Pomiary temperatury powietrza przy powierzchni Ziemi prowadzone są na wystarczająco dużym obszarze, by można było wnioskować o globalnych zmianach klimatu od połowy XIX wieku. W ostatnich 40 latach do pomiarów dokonywanych przy powierzchni, zarówno na lądach, jak i na morzach, doszły pomiary (a raczej zdalne obserwacje) satelitarne. Choć różne serie pomiarowe różnią się technikami pomiarowymi, stopniem pokrycia pomiarami powierzchni Ziemi oraz sposobami obróbki i analizy danych, to zgodnie pokazują, że od drugiej połowy XIX wieku średnia temperatura powierzchni naszej planety wzrosła o około 1°C, szczególnie szybko rosnąc w ostatnich dekadach.
Ilustracja 2. Anomalia, czyli odchylenie temperatury powierzchni Ziemi od średniej (dla pomiarów satelitarnych UAH i RSS zmiany temperatury troposfery na wysokości kilku kilometrów) względem okresu bazowego 1981–2010. Źródła: NASA GISS, HadCRUT4, NOAA, BEST, UAH, RSS.
Oprócz bezpośrednio mierzonych temperatur powietrza przy powierzchni Ziemi o postępującym ociepleniu świadczy wiele innych obserwacji, takich jak przesuwanie się stref klimatycznych, zanik lodu morskiego w Arktyce, topnienie lądolodów Grenlandii i Antarktydy oraz lodowców, wzrost poziomu oceanów, coraz częstsze fale upałów, nagrzewanie się oceanów od powierzchni w głąb, tajanie wieloletniej zmarzliny (kiedyś nazywanej „wieczną”), migracje gatunków w kierunku biegunów i na wyższe wysokości oraz wiele innych zjawisk.
W wyniku zachwiania równowagi radiacyjnej Ziemi (powstałej w wyniku wzrostu stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze) cała planeta, a więc jej atmosfera, oceany, lądy i lodowce akumulują energię. Żeby mieć pełny obraz globalnego ocieplenia, trzeba uwzględniać wszystkie zmiany energii w systemie. Możemy zbadać zmiany zawartości energii w atmosferze (znamy jej pojemność cieplną i zmiany temperatury), energię zużywaną na topnienie lodowców i lądolodów (decydująca jest tu ilość traconej przez nie masy, przekładająca się na ilość energii zużywanej na przemianę fazową lodu w wodę, zmiany temperatury lodu mają mniejsze znaczenie), energię idącą na podgrzewanie gleb oraz trafiającą do oceanów.
Ilustracja 3. Dokąd trafia nadwyżka energii z nierównowagi radiacyjnej: nagrzewanie oceanów 93%, topnienie lodu (pływający lód morski, lodowce, lądolody) 3%, ogrzewanie lądów 3%, nagrzewanie się atmosfery 1%. Źródło 5. Raport IPCC
Analizy pokazują, że 93% całości nadwyżki energii akumulującej się w ziemskim systemie klimatycznym trafia do oceanów, po ok. 3% idzie na podgrzewanie gruntu na lądach i topnienie lodu (morskiego, w lodowcach i lądolodach), a jedynie 1% na podgrzewanie atmosfery. Przypomnijmy: pojemność cieplna oceanów jest ponad tysiąckrotnie większa od pojemności cieplnej atmosfery. Ciepło z powierzchni oceanów jest ponadto bardzo łatwo odprowadzane w głąb, inaczej niż w przypadku gleb czy lodu, które w porównaniu z wodą są bardzo skutecznymi izolatorami.
Ilustracja 4. Oszacowanie bilansu energetycznego oceanu względem okresu bazowego 1958–1962. Zaznaczone są trzy wielkie erupcje wulkaniczne. 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% przedział ufności. Źródło
Obserwujemy więc, że energia termiczna w oceanach rośnie w tempie 1,1·1022 J rocznie. Jeśli niewiele ci to mówi, nie przejmuj się – to faktycznie bardzo duża liczba. Przeliczmy ją na coś bardziej namacalnego. Gdybyśmy nagrzewali oceany za pomocą detonacji bomb atomowych, takich jak ta zrzucona na Hiroszimę w 1945 roku (o mocy 15 kiloton ekwiwalentu trotylu), jak często musielibyśmy uruchamiać taką „grzałkę”? Przeliczona na dżule energia wybuchu takiej bomby atomowej to 6,3·1013 J. Musielibyśmy więc detonować 1,1·1022 / 6,3·1013 = 175 mln bomb rocznie (czyli blisko pół miliona dziennie).
Pojawia się oczywiście pytanie: czy obecne ocieplenie jest czymś nietypowym? I następne: jak ma się ono do zmian klimatu, które zachodziły wcześniej?
Tysiące i miliony lat temu nikt nie mierzył temperatur, stężeń gazów cieplarnianych, poziomu morza czy aktywności słonecznej. Nie tylko z braku odpowiednich instrumentów pomiarowych – przez większą część historii Ziemi brakowało również odpowiednio inteligentnego „kogoś”. Aby poznać odległe dzieje naszej planety, musimy więc sięgać po tzw. wskaźniki klimatyczne (ang. proxy), czyli dane, na podstawie których można pośrednio oszacować parametry opisujące klimat (np. temperaturę, skład atmosfery czy dostępność wody). Ślady dawnych zmian klimatu są dostępne w wielu miejscach, od głębin oceanicznych po lądolody – trzeba tylko wiedzieć, jak je wytropić i odczytać. Cennych informacji dostarczają pozostałości roślin i zwierząt, słoje drzew, szata naciekowa jaskiń, rdzenie lodowe, osady oceaniczne i jeziorne itp.
Sięgając dalej w przeszłość, widzimy, jak stabilny był klimat w ostatnich 11,5 tys. lat, możemy też prześledzić wyjście klimatu Ziemi ze stanu epoki lodowej (co miało miejsce wcześniej).
Ilustracja 5. Anomalie średniej temperatury powierzchni Ziemi w okresie ubiegłych 22 000 lat względem okresu referencyjnego 1961–1990. Mapa w dolnym prawym rogu przedstawia lokalizacje wraz ze wskaźnikami klimatycznymi wykorzystane w badaniu oznaczonym linią zieloną.
Źródła: Shakun Temperature Anomaly. Shakun, J.D. i in., Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation, Nature, 2012; Marcott Temperature Anomaly. Marcott, S.A. i in., A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11,300 Years, „Science”, 2013 ; BEST. Average Land + Ocean Temperature Anomaly, Berkeley Earth
Widać, że zmiany klimatu to coś normalnego w historii naszej planety – 20 tys. lat temu mieliśmy maksimum epoki lodowej, kiedy to północną Polskę oraz znaczne obszary Ameryki i Azji pokrywała wielka czapa lądolodu. Zupełnie gdzie indziej znajdowały się strefy klimatyczne, pustynie i linia brzegowa (bo duża ilość wody znajdowała się nie w oceanach, lecz w lądolodach). Później Ziemia zaczęła wychodzić z epoki lodowej, a około 10 tys. lat temu klimat Ziemi ustabilizował się na obecnym poziomie, z temperaturą około 4°C wyższą niż w czasach maksimum epoki lodowej (różne rekonstrukcje pokazują zakres zmian temperatury od 3 do 5,5°C).
Ta epoka niezmieniających się znacząco temperatur to holocen – okres rozkwitu naszej cywilizacji. Stabilny klimat bardzo nam odpowiadał – nie przesuwały się strefy klimatyczne, rozmieszczenie pustyń czy terenów nadających się pod rolnictwo. Osiedliliśmy się więc: założyliśmy wsie, a następnie miasta. Ustabilizowała się też linia brzegowa, więc mogliśmy pobudować wzdłuż niej miasta portowe.
Ostatni wzrost temperatury, zaznaczony na ilustracji 5. czerwonym kolorem, wyraźnie odbiega charakterem od pozostałej części wykresu. Średnia globalna temperatura w dekadzie 2007–2016 przekraczała średnią z holocenu o ok. 1,2°C, a średnią temperaturę najcieplejszego stulecia holocenu o ponad 0,3°C. Oznacza to, że jest ona obecnie największa co najmniej od interglacjału eemskiego 125 tys. lat temu (źródło).
Artykuł powstał dzięki pomocy Marcina Popkiewicza
