Emisje i stężenia CO2. Co trzeba wiedzieć, żeby zrozumieć zmianę klimatu?

Podziel się:

Jak wyglądałby klimat Ziemi, gdyby nas na niej nie było? Skąd tak szybki wzrost stężenia CO2? Ile dwutlenku węgla emitujemy każdego roku? Odpowiadamy na ważne pytania dotyczące emisji gazów cieplarnianych i ich stężeń w atmosferze.

Przez ostatnie 10 tysięcy lat stężenie dwutlenku węgla (CO2) w ziemskiej atmosferze było bliskie 280 ppm (części albo cząsteczek na milion). Rosnąć zaczęło dopiero w drugiej połowie XVIII wieku, kiedy rozpoczęła się rewolucja przemysłowa. Jeszcze na początku lat 80. XX wieku stężenie CO2 było równe ok. 340 ppm (średnia dla całego globu). Poziom 400 ppm przekroczyliśmy w roku 2014, a 415 ppm w maju 2019. Na początku maja tego roku po raz pierwszy w historii naszego gatunku stężenie CO2 osiągnęło 418 ppm.

Na wykresie poniżej możemy sobie łatwo sprawdzić, jakie mniej więcej było stężenie CO2 w chwili naszych urodzin. I jak bardzo wzrosło za naszego życia:

Zmiany stężenia dwutlenku węgla w ciągu kilku ostatnich dekad mierzone w różnych miejscach na kuli ziemskiej. Wyraźnie widoczne oscylacje (sezonowe wahania) związane są z okresem wegetacyjnym na półkuli północnej. Dobrze pokazuje to dodatkowy wykres zmian stężenia CO2 w cyklu rocznym w dwu różnych lokalizacjach na różnych półkulach. Źródło: A. Kardaś, S. Malinowski i M. Popkiewicz „Nauka o klimacie”.

Co ważne, chodzi tu o tzw. stężenia tła, mierzone z dala od wszelkich źródeł emisji CO2. Na przykład w obserwatorium położonym na Mauna Loa – mniej więcej na środku Oceanu Spokojnego.

W miastach stężenia dwutlenku węgla w powietrzu mogą być wyższe niż stężenie tła. W niektórych miejscach i w pewnych porach doby – chociażby niedaleko ruchliwych ulic w godzinach szczytu – nawet dużo wyższe.

Skąd tak szybki wzrost stężeń CO2?

Nie ma tu niestety żadnej niespodzianki ani niczego zaskakującego. Ciągle spalamy ogromne ilości paliw kopalnych: węgla kamiennego i brunatnego, ropy naftowej i gazu ziemnego. A to siłą rzeczy prowadzi do ogromnych emisji dwutlenku węgla. Nie powinniśmy się więc dziwić, że jego stężenie w atmosferze stale i szybko rośnie (z dokładnością do drobnych sezonowych wahań związanych z okresem wegetacyjnym).

A rosłoby jeszcze szybciej, gdyby nie to, że bardzo znaczna część wyemitowanego przez nas CO2 jest pochłaniana przez oceany, roślinność i glebę. Przecież od początku rewolucji przemysłowej wyemitowaliśmy więcej CO2, niż było go początkowo w atmosferze!

W ciągu ostatnich dekad emisja CO2 ze spalania paliw kopalnych rosła w szybkim tempie:

Emisja dwutlenku węgla związana ze spalaniem paliw kopalnych od 1751 do 2017. Źródło: A. Kardaś, S. Malinowski i M. Popkiewicz „Nauka o klimacie”.

W roku 2019 spalając paliwa kopalne wyemitowaliśmy do atmosfery prawie 37 miliardów ton CO2. Co więcej, emisja kilku miliardów ton CO2 była związana ze zmianami użytkowania terenu, np. z wylesianiem, pożarami lasów itd. Emisje CO2 w roku 2018 były podobnie duże.

W tym roku, ze względu na epidemię koronawirusa i jej konsekwencje gospodarcze, emisje ze spalania paliw kopalnych i biomasy powinny spaść. Ale nie jakoś szokująco: raptem o ok. 8%. Przynajmniej tak szacuje Międzynarodowa Agencja Energii.

Dla porównania: wulkany na całym świecie każdego roku emitują (średnio) mniej niż 300 mln ton CO2. To niecały procent światowych emisji – mniej więcej, tyle ile emituje Polska.

50% to dużo, czy mało?

Jak wiadomo, dwutlenek węgla jest najważniejszym gazem cieplarnianym (patrz przypis). Wzrost jego zawartości w atmosferze prowadzi do przegrzewania się naszej planety. Z drugiej strony, stężenie tła CO2 wzrosło do tej pory 1,5 raza, czyli o 50%. Może to nie tak znowu wiele i nie ma się czym zbytnio przejmować?

Żeby zobaczyć, że jednak jest to bardzo poważny problem, nie musimy wcale znać się na fizyce atmosfery i modelach klimatycznych. Wystarczy sięgnąć do historii naszej planety.

Lekcja płynąca z historii Ziemi

Około 20 tysięcy lat temu, w maksimum ostatniej epoki lodowej w powietrzu było ok. 180 ppm CO2. Czyli raptem 100 ppm mniej niż jeszcze w XVIII w. Ale średnia temperatura naszej planety była wtedy o około 4 stopnie Celsjusza niższa niż współcześnie, a większość Polski była pokryta grubą warstwą lodu:

Teraz mamy już ok. 140 ppm CO2 więcej niż pod koniec XVIII wieku i 240 ppm CO2 więcej niż w maksimum ostatniej epoki lodowej. Możemy więc podejrzewać, że te dodatkowe 140 ppm przełoży się na istotne ocieplenie klimatu. I że nie jest to coś, co można skwitować wzruszeniem ramion. A przecież na wzroście o 140 ppm się niestety nie skończy.

Co ciekawe, gdyby nie nasze działania, to w tej chwili średnia temperatura naszej Planety powoli by spadała, a Ziemia zmierzałaby w kierunku kolejnej epoki lodowej. Emitując gazy cieplarniane, odwróciliśmy ten naturalny trend i wybiliśmy ziemski system klimatyczny z jego naturalnego cyklu.

„Ale zaraz”, powie ktoś. „Przecież były takie okresy w historii Ziemi, kiedy stężenie CO2 w atmosferze było dużo, dużo wyższe niż dziś. Może więc jednak nie ma się czym przesadnie przejmować?” To prawda, były takie okresy, co dobrze widać na tym wykresie:

Źródło: A. Kardaś, S. Malinowski i M. Popkiewicz „Nauka o klimacie”.

Tylko że średnia temperatura Ziemi też była wtedy dużo wyższa niż obecnie. Dziś tak wysokie stężenie CO2 w atmosferze, jakie było kilkaset milionów lat temu, doprowadziłoby zresztą do jeszcze cieplejszego klimatu niż wówczas. A to dlatego, że w przeszłości mniejsza była ilość energii, którą nasza planeta otrzymywała od Słońca. Bo moc Słońca powoli rośnie:

Źródło: A. Kardaś, S. Malinowski i M. Popkiewicz „Nauka o klimacie”.

Ten bardzo powolny – przynajmniej w skali naszego życia – wzrost mocy Słońca nie jest rzecz jasna przyczyną obecnej zmiany klimatu.

Czy wystarczy przestać emitować CO2, by jego stężenie w atmosferze zaczęło spadać?

Odpowiedź brzmi: nie. Im mniejsze emisje dwutlenku węgla, tym wolniej rośnie jego stężenie w atmosferze. Jednak nawet gdybyśmy w ogóle przestali emitować dwutlenek węgla, to w skali naszego życia jego ilość w atmosferze utrzymywałaby się z grubsza na stałym poziomie – odnotowalibyśmy najwyżej niewielki spadek.

Niby jest to proste, ale jednak zaskakująco wielu ludzi myli emisje CO2 z jego stężeniami. A nawet uważa, że jeśli tylko przestaniemy emitować dwutlenek węgla, problem zmian klimatycznych będzie rozwiązany. Niestety, nic bardziej mylnego.

Dwutlenek węgla wyemitowany do atmosfery trafia do tzw. szybkiego cyklu węglowego i krąży między atmosferą, biosferą, i oceanami, wpływając na klimat naszej planety przez tysiące lat – dopóki nie zostanie trwale usunięty w wolnym cyklu węglowym przez procesy geologiczne.

By przywróć atmosferę do stanu pierwotnego (czyli tego sprzed rewolucji przemysłowej), trzeba więc aktywnie usuwać CO2 bezpośrednio z powietrza („ujemne emisje”). Nikt tego jednak jeszcze nie robi na większą skalę. Taka pilotażowa instalacja istnieje np. na Islandii, ale jej wydajność jest oczywiście śmiesznie mała w porównaniu do skali problemu.

Nasza sytuacja jest tym bardziej poważna, że dwutlenek węgla nie jest jedynym gazem cieplarnianym, którego stężenia szybko rosną.

Nie tylko CO2

Najważniejsze gazy cieplarniane poza dwutlenkiem węgla to para wodna (H2O), metan (CH4) i podtlenek azotu (N2O), którego nie należy mylić z dwutlenkiem azotu (NO2). Para wodna jest dość szczególnym gazem cieplarnianym (patrz przypis). Przyjrzyjmy się więc, jak wygląda sytuacja z metanem i podtlenkiem azotu. A wygląda równie niewesoło, co w przypadku dwutlenku węgla:

Źródło: A. Kardaś, S. Malinowski i M. Popkiewicz „Nauka o klimacie”.

Źródło: A. Kardaś, S. Malinowski i M. Popkiewicz „Nauka o klimacie”.

Więcej na ten temat mogą Państwo przeczytać w artykule „Zmiany stężeń CO2, CH4 i N2O w ostatnich 800 000 lat: antropocen na sterydach”.

O tym, że stężenia metanu biją historyczne rekordy, donosił niedawno “Scientific American“, powołując się na pomiary prowadzone przez National Oceanic and Atmospheric Administration (Narodowa Służba Oceaniczna i Atmosferyczna lub, jak kto woli, Narodowa Agencja Oceanów i Atmosfery, amerykański odpowiednik naszego Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej).

Na rekordowe stężenie metanu w atmosferze zwracały też uwagę osoby działające w Extinction Rebellion Polska:

☀️ Dwutlenek węgla bynajmniej nie jest jedynym gazem powodującym globalny wzrost temperatury. O wiele skuteczniejszą pod…

Opublikowany przez Extinction Rebellion Polska Czwartek, 16 kwietnia 2020

Podziękowania

Użyte w tekście rysunki pochodzą z książki „Nauka o klimacie” autorstwa Aleksandry Kardaś, Szymona Malinowskiego i Marcina Popkiewicza, a wydanej przez wydawnictwa Nieoczywiste i Sonia Draga. „Nauka o klimacie” jest bardzo dobrym źródłem wiedzy na temat przyczyn i konsekwencji zmiany klimatu (choć nie tylko te tematy są w niej poruszane). Bardzo Państwu tę książkę polecam.

Przypis – para wodna jako gaz cieplarniany

Choć para wodna (H2O) ma największy wkład do efektu cieplarnianego, to traktujemy ją inaczej, niż pozostałe gazy cieplarniane. Dlaczego?

Ilość pary wodnej w atmosferze szybko dostosowuje się do zmieniających się warunków i zależy na przykład od temperatury. Im cieplej, tym większe parowanie, a więc i ilość H2O w atmosferze, co prowadzi do dalszego wzrostu temperatury (dodatnie sprzężenie zwrotne).

Jednak kiedy jest jej za dużo, para wodna skrapla się i jest usuwana w atmosferze w postaci deszczu, śniegu czy gradu. Podobne procesy nie zachodzą na Ziemi w przypadku dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych. Nie obserwujemy opadów „suchego lodu” (czy raczej „suchego śniegu”) – zestalonego CO2.

Para wodna różni się więc od innych gazów cieplarnianych czasem przebywania w atmosferze. Nie jest – jak np. nadmiar dwutlenku węgla – wymuszeniem wywołującym zmianę klimatu, ale wzmacniającym ją sprzężeniem zwrotnym. Obecność pary wodnej w atmosferze dodatkowo nasila zapoczątkowany innymi przyczynami wzrost temperatury. Sama nie może być jednak pierwotną przyczyną zmiany klimatu.

Więcej o roli pary wodnej jako gazu cieplarnianego możecie Państwo przeczytać w tekstach na stronie naukaoklimacie.pl (Mit: Para wodna jest najważniejszym gazem cieplarnianym, więc CO2 się nie liczy oraz Para wodna – klimatyczny „dopalacz”) lub w książce „Nauka o Klimacie”.

Zdjęcie: Piotr Krzeslak/Shutterstock

Podziel się:
Wesprzyj nas!

Ładowanie danych zbiórki...

Wesprzyj SmogLab!