(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.