Kryzys klimatyczny. Ziemia się nagrzewa i nie ma wątpliwości dlaczego. Ściągawka dla sceptyków

To wzrost zawartości gzów cieplarnianych w atmosferze jest powodem obecnego globalnego ocieplenia. A rozliczne dowody pokazują jednoznacznie, że to ludzkie emisje są przyczyną tego wzrostu.

A jeśli ktoś mówi, że „nie zna żadnych dowodów na to, że to emitowane przez nas gazy cieplarniane odpowiadają za globalne ocieplenie”? Cóż, wystawia sobie świadectwo. Bo to oznacza tylko jedno – że ON NIE ZNA tych dowodów, mimo że są łatwo dostępne i pochodzą z wielu niezależnych pomiarów i obserwacji.

Rysunek 1: Odchylenie średniej temperatury powierzchni Ziemi od średnie z lat 1951-1980. Zobacz również film pokazujący zmiany średniej temperatury powierzchni Ziemi od roku 1850 do 2018. Rekonstrukcję przygotował zespół Berkeley Earth.

Najwięcej gazów cieplarnianych w atmosferze od milionów lat

Rysunek 2: Wykres koncentracji dwutlenku węgla w ostatnich 800 000 lat, dane z poszczególnych źródeł (pomiary paleoklimatyczne i instrumentalne) skompilowane przez EPA.

Ten spektakularny wzrost koncentracji CO2 jest przede wszystkim wynikiem emitowania go przez ludzkość do atmosfery przy okazji spalania węgla, ropy i gazu (patrz Mit: Dwutlenek węgla emitowany przez człowieka nie ma znaczenia).

Nasze emisje CO2 stanowią stałą nadwyżkę, zwiększającą ilość węgla w całym cyklu węglowym – a i tak jedynie około połowy naszych emisji pozostaje w atmosferze (prawie całość na tysiące lat w szybkim cyklu węglowym). Można też dodać, że za pomocą pomiarów satelitarnych bezpośrednio obserwujemy, gdzie źródła emisji się znajdują (patrz Satelitarne obserwacje stężeń, źródeł emisji i miejsc pochłaniania CO2).

Przekrojowe podsumowanie zgodności obserwacji z różnymi potencjalnymi przyczynami obserwowanego wzrostu stężenia CO2 w atmosferze pokazuje rysunek 3.

Rysunek 3. Zestawienie obserwowanych zjawisk z potencjalnymi przyczynami obserwowanego wzrostu stężenia dwutlenku węgla. Zielone pola oznaczają zjawiska, których zgodnie z prawami fizyki powinniśmy się spodziewać przy działaniu określonego czynnika, czerwone pola to zjawiska, które nie powinny być obserwowane. Pola szare – nie dotyczy. Szczegółowy opis można znaleźć w książce „Nauka o klimacie”.

Zaburzony bilans energetyczny planety

Ziemia otrzymuje energię od Słońca, przede wszystkim w postaci promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni, sama zaś wypromieniowuje ją w kosmos w dalekiej podczerwieni (dokładniej przeczytasz o tym w tekście Efekt cieplarniany - jak to działa).

W stabilnym stanie klimatycznym ilość energii pochłanianej i emitowanej przez planetę z definicji muszą się równoważyć. Tymczasem w ostatnich dekadach mierzymy za pomocą satelitów, że z Ziemi w przestrzeń kosmiczną ucieka coraz mniej promieniowania. Co więcej, widzimy, że zjawisko to ma miejsce dla tych długości fal, które są absorbowane przez gazy cieplarniane, których koncentracje podwyższamy (dwutlenek węgla, metan i in.).

Wynik ten został potwierdzony przez dane z wielu różnych satelitów (patrz m.in. Harries i in., 2001, Chen i in., 2006, Allan i in., 2014, Brindley i Banges, 2016). To bezpośrednia obserwacja znaczącego nasilenia się efektu cieplarnianego Ziemi.

Rysunek 4. Zmiana w temperaturze emisyjnej będącej miarą uciekającego z Ziemi promieniowania długofalowego pomiędzy rokiem 1970 a 1997 (pomiary te zostały potwierdzone przez wiele innych satelitów). Jak widać, zmiana ma wartości ujemne, zwłaszcza długościach fal odpowiadających pasmom absorpcji gazów cieplarnianych, których koncentracja w atmosferze w tym okresie wzrosła. Oznacza to spadek natężenia promieniowania wydostającego się z atmosfery w przestrzeń kosmiczną (Harries i in., 2001), czyli wzrost energii pozostającej w systemie klimatycznym. Korzystając z prostej analogii: zaizolowana część budynku na zdjęciu termowizyjnym będzie mieć niższą temperaturę od nieocieplonej.

Fakt, że mniej energii ucieka w przestrzeń, jest potwierdzony przez pomiary prowadzone na powierzchni Ziemi, np. obserwatoriach ARM. Wyniki jednoznacznie pokazują, że wzrasta natężenie promieniowania podczerwonego wracającego do powierzchni Ziemi z atmosfery, zgodnie z tym, czego spodziewamy się w rezultacie działania wzmocnionego efektu cieplarnianego (Feldman i in., 2015 [pełna wersja]).

Akumulowanie się energii w ziemskim systemie klimatycznym

Skoro ziemski system klimatyczny opuszcza mniej energii niż do niego dociera, możemy spodziewać się kumulowania się w nim energii, czyli ogrzewania się.

Obserwacje pokazują, że tak się dzieje (Wild i in., 2017), a 93 proc. całości nadwyżki energii gromadzącej się w ziemskim systemie klimatycznym trafia do oceanów – ich energia termiczna rośnie w tempie 1,1·1022 J rocznie (Palmer 2017).

Dlaczego nadwyżka energii gromadzi się przede wszystkim w oceanie, a nie w atmosferze? Masa atmosfery jest około 300 razy mniejsza niż masa oceanu, a pojemność cieplna 1200 razy mniejsza. Dzięki temu, wykorzystując tysiące autonomicznych boi pomiarowych systemu ARGO, mierzących temperatury wody w oceanach na różnych głębokościach, możemy monitorować dokładnie wzrost energii zawartej w systemie klimatycznym.

Jak szybki to wzrost? Najlepiej wyobrazić to sobie na przykładzie: gdybyśmy nagrzewali oceany za pomocą detonacji bomb atomowych, takich jak ta zrzucona na Hiroszimę w 1945 roku (o mocy 15 kiloton ekwiwalentu trotylu), to musielibyśmy detonować cztery takie bomby co sekundę, czyli blisko pół miliona dziennie.

Rysunek 5. Oszacowanie bilansu energetycznego oceanu względem okresu bazowego 1958–1962. Znaczniki wulkanów na dole oznaczają wielkie erupcje wulkaniczne, które wyrzucając do atmosfery wielkie ilości blokujących promieniowanie słoneczne aerozoli siarczanowych, przez 2-3 lata spowalniały gromadzenie się energii w systemie klimatycznym.. Nierównowaga radiacyjna, oszacowana za pomocą pomiarów satelitarnych na szczycie atmosfery (pomnożona przez czynnik 0,93 dla uwzględnienia części energii trafiającej do oceanów) i dopasowana wartością do zmian energii w oceanach w okresie 2013-2014 zaznaczona jest żółtą linią. Szare linie kreskowane pokazują 95 proc. przedział ufności (Cheng i in., 2017).

Ziemia się nagrzewa. I wiemy dlaczego

Z jednej strony obserwujemy z ponad atmosfery zaburzenie bilansu radiacyjnego planety, związane z utrudnieniem wypromieniowywania Ziemię energii w kosmos, (rysunek 4), co jest bezpośrednim skutkiem wzrostu koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze.

Z drugiej strony obserwujemy akumulację energii wewnątrz ziemskiego systemu klimatycznego (rysunek 5). Jak się ma jedno do drugiego? Można to zobaczyć na ilustracji 2, na której żółta linia pokazuje 93% mierzonej za pomocą pomiarów satelitarnych nierównowagi radiacyjnej planety (co odpowiada akumulacji ciepła w oceanie).

Jednym słowem

A rozliczne dowody pokazują jednoznacznie, że to ludzkie emisje są przyczyną tego wzrostu.

To, że to gazy cieplarniane są przyczyną ocieplenia możemy potwierdzić też za pomocą szeregu innych badań. Opisane wyniki zmian promieniowania są z bardzo wysoką dokładnością zgodne z tym, co przewiduje fizyka w związku ze wzrostem stężeń gazów cieplarnianych.

Obserwujemy też, że ogrzewaniu się troposfery towarzyszy ochładzanie się górnych warstw atmosfery i spadek ich grubości. Trzeba podkreślić, że ocieplenie powierzchni Ziemi związane z gazami cieplarnianymi ma swoją unikalną sygnaturę.

Inne potencjalne przyczyny ocieplenia, takie jak wzrost aktywności słonecznej, zmiana aktywności wulkanów, promieniowanie kosmiczne czy wewnętrzne przepływy energii w ziemskim systemie klimatycznym (między oceanami a atmosferą) miałyby inne sygnatury, których nie obserwujemy.

Podobnie jak wcześniej dla przyczyn wzrostu koncentracji CO2, przeprowadźmy podsumowanie zgodności obserwacji z różnymi potencjalnymi przyczynami obserwowanego wzrostu temperatury.

Rysunek 6. Zestawienie obserwowanych zjawisk z potencjalnymi przyczynami ocieplania się klimatu. Zielone pola oznaczają zjawiska, których zgodnie z prawami fizyki powinniśmy się spodziewać przy działaniu określonego czynnika, czerwone pola to zjawiska, które nie powinny być obserwowane. Pola szare – nie dotyczy. Szczegółowy opis można znaleźć w książce „Nauka o klimacie”.

W tym krótkim artykule przedstawiliśmy tylko niektóre dane pokazujące antropogeniczną naturę globalnego ocieplenia. Jest ich dużo więcej, a zainteresowanych zapraszamy do zapoznanie się z nimi w książce „Nauka o klimacie”.

Autor: Marcin Popkiewicz, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

Tekst został opublikowany na portalu naukaoklimacie.pl