​Czy mamy dowody na to, że to człowiek powoduje globalne ocieplenie?

Dołącz do ZIELONA INTERIA także na Facebooku

"Nie ma dowodów". "To naturalne procesy". "Brakuje nam danych, żeby powiedzieć, czy to wina człowieka". To refren niemal każdej dyskusji z ludźmi zaprzeczającymi zmianom klimatu. Czy mają rację? Sprawdziliśmy, jakie rzeczywiście mamy dowody na to, że to działalność człowieka powoduje kryzys klimatyczny. Okazuje się, że dowody nie tylko istnieją, ale były naukowcom doskonale znane już... w XIX wieku. A najnowsze badania, także z wykorzystaniem satelitów i innych najnowocześniejszych technologii potwierdzają tylko to, że jest bezpośredni związek między działalnością człowieka a ocieplaniem planety

Jednym z ojców współczesnej nauki o klimacie jest, nieco przypadkowo, pierwszy szwedzki noblista. Svante Arrhenius. Chemik nieświadomie odkrył tajemnice ziemskiej atmosfery i tym samym zainicjował badania nad tym, co wielu uważa za największe zagrożenie dla współczesnej cywilizacji. Arrheniusa zainteresowała trwająca pod koniec XIX wieku dyskusja, jaką naukowcy toczyli między sobą, o przyczynie powstawania epok lodowcowych. Szwed chciał sprawdzić przy pomocy obliczeń, czy mogły one być powodowane przez wahania poziomów atmosferycznego CO2, trwające dziesiątki milionów lat. 

Związek między CO2 a temperaturą został ustalony wiele lat wcześniej. Francuski naukowiec Joseph Fourier jako pierwszy zdał sobie sprawę, że pewne gazy atmosferyczne otaczają planetę jak klosz, przezroczysty dla światła słonecznego, ale pochłaniający promienie podczerwone. Ten efekt został potwierdzony eksperymentalnie w 1856 roku przez naukowczynię - amatorkę Eunice Foote. Sprawdziła ona, jak zmienia się temperatura szklanych naczyń wypełnionych różnymi gazami gdy wystawi się je na działanie promieni słonecznych. Mierzyła, jak na nagrzewanie reaguje wodór, zwykłe powietrze o różnej wilgotności czy wreszcie CO2. Odkryła, że wypełniony dwutlenkiem węgla cylinder ogrzewał się o wiele szybciej, niż pozostałe. "Atmosfera złożona z tego gazu dałaby naszej Ziemi wysoką temperaturę" pisała. Trzy lata później rezultaty jej eksperymentów potwierdził znany irlandzki fizyk John Tyndall. Wysunął hipotezę, że to właśnie zmiany zawartości CO2 mogły odpowiadać za to, że z Europy zniknęły czapy lodowe. 

Opierając się na ich ustaleniach, Arrhenius wykonał, według różnych szacunków, od 10 do 100 tysięcy obliczeń. Ustalił, że gdyby zawartość CO2 spadła o połowę, temperatura Ziemi obniżyłaby się o 4-5 stopni. Podwojenie stężenia tego gazu oznaczałoby wzrost temperatury o 5-6 stopni. To wyniki zbliżone do dzisiejszych szacunków. Szwed nie widział jednak ciemnej strony zjawiska. Uważał, że dałoby ono jego rodzinnemu krajowi przyjaźniejszy klimat. Nie doceniał też tempa, w jakim może następować - szacował, że podobna zmiana powinna zająć około 3 tys. lat. 

Słowem - wiemy od ponad 150 lat, że CO2 może ogrzać naszą planetę. Skąd jednak wiemy, że źródłem nadmiarowego dwutlenku węgla w atmosferze jest działalność człowieka?

Pozornie każda cząsteczka CO2 jest taka sama: wszystkie zawierają jeden atom węgla i dwa atomy tlenu. Ale chemicy mają sposoby, by odkryć na nich "odciski palców" mówiące, z jakiego źródła pochodzą. 

Możemy ustalić, jaka część gazów cieplarnianych jest pochodzenia naturalnego, a jaka pochodzi ze spalania paliw kopalnych, bo paliwa kopalne powstały na skutek przekształcenia glonów czy innych roślin, które obumarły i zostały pogrzebane miliony lat temu. Atomy węgla, jak wszystkich innych pierwiastków, występują w kilku różnych wersjach różniących się nieznacznie budową atomu i masą, znanych jako izotopy. CO2 wytwarzany ze spalania paliw kopalnych ma zupełnie inny skład izotopowy niż CO2 występujący naturalnie w atmosferze. 

Węgiel składa się z trzech różnych izotopów: C14, C13 i C12. Rośliny preferują lżejsze izotopy i zawierają więcej izotopu C12, niż średnio znajduje się w atmosferze. Gdy CO2 pochodzący ze spalania paliw kopalnych pochodzenia roślinnego jest uwalniany do atmosfery i miesza się z nią, średni stosunek C13 do C12 w atmosferze się zmienia. W ten sposób naukowcy są w stanie ustalić, jak wiele dwutlenku węgla w powietrzu jest skutkiem działalności człowieka. Dowody te pokazują, że wzrost emisji gazów cieplarnianych w ciągu ostatnich kilkuset lat pochodzi w przeważającej mierze z paliw kopalnych.

Ale to nie jedyne chemiczne dowody na to, że właśnie paliwa kopalne odpowiadają za wzrost stężenia CO2. Spalanie paliw kopalnych zużywa tlen, więc jeśli wzrost zanieczyszczenia gazami cieplarnianymi jest spowodowany działalnością człowieka, spodziewalibyśmy się spadku poziomu tlenu wraz ze wzrostem poziomu gazów cieplarnianych. I tak właśnie się dzieje, choć ten spadek jest na tyle niewielki, że nie ma wpływu na oddychanie. 

Wpływ człowieka na klimat potwierdzają też modele klimatyczne. Naukowcy posługujący się złożonymi symulacjami, biorącymi pod uwagę setki czynników wpływających na klimat, potrafią modelować jego zmiany. Żeby sprawdzić, czy taki model jest skuteczny, naukowcy "przenoszą go w przeszłość" - podają mu dane pochodzące sprzed kilkudziesięciu lat i sprawdzają, czy generowane przez niego prognozy pokrywają się z tym, co faktycznie zaszło w kolejnych latach w realnym świecie. 

Modele te uwzględniają naturalne procesy, w tym zmiany mocy słonecznej, zmiany orbity Ziemi wokół Słońca, erupcje wulkanów, oscylacje między zjawiskami El Niño i La Nina oraz naturalne fluktuacje stężeń gazów cieplarnianych. Uwzględniają też, oczywiście, emisje generowane przez człowieka. Kiedy z tych modeli usuniemy ludzką działalność, nie przewidują one wzrostu globalnej temperatury. Naturalne procesy nie tłumaczą tego, co widzimy wokół siebie. 

Co ważne, naukowe eksperymenty prowadzone przez ostatnie dziesięciolecia wykluczyły inne możliwe przyczyny zmian klimatycznych. Nie zaobserwowano zwiększenia aktywności słonecznej, nie wzrosła ilość promieniowania kosmicznego docierającego do Ziemi, nie znaleziono też powiązania między ociepleniem a zmianami stężenia ozonu w stratosferze. Wszystkie kolejne próby naukowego podważenia tego, że za zmiany klimatu odpowiada ludzkość, kończyły się tym samym: potwierdzeniem, że żaden inny znany czynnik nie może być przyczyną ocieplenia. 

To wszystko dowody pośrednie. Ale w kwietniu 2021 r. zespół naukowców z NASA opublikował wyniki badań bezpośrednio dowodzących wpływu człowieka na klimat.  

NASA obliczyła siły napędzające zmiany klimatycznych poprzez bezpośrednie obserwacje satelitarne. Zgodnie z tym, co modele klimatyczne pokazały od dziesięcioleci, za lwią część współczesnego ocieplenia odpowiadają gazy cieplarniane i zawieszone w atmosferze cząsteczki zanieczyszczeń, zwane aerozolami, pochodzące ze spalania paliw kopalnych.

Od połowy XIX wieku poziom CO2 w atmosferze wzrósł z 280 części na milion (PPM) do ponad 420 PPM - to wzrost o 50% - i jest obecnie najwyższy od co najmniej 3 milionów lat. Poziom dwutlenku węgla w atmosferze rośnie 100 razy szybciej, niż powinien.

Jednocześnie zawieszone cząsteczki zanieczyszczeń, zwane aerozolami, chłodzą atmosferę, blokując światło słoneczne. Ten niezamierzony efekt uboczny rewolucji przemysłowej okazał się przydatny w ukrywaniu przez jakiś czas procesu ocieplania planety. 

Cząsteczki te skutecznie pomagały przeciwdziałać częściowemu ociepleniu klimatu do końca XX wieku. Ich wpływ maleje, ponieważ od lat 80. XX wieku nasze powietrze stopniowo się oczyszcza. To dobra wiadomość dla naszych płuc, ale, paradoksalnie, bez smogu planeta ociepla się szybciej. 

Łączna ilość ciepła pochłanianego w naszej atmosferze, regulowana zmianami w stężeniu znajdujących się w niej gazów cieplarnianych i aerozoli, nazywana jest "wymuszeniem radiacyjnym". Zmiany wartości wymuszania radiacyjnego zaburzają bilans energetyczny Ziemi. Dzieje się tak dlatego, że aby średnie temperatury na Ziemi pozostały stałe, docierająca do nas energia ze Słońca musi być równoważona przez wypromieniowywanie energii z Ziemi do przestrzeni kosmicznej.

Kiedy te liczby są równe, Ziemia zachowuje równowagę. Ale kiedy w atmosferze gromadzą się gazy cieplarniane, energia wychodząca jest mniejsza niż energia docierająca ze Słońca do systemu ziemskiego, co ogrzewa nasze oceany i atmosferę, powodując zaburzenia w budżecie energetycznym Ziemi.

NASA dokładnie zmierzyła wartość poszczególnych elementów wpływających na wymuszenie radiacyjne, by zmierzyć, w jakim dokładnie stopniu każdy z nich wpływa na zmiany klimatu.  Poza emisjami gazów cieplarnianych wpływają na nie także inne elementy i sprzężenia zwrotne: na przykład im cieplejsza jest atmosfera, tym więcej pary wodnej może się w niej gromadzić. A para wodna sama też jest gazem cieplarnianym i dodatkowo przyspiesza proces ocieplania. 

Obliczenia NASA wykazały jednak, że żaden z innych czynników wpływających na bilans radiacyjny Ziemi nie ma tak wielkiego znaczenia jak emisje gazów cieplarnianych na skutek spalania paliw kopalnych. 

Jest to pierwsze obliczenie całkowitego wymuszania radiacyjnego Ziemi przy użyciu globalnych obserwacji, uwzględniających skutki aerozoli i gazów cieplarnianych - pisze Ryan Kramer, badacz z Goddard Space Flight Center NASA -  To bezpośredni dowód na to, że działalność człowieka powoduje zmiany w budżecie energetycznym Ziemi.