Poprzednie wpisy skupiły się na CO2. Jednak CO2 to tylko jeden z czynników, które zmieniają klimat ziemski. O pozostałych jest z reguły dużo ciszej.
Modele próbujące oszacować wpływ zmian różnych elementów układu klimatycznego uwzględniają zatem nie tylko wymuszenie klimatyczne powodowane przez CO2, ale także m.in. przez słońce czy albedo planety.
Najbardziej rozpowszechniony miks klimatyczny to wykres określający wymuszenie radiacyjne poszczególnych elementów miksu załączony w IV Raporcie IPCC. Najbardziej aktualny i dokładny wykres zamieściłem poniżej. Zawiera on wyliczenia dotyczące wymuszania radiacyjnego spowodowanego zmianami w porównaniu z epoką preindustrialną (rok wyjściowy to 1750). Wyliczenia są za 2005 rok.
Pozostałe czynniki powodujące wymuszenie radiacyjne (poza CO2):
CH4 (metan) - najważniejszy gaz cieplarniany poza CO2. Od początku epoki preindustrialnej zwiększył się z 700 ppb (ppb - cząstek na miliard) w 1750 roku do 1750 ppb w 2005 roku, czyli wzrost jest ponad 2,5 krotny. Metan atmosferyczny jest jak widać dosyć rzadki, jednak powoduje on dużo silniejszy efekt cieplarniany niż dwutlenek węgla (ok. 25 razy większy). Ponad dwukrotny wzrost stężenia metanu atmosferycznego spowodował zatem silną absorpcję fal promieniowania ziemskiego. Przy czym żywotność metanu jest dużo niższa i efekt cieplarniany metanu jest krótkookresowy (żywot atmosferyczny metanu to ok. 8,4 lat, a efekt cieplarniany trwa 20 lat).
Pierwotnie metan pochodził głównie z wyziewów wulkanicznych, ale obecnie większość naturalnej emisji pochodzi z biosfery i hydrosfery. Antropogeniczne emisje CH4 już obecnie stanowią ponad połowę rocznej produkcji tego gazu i w 100% odpowiada za nadwyżki stężenia atmosferycznego. Większość antropogenicznego CH4 pochodzi ze produkcji energii (ok. 1/3) oraz z hodowli przemysłowej (ok. 1/3). Wyraźna dominacja przemysłu i biosfery na północnej półkuli doprowadził do sporych dysproporcji w stężeniu między północą, a południem.
W ostatnich latach zaobserwowano znaczne spowolnienie przyrostu stężenia CH4 atmosferycznego. Z punktu widzenia walki z globalnym ociepleniem wydaje się wręcz, że walka z emisją metanu da największe korzyści w krótkim okresie i szybkie ograniczenie przemysłowej jej emisji powinno stać się częścią rozmów klimatycznych (np. poprzez kontrolę nad emisją metanu z wysypisk, przemysłowe wyłapywanie i spalanie metanu wydalanego w bagnach, wykorzystywanie biogazów z odchodów czy redukcję spożycia mięsa hodowlanego). Problemem dla globalnego ocieplenia może być rozmrożenie wiecznych zmarzlin i masowe wydalanie metanu w nim przechowywanego.
Pośrednim efektem wyższego stężenia CH4 jest oksydacja metanu w stratosferze i tworzenie się tam pary wodnej, która przyczynia się do dodatkowego wymuszenia radiacyjnego w wyższych warstwach atmosfery.
N2O (podtlenek azotu) - główny składnik smogu, znany też jako gaz rozśmieszający. Od początku epoki preindustrialnej zwiększyło się jego steżenie atmosferyczne z 270 ppb w 1750 roku do 320 ppb w 2005 roku, czyli wzrost o ok. 20% (przy rocznym przyroście ok. 0,2%-0,3%). Z racji swoich właściwości słabo się rozprzestrzenia, stąd często dochodzi do jego gromadzenia na małych obszarach. Jako gaz cieplarniany jest jeszcze silniejszy niż metan, bo jego działanie wymuszające jest 300 razy wyższe niż CO2, a w dodatku ma długą żywotność atmosferyczną (ok. 115 lat). Tu warto zaznaczyć, że większa emisja N20 wpływa też na wzrost troposferycznego ozonu (patrz dalej).
Około 70% emisji N20 jest pochodzenia naturalnego (gleby, głównie tropikalne, oraz oceany), natomiast pozostałe 30% ma pochodzenie antropogeniczne. 'Ludzkie' źródła N2O to m.in. intensywna uprawa gleb (ok. 2/3), hodowla przemysłowa, spalanie węgla i ropy, produkcja związków bazujących na kwasie azotowym.
Możliwym skutecznym sposobem na ograniczenie tejże emisji to zmiany w rolnictwie. Wystarczy ograniczyć emisję N2O w intensywnym rolnictwie o ok. 40% (np. poprzez zmniejszenie ilości stosowanych nawozów sztucznych), żeby osiągnąć stan równowagi, a nawet doprowadzić do powolnego spadku stężenia związku w atmosferze. Można też upiec dwie pieczenie na jednym ogniu i ograniczyć metan i podtlenek azotu poprzez zmniejszenie wielkości i intensywności przemysłu hodowlanego (np. poprzez ograniczanie spożycia mięsa).
Haloalkany - główny winowajca dziury ozonowej winien jest też efektowi cieplarnianemu. Ale CFC (dla uproszczenia chodzi o freon) to i tak mały pryszcz przy HFC czy PFC (nie będące gazami niszczącymi ozon), których 'potęga' cieplarniana jest 12,500 razy wyższa niż CO2, a życie atmosferyczne to kilkatysięcy lat.
Obecność haloalkanów w atmosferze jest w 100% wynikiem działalń ludzkich. Ich stężęnie atmosferyczne osiągnęło maksimum ok. 1994 roku na poziomie 2230 ppt (ppt - cząstek na kwintylion), by zacząć spadać do poziomu 1950 ppt w 2007 roku.
Powolne wygaszanie stosowania haloalkanów w przemyśle (na mocy globalnych zakazów wygaszających ich użycie) spowoduje, że wymuszanie powoli słabnie (na szczęście żywotność atmosferyczna najpopularniejszych haloalkanów jest dosyć krótka - od 10 do 100 lat - na przykłąd poprzez oddziaływania chemiczne w warstwie ozonowej).
O3 (ozon) - ozon występuje naturalnie w stratosferze, jak i w troposferze. Jej obecność w stratosferze chroni Ziemię od szkodliwych promieni ultrafioletowych, o czym wie każde człowiek wychowywany 20 lat temu. Tam jak wiadomo stężenie ozonu się zmniejsza w wyniku reakcji ozonu z freonem i z innymi haloalkanami. Stąd notuje się negatywny wpływ zaniku warstwy ozonowej w stratosferze na wymuszenie radiacyjne w troposferze.
Jednak z punktu widzenia zmian klimatycznych dużo ważniejszy jest ozon zawarty w troposferze, gdzie ozon naturalnie występuje w małych ilościach i jest uznawany za związek szkodliwy. Ozon z małymi wyjątkami jedynie pośrednio pojawia się w troposferze. Ozon troposferyczny powstaje bowiem dzięki reakcjom atmosferycznym np. z podtlenkiem azotu czy z tlenkiem węgla. Wyższe zatem zanieczyszczenie atmosferyczne znacząco zwiększyło stężenie ozonu w powietrzu, szczególnie na kontynencie europejskim czy północnoamerykańskim.
Warto tu też zaznaczyc, że rola ozonu troposferycznego jest niejednoznaczna - wyższe stężenie ozonu troposferycznego ma bardzo silne oddziaływanie cieplarniane, ale też reaguje chemicznie z innymi gazami cieplarnianymi. Duże stężenie ozonu skraca zatem życie atmosferyczne pozostałych gazów cieplarnianych (za wyłączeniem CO2 i niektórych haloalkanów), zatem przy założeniu ograniczenia emisji tychże gazów ozon nieco przyspieszy leczenie się planety.
Albedo planety - najsłabiej zbadany element układanki - to po prostu bardzo skomplikowany układ. Wycięcie lasów powinien wpływać negatywnie na wymuszenie radiacyjne, ale to zależy od koloru i charakteru nowego podłoża. (np. od wchłanialności wilgoci) Natomiast jednoznacznie pozytywne wymuszenie radiacyjne ma zabrudzenie śniegów i lodów na wskutek zanieszczyszczeń.
Zaznaczam, że w kontekście zmiany albeda planety nie chodzi tu o sprzężenia zwrotne spowodowane innymi czynnikami (np. topienia się lodowców w wyniku wyższej temperatury).
Aerozole - co niektórzy bardziej szaleni ludzie sugerowali chłodzenie planety poprzez wpuszczenie dużej ilości aerozoli do atmosfery. Zresztą niedawno pojawił się od czapy komentowany artykuł na temat tego, że z powodu 'oczyszczania się powietrza' temperatura Europy rośnie. Ograniczenie emisji siarczanów przez przemysł pozbawił bowiem Europę efektu chłodzącego generowanego przez te związki. W zamian unikamy powszechności kwaśnych deszczy.
Większość aerozoli atmosferycznych jest pochodzenia ludzkiego, ale duży udział mają też wulkany, a szczególnie duże wybuchy typu Pinatubo, który nagle powodują szybkie, ale krótkookresowe, spadki globalnej temperatury.
Aerozole dwojako wpływają ma chłodzenie się powierzchni. Z jednej strony rozpraszają i wyłapują promieniowanie słoneczne, a z drugiej wpływają na tworzenie się mgieł i formowanie się chmur. O czym można było przeczytać u Vautard'a, gdyby nie manipulowano treścią jego raportu.
Tu podobnie jak z albedem planety istnieje bardzo wiele niepewności, co do rozmiaru 'efektu chłodzącego' aerozoli, ale wiadomo, że tylko dzięki temu, że truliśmy się siarczankami zmiany klimatyczne są mniej drastyczne niż byłoby to możliwe. Przemysł odchodzi jednak od aerozoli na wskutek wyższych standardów ekologicznych, a ich stężenie atmosferyczne radykalnie spada, więc wkrótce stracimy poważny czynnik chłodzący nasz klimat.
Wniosek obecny jest taki. Dalej grzejemy naszą planetę, ale przestalemy go chłodzić. Możemy podejść do tego dwojako - albo ograniczymy emisję gazów cieplarnianych, albo zaczniemy na nowo zanieczyszczać Ziemię zastępując jeden problem innym...
Promieniowanie słoneczne - nic dodać, nic ująć. O tu proszę Państwa widać jak wielki wpływ ma słońce na obecne globalne zmiany klimatyczne.
Jak widać wyliczone w tabelce wymuszenie radiacyjne netto wynosi 1,3-1,6 W/m2, co z kolei spowodowało wzrost temperatury o ok. 0,74oC od 1750 roku.
Więcej:
ABC globalnego ocieplenia (cz. I)
Nieludzkie CO2? (cz. II)
Jaki wpływ CO2? (cz. III)
Wrażliwość klimatu (cz. IV)
A także:
Naukowy consensus?
Globalne ocieplenie - mechanika denializmu
P.S. Świadomie w powyższym wykresie nie ma pary wodnej, co wynika z tego, że zmiany w parze wodnej występują de facto wyłącznie w formie sprzężenia zwrotnego innych wymuszeń. O czym w innym wpisie.
