Klimatické zmeny

(krátená prednáška “STRUČNE O TEÓRII KLIMATICKÉHO SYSTÉMU ZEME, NAJMÄ V SÚVISLOSTI SO ZMENAMI KLÍMY” Prof. RNDr. Milan Lapin, CSc.,)

Klimatické zmeny sú jednou z hlavných výziev súčasnosti na celom svete. Snáď niet krajiny, kde by sa zmena klímy neprejavila. Pod pojmom klíma a klimatické pomery alebo podmienky je klíma alebo pod­nebie, dlhodobý režim poča­sia.  WMO  (Svetová meteorologická organizácia) považuje za dlhodobý režim najmenej 30-ročné obdobie, pričom obdobie 1961-1990 je teraz štan­dardné normálové obdobie (charakteristiky klímy z tohto obdobia sa používajú na medzinárodné porovnávanie klimatických pomerov na celej Zemi). Klíma je tiež štatistický súbor stavov úplné­ho klimatického systému Zeme (KSZ), ktorým pre­chádza počas dlhších období. KSZ sa skladá z atmosféry, hydrosféry (voda na Zemi), kryosféry (sneh a ľad na Zemi), litosféry (horné vrstvy zemskej kôry), biosféry (živé organizmy na Zemi) a noosféry (aktivity človeka).

Vysvetlenie pojmov:

Klimatológia je veda o súvislostiach a príčinách vzniku určitých klimatic­kých pomerov alebo pod­mienok a o ich zmenách, o vplyvoch klímy na objekty činnosti človeka a naopak. Poznanie teórie fun­govania KSZ je nutnou pod­mienkou vedeckej analýzy klimatických pomerov. Pod vedeckou analýzou rozumieme predovšetkým korektnú fyzikálnu a štatistickú interpretáciu. Meteorológia je pre­važne veda o okamžitom stave KSZ, inak aj veda o procesoch v zemskej atmosfére, jednou z jej úloh je prognóza počasia na ob­dobie do 10 dní, rieši však s klimatológiou veľa spoločných problémov. O klimatických pomeroch hovoríme vtedy, ak ide o všeobecnú charakteristiku pod­nebia da­nej loka­lity alebo územia.  Ak máme na mysli vzťah podnebia k nejakému predmetu ľudskej činnosti alebo k ekosystémom, používame zväčša pojem klima­tické podmienky. Pojmy a fakty súvisiace so zmenami a premenlivosťou klímy sa často dostávajú do centra pozornos­ti, najmä v obdobiach s výskytom rôznych krátkodobých anomálii počasia v porovnaní s dlhodobými priemermi. Vzhľa­dom na to, že laická (niekedy aj odborná) verejnosť nemá prehľad o dostupných dlhodobých klimatic­kých priemeroch a o charakteristikách premenlivosti klímy, za extrémy sa nieke­dy považujú prí­pady poča­sia s pomerne častým prie­merným výskytom (aj častejšie ako raz za 10 ro­kov). Nezriedka sa miešajú dohromady zmeny klímy v dlhých geologických obdobiach Zeme (za tisí­ce až milióny rokov) so zmenami za krátke (menej ako 30-ročné) obdobia, ktoré majú odlišné príčiny vzniku.

Spoločenstvá ekosystémov a nakoniec aj ľudské aktivity sa počas posledných 10 tis. rokov (od konca poslednej ľadovej doby) adaptovali na určité klimatické pomery (aj na priemer a aj na premen­livosť). Každá zmena klimatických pomerov znamená novú adaptáciu pre ekosystémy a človeka. Ak je zmena rýchlejšia v porovnaní so zmenami v minulosti (ak ju ekosystémy nemajú vo svojej genetic­kej pamäti) dochádza k ich nestabilite. Nová rovnováha v ekosystémoch sa môže vytvoriť aj po niekoľ­kých storočiach. Skúsenosti naznačujú, že aj ľudské aktivity sa adaptujú na nové klimatické pomery iba pomaly. Dané je to aj tým, že niektoré adaptačné procesy sú veľmi náročné aj časovo a aj finančne (napríklad: stravovanie a bývanie, ale aj zmeny v poľnohospodárstve, lesnom a vodnom hos­po­dárstve, protipovodňových a závlahových systémoch musia byť rozložené na viac desaťročí).

Zmeny klímy – tento termín sa v minulosti používal pre všetky zmeny súvisiace s klímou (teraz už len pre prirodzené zmeny klímy). Zmeny klímy pri­ro­dzeného charakteru sú najmä zmeny v minu­lých geologických dobách Zeme (milióny až stovky milió­nov rokov), ľadové doby (desaťtisíce až mi­lióny ro­kov), iné zmeny (stovky rokov), nie­kedy aj nízkofrekvenčné kolí­sanie klímy (desiatky rokov).

Premenlivosť klímy – klimatické pomery charakterizujeme stredovými, rozptylovými, trendo­vými a cyk­lickými charakteristikami. Rozptylové charakteristiky reprezentujú premenlivosť (variabilitu) klímy (smerodaj­ná odchýlka, iné charakteristiky distribučnej krivky (pravdepodobnosť prekročenia za 10, 50, 100 rokov…), inter­sekvenčná pre­menlivosť (medzidenná, medziročná…) a i.). Premenlivosť klímy môžeme spočítať aj pre dlhšie časové obdobia ako jeden rok, ako aj pri použití rôzne dlhých časových období pre hod­noty vstupných údajov spracova­nia (od 10 minút do 30 rokov).

Kolísanie klímy – prirodzené kolísanie klimatických charakteristík je dané predovšetkým slnečným žiarením (ročný chod, 11-ročný cyklus…), iné cykly súvisia s cykličnosťou niektorých klimato­tvor­ných procesov (napr. QBO (asi 2 roky), ENSO, El Niňo (2 až 7 rokov), NAO – severoatlatická oscilá­cia), okrem roč­ného chodu sú u nás všetky vyjadrené veľmi slabo, cyklus štvrtohorných ľadových dôb má periódu okolo 100 tis. rokov, za nízkofrekvenčné cykly sa po­važuje kolísanie s periódou dlhšou ako 11 rokov. Všetky dlhšie cykly sa obtiažne identifikujú v časových radoch pozorovaní.

Pod pojmom “zmena klímy” rozumieme iba tie zmeny v klimatických pomeroch, ktoré súvisia s an­tro­pogénne podmieneným rastom skleníkového efektu atmosféry od začiatku priemyselnej revolúcie (asi 1750 r. n.l., ak sa dajú odlíšiť od prirodzených zmien). Od konca poslednej doby ľadovej do roku 1750 sa menila koncentrácia tzv. skleníkových ply­nov (GHGs) v atmosfére iba nepatrne, odvtedy sa zrýchľuje prírastok všetkých GHGs v at­mosfére okrem vodnej pary (H2O). Úplne novými GHGs sú freóny a halóny (po roku 1930). Pod pojmom skleníkový efekt atmosféry rozumieme sumu dôsled­kov GHGs (inak aj ra­diačne aktívnych plynov) v atmo­sfére, ktoré absorbujú tepelné vyžarovanie Zeme, zohrievajú časť atmosfé­ry kde sa na­chádzajú a silnej­ším spätným vyžarovaním atmosféry me­nia bilanciu tepelného žiarenia na povrchu Zeme. Tak sa stabilizuje určitá priemerná teplota vzduchu v prízemnej vrstve Zeme (teraz je to asi +15 °C, prirodzený skleníkový efekt atmosféry predstavuje zvýšenie teploty prízemnej vrstvy atmosféry na Zemi o 33 °C, bez neho by sme tu mali –18 °C).

Radiačne aktívne (skleníkové) plyny

V atmosfére sa nachádzajú viaceré plyny, ktoré majú tri základné vlastnosti – radiačnú aktív­nosť, prie­storové rozloženie a dobu zotrvania. Pod pojmom radiačne aktívne plyny (GHGs) rozumie­me absor­pciu žiare­nia nejakej dôležitej časti spektra vlnovej dĺžky (v KSZ je to od 0,1 do 100 mm s prioritou vlnovej dĺžky od 0,2 do 15 mm). Detaily absorpčných čiar a pásov jednotlivých GHGs je možné jed­noducho zmerať aj laboratórne. Priestorové rozloženie vodnej pary (najdôležitej­šieho z GHGs) je na Zemi krajne nerovnomerné. Súvisí to trochu aj s relatívne krátkym prie­merným časom zotrvania mo­lekuly vodnej pary v atmosfére (okolo 8 dní), no najmä so závislosťou od teploty vzduchu. To spôso­buje, že viac ako 80% vodnej pary sa na­chádza v ekvatoriálnom a tropickom pásme Zeme, v zimných polárnych podmienkach je nad kontinentmi v okolí polárnych kruhov iba 1% z abso­lútnej vlhkosti vzduchu (v g.m-3) v nízko ležiacich najvlhších ekvatoriálnych oblas­tiach Zeme (0,3 a 30 g.m-3). Všetky ostatné GHGs majú viac-menej priestorovo rovno­mernú kon­centráciu v atmosfére na celej Zemi, pri­čom iba ozón dosahuje priestorové odchýlky prekra­čujúce 10% (v polárnych ozónových die­rach sú odchýlky najväčšie). Veľmi zá­važnými vlastnosťami GHGs je ich tzv. účinnosť v porovnaní s CO2 (global war­ming potential) a priemerná doba zotrvania v atmosfére. Je zrejmé, že celkový výz­nam GHGs v atmosfére je indivi­du­álne veľmi roz­dielny (pri CO2 veľká koncentrácia – 370 cm3.m-3 (teraz 134% predindustriál­nej), pri metáne (CH4) rýchly rast – teraz vyše 270% predindustriálnej, pri CF4 dlhé zotr­vanie – až 50 tisíc rokov, pri SF6 aj veľká účin­nosť – až 35 tisíckrát viac ako CO2 atď.).

Účinok rastúcej koncentrácie GHGs na stabilizáciu vyššej priemernej teploty v prízemnej vrstve atmo­sféry sa často označuje ako „radiačné zosilnenie“ (radiative forcing). Na dru­hej strane, rastúca kon­centrácia niektorých aerosólov môže mať opačný úči­nok, teda „radiačné zosla­benie“. V roku 2000 sa odhaduje hodnota radiačného zosilnenia na 2,43 W.m-2 (+0,3 W.m-2 zvýšené slnečné žiarenie) a radiačného zoslabenia na 0 až 2 W.m-2. Takéto porovnanie je síce iba hypotetické, v konečnom dô­sledku má ale rovnaký význam ako keby došlo k zosilneniu toku prichádzajú­ceho sl­nečného žiarenia. Je potrebné zdôrazniť, že radiačné zosilnenie bolo v roku 2000 asi 8-krát väčšie ako zvýšenie prichá­dzajúceho slnečného žiarenia k hornej hranici atmosféry za 350 rokov. Radiačné zoslabenie vplyvom antropogénne podmienených aerosólov nikde na Zemi neprekročilo vo väčšom regióne 50% z radiač­ného zosilnenia vplyvom rastu GHGs.

Je nepochybné, že významné zmeny v KSZ s následnými posunmi klimatických pásiem môču mať ďalekosiahle dôsledky na globálnu sociálnu, politickú a vojenskú stabilitu. Teraz je na Zemi 12-krát viac ľudí ako bolo pred 500 rokmi, keď začala tzv. malá ľadová doba v stredoveku. Dnes už nie je možné rozsiahle sťahovanie národov, lebo všetky vhodné miesta sú obsadené. Za posledných 100 ro­kov sa podľa pozemných meraní globálne oteplilo o 0,7 °C (na severe Ázie aj o vyše 5 °C). Tento od­had je veľmi presný a dospelo sa k nemu detailnou analýzou pozorovaní na stovkách meteorologic­kých sta­níc s presnosťou meraní na úrovni 0,1 °C. V polovici 20. st. síce došlo ku krátkemu zastaveniu rastu globálnej teploty vzduchu, tento efekt sa podarilo pomerne spoľahlivo vysvetliť modelmi. Rast glo­bálnej teploty vzduchu pokračuje s rýchlosťou vyše 0,1 °C za desaťročie. Zmeny koncentrácie GHGs a v aerosólovom zložení atmosféry sa dnes veľmi presne monitorujú. Rovnako sa zlepšil mo­nitoring koncentrácie vodnej pary v atmosfére a rozloženia oblačnosti. Dá sa zmerať, že sa zosilňuje skleníkový efekt atmosféry. Nové modely KSZ sú rádovo presnejšie ako tie z roku 1990. Terajšie analýzy potvr­dzujú, že niet najmenších pochýb o tom, že rast koncentrácie hlavných GHGs v atmosfére má predo­všetkým antropogénny pô­vod, veď iba uhlíka sa nad prirodzenú úroveň dostáva do atmosféry za rok takmer 10 miliárd ton (dá sa to ľahko spočítať podľa ťažby fosílnych palív). Spa­ľovanie biomasy vô­bec neprispieva k rastu skle­níkového efektu at­mosféry, lebo sa spaľuje uhlík, ktorý bol biosféricky viazaný z atmosféry pred nie­koľkými mesiacmi až rokmi. Uhlík vo fosílnych palivách bol naopak bio­sféricky viazaný počas nie­koľkých desiatok mi­liónov rokov a my ho vrátime naspäť do atmosféry za niekoľko storočí.

Úsilie vedcov zaoberajúcich sa klimatickou zmenou nesmeruje k tomu, aby sa zastavil alebo spomalil eko­nomický rast. Ľahko sa dá dokázať, že uplatnením najnovších vedeckých poznatkov sa dá znížiť emi­sia GHGs do atmosféry aj o viac ako 20% v porovnaní s rokom 1990 bez ohrozenia trvalo udrža­teľného rozvoja a potravinovej bezpečnosti. K tomu je potrebné, aby predovšetkým vlády priemyselne rozvinutých krajín podporovali opatrenia s dlhodobou koncepciou namiesto populistických riešení so zdan­li­vo rýchlou ná­vratnosťou vložených prostriedkov. Tiež treba propagovať znižovanie spotreby energie a zmenu kon­zumnej spoločnosti na kultúrnu a poznatkovú. Tieto kra­jiny aj vypúšťajú najviac GHGs do atmosfé­ry, napríklad USA vyše 21 ton CO2 ročne na obyva­teľa, kým Bangadéš me­nej ako 0,5 tony (Slovensko asi 9 ton). Na druhej strane by mali aj pomôcť rozvojovým krajinám, aby nemu­seli preko­nať dlhú etapu extenzívneho rozvoja, veď po stáro­čia vyu­žívali ich prírodné a ľudské zdroje na svoj rozvoj. Kjótsky protokol vznikol ako kompro­mis po dlhých rokovaniach a predpokladaným globálnym znížením emisie CO2 o 5,2% oproti referenčnému roku 1990 určite nestačí na to, aby sa zasta­vilo globálne otepľovanie. Snaha je iba o jeho spomale­nie na takú úroveň, aby sa ekosystémy a aktivity človeka dokázali ľahšie adapto­vať na zme­nené kli­matické podmienky.