Súvislosť koncentrácie CO₂ a globálneho otepľovania

Čo je zobrazené v grafe

Farebné body reprezentujú jednotlivé roky medzi rokmi 1884 a 2020. Umiestnenie týchto bodov zodpovedá koncentrácii CO₂ (na vodorovnej osi) a teplotnej anomálii (na zvislej osi) v danom roku. Z grafu je zrejmé, že závislosť týchto dvoch veličín je približne priamo úmerná a každé zvýšenie koncentrácie CO₂ o 10 ppm vedie k nárastu teploty o zhruba 0,1 °C. Túto závislosť podrobnejšie popisujeme nižšie a tiež v našom súvisiacom (českom) texte Jak moc se oteplí, když se zvýší koncentrace CO₂?

Body znázorňujúce jednotlivé roky sú farebne odlíšené po 20 rokoch, vďaka čomu je vidieť, že sa nárast koncentrácie CO₂ v posledných rokoch zrýchľuje, čo je spôsobené každoročným zvyšovaním množstva CO₂ emisií.

V pravej časti grafu zobrazujeme očakávané hodnoty oteplenia pre vyššie koncentrácie CO₂, ak bude produkcia emisií pokračovať súčasným tempom.

V čom je vzťah medzi koncentráciou CO₂ a otepľovaním nepresný?

Dominantný vplyv oxidu uhličitého na otepľovanie je dobre preukázaný, a graf teda zobrazuje kauzalitu (príčinnú súvislosť), nie iba náhodnú koreláciu. Na druhú stranu na otepľovanie vplývajú aj ďalšie faktory: iné skleníkové plyny, prúdenie v atmosfére a v oceánoch rozvádzajúce teplo po planéte, ale tiež aerosóly a formovanie oblačnosti, ktoré majú tieniaci efekt. Je teda naozaj správne, že každé zvýšenie koncentrácie CO₂ o 10 ppm vedie k zvýšeniu o približne 0,1 °C? Nasledujúce odseky ukazujú, v čom je tento vzťah iba približný.

• Teoreticky odvodený vzťah pre závislosť oteplenia na koncentrácii skleníkového plynu je logaritmický.^{1 2} V malom rozmedzí koncentrácie ho ale môžeme dobre aproximovať lineárnym vzťahom, čo ukazujú aj namerané dáta.

  $$\Delta T(c) = S \cdot \log_2 \left(\frac{c_0 + \Delta c}{c_0}\right) \approx \frac{S}{c_0 \ln 2} \cdot \Delta c$$

  V tomto vzťahu $c_0$ označuje počiatočnú koncentráciu, $\Delta c$ nárast koncentrácie a $S$ je parameter nazvaný citlivosť klímy – vyjadruje, o koľko sa zvýši teplota planéty, keď sa zdvojnásobí koncentrácia skleníkového plynu v atmosfére. Priama úmernosť medzi koncentráciou a oteplením prestane byť dobrým odhadom, ak bude nárast koncentrácie príliš veľký.

• Klimatický systém má zotrvačnosť – niektoré procesy dosiahnu rovnováhu za jednotky rokov, iné za desiatky či stovky rokov. Preto treba rozlišovať medzi krátkodobou citlivosťou klímy (TCR, Transient Climate Response), ktorá zohľadňuje procesy v ráde jednotiek rokov, rovnovážnou citlivosťou klímy (ECS, Equilibrium Climate Sensitivity) berúcou do úvahy procesy v ráde desiatok rokov a dlhodobou odozvou klímy (ESS, Earth System Sensitivity) zohľadňujúcou procesy v ráde stoviek a tisícov rokov.^{3 4 5} Zo súčasných modelov klimatického systému vychádzajú hodnoty krátkodobej citlivosti klímy TCR okolo 1,7 °C (v rozmedzí 1,3 – 3,0 °C)⁶ a hodnoty rovnovážnej citlivosti klímy ECS okolo 3 °C (v rozmedzí 2,3 – 4,7 °C).^{7 8} Dáta zobrazené v grafe sú merané priebežne, preto zodpovedajú krátkodobej odozve klímy. Ak by sa koncentrácie skleníkových plynov stabilizovali, teplota by ešte niekoľko desaťročí rástla, kým by sa otepľovanie zastavilo na hodnote zodpovedajúcej rovnovážnej citlivosti klímy. Inak povedané, priama úmernosť medzi koncentráciou CO₂ a oteplením prestane platiť, ak sa radikálne znížia jeho emisie na hodnoty blízke nule. V takom prípade by sa koncentrácia stabilizovala alebo začala znižovať, no teplota planéty by ešte nejakú dobu rástla.

• Oxid uhličitý je zodpovedný približne za 70 % oteplenia.⁹ Zostávajúcich 30 % je spôsobených ďalšími skleníkovými plynmi, hlavne metánom a oxidom dusným, ktorých koncentrácie v atmosfére tiež rastú. Spolu so skleníkovými plynmi ale ľudstvo vypúšťa aj aerosóly, ktoré majú na planétu ochladzujúci efekt, pretože odrážajú slnečné žiarenie a pomáhajú pri vzniku oblačnosti.¹⁰ Zobrazené oteplenie zahŕňa všetky tieto javy, aj keď je na vodorovnej osi zobrazená iba koncentrácia CO₂. Výrok o priamej úmernosti medzi rastom koncentrácie a oteplením je teda skresľujúci v tom, že ukazuje iba závislosť na dominantnom faktore. Pretože sa ale ochladzujúci efekt aerosólov a otepľujúci efekt ďalších skleníkových plynov navzájom čiastočne kompenzujú, dá sa tvrdiť, že CO₂ je hnacím motorom otepľovania, na ktorom sa podieľa viac než 70 %.

Odkiaľ pochádzajú dáta v tejto infografike?

• Hodnoty teplotnej anomálie pre jednotlivé roky sú z datasetu NASA Goddard Institute for Space Studies. Viac o koncepte teplotnej anomálie v doprovodnom texte k infografike Vývoj svetovej teplotnej anomálie.

• Hodnoty koncentrácie CO₂ pre jednotlivé roky pochádzajú z meraní Scripps Institution of Oceanography, ktorý je súčasťou NOAA. Samotný vývoj koncentrácie CO₂ v atmosfére spracovávame v grafike Vývoj koncentrácie CO₂ v atmosfére.

• Trendová krivka je určená rovnicou $\Delta T(c) = S \cdot \log_2 (\frac{c}{c_0})$, kde $c$ je koncentrácia, $c_0$ počiatočná koncentrácia a $S$ je parameter priebežnej citlivosti klímy. Tento teoretický vzťah sa používa v idealizovaných podmienkach simulácií – buď ako vzťah pre oteplenie po dosiahnutí rovnováhy (kedy S zodpovedá ECS), alebo pre určenie priebežného oteplenia pri každoročnom zvyšovaní koncentrácie CO₂ o 1 % (kedy S zodpovedá TCR). V zobrazených dátach je zahrnuté nielen oteplenie zapríčenené zvýšenou koncentráciou CO₂, ale aj oteplenie v dôsledku zvýšenia koncentrácie iných skleníkových plynov. Preto hodnoty TCR a ECS vytvorené simuláciami považujeme za orientačné a pre zobrazenie závislosti používame S = 2,37 °C. Pás neistoty je vytvorený medzi S = 2,0 °C a S = 3,1 °C, čo zodpovedá profilu neistoty v TCR aj ECS a čiastočne zohľadňuje efekt zotrvačnosti klímy pri stabilizácii koncentrácie CO₂.

Historická poznámka

Súvislosť medzi globálnym otepľovaním a koncentráciou atmosférického oxidu uhličitého je jednou z kľúčových a najdlhšie skúmaných súvislostí v rámci štúdia klimatickej zmeny. Prvé výpočty publikoval Svante Arrhenius už v roku 1886 a jeho odhady citlivosti klímy potvrdzujú a spresňujú ďalšie štúdie. Viac sa dozviete v grafike História výskumu skleníkového efektu.

Zdroje a poznámky