé rysy meteorologického výpočtu. Teprve v roce 1955 přišel Norman Phillips s něčím, co bylo možné nazvat obecným cirkulačním modelem (GCM). Následkem efektu „motýlího křídla“, kdy malé odchylky mají v silně nestabilním prostředí závažné důsledky, však příliš nefungoval. Praktický dopad „motýlího fenoménu“ byl značný, bylo nutné starat se i o velice drobné rozdíly v parametrech. Znamenalo to například, že v globální bilanci CO₂ se začalo kalkulovat i se zdánlivě okrajovými procesy, jako je ukládání uhlíku do půdy.

Zrození globální vědy

Při sestavování obrazu klimatického světa tak bylo nutné propojit velice rozmanitá povolání. Dalším milníkem teď už nejenom klimatologie, ale něčeho, co můžeme nazvat „globální vědou“, se v roce 1965 stala konference o „Příčinách klimatických změn“ v Boulderu v Coloradu. O dva roky později se rozeběhl program Globálního atmosférického výzkumu. Mezitím se změnila i společenská atmosféra. Jednou z roznětek nově se vytvářejícího environmentálního hnutí byla kniha Rachel Carsonové Tiché jaro (1962), ve které autorka varovala před používáním pesticidů a DDT.

Carsonová se v té době musela věnovat výchově svých neteří. Přesídlila na marylandský venkov a sama dostala rakovinu, které o dva roky později podlehla. V jejím psaní bylo cosi osobně naléhavého, co z knihy udělalo klasický titul. Byla to ale těžce vykoupená „klasika“. Na nemocnou Carsonovou se vrhl chemický průmysl i zemědělské firmy a snažily se zpochybnit její odbornost. Z tichého jara se stalo hlučné léto, jak tehdy psaly noviny. Rozumné, střízlivé vystoupení v televizním pořadu, kde byla konfrontovaná se zástupcem chemické společnosti, způsobilo celonárodní obrat a posléze vedlo k založení Federální vládní agentury pro životní prostředí.

Tady, někdy v letech 1965–1967, se snad můžeme pro tuto chvíli zastavit, protože zde leží určité mentální rozhraní, před kterým je skleníkový jev hlavně vědou, zatímco po něm se stále víc uplatňuje jako mediální a politické téma. Nicméně i ze stručného historického přehledu je snad zjevné, že tzv. mediální otázky o povaze skleníkového jevu a klimatickém vlivu naší civilizace byly kladeny již v 19. století, dávno předtím, než se na téma zaměřily sdělovací prostředky.

Dalším zajímavým rysem skleníkového příběhu je klíčová role americké armády, bez které by ještě dlouho nedošlo k vzniku velké klimatologie globálních změn. Prakticky všichni klasici skleníkového jevu vedli neobvyklý, barvitý život, často na rozhraní vědy a filozofie či vědy a umění. Prakticky ve všech případech to byli umanutí, okouzlení lidé s renesančním přesahem stojící před nějakým tušeným tajemstvím.

O globalizaci jako ekonomickém nástroji, který umožňuje ovládat vzdálené trhy, se mluví – zejména v USA – zhruba od roku 1975, po první energetické krizi. Ve skutečnosti se zdá, že to nebyli ekonomové, ale vědci a mezi nimi hlavně klimatologové, kteří jako první začínali uvažovat o celé planetě v propojeném globálním měřítku.