Atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého

Nikdy za posledných 10 000 rokov alebo počas celej doby ľadovej nebol obsah oxidu uhličitého v atmosfére taký vysoký ako teraz. Človek sa musí vrátiť o niekoľko miliónov rokov späť v histórii Zeme, aby narazil na vyššiu koncentráciu.

Atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého

Oxid uhličitý v rannej atmosfére

O týchto výkyvoch za posledných 500 miliónov rokov sú k dispozícii o niečo lepšie informácie. Za prvých 100 miliónov rokov tohto obdobia sa obsah CO2 pohyboval medzi 4 000 a 6 000 ppm (dnes 385 ppm). Nasledovala fáza s podobne nízkymi hodnotami CO2 ako dnes a ľadová pokrývka takmer až k 30. rovnobežke. Medzi 100 a 250 miliónmi rokov bol obsah CO2 opäť nad 1 000 ppm. Bola to doba dinosaurov s teplotami o 8 stupňov vyššími ako dnes.

Oxid uhličitý v kenozoiku

Za posledných 65 miliónov rokov, v kenozoiku (moderný vek Zeme), obsah oxidu uhličitého v atmosfére potom prešiel vývojom, ktorý viedol k dnešným klimatickým podmienkam. Za prvých 30 miliónov rokov sa pohybovala okolo 1 000 ppm, čím dokonca o 50 miliónov rokov prekročila hodnotu 1 500 ppm. V tejto prvej polovici cenozoika bola Zem stále bez ľadu. Z doby pred asi 35 miliónmi rokov má koncentrácia CO2 tendenciu klesať na asi 300 ppm, čo znamenalo začiatok zaľadnenia Antarktídy asi pred 35 miliónmi rokov a súčasná doba ľadová asi pred dva a pol miliónmi rokov.

Obr. 1: Obsah oxidu uhličitého v atmosfére za posledných 60 miliónov rokov 1

Hlavný dôvod zmien v hladinách CO2 v kenozoickej ére je v pohyboch afrických a indických platní. Spočiatku viedli k silným horským záhybom v Alpách a Himalájach, a tým k intenzívnej sopečnej činnosti. Po zvýšení Himalájí a Tibetskej náhornej plošiny spotrebovali silné procesy chemického zvetrávania veľké množstvo atmosférického oxidu uhličitého, ktorý sa privádzal do mora spolu s usadeninami a na dlhšiu dobu sa z uhlíkového cyklu vyňal.

Pre klimatický vývoj éry kenozoika smerom k obnovenému zaľadneniu sa obsah CO2 v atmosfére považuje za dominantný faktor. Ostatné pohony, ako napríklad slnečné žiarenie alebo zmeny v oceánskych prúdoch, hrali len veľmi podradnú úlohu. V kenozoiku sa slnečné žiarenie dokonca zvýšilo o 0,4%, čo však zodpovedalo iba radiačnému vynúteniu +1 W/m 2 - v porovnaní s negatívnym vynútením -10 W/m 2 v dôsledku znižujúceho sa obsahu oxidu uhličitého v atmosfére.

Oxid uhličitý v dobe ľadovej

Obr. 2: Zmeny koncentrácie CO2 v atmosfére za posledných 640 000 rokov a fluktuácie deutéria ako zástupcu (proxy údajov) pre teplotu v arktickom ľade. Pozoruhodný je paralelný vývoj oboch hodnôt, ako aj prudký nárast obsahu CO2 od začiatku industrializácie, ktorý so súčasným (2008) 385 ppm jasne prekračuje všetky hodnoty za posledných 640 000 rokov, ktoré tiež v predchádzajúcich teplých obdobiach nepresiahli 300 ppm. je ešte vyššia ako kedykoľvek predtým za posledných 10 miliónov rokov (pozri obr. 1). 2

Atmosférický oxid uhličitý a globálna teplota sa navzájom ovplyvňujú. Nižšia globálna teplota znižuje obsah CO2 a nižší obsah CO2 vedie k ešte väčšiemu poklesu teploty. Obsah CO2 je v rozmedzí od 180 do 300 ppm. Aktuálna koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére presahuje výkyvy doby ľadovej a nemožno ju odvodiť z predchádzajúceho otepľovania. Je to dôsledok antropogénnych emisií a je zodpovedný za súčasné otepľovanie.

Koncentrácia CO2 od industrializácie

Obr. 3: Atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého od začiatku éry do roku 2007. Vo vloženom okne je vývoj koncentrácií a emisií od roku 1970. 3

Od začiatku industrializácie ľudia zasahovali do prírodného cyklu čoraz väčším spaľovaním fosílnych palív, ako je ropa, zemný plyn a uhlie, v ktorých bol oxid uhličitý z prírodného cyklu odvádzaný stovky miliónov rokov a s ním aj koncentrácia CO2. v atmosfére pribúdalo. Okrem toho dochádza k priamemu ničeniu vegetácie prostredníctvom zmien vo využívaní pôdy alebo ničenia lesov, pri ktorých sa tiež uvoľňuje CO2. Od začiatku éry do začiatku industrializácie kolísala atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého iba nepatrne medzi 275 a 285 ppm. Počas priemyselného veku sa atmosférická koncentrácia oxidu uhličitého zvýšila približne o 36% z 280 ppm na 385 ppm v roku 2007. Prvých 50 ppm zvýšenia CO2 trvalo viac ako 200 rokov, zatiaľ čo ďalších 55 ppm sa dosiahlo za pouhých 30 rokov. 4

Súčasný vývoj oxidu uhličitého

Približne od roku 2000 ukazuje rýchlosť rastu koncentrácie CO2 ďalšie zvyšovanie. Aj keď to bolo v 90. rokoch iba 1,49 ppm/rok, v období 2000-2006 je to už 1,93 ppm ročne. 5 Od roku 2005 do roku 2007 bol nárast dokonca 2,4 ppm/rok, potom však klesol na 1,8 ppm v roku 2008. 5a Medzitým sa tempo rastu opäť zvýšilo a bolo 2,4 ppm/rok od roku 2009 do roku 2010, pričom koncentrácia sa vyšplhala na viac ako 390 ppm. 5b

Príčiny spočívajú na jednej strane vo vyšších emisiách, na druhej strane - a to je nové - v znižujúcej sa účinnosti výleviek, najmä oceánu. Od roku 1850 do roku 2006 sa spaľovaním fosílnej energie uvoľnilo do atmosféry 330 GtC, plus 156 GtC zmenami vo využívaní pôdy, hlavne ničením lesov. Emisie sa v posledných rokoch mimoriadne silno rozvinuli. Zatiaľ čo v 90. rokoch bola miera rastu antropogénnych emisií stále 1,3% ročne, v období 2000 - 2006 bola takmer trikrát vyššia, na úrovni 3,3%. Celkové antropogénne emisie dosiahli v roku 2000 8,4 GtC, ale v roku 2006 to bolo 9,9 GtC. To je ročný rast 2,9% - v porovnaní s 0,7% v 90. rokoch. Priemerné ročné emisie v rokoch 2000 - 2006 boli 9,1 GtC, z čoho 7,6 GtC pochádzalo zo spaľovania fosílnych palív a 1,5 GtC zo zmeneného využívania pôdy. 6.

Obr. 4: Zmena v emisiách CO2 v dôsledku zmien vo využívaní pôdy, spaľovania fosílnych palív, výroby cementu atď. (Vľavo hore), ako aj zmien v podieloch zníženia CO2 v atmosfére (vpravo hore), vegetácie pevniny (vľavo dole) a v oceáne (vpravo dole). Dnová časť oceánu sa zjavne zmenšuje. 6a

Teraz je zrejmé, že podiel antropogénnych emisií, ktorý atmosféra absorbovala, sa za posledných niekoľko desaťročí zvýšil, zatiaľ čo podiel oceánov sa výrazne znížil. Dôležitý dôvod je viditeľný v zintenzívnení cirkumpolárnych západných vetrov okolo Antarktídy, ktoré transportujú vodu bohatú na CO2 z hlbších oceánskych vrstiev na povrch, kde sa oxid uhličitý môže uvoľňovať do atmosféry. Pretože toto zosilnenie sa pripisuje hlavne ozónovej diere nad Antarktídou, mohlo by byť oslabenie absorpcie CO2 dočasným javom. 7.