Zabawa w ciepło-zimno

Kiedy w XVIII w. Anglik Abraham Darby zastosował do wytapiania stali węgiel, nie miał pojęcia, że zainicjował coś, co w dwieście lat później zawiśnie nad ludzkością, niczym miecz Damoklesa. Spalanie węgla kamiennego na skalę przemysłową zapoczątkowało szybki wzrost emisji do atmosfery dwutlenku węgla.

Posiadacze samochodów wiedzą, że wnętrze auta, zamkniętego i pozostawionego na słońcu, nagrzewa się. Zachodzi tu to samo zjawisko, z którym mamy do czynienia w szklarni. Światło słoneczne przenika przez szkło i pada na glebę, która je wchłania. Tym samym nagrzewa się i oddaje część ciepła, ale już w postaci dłuższych fal podczerwonych. Promieniowanie to, w przeciwieństwie do światła słonecznego, nie może przeniknąć przez szkło i wydostać się na zewnątrz, więc pozostaje we wnętrzu szklarni, ogrzewając powietrze. I tak w kółko. Identycznie dzieje się z atmosferą Ziemi, tyle że tutaj rolę szkła pełnią gazy – głównie para wodna i dwutlenek węgla. Im jest ich więcej, tym „szyba” wokół Ziemi jest grubsza i tym więcej ciepła pozostaje w atmosferze, podgrzewając ją. Globalna temperatura zatem rośnie.

Najgorszym wariantem jest wystąpienie sprzężenia zwrotnego: kiedy robi się cieplej, topnieje lód, który normalnie odbija dużą część światła słonecznego. Powoduje to dalszy wzrost temperatury, a więc topnienie większej ilości lodu i tak dalej. Ponadto, w coraz cieplejszej wodzie morskiej rozpuszcza się coraz mniej dwutlenku węgla, co dodatkowo zwiększa jego ilość w atmosferze.

Od czasów Abrahama Darby ilość dwutlenku węgla ciągle wzrasta. Emisja tego gazu ma wiele źródeł. Najwięcej go powstaje podczas spalania paliw kopalnych: w hutach, elektrowniach itp. Codziennie spalanych jest ponad 20 mln ton węgla i 90 mln baryłek ropy naftowej. Niechlubną rolę odgrywa też wypalanie lasów, szkodliwe w dwójnasób. Nie dość, że jego efektem jest bezpośrednia emisja dwutlenku węgla, to jeszcze niszczy się biomasę leśną, będącą naturalnym „pochłaniaczem” dwutlenku węgla.

Co więcej, naukowcy odkryli w górnych warstwach atmosfery gaz będący związkiem siarki, fluoru i węgla, zatrzymujący ciepło znacznie efektywniej niż dwutlenek węgla czy metan. Jego ilość szybko wzrasta – o ok. 6 proc. rocznie.

Niełatwo nastraszyć kogoś mieszkającego w Europie wizją ocieplenia klimatu. Ale są znamienne wyjątki. Bardzo poważnie podchodzą do sprawy Holendrzy. Przyczyna jest prosta – kiedy globalna temperatura wzrośnie, duża część Holandii może zniknąć z powierzchni Ziemi.

Jak wiadomo, nie cała woda powierzchniowa jest zgromadzona w oceanach, morzach, jeziorach czy rzekach. Spora jej część jest zamarznięta i związana w czapach lodowych Antarktydy, Arktyki oraz w lodowcach górskich. Ziemia, poddana działaniu efektu cieplarnianego, może zatem przypominać zepsutą lodówkę: lód zacznie tajać. Każdy centymetr sześcienny roztopionej czapy polarnej, to pewna ilość wody, która zasili oceany. Im w oceanie będzie więcej wody, tym bardziej wzrośnie jego poziom. To z kolei spowoduje, że niektóre brzegi i niżej położone obszary lądów mogą zostać zatopione. A przecież Holandia leży w depresji – poniżej poziomu morza.

Miejsc takich jest wiele. Jedna trzecia ludności świata mieszka w pasie szerokości 60 km od wybrzeża. Na terenach, które mogą być zalane, gdy poziom morza podniesie się o 5 m, żyje obecnie ponad miliard ludzi.

Najgorszy scenariusz przewiduje wzrost globalnej temperatury o 10°C. Spowoduje to podniesienie się poziomu mórz o 80 m. Po raz pierwszy od epoki dinozaurów wielka połać Ameryki Północnej znalazłaby się pod wodą. Nie są to rozważania abstrakcyjne. Wielkie transgresje i regresje morskie zachodziły w dziejach Ziemi niejednokrotnie. Przed zaledwie 18 tys. lat, u szczytu ostatniego zlodowacenia, poziom morza był niższy od obecnego o ponad 100 m.

Czy jednak taka wizja jest prawdopodobna? Jak duże musiałoby być ocieplenie, by spowodowało topnienie lądolodu? Otóż, wcale nie tak duże. Topnienie lodowców na biegunach może zostać zainicjowane przez wzrost globalnej temperatury tylko o 3°C! Tymczasem niektóre scenariusze przewidują wzrost temperatury o 3,5-5°C.

Jak ustalili naukowcy, temperatura na Ziemi podniosła się od 1860 r. o 1°C. Zmiana wydaje się niewielka, ale rzecz nie w wielkości, lecz w tempie, w jakim się dokonała. Jeśli by na tej podstawie snuć prognozy, przewidywany wzrost temperatury będzie 15 do 40 razy szybszy niż kiedykolwiek w dziejach Ziemi. Takich zmian biosfera może nie przetrwać. Gdyby temperatura rosła o 0,5° na 10 lat, strefy klimatyczne przemieszczałyby się tak szybko, że lasy, aby za nimi nadążyć, musiałyby się przesuwać o 600 km na 100 lat, co wydaje się zupełnie nieprawdopodobne (o ile, rzecz jasna, będą jeszcze jakieś lasy…). Z końcem ostatniej epoki lodowej lasy świerkowe przesuwały się ku północy, w ślad za topniejącym lodowcem, o 150 km na stulecie. Trudno chyba będzie pobić ten rekord.

Ironią losu pozostaje fakt, że tak wielki wpływ na naszą planetę i nas samych może mieć gaz, którego ilość w atmosferze jest zupełnie znikoma – obecnie jest go 0,035 proc. Od roku 1800 nastąpił wzrost o jedną czwartą. To bardzo dużo, jeśli się weźmie pod uwagę, że w najzimniejszych okresach zlodowaceń atmosfera zawierała ok. 0,020 proc. dwutlenku węgla, a w cieplejszych interglacjałach – 0,028 proc.

Na podstawie tempa cofania się lodowców górskich specjaliści szacują, że ostatnie 50 lat było cieplejsze niż jakiekolwiek inne półwiecze w ciągu 12 tys. lat. Spektakularnym dowodem cofania się lodowców było odkrycie w Alpach, w 1991 r., zwłok mężczyzny, który przeleżał pod lodem 4 tys. lat.

Możliwe jednak, że był w dziejach Ziemi okres, kiedy globalne ocieplenie było nie tylko pożądane, ale wręcz niezbędne do dalszego rozwoju życia. Na podstawie badania węglanowych skał Namibii uczeni sformułowali hipotezę, że 750-550 mln lat temu Ziemia była cała skuta lodem. Trwało to miliony lat. Nie wiadomo, jak dalej potoczyłyby się losy życia, gdyby nie wulkany. Ulatujący z nich dwutlenek węgla nie mógł rozpuszczać się w pokrytych lodem oceanach, więc gromadził się w atmosferze, stopniowo „rozkręcając” efekt cieplarniany.

Nie wszyscy zgadzają się z wnioskami, że klimat na Ziemi się ociepli. Niektórzy sądzą, że czeka nas globalne… zlodowacenie. I to w dodatku za sprawą efektu cieplarnianego!

Istnieje przypuszczenie, że taki wypadek miał już miejsce w dziejach Ziemi, i to nie tak dawno, bo zaledwie około 10 tys. lat temu. Schyłek ostatniej epoki lodowej rozpoczął się przed mniej więcej 18 tys. lat. Od tego momentu temperatura ciągle rosła. W północnej Kanadzie, z roztapiającego się lądolodu, powstało ogromne Jezioro Agassiz, oddzielone od Atlantyku przez wielką lodową tamę. Kiedy temperatura wzrosła jeszcze bardziej, tama uległa przerwaniu i olbrzymia ilość słodkiej wody przelała się do Atlantyku. Wody między Grenlandią a Islandią stały się zbyt słodkie, co zaburzyło system prądów morskich utrzymujących w równowadze temperaturę na Ziemi.

Powierzchniowe prądy, jak np. Zatokowy, transportują ciepło od równika na północ. W wyniku parowania woda staje się bardziej słona, gęstsza i cięższa. Dzięki temu opada na dno, gdzie tworzy podwodny prąd, transportujący zimną wodę z powrotem w kierunku równika. Tak działa „oceaniczna pompa wodna”. Jeśli natomiast woda powierzchniowa na północy stanie się mniej słona, będzie zbyt lekka, by opaść na dno i obieg ulegnie przerwaniu. Właśnie to zaszło prawdopodobnie 10 tys. lat temu i spowodowało gwałtowne, w ciągu około 70 lat, oziębienie klimatu – niespodziewany powrót epoki lodowej. Na szczęście dla nas po pewnym czasie oceaniczna pompa znów zaczęła działać i nadeszło ocieplenie.

Niestety, wygląda na to, że do zaburzenia systemu prądów morskich wystarczy topnienie lodowej pokrywy Grenlandii. W 1991 r. Peter Schlosser z Obserwatorium Geologicznego Lamont-Doherty stwierdził wraz ze współpracownikami, że w latach 80. tempo działania oceanicznej pompy nagle zmalało. Trudno wprawdzie udowodnić, że nie jest to jakieś zjawisko naturalne; tym niemniej w kręgach ludzi zajmujących się globalnym ociepleniem powiało… chłodem.

Jak zapobiec kolejnemu zlodowaceniu? Robert G. Johnson z University of Minneapolis zaproponował przed laty, aby… przegrodzić tamą Cieśninę Gibraltarską. W jego hipotezie kluczową rolę w następowaniu epok lodowych odgrywa Morze Śródziemne. Jego wody, w wyniku parowania, stają się coraz bardziej słone i ciężkie, toteż wypływając przez Cieśninę Gibraltarską mogą zepchnąć Golfsztrom w kierunku Labradoru. Wywoła to parowanie wody i intensywne opady śniegu w północnej Kanadzie. Śnieg, odbijając światło słoneczne, doprowadzi do obniżenia temperatury, co napędzi sprzężenie zwrotne i doprowadzi do zlodowacenia. Aby go uniknąć, wystarczy zatem odciąć Morze Śródziemne od Atlantyku.

A jak zapobiec globalnemu ociepleniu? Do najciekawszych propozycji należy niewątpliwie projekt amerykańskiego biochemika Johna Martina, który postulował… posypywanie oceanu opiłkami żelaza. W jakim celu? Otóż, żelazo miałoby sprzyjać rozwojowi planktonu morskiego, który z kolei wiązałby dwutlenek węgla, zmniejszając jego ilość w atmosferze. Doświadczenia w pobliżu Wysp Galapagos dowiodły, że ilość planktonu rzeczywiście się zwiększa po zasileniu wody żelazem. Ale, z kolei, ten nowy fitoplankton pochłania mniej dwutlenku węgla niż normalny. Dlaczego? Nie wiadomo.

Stopienie czap polarnych i podniesienie się poziomu morza nie wyczerpują wszystkich niekorzystnych skutków efektu cieplarnianego. Najgroźniejsze będą z pewnością anomalie pogodowe, które wpłyną na globalną produkcję żywności. Podniesienie się poziomu mórz spowoduje również podniesienie się zwierciadła wód gruntowych i zasolenie gleb. W wielu rejonach Ziemi pogłębią się susze, w innych wystąpią klęski powodzi.

Globalne ocieplenie stało się problemem politycznym. Silne lobby przemysłowe, związani z nim badacze i politycy, a także rządy wielu krajów negują konieczność ograniczania emisji gazów szklarniowych do atmosfery. Już na konferencji w Kioto, w 1997 r., przedstawiciele 38 najbardziej uprzemysłowionych krajów ustalili, że do 2010 r. ograniczą emisję gazów szklarniowych do poziomu sprzed roku 1990. Jednak z planów tych nic nie wyszło, a porozumienie nigdy nawet nie zostało ratyfikowane przez senat USA, które są odpowiedzialne za jedną czwartą światowej emisji dwutlenku węgla.

Efekt cieplarniany to „dziecko” naszych czasów. Pierwszych regularnych pomiarów stężenia dwutlenku węgla zaczęto dokonywać na środkowym Pacyfiku w 1958 r. Niemała liczba naukowców nadal pozostaje sceptyczna. Czy zatem czeka nas epoka lodowa, czy globalny potop? Jak by nie było, roztropniej jest chyba dmuchać na zimne (ciepłe?).