Co víme o změně klimatu: Koncentrace skleníkových plynů se zvyšuje

Vědecké důkazy v současnosti jednoznačně ukazují na to, že hlavní příčinou současné změny klimatu je vypouštění skleníkových plynů člověkem. Tento názor sdílí i čeští vědci – mezi desítkami českých klimatologů a meteorologů nenajdeme jediného, který by vliv skleníkových plynů popíral. Co dává odborníkům jistotu, že za současnou změnu klimatu může skutečně lidská aktivita?

V tomto díle seriálu o změně klimatu si představíme jednotlivé skleníkové plyny a prozkoumáme druhé tvrzení, které je součástí důkazu lidského vlivu: "Koncentrace skleníkových plynů v atmosféře se významně zvyšuje".

Skleníkové plyny jsou, jednoduše řečeno, všechny plyny, které pohlcují a znovu vyzařují (do všech směrů) infračervené záření. Protože většina slunečního záření je ve viditelném spektru a jeho blízkém okolí, skleníkové plyny většinu slunečního záření propustí. Záření, které vychází od Země je ale infračervené, a proto ho skleníkové plyny značnou část pohltí a vyzáří zpět. Tím vzniká skleníkový efekt, kdy má povrch Země vyšší teplotu, než jakou by měl bez přítomnosti skleníkových plynů.

Přirozený skleníkový efekt byl důležitý pro vznik života na Zemi. Bez skleníkových plynů v atmosféře by byla průměrná teplota na Zemi pod bodem mrazu (zhruba -18 °C) a celá Země by byla pokrytá sněhem a ledem. Díky přirozeně se vyskytujícím skleníkovým plynům však máme klima umožňující život na souši, s průměrnou teplotou na Zemi okolo 14 °C, tedy o 32 °C vyšší než jakou by Země měla bez skleníkových plynů.

Nejdůležitějšími přirozeně se vyskytujícími skleníkovými plyny jsou vodní pára, oxid uhličitý (CO₂), metan (CH₄), oxid dusný (N₂O) a ozón (O₃). Kromě vodní páry, která je součástí vodního cyklu, zůstávají skleníkové plyny v atmosféře poměrně dlouhou dobu – desítky, stovky, někdy i tisíce let, než se rozloží na jiné látky. Za tuto dobu se smíchají s ostatními plyny v atmosféře – jejich koncentrace je proto podobná všude na světě.

Historické koncentrace skleníkových plynů se dají zjistit podobným způsobem jako historická teplota – hlubinnými vrty do ledovců a zkoumáním vzduchových bublinek, které jsou v nich uvězněné. Na rozdíl od globální teploty však pro určení globální koncentrace skleníkových plynů stačí data z několika málo vrtů (protože jejich koncentrace jsou podobné všude na světě).

Zkoumáním těchto dat vědci zjistili, že od začátku 19. století se náhle začaly koncentrace skleníkových plynů zvyšovat nad jejich dlouhodobě stabilní hodnoty. Pojďme si tyto plyny postupně přiblížit a podívat se, jak se změnily jejich koncentrace.

Nejvíce diskutovaným skleníkovým plynem v současnosti je oxid uhličitý (CO₂). To je zejména z důvodu, že (na rozdíl od většiny ostatních skleníkových plynů) v atmosféře zůstává tisíce let než se přirozeně rozloží. Jakékoliv umělé zvýšení jeho koncentrace je tedy, z pohledu lidského života, trvalé.

Na grafu hodnot získaných z antarktického ledovcového vrtu EPICA můžeme vidět, že posledních 800 000 let se koncentrace CO₂ pohybovaly mezi 180 ppm a 280 ppm. Tyto změny koncentrace časově souhlasí s průběhem dob ledových a meziledových. V posledních 200 letech pak začala koncentrace CO₂ plynule stoupat a stále pokračuje v růstu – v současnosti již dosáhla 410 ppm.

Druhým důležitým skleníkovým plynem je metan, jehož koncentrace v atmosféře se více než zdvojnásobila nad přirozené hodnoty (viz graf výše). Metan vzniká přirozeně při rozkladu, fermentaci či spalování biomasy. Je ho sice v atmosféře mnohem méně než oxidu uhličitého, ale jeho skleníkový efekt je 25x silnější, a proto je to stále významný skleníkový plyn. Životnost metanu v atmosféře je ale pouze zhruba 9 let, poté se rozloží na jiné látky (mimo jiné při jeho rozkladu vzniká ozón).

Třetím zmíněným plynem je oxid dusný (N₂O), jehož koncentrace se zvýšila zhruba o 20 %. Jeho množství v atmosféře je také velmi malé, ale jeho skleníkový efekt je 300x silnější než efekt CO₂. V přírodě je součástí dusíkového cyklu v půdě a v atmosféře zůstává zhruba 120 let.

Důležitou roli má i ozón, který se nachází ve dvou vrstvách atmosféry: ve stratosféře chrání Zemi před ultrafialovým slunečním zářením, ovšem v troposféře působí jako skleníkový plyn. Vzniká rozkladem uhlovodíků (jako je například metan) a oxidů dusíku a jeho životnost je velmi krátká – v řádu hodin až týdnů. Jeho koncentrace jsou proto na různých místech odlišné a jsou nejvyšší v oblastech s vysokým stupněm znečištění.

Kromě výše zmíněných plynů, které se v atmosféře vyskytovaly přirozeně, se také v atmosféře objevily nové, umělé, skleníkové plyny. To jsou zejména plyny ze skupiny fluoridů, které v přírodě nenalezneme a jejich skleníkový efekt je více než 1000x silnější než efekt CO₂. Jejich emitované množství je ale relativně malé – je v řádu milionů tun za rok.

Nakonec je nutné zmínit vodní páru. Zatímco ostatní skleníkové plyny s dlouhou životností se rozmíchávají v atmosféře, a tím pádem je jejich koncentrace podobná všude na Zemi, vodní pára se v atmosféře nemíchá s dalšími plyny. Protože její lokální koncentrace se mohou na různých místech velmi lišit, měření jejího celosvětového množství začalo být možné až s příchodem přesných meteorologických satelitů, které na její měření měly specializovaná zařízení. Z těchto dat víme, že v posledních letech se množství vodní páry v atmosféře také zvyšuje, a to zhruba o 1 % za 10 let.

Tento růst lze označit jako pozitivní zpětnou vazbu na zvyšování globální teploty. Teplejší vzduch udrží více vodní páry – množství vodní páry, které je vzduch schopen pojmout, se zvyšuje zhruba o 7 % na stupeň Celsia. Pozorované zvýšení množství vodní páry souhlasí s pozorovaným zvýšením teploty.

Ve shrnutí tedy došlo k následujícímu zvýšení koncentrací skleníkových plynů od doby před průmyslovou revolucí:

• Koncentrace CO₂ se zvýšila o více než 40 %
• Koncentrace metanu se zvýšila o ~170 %
• Koncentrace oxidu dusného se zvýšila o ~20 %
• Troposférického ozónu přibylo o více než 40 %
• V atmosféře také přibyly nové, umělé, skleníkové plyny
• Zvýšení množství vodní páry není možné stanovit kvůli nedostatku dat před rokem 1980, ale v současnosti je trend zvýšení o 1 % za dekádu.

Dle vědeckých poznatků je za zvýšení koncentrací skleníkových plynů všech skleníkových plynů kromě vodní páry přímo zodpovědná lidská činnost. Zvýšení množství vodní páry je pak zpětnou vazbou na zvýšení teploty. Tyto poznatky si představíme ve třetím díle seriálu.