mff2024mff2024mff2024mff2024mff2024mff2024
i

Aktuální číslo:

2024/2

Téma měsíce:

Faleš

Obálka čísla

Jsme na počátku zrychleného oteplování?

 |  5. 2. 2024
 |  Vesmír 103, 110, 2024/2

Někteří klimatologové jsou přesvědčeni, že ano. Jiní o tom pochybují. To, že skleníkové plyny mohou být odpovědné za globální oteplování, bylo objeveno již před více než sto padesáti lety. Převážně opačné působení atmosférických aerosolů bylo postupně odhalováno až během posledních šedesáti let. Antropogenně produkované aerosoly donedávna kompenzovaly přes třetinu vlivu skleníkových plynů. Díky zvýšené péči o čistotu ovzduší se však nyní dostává do atmosféry podstatně méně aerosolů. Zároveň roste produkce skleníkových plynů, proto jsou obavy ze zvýšené rychlosti oteplování opodstatněné.

Globální oteplování je nesporně jedním z největších nebezpečí pro civilizaci i biodiverzitu na Zemi. Hlavní pozornost je v této souvislosti právem věnována skleníkovým plynům, zejména oxidu uhličitému a metanu. Ve hře jsou však ještě další radiační působení (obr. 1). Předpověď dlouhodobého vlivu zvýšené koncentrace CO2 na oteplování pochází z roku 1856 a potvrdily ji pokusy a výpočty v druhé polovině 19. století. [2] Naproti tomu profesionální zájem o klimatický vliv aerosolů se rozvinul teprve v sedmdesátých letech minulého století. Zda aerosoly v ovzduší způsobují oteplování, nebo ochlazování, bylo po řadu let předmětem diskusí. Jedním z důvodů byla skutečnost, že některé složky aerosolů přispívají k oteplování (černý uhlík) a jiné (sulfáty a nitráty) k ochlazování (tab. I). Časová a prostorová proměnlivost koncentrace a složení atmosférických aerosolů jejich studium rozhodně neulehčují. Reid Bryson (1920–2008), meteorolog z Wisconsinské univerzity, byl pravděpodobně první, kdo v roce 1968 jednoznačně rozpoznal sumární ochlazovací efekt aerosolů (je ovšem překvapující, že tehdy pochyboval o rozhodujícím významu antropogenního CO2). Klimatologové nyní rychle dohánějí zkoumání nedoceněného významu aerosolů. Počet publikací na toto téma vzrůstá exponenciálně. V roce 2000 vyšlo 209 odborných publikací na téma aerosoly a klima, v roce 2022 jich bylo 1791. A ani výzkum v naší republice nezůstává pozadu [4].

Významné role aerosolů si byl velice brzy vědom také James Hansen, profesor klimatologie a ředitel programu Climate Science, Awarness and Solutions na Kolumbijské univerzitě v New Yorku. Hansen je i neprofesionální veřejnosti znám jako neúnavný popularizátor, který znovu a znovu varuje před globálním oteplováním způsobeným spalováním fosilních paliv. Když 23. června 1988 vystoupil před Výborem pro energii a přírodní zdroje amerického Senátu, prohlásil, že globální oteplování je na 99 % způsobeno skleníkovými plyny uvolněnými člověkem, nikoliv přirozenými výkyvy. Mnoha lidem to tehdy otevřelo oči. Situace je ovšem složitější. V dnes již klasickém článku „Slunce a prach versus skleníkové plyny“, publikovaném v časopise Nature v roce 1990, James Hansen a Andrew Lacis poprvé zmínili metaforu „faustovská dohoda“ – antropogenní aerosolové znečištění ovzduší omezuje globální oteplování odrážením slunečního záření zpět do vesmíru. O rozsahu chladicího působení aerosolů si můžeme udělat představu na základě diagramu (obr. 2), který pochází z velice obsáhlého článku Hansena a jeho spoluautorů [5].

Dnes víme, že celkové antropogenní působení aerosolů na energetickou bilanci Země je negativní, tedy zmírňující globální oteplování. Nejdůležitějším mechanismem negativního radiačního působení aerosolů je tvorba kondenzačních jader pro mraky – více jader znamená menší kapičky v mracích, a tedy světlejší (s albedem 40– 90 %) a déle trvající mraky (obr. 1). Antropogenní aerosoly do určité míry kompenzují, a tedy maskují pozitivní radiační působení antropogenních skleníkových plynů (viz [2]. Splatnost faustovského dluhu se ale přiblížila. Snižováním zdraví škodlivého znečištění ovzduší se snižuje ochranná klimatická funkce atmosférických aerosolů. Na rozdíl od CO2, který zůstává v atmosféře po staletí, životnost aerosolů trvá jen týdny a měsíce (v závislosti na výšce v atmosféře). Vedle stoupající koncentrace skleníkových plynů je zde tedy další faktor zvyšující energetickou nerovnováhu Země, a tím i rostoucí rychlost globálního oteplování. Souběžně s redukcí antropogenních aerosolů stoupá produkce a celkové energetické působení skleníkových plynů, které se nyní zvyšuje rychlostí 0,05 Wm–2 za rok a dosahuje hodnoty 4,2 Wm–2 jako rozdílu mezi rokem 1750 a 2023 [6].

Z hlediska ochlazování klimatu jsou nejdůležitější složkou aerosolů sírany. Po odsíření emisí tepelných elektráren se jedním z nejvýznamnějších zdrojů oxidů síry stala zaoceánská lodní doprava (tankery, trajekty a kontejnerové lodě). K prvnímu snížení emisí oxidů síry mezinárodní lodní dopravou došlo od 1. ledna 2015 a s platností od 1. ledna 2020 už nesmějí být v lodní dopravě používána paliva s obsahem síry větším než 0,5 %. Emise oxidů síry nad oceány se snížily o více než 50 %.

Důležité termíny

Aerosoly — směsi nepatrných pevných nebo kapalných částic (0,001 až 10μm) v atmosféře. Podílejí se na radiační bilanci atmosféry buď přímo, rozptylem a absorpcí záření, nebo nepřímo, tvorbou kondenzačních jader mraků. Nejdůležitější aerosoly v atmosféře představují sulfáty, nitráty, minerální prach, organický aerosol a černý uhlík (saze). Stratosférické aerosoly jsou především produktem sopečné činnosti. Přirozeným zdrojem troposférických aerosolů je mořská tříšť, prach z pouští a částice z přírodních požárů. Troposférické aerosoly jsou dnes z největší části výsledkem průmyslových aktivit, dopravy, antropogenních požárů a změn povrchu krajiny (odlesňování, orba).

Albedo — poměr odraženého slunečního záření a záření dopadajícího na povrch; obvykle vyjadřován v procentech nebo jako desetinná čísla na škále 0–1.

Citlivost klimatu (climate sensitivity) — změna roční průměrné globální povrchové teploty v reakci na změnu koncentrace CO2 nebo jeho ekvivalentu v atmosféře.

Rovnovážná citlivost klimatu (equilibrium climate sensitivity, ECS) — je definována jako ustálená změna roční průměrné globální teploty povrchu v důsledku zdvojnásobení koncentrace atmosférického CO2 nebo jeho ekvivalentu. Je-li za výchozí hodnotu považována předindustriální koncentrace CO2 (přibližně 280 ppm), pak bez radikálních opatření dosáhneme její dvojnásobné hodnoty (560 ppm) v polovině našeho století. Výsledné zvýšení teploty bylo v sedmdesátých letech odhadnuto ve zprávě Národní akademie věd Spojených států amerických na 1,5–4,5 °C. Stejné rozpětí hodnot je obvykle považováno za správné i dnes. K hodnotě podstatně vyšší (4,8 °C ±1,2 °C) dospěli nedávno na základě paleoklimatických dat J. E. Hansen a jeho spolupracovníci [5].

Citlivost zemského systému (Earth system sensitivity, ESS ) — dlouhodobá citlivost klimatu (řádově stovky tisíců let) zahrnuje dlouhodobé zpětné vazby vyvolané změnami ledového příkrovu, vegetace a globálního cyklu uhlíku.

El Niño — součást nepravidelně periodického kolísání větrů a povrchových teplot moře v tropické oblasti východního Tichého oceánu, které ovlivňuje klima na celé planetě. Fáze oteplování moře, zejména ve východním Pacifiku, je známá jako El Niño a fáze ochlazování jako La Niña. El Niño je doprovázeno vysokým přízemním tlakem vzduchu v tropickém západním Pacifiku a La Niña tendencí opačnou. Obě období trvají pokaždé několik měsíců a obvykle se objevují jednou za 2–7 let s různou intenzitou. Nedávné El Niño situace (1982–1983, 1997–1998, 2015–2016) byly klasifikovány jako velice silné (super El Niño). Současné El Niño (2023–2024) je zatím považováno za mírné či průměrné.

Energetická nerovnováha Země (Earth’s energy imbalance, EEI) — rozdíl mezi energií, kterou Země přijímá ze Slunce, a energií, kterou Země odráží a vyzařuje zpět do vesmíru. Pozitivní energetická nerovnováha znamená, že Země energii získává a v důsledku toho dochází k jejímu oteplování. EEI byla v prvním desetiletí tohoto století odhadována na +0,6 Wm–2. V současném desetiletí je odhadována na +1,37 Wm–2. Přepočteno na celou planetu je to přibližně 35krát více než veškerá energie užívaná v současnosti lidstvem [6].

Radiační působení (radiative forcing) — veličina udávající změnu energetické bilance klimatického systému Země, např. vlivem změny koncentrace skleníkových plynů, vlivem změny slunečního záření nebo vlivem změny albeda zemského povrchu. V odborných studiích je radiační působení udáváno jako změna toku energie (vstupující minus vystupující) v tropopauze, tedy na hranici troposféry a stratosféry. Obvykle je vyjádřeno ve wattech na metr čtvereční zemského povrchu (Wm–2). Pokud není uvedeno jinak, všechny povrchové a troposférické podmínky jsou pro výpočty považovány za neměnné.

Efektivní radiační působení — představuje výpočet změny radiačního toku po krátkodobém (obvykle sezonním nebo kratším) přizpůsobení atmosférické teploty, vodní páry a mraků (tropospheric adjustment), ale beze změny globální průměrné povrchové teploty, teploty oceánů a plochy mořského ledu. Výsledkem je lepší predikce konečné teplotní reakce. Kladné radiační působení vede k oteplení zemského klimatu, záporné radiační působení vede k jeho ochlazování. V literatuře udávané hodnoty jsou většinou vztahovány k preindustriální době okolo roku 1750.

Teplotní anomálie — udává, o kolik byl zemský povrch v daném časovém intervalu teplejší než průměrná teplota v referenčním období, např. proti letům 1880–1920.

Hansen a jeho spolupracovníci jsou přesvědčeni, že všeobecný úbytek atmosférických aerosolů se již projevil a globální oteplování se urychluje. Jednou z indikací je recentní změna radiační bilance Země, která je od počátku tohoto století měřena v projektu CERES (Clouds and Earth’s Radiation Energy System). Recentní vzrůst absorbovaného slunečního záření (obr. 3) je Hansenem a jeho spolupracovníky interpretován jako pokles albeda zemské atmosféry o 0,4 %. Zdá se to jen jako nepatrný rozdíl, ale odpovídá to náhlému zvýšení atmosférického CO2 z 420 ppm na 525 ppm. Albedo je ovšem také snižováno úbytkem plochy mořského ledu, který je způsoben vzrůstající teplotou – jeden z příkladů destabilizující zpětné vazby.

Není překvapivé, že podle klimatického modelu Hansena a jeho spolupracovníků můžeme očekávat, že výsledkem je zrychlené globální oteplování. Zatímco v období 1970–2010 byla rychlost globálního oteplování 0,18 °C za desetiletí, nyní můžeme očekávat zvýšení o 50 až 100 procent, tedy 0,27 až 0,36 °C za desetiletí (hranice žluté plochy v obr. 5). Pokud nedojde k radikálnímu snížení produkce skleníkových plynů, překročí měsíční průměry globálního oteplování 2 °C před rokem 2040. Zda jde skutečně o zrychlené oteplování, zpochybnil jeden z nejznámějších současných klimatologů Michael Evan Mann, profesor na Pensylvánské univerzitě [7]. Podle Manna je skutečnost dostatečně špatná i bez zrychleného oteplování. Řada nedávných měření a výpočtů je ale v souladu se závěry Hansenova týmu [8–10]. Nad severním Atlantikem a Tichým oceánem skutečně dochází k poklesu celkové oblačnosti, k poklesu albeda, a tedy k výraznějšímu oteplení. Nejistota klimatických předpovědí je vždy dosti vysoká. (Zásadním nedostatkem je, že stále ještě postrádáme soustavné monitorování globálního aerosolového působení.) Definitivní odpověď na sebe ale nenechá dlouho čekat.

Podstatné snížení produkce skleníkových plynů je nutným cílem. Jsou ale ještě nějaké jiné možnosti, jak lze napravit energetickou bilanci Země? Významný běloruský klimatolog Michail I. Budyko (1920–2001) uvažoval již v roce 1974 o možnosti zvýšení albeda vstřikováním aerosolů do stratosféry. Tato idea, která dnes spadá do oblasti zvané „solární geoinženýrství“, výrazně ožila v posledních deseti letech. Stále častěji se vyskytují úvahy, že solární geoinženýrství bude jediným reálným způsobem, jak zachránit arktický ledový příkrov. O možnosti dočasného řízení slunečního záření (SRM, solar radiation management) uvažují i Hansen a jeho spolupracovníci [5].

Již delší dobu je známo, že sopečné stratosférické mraky způsobují ochlazování klimatu. Jelikož jsou tyto mraky produkovány především oxidem siřičitým (SO2), zdá se být tento plyn vhodným pro umělou úpravu klimatu. Navrhované vstřikování oxidu siřičitého do atmosféry je ale předmětem velice vyhraněných diskusí [11, 12]. Je to opět Michael Mann, kdo je zásadně proti (např. v knize The New Climate War, která nedávno vyšla v českém překladu). Rizik spojených s tvorbou sulfátových mraků je řada. Mimo jiné změny klimatického systému, které způsobí sucha v Africe a Asii, úbytek ozonu v stratosféře, kyselé srážky a acidifikace oceánů či drastické oteplení v případě náhlého ukončení importu aerosolů do atmosféry (termination shock). Použití mořské soli by mohlo být méně riskantní. Navržen byl také diamantový prach a prach z uhličitanu vápenatého. Ještě by bylo také potřeba domyslet aspekty sociální a geopolitické. V žádném případě by ale řízená modifikace albeda atmosféry neměla být náhradou za podstatné snížení produkce skleníkových plynů. Mírného pokroku bylo dosaženo na klimatické konferenci COP 28 v Dubaji, pořádané OSN. Do závěrečného prohlášení se konečně dostal termín fosilní paliva. Klimatologové však nejsou ani zdaleka spokojeni (zde se Hansen a Mann naprosto shodují). Zcela oprávněně se dožadují konkrétnějších a zavazujících rozhodnutí. 

Literatura

Foster P. M. et al.: Indicators of global climate change 2022. Earth System Science Data 15, 2295–2327, 2023, DOI: 10.5194/essd-15-2295-2023.

[2] Rejmánek M.: Globální oteplování, změny krajin a ztráty biodiverzity. Živa 68, 210–214, 2020/5.

[3] Haywood J.: Atmospheric aerosols and their role in climate change. In: T. M. Letcher (ed.): Climate Change, Elsevier 2021, s. 645–659.

[4] Novotný V. et al.: Exkurze do světa atmosférického aerosolu. Vesmír 101, 244, 2022/4.

[5] Hansen J. E. et al.: Global warming in the pipeline. Oxford Open Climate Change 3, kgad008, 2023/1, DOI: 10.1093/oxfclm/kgad008.

[6] Hansen J. et al.: How we know that global warming is accelerating and that the goal of the Paris agreements is dead. Sdělení z 10. listopadu a 14. prosince 2023. http://www.columbia.edu/~jeh1.

[7] Mann M.: Comments on new article by James Hansen. Sdělení z 1. listopadu 2023. https://michaelmann.net/content/ comments-new-article-james-hansen.

[8] Quaas J. et al.: Robust evidence for reversal of the trend in aerosol effective climate forcing. Atmospheric Chemistry and Physics 22, 12221–12239, 2022, DOI: 10.5194/acp-22-12221-2022.

[9] Li Z. et al.: Recent acceleration in global ocean heat accumulation by mode and intermediate waters. Nature Communications 14, 6888, 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-42468-z.

[10] Samset B. H. et al.: Steady global surface warming from 1973 to 2022 but increased warming after 1990. Communications Earth & Environment 4, 400, 2023, DOI: 10.1038/s43247-01061-4.

[11] Lee W. R. et al.: Quantifying efficiency of stratospheric aerosol geoengineering at different altitudes. Geophysical Research Letters 50, e2023GL104417, DOI: 10.1029/2023GL104417.

[12] Wieners C. E. et al.: Solar radiation modification is risky, but so is rejecting it: a call for balanced research. Oxford Open Climate Change 3, kgad002, 2023/1, DOI: 10.1093/oxfclm/kgad002.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Klimatologie

O autorovi

Marcel Rejmánek

RNDr. Marcel Rejmánek (*1946) vystudoval Přírodovědeckou fakultu UK v Praze. V letech1979–1983 byl vedoucím Biomatematického střediska ČSAV v Českých Budějovicích. Nyní pracuje jako profesor ekologie na Kalifornské univerzitě v Davisu, zabývá se biologickými invazemi a dynamikou tropických lesů.
Rejmánek Marcel

Doporučujeme

Pravá faleš, nebo falešná pravda

Pravá faleš, nebo falešná pravda uzamčeno

Halina Šimková, Jan Strojil  |  5. 2. 2024
Žádná společnost na světě nemá tolik prostředků či energie, aby dokázala efektivně bojovat proti všem podezřením z ohrožení. Používáme proto...
Koho balamutí tořiče

Koho balamutí tořiče uzamčeno

Jiří Sádlo  |  5. 2. 2024
Vstavačovité tořiče, rod Ophrys, jsou hodně složité a osobité. Dlouho se ví a říká, že klamou své hmyzí opylovače. Méně se připouští, že...
20 let s grafenem

20 let s grafenem uzamčeno

Jan Kunc  |  5. 2. 2024
Grafen, dvoudimenzionální alotrop uhlíku, vyvolal velkou vlnu pozornosti v roce 2004. Jak se tento význačný vědecký směr formoval, jaké byly jeho...