Tento díl bude naprosto zásadní pro pochopení toků oxidu uhličitého. V těchto videích si také ukážeme dva důležité důkazy příčin nárůstu koncentrací CO2 v atmosféře.

Zásobníky uhlíku

Uhlík je základním stavebním kamenem živých organismů a uhlíkový cyklus popisuje jeho přesuny.

Jeho množství budeme uvádět v gigatunách uhlíku (GtC, Gigatons of carbon) - jedna gigatuna se rovná jedné miliardě tun. Podívejme se, kde a kolik uhlíku se na Zemi nachází. Kde a kolik uhlíku se tedy na Zemi?

  • 100 milionů GtC najdeme v zemské kůře (vápenec, grafit, diamant)
  • 38 000 GtC je obsaženo ve vodách moří a oceánů. Uhlík v moři je ve velké míře součástí CO2 rozpuštěného ve vodě, podobně jako v minerálce. Pouze 1 000 GtC se nachází ve svrchních vrstvách moří a oceánů, které se účastní výměny s atmosférou. Zbytek CO2 se nachází ve větších hloubkách.
  • Podle různých odhadů je 5 000-10 000 GtC ve fosilních palivech (ropa, uhlí, zemní plyn), která vznikala po dobu milionů let z těl mrtvých rostlin a živočichů.
  • 2300 GtC se nachází v půdě a to jak v anorganické podobě, tak v organické podobě jako např. humus.
  • 800 GtC najdeme v atmosféře a to hlavně ve formě oxidu uhličitého. Zbytek uhlíku je součástí metanu, oxidu uhelnatého a látek typu CFC a HCFC.
  • Posledním důležitým zásobníkem je biosféra, tedy rostliny a živočichové. Drtivý podíl uhlíku v ní je uloženo v rostlinách,  obzvláště ve stromové vegetaci. Ta v sobě obsahuje 550 GtC uhlíku.[1]

Uhlíkové toky

Toky uhlíku mezi jednotlivými zásobníky se dají dělit podle různých hledisek, ale nám se bude hodit dělení na pomalé a rychlé toky. Vynecháme pomalé toky, které zahrnují horninové pochody – vznik vápence a procesy související s pohybem pevninských desek. Ty trvají  i miliony let a pro podstatu klimatických změn nejsou podstatné.[1]

Zobrazení rychlých uhlíkových toků (rychlého uhlíkového cyklu) [1]

Atmosféra-moře

Začněme tím, co se mění nejdynamičtěji, a to je atmosférický oxid uhličitý. Ten se z atmosféry do moří a oceánů dostává deštěm, kapky jej při pádu absorbují nebo se do oceánu dostanou přímou výměnou na vodní hladině.

Schopnost oceánů pohlcovat CO2 se stejně jako u každé kapaliny silně odvíjí od teploty. Čím vyšší teplota, tím měně je voda schopna rozpuštěný CO2 v sobě udržet. Což je jev, který aktuálně probíhá, díky zvyšující se teplotě oceánů a moří.[2]

Když se podíváme na tento graf od amerického úřadu pro oceány a atmosféru tak vidíme, že za posledních 120 let se svrchní vrstvy oceánu oteplily o zhruba 1 °C. To se vám může zdát málo. Když ale vezmeme v úvahu o jak obrovské množství vody se jedná, uvědomíme si, jak velké množství tepla k tomu bylo potřeba.

Graf vývoje teploty svrchní vrstvy oceánů [2]

Acidifikace (okyselování oceánů)

Jako přímý následek absorpce CO2 se mění chemické prostředí moří a oceánů. Když se oxid uhličitý rozpouští ve vodě, tak jako produkt této reakce vzniká slabá kyselina uhličitá.[3] Prostředí moří se tedy okyseluje, chemicky řečeno jí klesá pH.

Koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře a oceánech + pH oceánů [4]

Na tomto grafu z měření na Hawai lze dobře vidět růst koncentrace CO2 v atmosféře (červená křivka), nárůst obsahu CO2 ve vodě (tmavě modré body) a klesající PH vody (světle modré body), které je přímým následkem rozpuštěného CO2 ve vodě. To má negativní následky na mořský život, např. na korály, protože jejich schránky z vápenatých sloučenin jsou tímto kyselým prostředím rozpouštěny.[5]

Atmosféra – vegetace (biosféra)

Zde se s CO2 odehrává několik procesů, které působí proti sobě. Na jedné straně máme dýchání rostlin a živočichů, které odebírá z atmosféry kyslík a dodává CO2, rozklad těl rostlin a zvířat bez přístupu kyslíku uvolňující metan. To jsou procesy emitující skleníkové plyny. Na druhé máme fotosyntézu rostlin, která odebírá CO2 z atmosféry a nahrazuje jej kyslíkem. V součtu ale fotosyntéza převažuje a vegetace CO2 více pohlcuje než vytváří.[6]

Vliv člověka na uhlíkové toky

V historii člověk pro rozvoj své civilizace potřeboval více a více jídla a energie, které získával zemědělstvím a odlesňováním. Do 18. století tyto lidské aktivity na klima neměly až tak závažný vliv.[14] Objevem parního stroje a spuštěním průmyslové revoluce však rozvoj civilizace dostal pořádnou dávku steroidů.

Spalováním fosilních paliv a výrobou cementu člověk vzal uhlík, který by jinak zůstal uložený v zemi a ve formě CO2 jej vypustil do atmosféry. Jinými slovy, člověk vzal velké množství uhlíku z pomalého cyklu a přesunul jej do rychlého uhlíkového cyklu.[1] K tomu taky odlesnil obrovská území, která zastavěl a tím snížil množství vegetace schopné pohlcovat CO2.

Dobrá zpráva je, že ne všechen CO2 v atmosféře zůstává. Zhruba 1/3 pohlcuje vegetace, 1/3 oceán a 1/3 v atmosféře zůstává.[7][8]

Důkazy původu nárůstu CO2

Mohli byste namítnout: „To by ale mohl říct každý, kde máš nějaké důkazy?“. Kromě zdrojů na konci tohoto textu, které tvrdí to samé, zde jsou 2 velmi silné důkazy o původu nadbytečného oxidu uhličitého.

Izotopové složení

Uhlík na Zemi se nachází ve třech formách: C-12, C-13, C-14.  Uhlík má vždy 6 protonů a může mít v jádru k tomu 6, 7 nebo 8 neutronů. Číslo za písmenem C vždy značí součet protonů a neutronů v jádru uhlíku.[10]

Důležitý je pro nás ten poslední, nejméně zastoupený izotop. C-14 vzniká na okraji atmosféry z dusíku, který je bombardován kosmickým zářením. Je radioaktivní, pomalu se totiž rozpadá. Za cca 5 700 let se jej polovina rozpadne. Jak ale souvisí s nárůstem CO2 v atmosféře? Přes odbočku k fosilním palivům.

Ty vznikají z těl rostlin a živočichů dlouhé miliony let. Za tu dobu se skoro všechen radioaktivní uhlík dávno rozpadl. V ropě a uhlí je tedy prakticky nulové množství C-14. Když se podíváme na tento graf, tak podíl uhlíku C-14 v atmosféře klesá.

Vývoj podílu uhlíku C-14 v atmosféře [9]

To se mohlo stát jen díky tomu, že je do atmosféry dodáván uhlík z fosilních paliv, které v sobě C-14 nemají. Uhlíkové zásobníky jako oceány, vegetace nebo půda jsou na uhlík C-14 bohatší a uhlík z těchto zdrojů nemohl způsobit pokles zastoupení uhlíku C-14 v atmosféře. Podíl atmosférického C-14 vůči celkovému CO2 klesá, i když jeho absolutní množství zůstává stabilní.[15]

Pokles koncentrací kyslíku v atmosféře

Pokud si ale stále myslíte, že CO2 v atmosféře mohl vzniknout např. ze sopečné činnosti, je zde ještě pádnější argument. Na tomto grafu vidíte pokles koncentrací kyslíku v atmosféře v závislosti na nárůst koncentrací CO2. Což by odpovídalo situaci, kdy se spalují fosilní paliva - množství kyslíku v atmosféře by klesalo o množství potřebné ke spálení paliva. V grafu níže ale jdeme ještě dále.

Popis změn koncentrací oxidu uhličitého a kyslíku mezi lety 1990 a 2010 [11]

Body na levé straně grafu reprezentují naměřené hodnoty koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého mezi lety 1990-2000. Tyto hodnoty velmi dobře kopírují naši představu o tom, jak člověk spaluje fosilní paliva a jak oxid uhličitý interaguje s oceánskou vodou a vegetací. U těchto dějů známe jejich chemii a ze známého množství spáleného paliva jsme schopni odhadnout změny koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého v atmosféře. Teorie je tedy podpořena naměřenými daty.

Sopečná aktivita

Pokud je nadbytečné oxid uhličitý v atmosféře miliony let starý, nemohl by pocházet např. z geologických zdrojů jako např. ze sopečné činnosti? Tento "podezřelý" by odpovídal izotopovému složení uhlíku v atmosféře. Jsou ale dva důvody předpokládat, že za současnými klimatickými změnami není sopečná činnost.

Sopky sice vypouštějí CO2, nejsou však schopny snižovat množství kyslíku v atmosféře. Navíc sopky v současnosti emitují mezi 130-380 milionů tun CO2 ročně[16] oproti více než 36 miliardám tun CO2 vypuštěných lidskou civilizací[17], tedy méně než 1 %. Proto můžeme sopečnou činnost jako příčinu klimatických změn s jistotou vyloučit.

Použité zdroje

1) https://earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle podklady pro výklad o uhlíkových zásobnících
2) NOAA National Centers for Environmental information, Climate at a Glance: Global Time Series, publikováno v dubnu 2021, citováno 3. května, 2021 z https://www.ncdc.noaa.gov/cag/ graf vývoje teploty svrchní vrstvy oceánů 
3) http://www.szu.cz/uploads/documents/chzp/voda/pdf/bv_co2.pdf fyzika rozkladu oxidu uhličitého ve vodě
4) https://oceanacidification.noaa.gov/OurChangingOcean.aspx, graf vývoje pH oceánů, autor: NOAA
5) https://www.whoi.edu/press-room/news-release/scientists-identify-how-ocean-acidification-weakens-coral-skeletons/  vliv okyselování oceánů na život korálů v mořích
6) https://www.abc.net.au/news/2017-11-18/plant-respiration-co2-findings-anu-canberra/9163858  vegetace více oxidu uhličitého pohlcuje než vypouští
7) https://www.weforum.org/agenda/2019/03/oceans-do-us-a-huge-service-by-absorbing-nearly-a-third-of-global-co2-emissions-but-at-what-cost 1/3 globálních emisí oxidu uhličitého je pohlcována oceánem
8) https://news.climate.columbia.edu/2018/11/27/carbon-dioxide-removal-climate-change/ lesy zadržují zhruba třetinu globálních emisí oxidu uhličitého
9) https://www.esrl.noaa.gov/gmd/outreach/isotopes/c14tellsus.html graf poklesu zastoupení uhlíku C 14 v atmosféře oproti zbylým uhlíkovým izotopům, autor: NOAA
10) https://www.c14dating.com/int.html podíly jednotlivých izotopů uhlíku v atmosféře
11) https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/TAR-03.pdf graf přesunů oxidu uhličitého mezi uhlíkovými zákoníky na str. 206. Adapted from the English original Figure 3.4 from Prentice, I.C., G.D. Farquhar, M.J.R. Fasham, M.L. Goulden, M. Heimann, V.J. Jaramillo, H.S. Kheshgi, C. Le Quéré, R.J. Scholes, D.W.R. Wallace, 2001: The Carbon Cycle and Atmospheric Carbon Dioxide. In: Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Houghton, J.T., Y. Ding, D.J. Griggs, M. Noguer, P.J. van der Linden, X. Dai, K. Maskell, and C.A. Johnson (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 183-239 pp.
12) https://vimeo.com/213832288 videopodklady pro izotopy uhlíku. Autor: Punjab technology information board. Licencováno pod CC-BY 3.0, přeloženo do češtiny
13)  Infografika Cykly koncentrací CO₂ a O₂ v atmosféře od autora Fakta o klimatu, licencováno pod CC BY 4.0.
14) https://www.carbonbrief.org/scientists-clarify-starting-point-for-human-caused-climate-change podklady pro datování počátků klimatických změn
15) https://skepticalscience.com/anthrocarbon-brief.html podklady pro výklad o uhlíku C-14 a jeho roli při dokazování příčin klimatických změn 
16) https://www.scientificamerican.com/article/earthtalks-volcanoes-or-humans Vliv sopečné činnosti na klima
17] https://ourworldindata.org/co2-and-other-greenhouse-gas-emissions Lidské emise oxidu uhličitého
18) Trnka M., Žalud Z., Hlavinka P, Bartošová L a kol., Průvodce změnou klimatu, Kapitola 5. Pozorované změny https://www.klimatickazmena.cz/cs/vse-o-klimaticke-zmene/pruvodce-zmenou-klimatu/ 
19) https://faktaoklimatu.cz/explainery/emise-vyroba-cementu Podklady k výrobě cementu
20) https://spaceplace.nasa.gov/troposphere/en/ dosah troposféry