Je skleníkový efekt atmosféry hrozbou?

Klima na Zemi závisí na křehké rovnováze mezi energií, která vstupuje do
klimatického systému ve formě krátkovlnného slunečního záření a energií, která ho opouští prostřednictvím dlouhovlnného vyzařování zemského povrchu. Zemská atmosféra propouští vetšinu příchozí solární radiace avšak dokáže díky svému složení zadržovat a odrážet dlouhovlnné záření emitované zemí a zvyšovat tak teplotu na zemském povrchu. Tato schopnost atmosféry je nazvána skleníkovým efektem, dle analogie s mechanismy fungujícími ve skleníku, a plyny, které tuto funkci atmosféry zajištují, skleníkovými plyny. Kdyby skleníkový efekt neexistoval, klima na Zemi by bylo pro život neúnosné - výrazně by se zvýšily denní amplitudy teploty (nořní teploty by klesaly hluboko pod bod mrazu) a průměrná teplota zemského povrchu by byla asi o 33°C nižší, než je tomu v současnosti. Země by se tak stala zmrzlou planetou bez života.

Výkyvy koncentrací skleníkových plynů doprovázely klimatické změny i v minulosti
bez jakéhokoli vlivu človeka. Bylo dokázáno, že během ledových dob v pleistocénu došlo k propadům koncentrací oxidu uhličitého a naopak interglaciály byly charakteristické jejich zvýšením. I když dnes víme, že příčiny ledových dob byly více komplexní ve svých příčinách, ukazuje to na velkou citlivost globálního klimatu na koncentrace skleníkových plynů v atmosfére. Není proto důvod pochybovat, že současné, člověkem způsobené zvyšování obsahu skleníkových plynů v atmosfére klimatický systém ovlivňuje. A tak i když skleníkový efekt atmosféry umožnuje život na Zemi v jeho současné podobě, následky zesilování skleníkového efektu se stávají vážnou hrozbou v globálním měrítku. Vliv človeka na klimatický systém je možné spatrovat ve dvou rovinách - ve změně charakteru zemského (či přesněji aktivního) povrchu a změnách ve složení atmosféry. Zatímco první mechanismus působení člověka má spíše lokální dopad (např. specifické klima měst díky odlišné radiační a tepelné bilanci umělých povrchů ve městech), následky emise
škodlivin do ovzduší jsou vážnou hrozbou pro lidskou civilizaci. Oba mechanismy jsou rovnež vzájemně provázány - kácení lesu, které ustupují mestum, komunikacím a zemědělské půdě, vede k snížení propadů oxidu uhličitého a přispívá ke zvyšování koncentrací tohoto plynu v atmosfére. Člověk se stává jedním z klimatotvorných faktorů v lokálním i globálním měřítku, je ovšem nesmírně obtížné vzhledem k složitosti procesů probíhajících v klimatickém systému míru podílu člověka na variabilitě klimatu (klimatických změnách) kvantifikovat.

Důsledky zesíleného skleníkového efektu není možné chápat jako pouhou změnu
teplotní složky klimatu ("globální oteplování"), ale jako komplexní klimatickou změnu v důsledku změněného stavu (radiační rovnováhy) klimatického systému. Zesilování skleníkového efektu prináší více energie do klimatického systému. Tato energie ohřívá přízemní atmosféru a stává se hnací silou řady dějů,pri kterých se spotřebovává a distribuuje teplo (výpar, turbulence a konvekce). Lze proto předpokládat, že kromě celkového zvyšování teplot vzduchu se klima v budoucnu stane více extrémní (horko, sucho, povodně, velké výkyvy teplot), v některých lokalitách muže dojít ke zmeně režimu a intenzity cirkulace (a s tím spojeného ročního chodu teplot vzduchu a srážek) a časteji se budou vyskytovat rizikové
povětrnostní jevy, jako jsou tropické cyklóny, intenzivní srážky, bouře ci krupobití.

Změněný stav klimatického systému spustí řadu procesů fyzikálního, biologického i chemického původu, tzv. zpětných vazeb, které budou působit jak ve směru potlačení klimatické změny (negativní zpětné vazby) tak i jejího zesílení (pozitivní zpětné vazby). Velkou část zpětných vazeb představují procesy probíhající v oceánu. Postihnout zpětné vazby klimatickými modely je velmi složité, proto je rozmezí modelovaných teplot u vetšiny modelů široké. Změna teploty způsobená klimatickou změnou nebude rovnoměrná, ale bude se výrazně regionálně lišit. Některé oblasti se oteplí více (obecně mírné a polární pásmo), některé méně (subtropy a tropy), v některých oblastech by dokonce mohlo dojít k ochlazení, které ovšem bude předcházeno oteplením.

Skleníkové plyny

Dominantním skleníkovým plynem je vodní pára. Pokud by vodní pára byla jediným
skleníkovým plynem, pak by skleníkový efekt atmosféry ve středních zeměpisných šírkách představoval 60-70% skleníkového efektu všech radiačně aktivních plynů v atmosféře. Hlavním antropogenně ovlivňovaným skleníkovým plynem je oxid uhličitý, který se podílí na skleníkovém efektu približně z 22%. Dalšími skleníkovými plyny je N2O, CH4 ozon, či freony (halogenované uhlovodíky).

Koncentrace skleníkových plynů jsou v současnosti vysoko nad predindustriální
úrovní (koncentrací kolem roku 1750) a stále narůstají. Koncentrace CO2 vzrostla od roku 1750 o 31% na hodnotu 367 ppm v roce 1999 a jde tak pravděpodobně o nejvyšší hodnotu, které bylo za uplynulých 400 tisíc let dosaženo. Pouhý nárust emisí během posledních deseti let byl približně poloviční ve srovnání s množstvím, které bylo za stejné období spotřebováno při fotosyntéze ci absorbováno zemským povrchem a oceány. Podle numerických modelů dlouhodobého vývoje světových emisí CO2 by bylo ke stabilizaci koncentrací potřeba snížit celkové antropogenní emise o 60-80%. Koncentrace CH4 za stejné období vzrostla o 151%. Hlavními zdroji vzrůstu koncentrací metanu jsou (v celosvětovém měřítku) pestování rýže, živocišná výroba, spalování biomasy, dulní činnost, težba a doprava plynu a také pokles koncentrací hydroxylových radikálů v atmosfére, které se významnou merou podílejí na přirozeném úbytku metanu. Množství N2O v atmosféře je nyní asi o 17% vyšší než v predindustriální době. Jeho hlavním zdrojem je zemědělská výroba, zejména zvýšené využívání umělých hnojiv s obsahem dusíku a dále spalovací procesy vcetně spalování hmot biologického původu. Fluorované uhlovodíky a fluorid sírový jsou látkami novými, které se kolem roku 1750 nevyskytovaly.

Člověk svoji činností uvolňuje do atmosféry aerosolové částice (napr. sulfáty), které sluneční energii rozptylují, odrážejí ji zpět do vesmíru, čímž naopak přispívají k ochlazování atmosféry (snižují množství příchozí energie). Podobným způsobem funguje i stratosférický ozón, jehož koncentrace však v současné době klesají. Radiační charakteristiky skleníkových plynů a tedy jejich příspěvek k celkovému
skleníkovému efektu je meren pomocí tzv. radiační účinnosti, která udává hodnotu
průměrného zářivého toku na plošnou jednotku (m2), kterým plyn přispívá k energetickému zisku zemského povrchu. Radiační účinnost je funkcí relativní účinnosti na 1 molekulu (je nejvyšší u freonu), koncentrace plynu v atmosféře a absorpcních charakteristik (jaké vlnové délky spektra plyn absorbuje). Přehled hlavních charakteristik skleníkových plynů je uveden v tabulce 1. Radiační účinnost CO2 je odhadována na 1,46 W/m2, pro metan na 0,48 W/m2, pro N2O na 0,15 W/m2 a pro F-plyny 0,34 W/m2. Radiační účinky mají i další plyny, aerosoly
a látky obsažené v atmosfére (ochlazující vliv), ale také změny využívány krajiny a přírodní vlivy (sluneční ci sopečná aktivita).

Scénáře změny klimatu

Odezvy klimatického systému na změny koncentrací radiačně aktivních plynů
v atmosféře se studují pomocí globálních klimatických modelů (General Circulation Models, GCM). Modely zahrnují 3 modelové složky - atmosféru, oceán a kryosféru (pevninský amorský led). Právě propojení s oceánem, který zajištuje radu zpětných vazeb, je jeden z nejzávažnejších problémů modelování klimatu. Výsledky globálních modelů mohou být vstupem do regionálních modelu, které upřesňují situaci v urcitém regionu (pracují s vetším rozlišením). V České republice je vyvíjen regionální model ALADIN-CLIMATE. Určitým omezením klimatických modelů je, že zatím nedokáží postihnout celou šíri zpětných vazeb, přirozenou variabilitu klimatu a regionální specifika. Modelové projekce odhadují nárust globální teploty o 1,4 - 5,8 oC v horizontu konce 21. století (graf 1). Pokud se tyto projekce splní bude se jednat o nejvýznamnější a nejrychlejší nárust teploty za posledních 10 000 let.

Současnou rychlost oteplování (0,1 až 0,2 °C/1 rok) je možno předpokládat i v dalších několika desetiletích. Modely předpokládají větší změnu teploty nad pevninou než nad oceány. Nárust teploty bude výraznejší ve vyšších zeměpisných šírkách a v chladnejším pulroce. Srážky jako celek by se měly zvýšit, v některých oblastech (např. Středomoří) i snížit. V těchto oblastech dojde k zvýraznění sezónnosti srážek, letní období budou velmi suchá. Zvýší se četnost výskytu rizikových jevu(bouřky, větrné smršte, krupobití apod.). Na základě modelových výpočtů se pro Českou republiku se předpokládá zvýšení průměrné roční teploty do roku 2050 o 0,9-3,0 °C a malý pokles ročních úhrnů srážek o 0,2-0,6 %. Zima bude teplejší, deštivejší a větrnější díky zvýraznění cyklonální činnosti nad
Atlantikem a vetší četnosti zonálních situací. Léto bude teplejší a sušší, neboť dojde k posunu Islandské tlakové níže a frontální zóny k severu a nad naše území bude časteji pronikat teplý vzduch z nižších zemepisných šírek. Dopady klimatické zmčny v České republice byly popsány a adaptacní opatření navržena v rámci projektu VaV 740/1/00"Výzkum dopadů klimatické zmeny vyvolané zesílením skleníkového efektu".

Složitost reakcí klimatického systému na změny koncentrací skleníkových plynů
dokládá teorie, dle které by globální oteplování melo paradoxně přinést ochlazení
Evropského regionu. Tato teorie není v rozporu s výše uvedenými poznatky o podobě klimatických zmen v Evropě a v České republice, neboť pracuje až s následky modely vypočteného globálního oteplování. Scénář je založen na možných důsledcích oteplování severních polárních oblastí a tání polárního ledu na dynamiku vod v Atlantském oceánu. V oceánech funguje tzv. termohalinní (založená na rozdílné teplotě a slanosti) cirkulace vod, která se stává hybnou silou hlubokomořských proudu, které společně s povrchovými proudy tvoří propojený systém, který modifikuje klima území, která přiléhají k oceánu. Typickým příkladem tohoto ovlivnění je Evropa, která je v průměru teplejší, než bychom očekávali vzhledem k její vysoké zemepisné šírce.

V Atlantském oceánu je klíčovým místem termohalinní cirkulace severní Atlantik, kde dochází k ochlazení velmi slané vody přinášené Golfským proudem a k jejímu poklesu do hloubek okolo 1000 metrů (největší hustotu má voda o teplotě okolo 4°C s vysokou salinitou). Hromadění vody s vysokou salinitou na povrchu oceánu způsobuje také skutečnost, že při zamrzání oceánu se sůl hromadí pod ledem, v samotném ledu je jí velmi málo. Poklesem vody díky hustotním gradientum se uvádějí v pohyb hlubokomořské proudy, které transportují vodu k jihu. V oblastech okolo rovníku voda stoupá a vyrovnává deficit vody, způsobený značným výparem. K výstupu chladné vody z hlubin oceánu dochází také v oblastech divergence
povrchových oceánských proudů (v Atlantiku je tato oblast u západního pobreží Afriky), která jsou v důsledku toho velmi suchá. Voda z hlubin se na povrchu oceánu ohřívá a převládajícími větry je transportována od východního pobřeží Ameriky severovýchodním směrem napříč Atlantským oceánem nad evropský kontinent jako Golfský proud a celý cyklus cirkulace se tak uzavírá.

Pokud globální změny klimatu zvýší průměrnou teplotu v severních polárních
oblastech, zvětší se také množství sladké vody přitékající do severního Atlantiku z řek, tajících grónských ledovců a srážek. Sladká voda je lehcí než slaná, proto by se termohalinní cirkulace oslabila, v krajním případě dokonce zastavila. Golfský proud by zeslábl a odklonil se více k jihu mimo severní Atlantik. Celý proces přestavby cirkulace by mohl proběhnout i velice rychle a během 3-5 let by se v Evropě mohlo ochladit v průměru o 5 °C. Zajímavý je fakt, že k podobným prudkým změnám teploty v této oblasti již v minulosti prokazatelně došlo. Rozbory ledu z grónských ledovců ukazují, že na konci posledního glaciálu došlo k nekolika prudkým systematickým změnám teploty vzduchu i o více než 5°C za méně než 20 let. I když vezmeme v úvahu, že příčinou kolapsu termohalinní cirkulace by bylo globální oteplování a oba jevy by působily protichůdně,přinesl by kolaps Golfského proudu do Evropy výrazné ochlazení, zejména zímní sezóny.

V České republice by takováto změna průměrné teploty měla nedozírné následky.
Vždyť pokud by poklesla roční průměrná teplota v Praze o 5°C (Klementinum 9,8°C, Ruzyně 7,9°C), zavládlo by zde klima jako například na šumavském Churánově (průměrná teplota za období 1961-90 je 4,2°C). V nejvyšších českých horách by se vytvořilo pásmo věčného sněhu. Zimy by byly dlouhé, poměrně suché a velmi mrazivé, léta krátká a chladná. Vetšinu zemědělských plodin by nebylo možné pěstovat. Ačkoli to zní absurdně,muže globální změna klimatu přinést do Evropy dobu ledovou.