Izolacyjność atmosfery – od wybuchu rewolucji przemysłowej do dziś

Druga połowa XVIII wieku

Tuż przed wybuchem rewolucji przemysłowej izolacja naszej atmosfery była na tyle sprawna, aby dopływ energii słonecznej był zrównoważony z odpływem energii termicznej z Ziemi. Stosunek ocieplenia troposfery do stratosfery był mniej więcej stały. Zapewne warstwy chmur nie były tak mocno zagęszczone jak dziś, a jeśli nawet były, to nie było w nich zbyt dużej ilości gazów cieplarnianych, zwłaszcza dwutlenku węgla. A więc izolacyjność cieplna była na umiarkowanym poziomie. XVIII wiek był to czas, w którym ludzie żyli w tzw. Małej Epoce Lodowej. Jasność Słońca była wówczas bardzo obniżona. Zimy były dość surowe i mroźne, a lata z reguły chłodne i umiarkowanie ciepłe. Dni były o wiele cieplejsze od nocy. Obieg węgla w przyrodzie był zrównoważony i stabilny. Tak samo nie istniał jeszcze problem ekologiczny, jak dziś, z zaburzeniem obiegu azotu i fosforu.

Procesy w przyrodzie funkcjonowały bez większych zakłóceń, co najmniej do połowy XVIII wieku. Do czasu wybuchu rewolucji przemysłowej. Czy coś się zaczęło zmieniać w atmosferze, gdy w Wielkiej Brytanii ruszyły pierwsze maszyny parowe opalane węglem kamiennym? Z pewnością tak, ale trudno to udowodnić, gdyż zmiany następowały zasadniczo bardzo wolno. Jednakże już wtedy izolacyjność atmosfery ziemskiej zaczęła stopniowo zmieniać się na naszą niekorzyść, ale jeszcze o tym nie wiedzieliśmy. Troposfera powoli wysycała się dwutlenkiem węgla. Oziębienie spowodowane przez Małą Epokę Lodową, nic a nic nie wskazywało na to, że ku naszej nieświadomości skład atmosferyczny Ziemi ulegał stopniowemu przeobrażeniu na korzyść stężenia dwutlenku węgla, a na niekorzyść tlenu. Utlenianie węgla w atmosferze trwało, Koncentracja dwutlenku węgla wynosiła 280 ppm. Jeszcze nie rosła. My jednak z wielkim zapałem rozwijaliśmy nową gałąź w gospodarce. Przemysł.

Rysunek 3: Światowe emisje dwutlenku węgla w podziale na te związane ze zmianami zagospodarowania terenu (np. wylesianiem), spalaniem paliw kopalnych i innymi aktywnościami. Źródło: Global Carbon Budget 2014.

Wiek XIX

A więc rozwój przemysłu. Takim torem pobiegła nasza cywilizacja przez cały XIX wiek, w którym do takich paliw kopalnych jak węgiel, dołączyły wkrótce ropa naftowa i gaz ziemny. Prym w gospodarce wiodła dalej Wielka Brytania, ale niebawem dołączyły kraje Europy Zachodniej, Stany Zjednoczone oraz Japonia. Tymczasem druga połowa XIX wieku to czas względnego ocieplenia, jeszcze może nie takiego jak w XX wieku, ale jednak ocieplenia w stosunku do ubiegłych zimnych wieków Małej Epoki Lodowej. To wówczas zaczęły wzrastać pierwsze koncentracje dwutlenku węgla. To oznaczało już powolne zmiany klimatyczne.

Izolacyjność atmosfery z pewnością uległa pogrubieniu. I już wtedy z pewnością stosunek cieplny troposfery do stratosfery zaczął być taki, że ta pierwsza się stopniowo ocieplała, a ta druga ochładzała. Oczywiście nie było to wtedy tak dramatycznie widoczne jak dziś, ale wzrastające koncentracje CO2 w atmosferze i izolujące ucieczkę energii cieplnej w kosmos na pewno już miały miejsce. W niższych warstwach troposfery gazy cieplarniane łatwiej zatrzymują ciepło niż w wyższych. Zagadką jest, jakie było promieniowanie zwrotne atmosfery w drugiej połowie XIX wieku. Wiadomo, że wówczas tak intensywnego ocieplenia na planecie jeszcze się nie odczuwało. Słońce też ani nie było zbyt słabe ani zbyt silne. Zmiany klimatyczne już jednak musiały występować, skoro koncentracja CO2 (w latach 1850-1900 oscylowała pomiędzy 280-295 ppm) powoli wzrastała prawie bez spadków w górę. To i z pewnością musiało to wpływać na pogrubianie izolacyjności atmosfery. Czyli coraz większe termiczne odgradzanie troposfery od stratosfery. Ciekawe też, jakie było wówczas zachmurzenie. Gdyż to właśnie chmury mogą być albo sprzężeniami zwrotnymi dodatnimi lub ujemnymi. Skoro nie było tak ciepło jak w XX wieku, to może ujemne sprzężenia musiały dominować. Być może chłodna La Niña górowała nad ciepłym El Niño na równikowym Pacyfiku. Trudno powiedzieć jak było.

Pierwsza połowa XX wieku

Początek XX wieku, przez kilka dekad, przyniósł z sobą ostatnie naturalne ocieplenie wraz zamaskowanym, ale jeszcze dość słabym antropogenicznym globalnym ociepleniem. Na północnym Pacyfiku występowała dodatkowo od lat 10 do 40 ciepła faza PDO (międzydekadalna oscylacja pacyficzna). Koncentracje dwutlenku węgla wciąż nieuchronnie pięły się w górę. Nadal głównymi winowajcami spalania paliw kopalnych i wylesiania Ziemi oraz niebawem zagłady gatunków byli Europejczycy i Amerykanie. Ocieplenie Słońca mogło też wywrzeć presję na przebudowę systemu klimatycznego, zwłaszcza warstw chmur. Wzrastające stężenie CO2 stanowiło coraz solidniejszą izolację atmosferyczną. Ale jeszcze wówczas w pierwszej połowie XX wieku nie było to takie odczuwalne.

W każdym bądź razie koncentracja dwutlenku węgla w latach 1900-1950 wynosiła od 295 do 311 ppm. Tak więc powoli rosła w górę, a ludzkość nie zdawała sobie jeszcze sprawy jakie skutki przyniesie dalszy wzrost w przyszłości. Zapewne troposfera stawała się przez to już stopniowo coraz cieplejsza, a stratosfera chłodniejsza. W tamtych czasach nie było to jeszcze takie odczuwalne. Być może noce już stawały się coraz cieplejsze względem dni, a pory zimowe cieplejsze w stosunku do pór letnich. Oczywiście w porównaniu z XIX i XVIII wiekiem takie zmiany w klimacie i w pogodzie z pewnością zaszły. Skoro było to ostatnie naturalne słoneczne ocieplenie, to nie ulega wątpliwości, że dość duży udział był ciepłych prądów El Niño względem chłodnych La Niña. Ciekawą sprawą jest, jakie było promieniowanie zwrotne atmosfery. Czy stężenie CO2 około 300 ppm nie blokowało już przypadkiem pewnej ilości energii cieplnej, by ta nie uciekła w kosmos? Mówi się, że większy udział ocieplenia miało w tym Słońce. To prawda, ale czy już przypadkiem emisje antropogeniczne nie wzmocniły tego efektu ocieplającego? Czy przyrost o 20-30 ppm mógł już wpłynąć na skład atmosfery? Trudno na to pytanie odpowiedzieć. Podczas drugiej wojny światowej nieco obniżyła się koncentracja CO2. Było to spowodowane zastojem w produkcji przemysłowej nie związanej z militaryzmem.

Druga połowa XX wieku

W końcu wkroczyliśmy w bieg historii nowoczesnej. W drugiej połowie XX wieku gospodarka przemysłowa ruszyła całą parą. Dalej dominowały w niej Europa, Stany Zjednoczone, Japonia. Doszła wkrótce także Korea Południowa, Kanada i Australia oraz Nowa Zelandia. A także Związek Radziecki. Skład atmosfery tym razem radykalnie się zmienił. Tym bardziej, że po zrzuceniu bomb atomowych na Hiroshimę i Nagasaki pod koniec drugiej wojny światowej została w niej ogromna ilość związków radioaktywnych. Tak przez kilka dekad zamaskowane globalne ocieplenie było otoczone wieloma próbami jądrowymi. Nikt wówczas nie wiedział, że świat się ociepla, tym bardziej, że naturalnie się ochłodziło. A od lat 60 Słońce aż do dziś obniża swoją jasność. A mimo wszystko w ukryciu ocieplało się. I zapewne promieniowanie zwrotne atmosfery ku Ziemi było już dość wyraźnie znaczące.

Koncentracje CO2 od 1950 do 2000 roku wzrosły aż prawie 6-krotnie względem poprzedniego półwiecza. Od 311 ppm do 368 ppm. To bardzo dużo. Co się stało, że na początku drugiej połowie XX wieku zaczęły tak gwałtownie rosnąć koncentracje CO2, przy jednoczesnym naturalnym ochłodzeniu? Nastąpił wówczas gwałtowny rozwój przemysłu prawie na całym świecie. Przy spalaniu paliw kopalnych do atmosfery nie tylko były emitowane ogromne ilości dwutlenku węgla (którym nikt się wtedy nie przejmował), ale i również dwutlenku siarki. Ten ostatni dokonał gigantycznych zmian w składzie atmosfery. Słońce nie dość, że miało obniżoną jasność, to jeszcze z ledwością przebijało się do powierzchni Ziemi. Atmosfera była mocno zanieczyszczona i być może izolacyjnie pogrubiona. Choć globalne ocieplenie w latach 60 i 70 było bardzo skutecznie blokowane przez globalne zaciemnienie wywołane przez przemysłowe emisje SO2. Istotną sprawą też jest to, że na północnym Pacyfiku od lat 40 do 70 panowała chłodna faza PDO oraz dominowała chłodna La Niña nad ciepłym El Niño. A więc, przynajmniej w klimacie umiarkowanym, był to okres wielu mroźnych miesięcy zimowych i umiarkowanie ciepłych oraz chłodniejszych pór letnich. Pomimo ochłodzenia w tamtych latach koncentracje CO2 już wyraźnie i zdradziecko windowały w górę, a izolacyjność atmosfery stopniowo pogrubiała się.

Stosunek cieplny troposfery do stratosfery jest coraz większy. Planeta zaczyna żyć pod zakamuflowanym kloszem z coraz cieplejszą troposferą i na zewnątrz z coraz chłodniejszą stratosferą, na co po raz pierwszy naukowcy zwracają uwagę w latach 70. Lata 80 to okres przejściowy w klimacie. Był to zwiastun, że coś się dzieje zmieniać także w atmosferze. Pojawiła się wówczas dziura ozonowa, która do dziś jest globalnym problemem. Również cieplejsza faza PDO w latach 70 XX wieku do 10 lat XXI wieku towarzyszy narastającemu antropogenicznemu globalnemu ociepleniu. W ocieplającym się świecie jest coraz więcej El Niño w stosunku do częstej La Niñii. Koncentracje CO2 coraz szybciej rosną w górę tworząc coraz skuteczniejszą izolację atmosferyczną przed ucieczką promieniowania podczerwonego w kosmos. W latach 90 świat staje na głowie. Jednomyślnie naukowcy, wraz z nowo powstałym IPCC, ogłaszają, że to ludzkość ponosi winę za to co się stało z naszym klimatem.

Ostatnie 16 lat XXI wieku

Wiek XXI to zaledwie 16 lat. A jak już dużo się wydarzyło. Dziś cały świat oszalał i się prześciga w spalaniu paliw kopalnych, wylesieniach gigantycznych obszarów (np. w Amazonii, na Borneo). Choć bardzo chwiejnie i niepozornie wkraczają nowe inwestycje energetyczne złożone z odnawialnych źródeł energii. Czas pokaże, którą drogę energetyczną obierze ludzkość. Temperatury globalne rosną dramatycznie w górę. Roczne koncentracje dwutlenku węgla zdążyły wzrosnąć z 368 ppm aż do 401 ppm. Ponad 30 ppm. To ostrzeżenie dla nas, że powinniśmy przyhamować i jak najszybciej zrezygnować z paliw kopalnych i przejść na bezpieczne i czyste dla środowiska naturalnego odnawialne źródła energii. My jednak wolimy być głusi i ślepi. A izolacyjność atmosfery jest wręcz katastrofalnie zacementowana.

Cytat z Nauka o Klimacie:

Zgodnie z danymi zebranymi przez naukowców z całego świata współpracujących w ramach Global Carbon Project, w roku 2013 ludzkość wyemitowała do atmosfery 36 miliardów ton dwutlenku węgla, czyli o 2,3% więcej niż rok wcześniej. Najwięcej dwutlenku węgla (43%) uwolniliśmy, spalając węgiel. Na drugim miejscu znalazło się spalanie ropy (33%) i gazu (18%). W raporcie uwzględniono także produkcję cementu (5,5% emisji) oraz wypalanie gazu ulatniającego się przy okazji wydobycia ropy (0,6%). Dodatkowo ok. 8% całkowitych emisji związanych z działalnością człowieka wywołanych było wylesianiem i innymi zmianami w zagospodarowaniu terenu.

Coraz mniej ciepła ucieka w kosmos. Jest to bardzo zły znak. Zaczynamy powolutku gotować się. Do prawie zamkniętej planety pod kloszem (czyli pod bardzo grubą izolacją złożoną z chmur i gazów cieplarnianych, zwłaszcza CO2) wpompowujemy, dzięki spalaniu paliw kopalnych i wylesianiu planety, jeszcze dodatkowe gazy cieplarniane na czele z CO2, a na dokładkę (na szczęście z obniżoną jakością) podgrzewa nas nasza gwiazda – Słońce. Niestety do wielu z nas tak oczywista prawda naukowa nie dociera. Wolimy żyć w mirażu pozornej sielanki i udawać, że nas to nie dotyczy. Nic bardziej mylnego. Globalne ocieplenie weźmie nas na deser, gdy tylko wpierw rozprawi się z Arktyką i Antarktyką oraz z tropikalnymi częściami świata (co zresztą w tej chwili robi). Przyjdzie i do klimatu umiarkowanego. I z impetem uderzy w nas tak ostro, że będzie już za późno na ratunek.

http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/dwutlenek-wegla-spektakularna-historia-wzrostu-56

Autor: Jacek Baraniak

Jestem z zamiłowania i z wykształcenia ekologiem, ale tylko z pasji miłośnikiem klimatologii. Obie nauki w szczególny sposób są podobne do siebie, gdyż ludzkość wywiera szczególny wpływ na Ziemię w obrębie tych dwóch dziedzin nauki. Dokonuje destrukcji zarówno względem środowiska przyrodniczego, jak i klimatu naszej planety. W szczególności obu tym dyscyplinom naukowym poświęcony jest ten blog.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj /  Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj /  Zmień )

Połączenie z %s

%d blogerów lubi to: